ASIC能為未來的智慧城市做些什么？

根據(jù)聯(lián)合國的數(shù)據(jù)，預計到 2050 年，全球 68% 的人口將居住在城市地區(qū)。為了應對這一增長，城市正專注于利用技術(shù)來提高居民的公平性，促進更可持續(xù)的生活并鼓勵更好的資源的使用。

在本文中， ASIC 設(shè)計和供應商Swindon Silicon Systems的銷售總監(jiān) Richard Mount探討了支持智能城市的傳感器驅(qū)動技術(shù)，以及支持它們的專用集成電路 (ASIC)。

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)即專用集成電路，是指應特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計、制造的集成電路。ASIC的特點是面向特定用戶的需求，ASIC在批量生產(chǎn)時與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優(yōu)點。

根據(jù)TomTom 交通指數(shù)報告，土耳其伊斯坦布爾在 2021 年被列為世界第一大擁堵城市，該市司機平均每年因交通擁堵而損失 142 小時。隨著人口的增加和空間的有限，像伊斯坦布爾這樣的現(xiàn)代城市需要重新思考如何規(guī)劃和管理城市生活的多個方面，以便為市民創(chuàng)造更精簡、更愉快的環(huán)境。

為了解決城市效率低下的問題，許多國家正在通過利用數(shù)據(jù)來管理資產(chǎn)、資源和服務，從而使他們的城市變得“更智能”，最終旨在改善整個城市的運營。最重要的是，智慧城市必須由通勤、工作、生活和社交的人了解。收集數(shù)據(jù)對于了解一個城市如何最好地滿足其公民的需求至關(guān)重要。

世界正在轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)來實現(xiàn)這些智慧城市。城市實時分析傳感器豐富的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，并用于改善關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的許多方面。智慧城市技術(shù)提供的智能可增強服務，能夠預測用戶需求、減少公共支出并提高可持續(xù)性。

一般來說，智慧城市技術(shù)架構(gòu)可以分為四層。首先是感知層，它使用傳感器來生成數(shù)據(jù)。然后是網(wǎng)絡(luò)層，它由支持網(wǎng)絡(luò)連接和通信的硬件和軟件資源組成。數(shù)據(jù)層接收和存儲大量數(shù)據(jù)，最后服務層以智能和可用的方式解釋這些信息。

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化和進步正在推動傳感器技術(shù)在城市中的大規(guī)模采用。它允許城市從公民、建筑物和資產(chǎn)中收集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以被處理以監(jiān)控和管理從交通和運輸系統(tǒng)到犯罪偵查的一切。人工智能和高速互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)正在與傳感器網(wǎng)絡(luò)集成，以進一步加強數(shù)據(jù)收集。

必須使用各種各樣的傳感器來收集智慧城市有效運行所需的所有信息。例如，智能電表可用于提高公用事業(yè)的效率并降低成本。測量電壓、電流強度和功率因數(shù)的儀表可以監(jiān)測用電量，而容積式傳感器則檢測用水量。

智能電表使消費者能夠監(jiān)控自己的使用情況并進行個人級別的更改，以防止浪費并降低成本。公用事業(yè)公司還可以查看消費模式并實施提高效率的計劃。例如，電力公司通常會提供激勵措施來轉(zhuǎn)移需求以匹配發(fā)電高峰。管道系統(tǒng)中的智能水表網(wǎng)絡(luò)可用于獲得準確的水平衡，幫助發(fā)現(xiàn)泄漏并管理供不應求的資源。

展望未來，我們可以期待智慧城市采用更多的傳感器驅(qū)動技術(shù)。駕駛時，人類往往會加速與前面的汽車相遇，從而導致幻覺交通擁堵。通過與其他汽車保持一致的速度和距離，自動駕駛汽車可以提供減少智慧城市擁堵的機會。

如果沒有傳感器，自動駕駛汽車將是不可能的 雷達傳感器發(fā)出無線電波來檢測物體并實時測量它們與鄰近車輛的距離，而光探測和測距（激光雷達）傳感器使用激光來創(chuàng)建檢測到的物體的 3D 圖像并繪制周圍環(huán)境地圖.

智能傳感器生成的信號可以是數(shù)字信號，但更常見的是模擬值，例如電壓或電流。為了與網(wǎng)絡(luò)層連接并促進數(shù)據(jù)分析，這些模擬值必須經(jīng)過調(diào)節(jié)和數(shù)字化。這可以使用大量現(xiàn)成的集成電路 (IC) 來實現(xiàn)。然而，如果原始設(shè)備制造商 (OEM) 希望在技術(shù)和商業(yè)上從競爭中脫穎而出，ASIC 通常是更好的選擇。

ASIC 是專為客戶應用設(shè)計的定制設(shè)備，其芯片旨在提供完全符合其特定要求的優(yōu)化性能。智慧城市在各種應用中使用傳感器，混合信號 ASIC 設(shè)計允許在對每個特定用途都至關(guān)重要的性能上進行投資。Swindon 將能夠?qū)⒄麄€信號路徑優(yōu)化到最精細的細節(jié)，同時去除不必要的功能以降低成本。

智能傳感器必須緊湊，使用盡可能少的功率并始終保持可靠。在設(shè)計 ASIC 時，開發(fā)人員將盡可能多的電路集成到單個封裝中。這減少了組件數(shù)量，從而提高了可靠性、減少了 PCB 空間并降低了功耗。如果要在繁華的城市周圍部署智能傳感器，組裝變得更簡單，并且電子設(shè)備可以更好地免受環(huán)境因素的影響，例如振動必不可少。

在智慧城市中，智能傳感器必須保持運行多年。它們可能是十年以上投資周期的一部分，因此制造商希望避免不斷更新和更換電子產(chǎn)品。使用標準 IC 組件，過時將不可避免地成為一個問題。標準 IC 設(shè)備的制造商傾向于在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)升級產(chǎn)品，如果新部件與現(xiàn)有性能要求不兼容，這可能會導致系統(tǒng)性能問題。

定制的硅解決方案可確保在傳感器的整個生命周期內(nèi)供應 ASIC。ASIC 的設(shè)計考慮了永不過時，ASIC 供應商將與制造智能城市技術(shù)的公司密切合作，制定永不過時的計劃。使用諸如將晶片在干燥氮氣中儲存長達 30 年的技術(shù)，可以消除昂貴的系統(tǒng)重新設(shè)計和重新鑒定的需要。

世界上許多城市已經(jīng)開始了成為智慧城市的旅程。隨著城市人口的增長，我們可以期待看到越來越多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被采用來提高公民的生活質(zhì)量。如果沒有智能傳感器技術(shù)，智慧城市就不可能實現(xiàn)。選擇 ASIC 設(shè)計路線的 OEM 可以期待性能和可靠性的改進，以及尺寸和功耗的減小，幫助智慧城市盡可能高效地運行。

本文作者：ASIC 設(shè)計和供應公司 Swindon Silicon Systems 的銷售總監(jiān) Richard Mount。

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