在PCB中可以使用哪些类型的传感器?

物联网设备、移动设备、工业设备、环境传感器网络……不同类型传感器的应用列表似乎无穷无尽。传感器市场正在持续增长，以满足这些需求。如今，我们生活中的一切都可以连接到我们的手机上，几乎可以预期，具有某种程度连接功能的新消费产品也将通过传感器与环境或用户交互。

在消费者物联网设备之外，还有许多其他应用需要使用传感器。制造业和其他行业的新发展正在导致传统任务变得严重依赖数据。这就是传感器网络对于从环境、制造资产和其他设备，甚至工人本身收集数据变得重要的地方。然后，这些数据可以传输到基站进行分析。

随着终端用户、环境和其他设备之间的连接随着时间的推移而增长，PCB设计人员必须考虑创造性的方法来设计新产品，通过使用广泛的传感器来实现这种连接。通过正确的设计技术和不同传感器的选择，您可以创建与所有级别的模拟世界接口的新产品。

如何选择传感器

选择用于新的联网产品的传感器不仅仅是考虑您需要测量的现象。在确定设备中需要哪种类型的传感器和特定传感器时，您需要考虑产品部署的环境以及产品将如何使用。

设备的设计和功能需求是开始考虑设备需要运行哪些传感器的第一个地方。不同类型的传感器具有不同的精度水平、检测极限、测量范围、外形因素、功率要求和功能宽度。在选择要包含在设计中的传感器时，您需要平衡所需的功能与设备的机械占地面积和外壳。

例如，如果您正在创建一个用于工厂的可穿戴环境监控器，您将需要平衡所需的精度水平和测量范围，并要求保持设备足够小以供佩戴。如果您的监控器需要检测特定的有毒气体，如果不安全的暴露达到高ppm水平，则不需要检测到ppb水平。一般来说，检测极限较低的传感器也会带来更高的成本，如果您的设备将大批量生产，这就变得很重要。

不同类型传感器的一些设计注意事项

传感器被设计成与模拟世界连接，因此它们收集的信号作为模拟数据输出。然而，如果要处理这些信息并将其传输到基站或存储在内存模块中，则需要将传感器的模拟输出转换为数字信号。这意味着您需要使用标准混合信号设计和路由确保整个设备信号完整性的技术。

您的传感器将需要一些支持模拟电路

在使用任何包含传感器的移动设备时，电源完整性也是一个重要的考虑因素，因为这些设备可能会耗尽电池。电源完整性问题比如电源总线上的接地反弹和振铃会改变电路板中数字ic的工作点，并损坏转换后的数据。这些问题也会影响传感器读数的准确性

不同类型传感器的应用

不同类型的传感器在不同的应用中有自己的位置，您需要包含的传感器列表是由您需要测量的内容决定的。从机电振动到化学和生物测量，电子传感器行业一直在煞费苦心地设计能够检测一长串物理现象的系统。

当您使用正确的设计软件时，您将拥有满足设备基本电气和机械要求所需的功能，同时集成传感器和其他所需功能。以下是您可以在下一个传感器模块或移动/物联网设备中使用的不同类型传感器的一些想法:

热监测和成像的红外传感器

探测红外光最简单的传感器是光电二极管。该传感器很容易包含在任何PCB中，并允许快速检测来自点光源的红外光。对于微弱的光学信号，雪崩光电二极管可以提供一些增益，提供更可靠的红外或可见光探测。

当涉及到热成像时，您需要在PCB中使用CCD，因为离散光敏像素阵列提供了形成图像所需的空间分辨率。这提供了一个大视野的热监测。相比之下，光电二极管的灵敏度较低，只能用于检测来自单点的光。

了解更多关于与红外传感器和光电二极管．

这种CCD对红外光很敏感

振动监测

在制造业和其他工业领域，不同设备的振动会影响工厂生产的产品质量，或者它们是需要立即维修的机械问题的指标。这些振动不是总能通过触觉探测到，也不能用人耳轻易分辨。监测一个频率范围内的振动对于监测重型设备的不同部件变得非常重要。

压电传感器和换能器是监测这些频率范围内振动的理想选择。如果部署在制造环境中，与大多数消费级设备相比，这些传感器模块的设计必须满足更严格的机械要求。

压电传感器也可用于监测化学或生物制剂，当驱动接近其谐振频率之一时。施加在压电元件上的轻微机械载荷会改变谐振频率和驱动振幅，这可以通过模拟信号处理电路很容易地检测到。

了解更多振动测量用压电传感器．

无线传感器网络

工厂的环境、基础设施和安全可以使用无线传感器网络进行远程监控。这些小型嵌入式设备网络通常包括少量传感器和无线网络通过WiFi连接、Zigbee、蓝牙或其他无线协议。通过小型微控制器收集和处理的数据可以通过无线协议传递到基站，从而实现对大范围内重要环境信息的实时监控。

无线传感器网络的一个重要设计方面是用于将传感器连接到单个网络的网络拓扑结构。在无线传感器网络中可以实现许多协议和拓扑结构。对于广泛的传感器网络，网状拓扑可能是最有用的，特别是如果传感器嵌入在移动设备中。

阅读更多无线传感器网络的PCB设计．．

嵌入式汽车传感器

您的汽车已经是一个大型机电计算机，其中包括大量的内部传感器确保车辆以最佳性能运行。随着汽车之间和互联网的联系越来越紧密，汽车设计师将继续扩大汽车的传感功能范围。这对于自动驾驶汽车来说尤其重要，因为自动驾驶汽车需要从附近环境和其他车辆中收集大量信息才能安全运行。

信息娱乐系统和可以从装有嵌入式传感器的车辆上收集的大量性能数据需要无线连接到城域网(MANs)。这意味着信息娱乐设计师将需要创建能够收集数据并通过城域网在互联网上传输数据的系统。这一切都需要通过无线方式进行。现代车辆中的传感器网络也需要自己的拓扑结构和协议才能正常运行。

阅读更多汽车传感器和连接的新发展．

拆卸的压差传感器

医疗物联网设备传感器

设计用于医疗设备的pcb有自己的一套标准和设计要求，这取决于这些传感器将如何用于患者。除了设计医疗设备的安全方面，这些设备中传感器的选择将受到形状因素和信号完整性要求的限制。使用这些设备收集的数据将不可避免地需要通过外部系统进行处理，并存储在患者的文件中，因此连接性成为这些设备的重要考虑因素。

阅读更多关于设计和用于医疗物联网设备的路由拓扑．

Cadence将布局和分析结合在一起的传感器模块设计

一旦电路板上的传感器收集了重要的测量数据并处理了数据，您就需要将数据从电路板上获取到计算机上进行分析。这是需要在传感器单元和外部基站或直接到计算机之间进行某种连接的地方。这可以包括USB连接、DB9或类似的连接、以太网或无线协议。

传感器、移动设备、其他计算机和支持传感器模块的pcb之间的连接构成了集成电路的基础物联网的革命．您可以使用正确的PCB设计和分析软件创建新设备，其中包括所需的传感器模块以及连接功能。

你可以在Cadence的OrCAD中创建这样漂亮的3D布局

Cadence提供了全套的PCB设计与分析适用于任何应用的工具，包括高速和混合信号设计和仿真。的OrCAD中的PCB布局和路由工具是您进入集成多种类型传感器的产品设计世界的入口。当您使用Cadence的全套行业标准设计工具时，您将获得完整的电子设计和分析解决方案。

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