中心議題：

• 介紹了數字傳感器的新興標準
• 無線數字傳感器將廣泛應用在各種電子係統中。
• 闡述微型機電傳感器的更多應用
• 生物測定傳感器在保安方麵的應用
• CCD和CMOS圖像傳感器的比較分析

解決方案：

• 傳感器技術提高汽車操作的簡化程度和延長能源的使用壽命
• 無線傳感器價格低廉
  、適應性好，即使在不良環境中也易於安裝和使用
• 無線傳感器可應用在智能住宅
  、節能係統、娛樂係統、遠程就醫、工業領域和汽車電子
• 能耗極低並支持近距離無線電通信微型數字傳感器已經在商品電器中成功應用
• MEMS陀螺儀和磁力傳感器的低功耗在防盜係統和LBS係統發揮重要作用
• 生物測定傳感器在圖象顯示、反應速度和數據處理等方麵提供優越性能
• CMOS傳感器使整個係統的能耗及成本都大幅度降低。

“靈敏傳感器”(smart sensor)或“數字傳感器”(digital sensor)指的是高級傳感器，它包括調節和處理信號的電路及一個網絡通訊的界麵。它們通常以模塊（modules）形式製成，包含一個傳感器、DSP（數字信號處理器）
、一個DSC（數字信號控製器）或一個ASIC（特定用途集成電路）；另外也有以係統封裝（System in Package）或係統芯片(System on Chip)的方式製成。在微處理器和傳感器變得越來越便宜的今天，全自動或半自動（通過人工指令進行高層次操作
，自動處理低層次操作）係統可以包含更多智能性功能，能從其環境中獲得並處理更多不同的參數。尤其是MEMS（微型機電係統）jishu，tashishuzichuanganqidetijifeichangweixiaobingqienenghaoyuchengbenyehendi。yinamitanguanhuoqitanamicailiaozhichengdenamichuanganqitongyangjuyoujudadeqianli。shichangfenxijigouNanoMarkets LC 估計在2008年
，納米傳感器在全球的市場將達到二百八十萬美金

，到2012年會增至一千七百二十萬美金。

圖1  在不久的將來
，數字傳感器被認為是電子市場的主力。

使shi在zai萌meng芽ya階jie段duan，人ren們men仍reng然ran認ren為wei在zai不bu久jiu的de將jiang來lai數shu字zi傳chuan感gan器qi對dui電dian子zi市shi場chang具ju有you重zhong要yao的de推tui動dong作zuo用yong。製zhi作zuo數shu字zi傳chuan感gan器qi的de接jie口kou以yi及ji支zhi持chi用yong於yu數shu字zi傳chuan感gan器qi網wang絡luo的de形xing式shi多duo樣yang的de通tong訊xun協xie議yi都dou是shi對dui技ji術shu工gong藝yi的de巨ju大da挑tiao戰zhan。傳chuan感gan器qi的de非fei均jun質zhi特te性xing和he其qi操cao作zuo條tiao件jian的de多duo樣yang化hua也ye對dui技ji術shu工gong藝yi提ti出chu了le巨ju大da的de挑tiao戰zhan。目mu前qian在zai全quan世shi界jie有you超chao過guo3000家傳感器製造商正在運作

，Intechno 谘詢公司估計它們在2008年的總銷售額將會超過500億美金。

數字傳感器不僅能夠感知所測量的物理參數
，諸如位置、溫度、照度
、壓力、電壓或電流等；它們還能處理接收到的信號並將其發送到網絡中去。因此一個傳感器節點除了傳感器本身，還包括信號獲取、處理、通訊及能耗管理等等的一整套電路係統。

圖2  越來越多的傳感器被整合到現代化汽車中。（來源：Strategy Analytics）

現(xian)在(zai)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)所(suo)包(bao)含(han)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)處(chu)理(li)器(qi)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。隨(sui)著(zhe)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)處(chu)理(li)器(qi)價(jia)格(ge)的(de)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)，取(qu)代(dai)機(ji)械(xie)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)的(de)閾(yu)值(zhi)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)。在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)選(xuan)擇(ze)正(zheng)確(que)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)組(zu)合(he)和(he)處(chu)理(li)算(suan)法(fa)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)地(di)降(jiang)低(di)原(yuan)材(cai)料(liao)及(ji)能(neng)耗(hao)的(de)費(fei)用(yong)並(bing)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)總(zong)體(ti)性(xing)能(neng)。目(mu)前(qian)，不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)操(cao)作(zuo)的(de)簡(jian)化(hua)程(cheng)度(du)和(he)延(yan)長(chang)能(neng)源(yuan)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)
，尤(you)其(qi)是(shi)如(ru)今(jin)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)動(dong)輒(zhe)就(jiu)配(pei)置(zhi)1000或更多的傳感器節點。

數字傳感器：在汽車中的幾例應用
傳感器越來越多地被應用到許多領域，包括軍事、汽車、工業、醫藥

、家居的安全與警戒、環境監測等等
，甚至被應用到消費領域。在大型家用電器尤其是洗衣機和冰箱中
，集成傳感器的使用顯著增長。

傳感器技術在現代汽車的重大改進中起到了主要作用。抗磁性（拒磁）傳感器（Magnetoresistive? sensors）在汽車中用於決定機械係統的角度
、速度或位置

，汽車的防滑係統以及發動機和變速箱的控製需要這些數據。在汽車中還有其它各種各樣的傳感器，像雷達
、紅外線
、視頻、慣性和超聲傳感器等等
，它們的設計是以防鎖煞車係統（antilock braking）
、可遙控自動駕駛儀、電壓穩壓控製器（electronic-stability control）


、換道並線及盲點探測係統、牽引控製、fangzhuangxitongyijiqinangtiaojiedengdengweimubiaode。qichefadongjiguanlixitongshiyigefuhanchuanganqidexitong。chulejiankongsijiyutabanzhijiandejiechuzhuangkuang，cixitonghaiceliangxuduobianliang，zhuruxitongzhongdekongqi、燃料和尾氣的溫度、壓力以及化學成分等，並綜合所有這些信息
，以便優化發動機的輸出功率
、燃料效率、排放性能
、傳動經驗甚至是適應不同的燃料類型。

圖3  汽車發動機管理係統是傳感器分支係統的一個代表。

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數字傳感器的新興標準
如ru今jin傳chuan感gan器qi網wang絡luo使shi用yong多duo種zhong技ji術shu來lai為wei不bu同tong的de工gong業ye服fu務wu。用yong於yu傳chuan感gan器qi網wang絡luo的de各ge種zhong專zhuan屬shu協xie議yi的de數shu量liang激ji增zeng。這zhe就jiu需xu要yao在zai傳chuan感gan器qi網wang絡luo中zhong引yin入ru綜zong合he翻fan譯yi途tu徑jing，它ta是shi一yi個ge複fu雜za而er又you昂ang貴gui的de體ti係xi。因yin此ci人ren們men需xu要yao更geng大da程cheng度du的de標biao準zhun化hua。

工程任務組（The Internet Engineering Task Force－IETF）正在為以藍牙
、Wi-Fi和802.15.4網等為基礎的無線傳感器網絡開列一個標準，以便能將傳感器節點連接到更寬廣的互聯網絡上。IETF的目標是在傳感器之間建立一種通訊方式
，這種通訊方式不需要專屬的翻譯途徑。這項協議將在2009年六月製定出台。由IEEE（電氣和電子工程師協會）的1451委員會製定的標準於上世紀90年代中期被引入
，它為連接在網絡中的變換器（傳感器和執行器）之間提供了一個通用而且完全透明的界麵。這個標準體係包含不同的子體係：IEEE P1451.0定義了物理層麵的必備條件，通訊協議和基本功能
；IEEE1451.1控製信息在網絡上的獲取和發送；IEEE1451.2處理有線網絡的界麵事宜，與RS－233
、ES－485和USB等標準兼容；

IEEE1451.3啟動處在多分支網絡中的傳感器的運行；於2003年通過的IEEE P1451.4規定與數字傳感器相關的數據（像傳感器的類別

、型號、操作參數以及位置等）必須能夠以電子數據表的格式從整合在傳感器中的EEPROM（電可擦除隻讀存儲器）存儲器中讀取

，這種數據表被稱為變換器電子數據表（TEDS－Transducer Electronic Data Sheet)。IEEE P1451.4標(biao)準(zhun)極(ji)大(da)地(di)簡(jian)化(hua)了(le)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)布(bu)線(xian)以(yi)及(ji)更(geng)換(huan)故(gu)障(zhang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)問(wen)題(ti)。它(ta)同(tong)時(shi)也(ye)免(mian)除(chu)了(le)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)設(she)置(zhi)和(he)校(xiao)準(zhun)方(fang)麵(mian)的(de)人(ren)工(gong)幹(gan)預(yu)，這(zhe)種(zhong)幹(gan)預(yu)即(ji)費(fei)時(shi)又(you)易(yi)出(chu)錯(cuo)。這(zhe)樣(yang)傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)成(cheng)了(le)即(ji)插(cha)即(ji)用(yong)的(de)裝(zhuang)置(zhi)。在(zai)國(guo)家(jia)儀(yi)器(qi)網(wang)站(zhan)（National Instruments’ web site）中有一個有效TEDS的數據庫，它包括了可以在IEEE P1451網絡中使用的各種老式的或沒有EEPROM的傳感器的專門資料。IEEE 1451.5標準仍在審核階段

，它規定的是將TEDS連接到無線網絡中的必要條件
，如與802.11、藍牙或ZigBee等的連接。最近又提出了IEEE 1451.6標準議案，它定義TEDS和CAN總線的接口。

圖4  IEEE P1451標準的製定為連接在網絡上的變換器（傳感器和執行器）之間提供了一個通用且完全透明的界麵。

無線數字傳感器
jishiyideyouxianchuanganqibeiguangfandiyongyudianzixitongzhong
，congjiandanderedianoudaogengfuzadezhuanyongxitong。tamenbeiyongyucelianghejiankongwulicanshu。xuduogongchengshizhengzaikaolvgaiyongwuxianchuanganqi

，yinweitamenjuyouyixiexianzhudeyoudian，jiagedilian
、適應性好，即使在不良環境中也易於安裝和使用。根據市場分析機構Cahners Instat的估計
，到2010年，將有超過1600億個無線傳感器網絡節點被賣出。

傳感器的無線網絡將在一定區域內分布的各種傳感器連接在一起並結合智能電路進行信號處理和數據傳輸。其可能的應用領域包括軍事
、環境及道路交通的監控、安全與警戒、家庭與工業自動化、醫療衛生係統和汽車。在工業環境中
，建立一個傳感器網絡的費用有80%花在布線上，而且建立這樣一個網絡有時是不現實甚至是不可能的。在汽車方麵，傳感器的一個重要應用是用於遙控開鎖係統（RKE－Remote Keyless Entry Systems），以無線代替了CAN總線，這樣做大大節省了成本及空間，去除了昂貴而粗大的電纜。根據Cahners Instat最近的預測，到2010年將有超過1600億個傳感器網絡節點被賣出
；而er且qie建jian立li包bao含han一yi萬wan至zhi十shi萬wan個ge傳chuan感gan器qi節jie點dian的de網wang絡luo也ye是shi非fei常chang可ke能neng的de事shi。這zhe樣yang，可ke測ce量liang性xing成cheng為wei了le一yi個ge非fei常chang關guan鍵jian的de因yin素su。此ci外wai
，傳chuan感gan器qi必bi須xu可ke以yi現xian場chang編bian程cheng和he自zi行xing設she置zhi
；網wang絡luo必bi須xu能neng夠gou在zai有you一yi個ge或huo多duo個ge故gu障zhang傳chuan感gan器qi存cun在zai的de情qing況kuang下xia正zheng常chang運yun行xing。另ling一yi個ge關guan鍵jian參can數shu是shi能neng耗hao，因yin為wei無wu線xian傳chuan感gan器qi也ye可ke能neng被bei設she置zhi在zai偏pian遠yuan地di區qu。在zai無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo方fang麵mian，一yi個ge非fei常chang有you前qian途tu的de無wu線xian技ji術shu是shiZigBee，它是按照IEEE 802.15.4標準研發的

，能確保低能耗和低成本。ZigBee 聯盟的發起公司有深圳的華威科技
、Ember、Freescale、Philips、STMicroelectronics、Texas Instruments、Samsung 和Siemens。West Technology，一個定向於無線電技術市場調查的公司預測，利用ZigBee 技術製作的符合IEEE 802.15.4標準的傳感器芯片組的銷售量將從今年的三千一百萬組上升至2012年的三億一千二百萬組
，其增長為稍高於100%的複合比。其它應用於無線傳感器網絡的無線技術還有由Cypress Semiconductor推出的無線－USB；以及z-Wave
，一種由Zensys公司研發的技術，有超過160家公司組成了一個z-Wave 聯盟來共同推廣這一技術。

圖5  MEMS加速計將成為便攜式用戶（消費）設備中許多高級界麵的啟動器。（來源：Sensor Platform）

無線傳感器：新興的用途
應用於住宅方麵的傳感器在全球具有60億個節點的潛在市場
，用於以無線傳感器為基礎的監控係統
，它是無線傳感器用途的一個重要體現。到2012年，用於智能住宅（smart house）的無線傳感器網絡將會有價值二十八億美金的全球市場；相比較而言
，其在2007年的市場隻有四億七千萬美金。傳感器最被看好的用途有照明控製、節能係統、保安模塊

、娛樂係統和遠程就醫（telemedicine）。無線傳感器比有線傳感器更易安裝並且免除了昂貴而粗大的電纜。這種優勢在工業領域尤為重要，電纜在其傳感器網絡安裝費用中占80%。無線傳感器在惡劣環境中使用具有優勢，在這些環境中傳感器要經得起震動、高溫和電子噪聲甚至是爆炸性氣體。在如此惡劣的環境中安裝有線傳感器是不現實
、angguishenhuoshibukenengde。guoquzuaiwuxianchuanganqizaigongyelingyuzhongshiyongdeyuanyinshibaoanwentiyijigongchangzhongbutongwuxiandianwangluozhijiankenengcunzaideganraowenti。wuxianchuanganqizaiqitalingyuzhongdeyingyongjingyankeyizuoweicanzhaolaijiejueqizaigongyehuanjingzhongyingyongsuoyudaodezhexiewenti。liru，jiemajishubeiyonglaibaohuwuxianchuanganqiwangluojujuefeifafangwen。

無線傳感器應用的另一個強勢領域是由汽車氣體力學中的輪胎壓力傳感器產生的。根據2001年頒發的一項法律，美國強製性要求每一種新款汽車都必須配備這種輪胎壓力傳感器。The Yole Développement

，一家法國市場分析公司預計，到2012年這種傳感器的市場將達到1830億美金
，相對於2007年的一億六千八百萬美金，由於價格不斷下跌的緣故其複合增長率僅為2%。從銷售量的角度分析
，德國的Wicht Technologie公司預計，在市場上此類無線傳感器節點的數量將會由2011年的十萬組增加到2015年的超過六千萬組。如果類似美國的輪胎壓力傳感器法也在歐洲和亞洲通過的話，到2012年其市場可能會超過三億美金。

圖6  許多產品公司正在開發具有經濟效益的解決方案以及小型化MEMS傳感器技術，這些技術據稱可以很經濟地將運動感應功能加入到手機和消費產品中。（來源：STMicroelectronics）

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無線傳感器網絡的必備條件
無線傳感器網絡的主要組成部分是數字傳感器。無線傳感器的主要必備條件是一個被降低的波形因數、低能耗以及有效工作範圍
，其有效工作範圍與所發射的無線電信號強度和能耗均成正比的。無線傳感器網絡必須具備高效性、可靠性和可縮放性
，它們還應該能支持數量眾多的傳感器節點（10,000 – 100,000個）。其qi另ling一yi個ge必bi要yao條tiao件jian是shi極ji低di的de維wei修xiu需xu求qiu。無wu線xian傳chuan感gan器qi通tong常chang都dou安an裝zhuang在zai偏pian遠yuan地di區qu，人ren工gong介jie入ru
，即ji使shi是shi像xiang更geng換huan電dian池chi這zhe樣yang簡jian單dan的de事shi也ye是shi很hen困kun難nan和he昂ang貴gui的de。因yin此ci無wu線xian傳chuan感gan器qi的de能neng耗hao一yi定ding要yao極ji其qi低di，以yi使shi其qi在zai一yi個ge電dian池chi更geng換huan周zhou期qi內nei可ke以yi運yun行xing幾ji個ge月yue甚shen至zhi幾ji年nian。基ji於yu這zhe些xie原yuan因yin，人ren們men已yi經jing研yan發fa出chu了le幾ji種zhong不bu需xu要yao電dian池chi的de解jie決jue方fang案an。它ta們men以yi能neng量liang搜sou集ji技ji術shu為wei基ji礎chu，可ke以yi從cong環huan境jing中zhong汲ji取qu運yun行xing所suo需xu要yao的de能neng量liang。它ta們men通tong常chang能neng利li用yong太tai陽yang能neng、熱能或振動所帶來的能量。再有，傳感器必須能夠現場編程和自我設置；jishizaiyouyigehuoduogeguzhangchuanganqicunzaideqingkuangxia，wangluoyenengzhengchangyunxing。xinhaofasonglvtongchangbushiwenti，yinweizaidaduoshuyingyongzhong，chuanganqisuochanshengdeshujuliangbushihenda
，nengyifeilianxufangshilaifasong。

圖7  在汽車領域，MEMS被用於導航和信息娛樂設備中。

數字微粒（smart dust）
微wei粒li是shi放fang置zhi在zai集ji成cheng度du非fei常chang高gao的de驅qu動dong器qi和he功gong能neng部bu件jian中zhong的de微wei型xing數shu字zi傳chuan感gan器qi

，用yong於yu收shou集ji和he分fen析xi信xin息xi以yi及ji管guan理li靜jing態tai存cun儲chu器qi和he閃shan速su存cun儲chu器qi。它ta的de特te性xing是shi能neng耗hao極ji低di並bing支zhi持chi近jin距ju離li無wu線xian電dian通tong信xin。人ren們men通tong常chang把ba它ta們men與yu“無所不在的計算”和“數字微粒”等名稱相提並論。這項技術是在1997年由美國加州大學伯克利分校研發的。它的應用領域包括軍事、保安、家居自動化

、工業控製、建築控製、汽車網絡（automotive networks）
、醫療係統以及智能型消費電器等。目前，一個數字微粒的價格大約為100美金，並需要體積大壽命卻比較短的電池來供電。不過其研究者說，在五年內它們的單價會被降到10美金以下。通過能量搜集技術
，微粒也將能利用太陽能或動能自行供電。

這些微型數字傳感器已經被用於商品電器中。伯克利大學正在與Intel合作研製傳感器平台，使之與XScale處理器結合以保證電池壽命超過一年。數字微粒傳感器的主要製造商是總部設在加州的Crossbow公司。根據市場分析家的預測，到2008年底，微粒的銷售量將會超過2億個。

圖8  許多公司開始將生物測定傳感器納入現有的保安基礎設施中。

微型機電傳感器正在占領陣地
我們每天都在不知不覺中與微型機電傳感器（MEMS－micromechanical sensor）打交道：壓力
、臨近與運動傳感器（proximity and movement sensor）、陀螺儀、加速計、麥克風和壓電裝置等等。現如今，MEMS技術在以下四個領域取得了商業性的成功：用於氣囊控製的加速計；用於監測汽車耗油量的壓力傳感器；噴墨打印機頭和用於投影顯示的反射鏡。根據iSuppli的預測，微型機電傳感器的全球市場將會由2006年的61億美金增長到2012年的88億美金。到2012年為止
，MEMS儀器的單位出貨量的年複合增長率預計為6.4%，其同期年銷售額的複合增長率預計為5.5%。雖然產品總需求量的增長相對緩慢，但某些單項產品的市場卻成長得非常迅速
；例如，iSuppli預言手機的平均複合增長率將為22.9％，到2012年
，僅此一項產品的市場將達到九億二千五百萬美金。事實上MEMS傳感器正在越來越多地被用於消費電子產品。MEMS肯定會被大量地應用於消費電子產品中，最大的MEMS製造商們都把賭注押在了這塊市場上。STMicroelectronics公司MEMS事業部門的總監Benedetto Vigna認為，MEMS技術的用戶化將為此項技術開辟新的領域
，它也將會受到無線傳感器網絡主體配置的影響。MEMS傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)可(ke)以(yi)被(bei)整(zheng)合(he)到(dao)遊(you)戲(xi)控(kong)製(zhi)器(qi)中(zhong)，使(shi)它(ta)們(men)能(neng)夠(gou)在(zai)便(bian)攜(xie)式(shi)終(zhong)端(duan)上(shang)跟(gen)蹤(zong)操(cao)縱(zong)者(zhe)手(shou)部(bu)的(de)運(yun)動(dong)，並(bing)以(yi)此(ci)來(lai)調(tiao)節(jie)顯(xian)示(shi)屏(ping)上(shang)的(de)畫(hua)麵(mian)變(bian)化(hua)或(huo)進(jin)行(xing)目(mu)錄(lu)瀏(liu)覽(lan)。

市場調研機構iSuppli認為，移動傳感器(motion sensors)將代替傳統的傳感器成為MEMS市場的主要推動力，至少在2012年之前會是這樣。尤其是加速計(accelerometer)
，它在便攜式消費電器中將被用來啟動一係列高級界麵功能。傳感器在消費電器中的應用正在迅速飆升，像用於遊戲


、筆記本電腦和數碼相機中的移動傳感器就是實例。雖然以傳感器為基礎的微型機電係統（MEMS－microelectromechanical systems）的價格已經在迅速下降
，它們還是太昂貴而不能被用在一些對價格敏感的消費產品中。

自從MEMS加速計被用在Wii和蘋果牌iPhone中後，它們在消費市場中得到越來越多的關注。像Analo Devices 和STMicroelectronics 等MEMS加速計廠商都在其MEMS產品的銷售上取得了巨大成功，這些產品全是為Wii 控製器和iPhone設計的。ABI Research 公司強調
，為了打進一個主體市場，傳感器的單位價格必須低於一美元。

產品製造商們正在研發低成本解決方案
，據說用於手機和其它消費電器的微型化MEMS傳感器在保證移動感應功能的同時成本更為低廉。

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STMicroelectronics公司去年推出了新一代高度壓縮的三軸線性加速計。LIS331係列的低能耗MEMS傳感器為消費用電器及工業用電器提供了靈敏的內嵌式微型移動感應解決方案。這些功能包括便攜和遊戲裝置中的移動用戶界麵、用於保護硬盤數據的自由落體探測以及家用電器的震動探測與補償。

Freescale Semiconductor 公司也完成了它的MEMS傳感器產品係列，推出了一個三軸數據輸出加速計。這個裝置免除了對模數轉換器和外部存儲器的需要。MMA7450L裝置則能啟動各種以移動為基礎的功能，如在便攜式終端和用手指點擊操作的用戶界麵中需要感知移動
、加速或減速
，以便實施屏幕滾動

、遊戲控製及硬盤自由落體保護等功能。Anolog Devices也推出了ADXL330三軸加速計的隨續產品
，用於Wii的遙控。新加速計的功能有所改善
，其中包括低能耗和低成本。

總部設在加利福尼亞的Sensor Platforms研製出了一種移動感應技術，它可以插入在設備中用於硬盤的自由空間指示、內部巡視和震動消除。本年度的下半年這個公司的此項產品將會麵市。這類產品使用第三方供應商所提供的低成本MEMS加速計、磁力計和GPS傳感器。Sensor Platforms聲稱研製出了一個自由空間指示器，它可以用AA電池來驅動，並保證其總的材料成本低於10美元。

在汽車領域，MEMS用於麥克風、加速計和MEMS陀螺儀，如導航儀、信息娛樂設備和駕駛員記錄儀等。這後幾種應用被嵌入CMOS（互補金屬氧化物半導體）照相機
，它們可以登記在事故發生前幾秒鍾內所發生的事件。STMicroelectronics 為日本和韓國的一些客戶研發了類似的解決方案。

市場研究公司Yole Développement認為，在汽車市場中
，陀螺儀
、加速計和壓力傳感器是最重要的MEMS應用項目。例如許多國家立法要求在汽車的氣囊和座椅中安裝壓力傳感器。到2011年為止，MEMS在運輸領域的市場預計將以12.5%的速率增長，銷售額將達到十三億五千萬美金。

在汽車用MEMS的經銷商中Bosch是第一名，其2007年的銷售額為四億三千萬美金，其次是STMicroelectronics (三億二千萬美金)，Freescale Semiconductor （二億三千五百萬美金），Analog Devices (二億一千萬美金)，Denso (一億七千六百萬美金)
，Infineon (由其分公司Sensonor帶來的一億三千萬美金的年收入)，Delphi（一億一千六百萬美金）和Continental AG(五千六百萬美金)。

其它被認為很具有前途的應用是防盜係統和LBS（Location Based Services－定位服務）係統。其中包括定向廣告信息（以地區為基礎的廣告業）以及無線多人遊戲，這種遊戲可以把遊戲參加者的地理位置考慮在內。MEMS也是將GPS功能整合入手機的一個關鍵裝置。GPS定位需要在高電流（約為50mM）下進行；這種特性使其非常難於整合入像手機一類的便攜式終端，因為在此類終端中一般都采用能耗優化來延長電池的使用壽命。與之相反的是MEMS陀螺儀和磁力傳感器所需的電流比GPS低兩個數量級。一旦用戶的位置被確定下來，MEMS傳感器就可以代替GPS
，因此可以在移動網絡中定期地短暫使用GPS來修正用戶的位置
，以便糾正MEMS傳感器可能引起的誤差。

在家居自動化中，MEMS傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)用(yong)於(yu)降(jiang)低(di)洗(xi)衣(yi)機(ji)等(deng)的(de)水(shui)電(dian)消(xiao)耗(hao)量(liang)。像(xiang)自(zi)動(dong)吸(xi)塵(chen)器(qi)和(he)自(zi)動(dong)割(ge)草(cao)機(ji)等(deng)小(xiao)型(xing)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)會(hui)以(yi)適(shi)當(dang)的(de)數(shu)量(liang)打(da)入(ru)市(shi)場(chang)
，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)的(de)能(neng)耗(hao)效(xiao)率(lv)不(bu)是(shi)很(hen)高(gao)。MEMS傳感器另一些引人注目的應用是在醫療領域，例如用於監控患者的各種重要生理指標，或用於對老年人進行遠程就醫等。

圖9  生物測定傳感器和讀出器經常被用於像個人電腦、筆記本電腦、硬盤等大宗產品中，以防這些產品在被盜或丟失後其中的文件被非法用戶讀取。

生物測定傳感器在保安方麵的應用
一些公司正在著手把生物測定傳感器納入其現有的保安基礎設施中。用於訪問授權控製（access control）的硬件與軟件銷售額高達四十億美金。國際生物測定集團（International Biometric Group）預計到2009年

，僅生物測定訪問授權控製係統一項將會占據整個生物測定係統市場的30%；到2010年
，銷售額將達到五十七億美金。含有多種生物測定傳感技術的綜合生物測定係統將占總市場的5%。

生物測定傳感器和讀出器通常被整合到大宗電子產品中，諸如個人電腦、筆記本電腦、DVD、手機
、USB存儲器以及硬盤等，用來防止在此類物品被盜或丟失後其中的文件被非法用戶讀取。其它重要的應用有公共行政管理、移動交易（如電子商務或郵遞商務）以及機場和在醫院中控製患者的病曆等。

以生物測定監視係統為基礎的傳感器技術發展十分迅速
，並且在圖象顯示
、反應速度和數據處理等方麵提供了非常優越的性能。指紋傳感器在分辨率、有效麵積的獲取、可靠性、堅固程度、體積、價格及保養需求等方麵有著很大區別。NIST（美國國家標準技術研究所）標準規定一個“好”的指紋圖像的分辨率應該高於500dpi（dot per inch）。當今應用最普遍的技術是光學法

，使用一個傳感器或一組CCD（電荷耦合裝置）或CMOS（互補金屬氧化物半導體）傳感器；haiyoushiyongdianrongfade。dianrongsaomiaoqishigengweijingjiandezhuangzhi，yincitamenshirongliangyouxiandebianxieshiyiqidelixiangxuanze。zuixinyidaiyongyuhuoquzhiwendechuanganqibuxuyaoshouzhiyuyiqiyoushizhixingdejiechu，zheyangjiubimianleyouqianyicihuoquzhiwencanliuxialaidezhiyinsuodailaideganraowenti，zhezhongcanliuzhiyinhuigaibianzhiwenduqujieguo。Upek，一個2004年由STMicroelectronics 派生出的公司，研製出了一種叫作TouchChip的de活huo性xing像xiang素su電dian容rong感gan應ying技ji術shu
，它ta提ti供gong了le最zui佳jia的de信xin號hao與yu噪zao聲sheng比bi率lv以yi及ji成cheng像xiang質zhi量liang。與yu以yi往wang的de電dian容rong感gan應ying技ji術shu相xiang比bi，它ta也ye確que保bao了le圖tu像xiang不bu受shou寄ji生sheng元yuan件jian的de幹gan擾rao（parasite effects）。其(qi)感(gan)應(ying)區(qu)域(yu)由(you)一(yi)個(ge)二(er)維(wei)像(xiang)素(su)組(zu)構(gou)成(cheng)
，每(mei)一(yi)維(wei)由(you)兩(liang)個(ge)相(xiang)鄰(lin)的(de)金(jin)屬(shu)電(dian)極(ji)組(zu)成(cheng)，由(you)一(yi)個(ge)保(bao)護(hu)罩(zhao)將(jiang)它(ta)們(men)與(yu)用(yong)戶(hu)的(de)手(shou)指(zhi)和(he)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)分(fen)開(kai)。那(na)些(xie)電(dian)極(ji)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)散(san)射(she)狀(zhuang)的(de)電(dian)容(rong)，它(ta)的(de)電(dian)場(chang)力(li)線(xian)被(bei)鋪(pu)在(zai)矽(gui)表(biao)麵(mian)上(shang)。當(dang)手(shou)指(zhi)的(de)皮(pi)膚(fu)處(chu)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)感(gan)應(ying)區(qu)內(nei)時(shi)，它(ta)幹(gan)擾(rao)了(le)其(qi)電(dian)場(chang)的(de)電(dian)場(chang)力(li)線(xian)，因(yin)而(er)降(jiang)低(di)了(le)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)有(you)效(xiao)電(dian)容(rong)量(liang)，通(tong)過(guo)電(dian)容(rong)減(jian)弱(ruo)的(de)程(cheng)度(du)就(jiu)可(ke)以(yi)探(tan)測(ce)到(dao)皮(pi)膚(fu)表(biao)麵(mian)高(gao)低(di)起(qi)伏(fu)的(de)變(bian)化(hua)。

雖然目前生物測定傳感器的單位價格已經低於五美元
，但是為了進一步降低它們的價格，奧地利的Nanoidentgongsiyanzhichuleyoujuhewubandaotizhichengdeguangxuechuanganqi
，tadejiagebiqitongleideguibandaotichuanganqiyaodiliandeduo。shiyongzhezhongchuanganqinengzhichurouruanyiqudezhiwensaomiaoqibingnengjiangqiqianrudaozhinengkazhong。meigechuanganqidaiyou256個50μ×50μ的像素
，所產生圖像的分辨率為250dpi。

shouzhangjingmaiwenshibiesuiranshiyixiangbutaichangyongdeshengwucedingjishu，dantayezaizhujianliuxingqilai。tatongchangyuzhiwenshibiegongtongshiyonglaishixiangenggaojibiedebaoancuoshi。qiyingyongbaokuorenyuanshibie、人員進入的控製以及對使用電子收款機進行的金融交易實施保護等。Fujitsu公司研發了一種使用近紅外光來確定靜脈形狀的技術。原理是在靜脈中流動的血紅蛋白吸收波長為760nm的de近jin紅hong外wai光guang，因yin此ci這zhe項xiang非fei接jie觸chu性xing的de技ji術shu是shi很hen可ke靠kao而er安an全quan的de。靜jing脈mai構gou造zao圖tu是shi非fei常chang難nan以yi複fu製zhi和he偽wei造zao的de
，原yuan因yin是shi它ta在zai手shou的de組zu織zhi內nei部bu並bing且qie需xu要yao血xue液ye流liu動dong才cai能neng夠gou構gou成cheng圖tu像xiang。由youFujitsu研發的這項技術使錯誤接受率低於0.00008%，而錯誤拒絕率則低於0.01%。

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圖像傳感器：用CCD 還是CMOS

？
對保安問題日益增加的關注導致了人們在監視係統上的投資越來越多。事實上視頻監視領域正在不斷地擴大。根據市場分析機構RNCOS的預測，人們對視頻監視係統的需求量將從目前的10%增加到2009年的36%；在今後的五年裏，其總銷售額將從目前的七十億美金增至一百三十億美金。監視產業正在經曆一場重大變革。據估計超過90%的監視錄像機是模擬型的。模擬監視係統通過同軸電纜將CCTV（Closed-circuit television-閉路電視）攝像機連接到中央磁帶錄像機或硬盤上。如今模擬錄像正逐步地被數字化、壓縮並按照Internet 協議做成數據包送到Internet的服務器上。最新一代智能攝像機可以對捕捉到的圖像進行高等分析。監視錄像可以在數字攝像機上直接被編譯成H.264碼並以較低的位速率在Ethernet上傳送。

圖像傳感器技術是上世紀六十年代末伴隨第一代CCD（電荷耦合裝置）而產生的，它是監視係統必備的裝置。在一個CCD傳感器中，每個像素中的電荷通過數目有限的輸出節點（有時隻有一個節點）傳遞並被轉換成一個電壓值作為模擬信號送出芯片。多年來CCD是起主導作用的圖像獲取技術，因為在現有的處理技術條件下CCD所提供的圖像質量非常高（以效率和噪聲作為衡量標準）。CMOS（互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器幾乎是與CCD同時期發明的。在一個CMOS傳感器中，每個像素都具有電荷/電壓轉換功能
，它通常還帶有放大器、噪zao聲sheng補bu償chang電dian路lu和he數shu字zi化hua區qu。這zhe些xie功gong能neng增zeng加jia了le芯xin片pian的de複fu雜za性xing也ye減jian少shao了le傳chuan感gan器qi的de體ti積ji。由you於yu其qi信xin號hao轉zhuan換huan是shi由you每mei一yi個ge芯xin片pian獨du立li完wan成cheng的de
，因yin此ci像xiang素su的de均jun一yi性xing比bi較jiao差cha。盡jin管guan如ru此ci
，CMOS傳感器的整合性卻非常好，使芯片攝像機（camera on a chip）得以實現。低成本CMOS圖像傳感器的出現也促進了攝像機或圖像傳感器在工序自動化方麵的應用。CMOS傳感器使整個係統的能耗及成本都大幅度降低。

據IC Insights估計，2008年圖像傳感器的市場總銷售額將會達到七十六億美金
，比2007年多10%。CMOS圖像傳感器的銷售額於2007年降低了12%之後，在2008年預計會上升19%，達到四十四億美金；同時CCD（電荷耦合裝置）的銷售額在2008年會達到三十二億美金，下降1%，相比之下

，其2007年的銷售額與以往持平。OmniVision在2007年成為CMOS圖像傳感器的最大供應商
，其次是Micron Technology、STMicroelectronics、Toshiba和Sony。

CCD在CMOS傳感器在性能上的差距隨著處理技術和設計技巧的不斷改進而被大大地縮小。上世紀九十年代產生了活性像素傳感器（APS－active pixel sensor），它使用活性晶體管（active transistor）對光敏二極管產生的信號進行緩衝。DPS（Digital Pixel System－數字像素係統）平台是斯坦福大學曆時八年的研究成果，它由斯坦福大學的讓產易股公司Pixim銷售
，用於攝像機錄像監視係統。DPS技術使整合在傳感器中的模擬/數字轉換器(analog-to-digital converter－ADC)在像素階段直接對到達傳感器的光進行信號轉換。它的結構可以使更多的低速ADC平行運行並盡可能地靠近光敏二極管產生信號的位點
；這使得每一個像素的信號與噪聲比達到最佳值，傳感器的數字化也使信號的讀取更快更準確。意大利公司NeuriCam推出了一係列VISoC (Vision System on Chip – 芯片上的影像係統)光學傳感器，它們可以用C或彙編語言編程並且其設計最適合用於汽車領域。VISoC是一個完整的微型影像係統，它包含一個32位RISC CPU（精簡指令集中央處理器）、一個中性處理器（neutral processor）以及平行和串行接口。其CPU性能可以達到60MIPS（百萬條指令/秒）；而平行處理器的性能可以達到1000MOPS(百萬次運算/秒)。為了能夠自主運行，它隻需要RAM和閃速存儲器（flash memory）。

Sharp公司最近推出了兩種CCD傳感器RJ2311CA0PB和RJ2321CA0PB
，其敏感度為3,200mV，是目前CCD攝像機市場中最高的。多虧有了Sharp公司的微型精加工技術（micro-finishing technology），這項技術起源於高分辨率小型數碼相機

，使入射光的采集率和光電轉化率得到了非常大的提高，敏感度比以前的類型高1.6倍。因為它們的這些優良性能，新的CCD傳感器很適合用於保安攝像機係統，即使在夜間光線很差的情況下它們也能攝出清晰的圖像。RJ2311CA0PB傳感器產生的NTSC信號的分辨率為270,000像素
；而RJ2321CA0PB產生的PAL信號的分辨率為320,000像素。

參考文獻
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[2]  IEEE P1451 standards[S]. www.ieee.org
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[5]  Research of Digital Pixel System platform[R] .Stanford University,2001-2008