在不需要連續(xù)觀測(cè)的應(yīng)用中，平均功耗與噪聲的關(guān)系變得更有意義,?；蛟S令人難以置信，但噪聲和功耗的關(guān)系甚至可能變成互補(bǔ)式,。這對(duì)工程師來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)好消息,。因?yàn)樵谥暗脑O(shè)計(jì)中，工程師可能因難以確定該讓功耗還是性能主導(dǎo)其設(shè)計(jì)而延誤了時(shí)機(jī),。而現(xiàn)在,，無(wú)需等待其他人在這一權(quán)衡中做出決定，智能傳感器架構(gòu)師可自行對(duì)權(quán)衡范圍內(nèi)的相關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行量化;這一做法將重新定義架構(gòu)師的工作,。

　　組成智能傳感器架構(gòu)的5個(gè)部分,，你都造嗎?圖1是智能傳感器架構(gòu)的一般例子，其中包含了最常見(jiàn)的功能,。

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　　核心傳感器

　　智能傳感器節(jié)點(diǎn)中的信號(hào)鏈從核心傳感器功能開(kāi)始,。最基本形式的核心傳感器也稱(chēng)為變換器，其將物理?xiàng)l件或?qū)傩赞D(zhuǎn)換成代表性的電信號(hào),。傳感器的比例因子描述其電響應(yīng)與其監(jiān)控的物理屬性或條件的線性關(guān)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(yīng)用無(wú)關(guān)的頻段中的噪聲,。在振動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用中,，這可能是一個(gè)帶通濾波器，它將隨機(jī)振動(dòng)與可能指示機(jī)器壽命減損的特定頻譜特征分離開(kāi)來(lái),。在傾斜傳感器中,，這可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波器,，例如移動(dòng)平均濾波器。這種情況下,，時(shí)長(zhǎng)是建立時(shí)間與濾波器輸出殘余噪聲之間的一個(gè)重要權(quán)衡因素,。圖2顯示了ADXL355艾倫方差曲線的例子，它表示相對(duì)于產(chǎn)生測(cè)量的均值時(shí)間,，測(cè)量的不確定性(噪聲),。

　　圖2. 艾倫方差曲線：ADXL355和ADXL362

　　校準(zhǔn)

　　校準(zhǔn)功能的作用是通過(guò)應(yīng)用校正公式來(lái)提高測(cè)量精度。在要求極高的應(yīng)用中,，通常是在嚴(yán)格受控條件下進(jìn)行測(cè)量,，通過(guò)直接觀測(cè)傳感器響應(yīng)來(lái)獲得此類(lèi)校正公式。例如在傾斜傳感器應(yīng)用中,，校準(zhǔn)過(guò)程涉及到觀測(cè)MEMS加速度計(jì)在多個(gè)不同方向上相對(duì)于重力的輸出,。這種觀測(cè)的一般目標(biāo)是觀測(cè)傳感器對(duì)足夠多取向的響應(yīng)，從而求解如下關(guān)系式(參見(jiàn)方程1)中所有12個(gè)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(zhǔn)且濾波的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)臏y(cè)量結(jié)果以對(duì)應(yīng)用提供最佳支持。在振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中,，這可能是簡(jiǎn)單的RMS-DC轉(zhuǎn)換或帶頻譜報(bào)警的快速傅里葉變換(FFT),。在傾斜檢測(cè)應(yīng)用中，智能傳感器會(huì)利用如下將傳感器對(duì)重力的加速度響應(yīng)轉(zhuǎn)換成方位角估計(jì)值,。

　　這三個(gè)關(guān)系式分別代表使用一個(gè),、兩個(gè)和三個(gè)加速度計(jì)測(cè)量結(jié)果的傾斜估計(jì)，假設(shè)各加速度計(jì)完全正交,。

　　通信/存儲(chǔ)

　　通信/存儲(chǔ)功能支持所有物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)的數(shù)據(jù)分級(jí)和連接(加密/安全,、存儲(chǔ)和分析)。

　　周期供電操作,，你必須知道的那點(diǎn)事兒電源管理(PM)功能對(duì)典型智能傳感器有三個(gè)作用——

　　1)管理信號(hào)鏈中所有器件的上電時(shí)序要求,。

　　2)將電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷簛?lái)支持信號(hào)鏈中所有器件的最優(yōu)運(yùn)行。

　　3)在以一定時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)中,，提供排程信號(hào)來(lái)觸發(fā)每次測(cè)量事件,。

　　周期供電是識(shí)別智能傳感器節(jié)點(diǎn)中此類(lèi)斷續(xù)操作的常見(jiàn)方法,。在兩次測(cè)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(shù)有助于節(jié)能,。圖3顯示了一個(gè)采用此技術(shù)的智能傳感器在一個(gè)完整測(cè)量周期上的瞬時(shí)功耗。

　　圖3：基本供電周期圖

　　下方程提供了一個(gè)利用圖3所示運(yùn)行特性來(lái)估算平均功耗(PAV)的簡(jiǎn)單關(guān)系式,。

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　　PON是智能傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行采樣并處理數(shù)據(jù)以產(chǎn)生和傳輸相關(guān)測(cè)量結(jié)果的平均功耗,。

　　POFF是智能傳感器節(jié)點(diǎn)支持低功耗睡眠模式所需的平均功耗。

　　tON是智能傳感器開(kāi)啟,、產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果,、將該結(jié)果傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)云、然后關(guān)閉所需的時(shí)間,。

　　tOFF是智能傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)(睡眠模式或完全關(guān)斷)的時(shí)間,。

　　T為平均測(cè)量周期時(shí)間。

　　測(cè)量過(guò)程必須得清清楚楚噠

　　在其開(kāi)啟時(shí)間(tON )內(nèi),，智能傳感器通常會(huì)經(jīng)歷多個(gè)不同運(yùn)行狀態(tài),。圖4和下方公式顯示了一個(gè)示例序列，其將開(kāi)啟時(shí)間分為四段：初始化,、建立、處理和通信,。

　　圖4：智能傳感器測(cè)量周期序列

　　TI 是初始化時(shí)間,，代表從施加電源(VSP)到信號(hào)鏈中的各器件準(zhǔn)備好支持?jǐn)?shù)據(jù)采樣和處理的時(shí)間。

　　tS 是建立時(shí)間,，代表從第一個(gè)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(shí)間,。

　　tP 是處理時(shí)間，代表從濾波器建立到產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果所需的時(shí)間,。這可能包括應(yīng)用校準(zhǔn)公式,、專(zhuān)門(mén)的信號(hào)處理以及根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)加密的時(shí)間。

　　tC 是通信時(shí)間,，代表連接云服務(wù),、發(fā)送加密數(shù)據(jù)以及支持差錯(cuò)校驗(yàn)或身份驗(yàn)證服務(wù)所需的時(shí)間。

　　如何降低建立時(shí)間影響,，follow me~根據(jù)測(cè)量周期的階段劃分(圖4),，很明顯，在濾波器建立時(shí)間這一段中,，噪聲可能會(huì)影響周期供電的智能傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗,。一般而言，來(lái)自均值操作的噪聲幅度的降低量與均值時(shí)間的平方根成比例,，而能耗的增加量與均值時(shí)間是直接比例關(guān)系,。因此,，噪聲幅度降低10倍會(huì)引起能耗(濾波建立期間)增加100倍!這種不成比例的權(quán)衡關(guān)系很快會(huì)對(duì)只需最少濾波(最低噪聲)的傳感器有利。

　　圖5：微波天線平臺(tái)

　　考慮圖5所示的微波天線平臺(tái),，其?？吭谝粋€(gè)塔式平臺(tái)上。在此類(lèi)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(dòng)調(diào)整,，特別是地震或其他原因擾動(dòng)了天線所?？康钠脚_(tái)之后。此類(lèi)遠(yuǎn)程維護(hù)的成本高昂,，而且不及時(shí)響應(yīng),，因此，作為維護(hù)響應(yīng)策略的一部分,，一家天線運(yùn)營(yíng)商正研究利用MEMS加速度計(jì)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(kāi)始了此次調(diào)研：維持各天線平臺(tái)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(jiàn)圖5)以?xún)?nèi)。因此,，他們決定：如果天線在短時(shí)間內(nèi)的方向變化達(dá)到天線HPBW的25%,，那么就觸發(fā)一次實(shí)地維護(hù)需求。

　　在支持此目標(biāo)的誤差預(yù)算內(nèi),，架構(gòu)師允許傾斜測(cè)量的峰值噪聲為測(cè)量目標(biāo)(HPBW的25%)的10%,。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，架構(gòu)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(jiǎn)化為一個(gè)關(guān)系式，即傾斜測(cè)量中的噪聲必須小于HPBW/120,。