在不需要連續(xù)觀測的應用中,，平均功耗與噪聲的關系變得更有意義,。或許令人難以置信,，但噪聲和功耗的關系甚至可能變成互補式,。這對工程師來說無疑是個好消息,。因為在之前的設計中，工程師可能因難以確定該讓功耗還是性能主導其設計而延誤了時機,。而現(xiàn)在,，無需等待其他人在這一權衡中做出決定，智能傳感器架構師可自行對權衡范圍內(nèi)的相關選項進行量化;這一做法將重新定義架構師的工作,。
組成智能傳感器架構的5個部分,，你都造嗎?圖1是智能傳感器架構的一般例子，其中包含了最常見的功能,。
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核心傳感器
智能傳感器節(jié)點中的信號鏈從核心傳感器功能開始,。最基本形式的核心傳感器也稱為變換器，其將物理條件或屬性轉換成代表性的電信號,。傳感器的比例因子描述其電響應與其監(jiān)控的物理屬性或條件的線性關系,。
濾波器
濾波器的作用是降低核心傳感器可能支持，但與應用無關的頻段中的噪聲,。在振動監(jiān)控應用中,，這可能是一個帶通濾波器，它將隨機振動與可能指示機器壽命減損的特定頻譜特征分離開來,。在傾斜傳感器中,，這可能是一個簡單的低通濾波器，例如移動平均濾波器,。這種情況下,，時長是建立時間與濾波器輸出殘余噪聲之間的一個重要權衡因素。圖2顯示了ADXL355艾倫方差曲線的例子，它表示相對于產(chǎn)生測量的均值時間,，測量的不確定性(噪聲)。
圖2. 艾倫方差曲線：ADXL355和ADXL362
校準
校準功能的作用是通過應用校正公式來提高測量精度,。在要求極高的應用中,，通常是在嚴格受控條件下進行測量，通過直接觀測傳感器響應來獲得此類校正公式,。例如在傾斜傳感器應用中,，校準過程涉及到觀測MEMS加速度計在多個不同方向上相對于重力的輸出。這種觀測的一般目標是觀測傳感器對足夠多取向的響應,，從而求解如下關系式(參見方程1)中所有12個校正系數(shù)(m11,、m12、m13,、m21,、m22、m23,、m31,、m32、m33,、bx,、by、bz)：
數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理功能用于將校準且濾波的傳感器數(shù)據(jù)轉換成適當?shù)臏y量結果以對應用提供最佳支持,。在振動監(jiān)控系統(tǒng)中,，這可能是簡單的RMS-DC轉換或帶頻譜報警的快速傅里葉變換(FFT)。在傾斜檢測應用中,，智能傳感器會利用如下將傳感器對重力的加速度響應轉換成方位角估計值,。
這三個關系式分別代表使用一個、兩個和三個加速度計測量結果的傾斜估計,，假設各加速度計完全正交,。
通信/存儲
通信/存儲功能支持所有物聯(lián)網(wǎng)云服務的數(shù)據(jù)分級和連接(加密/安全、存儲和分析),。
周期供電操作,，你必須知道的那點事兒電源管理(PM)功能對典型智能傳感器有三個作用——
1)管理信號鏈中所有器件的上電時序要求。
2)將電源供應轉換成適當?shù)碾妷簛碇С中盘栨溨兴衅骷淖顑?yōu)運行,。
3)在以一定時間間隔進行測量的系統(tǒng)中,，提供排程信號來觸發(fā)每次測量事件。
周期供電是識別智能傳感器節(jié)點中此類斷續(xù)操作的常見方法,。在兩次測量事件之間,，智能傳感器處于低功耗(或零功耗)狀態(tài)，這種技術有助于節(jié)能,。圖3顯示了一個采用此技術的智能傳感器在一個完整測量周期上的瞬時功耗,。
圖3：基本供電周期圖
下方程提供了一個利用圖3所示運行特性來估算平均功耗(PAV)的簡單關系式,。
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PON是智能傳感器節(jié)點執(zhí)行采樣并處理數(shù)據(jù)以產(chǎn)生和傳輸相關測量結果的平均功耗。
POFF是智能傳感器節(jié)點支持低功耗睡眠模式所需的平均功耗,。
tON是智能傳感器開啟,、產(chǎn)生測量結果、將該結果傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)云,、然后關閉所需的時間,。
tOFF是智能傳感器處于靜止狀態(tài)(睡眠模式或完全關斷)的時間。
T為平均測量周期時間,。
測量過程必須得清清楚楚噠
在其開啟時間(tON )內(nèi),，智能傳感器通常會經(jīng)歷多個不同運行狀態(tài)。圖4和下方公式顯示了一個示例序列,，其將開啟時間分為四段：初始化,、建立、處理和通信,。
圖4：智能傳感器測量周期序列
TI 是初始化時間,，代表從施加電源(VSP)到信號鏈中的各器件準備好支持數(shù)據(jù)采樣和處理的時間。
tS 是建立時間,，代表從第一個數(shù)據(jù)樣本到濾波器輸出(VSM)建立于足夠高的精度水平的時間,。
tP 是處理時間，代表從濾波器建立到產(chǎn)生測量結果所需的時間,。這可能包括應用校準公式,、專門的信號處理以及根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議進行數(shù)據(jù)加密的時間。
tC 是通信時間,，代表連接云服務,、發(fā)送加密數(shù)據(jù)以及支持差錯校驗或身份驗證服務所需的時間。
如何降低建立時間影響,，follow me~根據(jù)測量周期的階段劃分(圖4),，很明顯，在濾波器建立時間這一段中,，噪聲可能會影響周期供電的智能傳感器節(jié)點的功耗,。一般而言，來自均值操作的噪聲幅度的降低量與均值時間的平方根成比例,，而能耗的增加量與均值時間是直接比例關系,。因此，噪聲幅度降低10倍會引起能耗(濾波建立期間)增加100倍!這種不成比例的權衡關系很快會對只需最少濾波(最低噪聲)的傳感器有利,。
圖5：微波天線平臺
考慮圖5所示的微波天線平臺,，其停靠在一個塔式平臺上。在此類通信系統(tǒng)中,，數(shù)據(jù)鏈路的可靠性取決于指向角的精度,。為了維持指向角，可能需要手動調(diào)整,，特別是地震或其他原因擾動了天線所?？康钠脚_之后。此類遠程維護的成本高昂,，而且不及時響應，因此,，作為維護響應策略的一部分,，一家天線運營商正研究利用MEMS加速度計監(jiān)控天線方向變化的可行性。
工程師們根據(jù)最基本的功能要求開始了此次調(diào)研：維持各天線平臺的可靠通信,。該系統(tǒng)中,，可靠的數(shù)據(jù)通信要求天線指向角始終位于天線的半功率波束寬度(HPBW，參見圖5)以內(nèi),。因此,，他們決定：如果天線在短時間內(nèi)的方向變化達到天線HPBW的25%，那么就觸發(fā)一次實地維護需求,。
在支持此目標的誤差預算內(nèi),，架構師允許傾斜測量的峰值噪聲為測量目標(HPBW的25%)的10%。為簡明起見,，架構師還指定噪聲峰值等于噪聲均方根(rms)值的3倍,。方程7反映了所有這些限定條件，并將其簡化為一個關系式,，即傾斜測量中的噪聲必須小于HPBW/120,。