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• 西门子发布基于浏览器的云软件，将制造、运营、协作、设计和仿真集成在统一的解决方案中

• Zel X 可以根据工业特定的工作流程进行定制，助力制造商加快数字化转型进程

西门子数字化工业软件日前发布 Zel X™，这是一款基于浏览器的工程应用程序，有助于简化制造和工厂运营流程。Zel X 将用于制造、运营、协作、设计和仿真的软件整合成一个全面且轻量化的解决方案，通过浏览器即可实现操作，为用户创造即刻价值。

西门子数字化工业软件 Mainstream Engineering 软件高级副总裁 John Miller 表示：“制造业亟需开放、灵活的工具，不仅要满足制造商的需求，还要能够随时随地进行访问。Zel X 结合了西门子在制造、运营、设计、仿真和协作领域的专业知识和技术，通过客户适用的浏览器提供多项功能。Zel X 可以通过即时工具集支持客户快速变化的业务，提供全流程覆盖能力，助其在市场竞争中脱颖而出。”

Vuhl 是一家墨西哥的高性能汽车制造商，目前采用西门子 Zel X 完善其正使用的其他西门子产品，以支持与内部团队和客户的集成和协作。Vuhl 的联合创始人 Guillermo Echeverria 表示： “我们为数十个不同的客户提供服务，这让管理变得非常复杂。我们使用电子表格、窗口即时贴来与客户进行沟通，然而这些工具并不能像我们在公司内部的沟通工具一样精简。有了西门子 Zel X，我们就可以将所有东西集成到一个统一的解决方案中。现在，我们不仅可以在工程方面共享数据，还可以与工厂和制造碳纤维零件或进行车辆组装的人共享数据。我们同时也在使用西门子的 NX 软件，我们的客户有许多不同的 CAD 系统，在 Zel X 的帮助下，客户现在只需要一个 web 浏览器，就可以打开并查看目前的项目情况并标记它，进而大大提升了客户体验。速度是我们赢得市场的关键，所以我们选择使用高性能的解决方案和软件来助力我们达成目标。”

Zel X 以西门子成熟的行业技术为基础，与 NX 共享一个通用架构，并作为西门子 Xcelerator 平台的一部分进行交付。Zel X 能够基于浏览器，为企业提供以下集成功能：

操作：使用交互式仪表板实时监控和跟踪项目和工作状态，允许用户在任何设备上查看车间特定说明和通知。Zel X 还包括帮助实现自动询价（RFQ）的工具，包括从客户发出的询价和从供应商发出的询价。

WashTech 是一家工业洗涤公司，专门设计和制造用于清洁工业部件的机器，在 Zel X 的帮助下，WashTech 已经实现了 180 万美元的年销售额。正如 WashTech 的创始人兼董事 Mathieu Fresco 所言： “有了 Zel X，我能够更快、更准确地回应客户的询价。它基于浏览器的 CAD/CAM 和资源规划工具帮助我们变得敏捷。我们的目标是报价快 50%，订单多 30%。”

设计：Zel X 将西门子的 3D CAD 建模能力带到浏览器中，为报价、制造和夹具设计提供简化的 3D CAD（直接建模和基于历史的建模）。基于 Parasolid 的数据交换工具与西门子基于 3D AI 的预测建模功能相结合，使设计师和销售工程师能够打开和编辑导入的设计数据，以快速创建设计和图纸，修改现有模型或更改方案。

基于西门子 Simcenter™ 解决方案的云仿真功能，Zel X 允许任何参与设计过程的人，无论设备的计算能力如何，都可以快速执行简单的分析，以帮助其进行设计决策，同时进行零件/材料选择与优化。Zel X 还可进行无缝扩展，与西门子的 NX™、Solid Edge^® 和 Simcenter™ 等机械设计和仿真解决方案相互兼容。

制造：Zel X 提供了集成的、基于网络的 CAD/CAM 工具集。简化的 3D CAD 编程使设计人员和工程人员能够访问 2.5 轴 CAM，这些设计人员和工作人员可以在更加简单的棱柱形零件上工作，并且在计划更改时灵活地从任何设备调整设置或编辑 G-code。这也为更复杂的任务腾出了其他现有的 CAM 许可，并可扩展到西门子的 NX CAM 制造解决方案。

Bob Schuster，Schuster Mechanical 公司负责人在使用西门子的 Zel X 和 NX 软件后表示： “我们的目标是在收到采购订单后立即开始工作。以前我们只能根据自己对于情况的预估进行报价。Zel X 帮助我们改进了报价流程，将其从几周减少到几天，甚至几个小时。有了 Zel X和 NX，我们不仅简化了生产流程，同时也增进了客户关系。”

协作：Zel X 提供基于云的项目存储和协作，建立在与西门子 Teamcenter 通用的核心平台上，可在任何时间、任何设备上使用，该平台经过市场验证，提供可信的数据管理功能，并提供 Teamcenter^®Share 应用程序的数据共享和协作功能。Zel X 能够帮助客户将其供应链，包括内部团队、客户、合作伙伴和供应商整合在一个统一的信息来源，通过数据的工程视图和标记、增强现实（AR）可视化、任务管理（包括看板功能和跟踪）进行强化，所有这些都建立在安全的数据和生命周期管理基础之上。

Lifecycle Insights 首席分析师兼首席执行官、行业分析师 Chad Jackson 表示： “当企业将工程、制造、采购、历史数据甚至工具路径集成到一个解决方案当中，他们就会获得关键可见性。这么做不仅可以缩短报价和交付时间，提高流程效率，提高产品质量，还可以大幅节省成本。Zel X 取代了传统的手动流程和点式解决方案，这意味着更少的管理，更小的 IT 开销，也无需额外的硬件投资。”

Bowstone Metal Fabrication 首席执行官表示：“我们在公司范围内部署了 Zel X 软件，不仅有效提高了运营效率，还提升了整体竞争力，推动 Bowstone 在制造业取得持续成功和创新。”

西门子的 Zel X 解决方案目前可以为精简设计和制造提供标准版工具，也可提供添加了仿真功能、更多数据管理功能和设计工具的高级版工具。Zel X 同时提供 30 天的免费试用。如需了解更多信息，请访问https://www.sw.siemens.com/en-US/zel-x/

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西门子数字化工业软件通过 Siemens Xcelerator 开放式数字商业平台的软件、硬件和服务，帮助各规模企业实现数字化转型。西门子的工业软件和全面的数字孪生可助力企业优化设计、工程与制造流程，将创新想法变为可持续的产品，从芯片到系统，从产品到制造，跨越各个行业，创造数字价值。Siemens Digital Industries Software - Accelerating transformation.

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西门子数字化工业集团（DI）是自动化和数字化领域的创新领袖。数字化工业集团与合作伙伴和客户一起，推动过程与离散行业的数字化转型。通过数字化企业业务组合，数字化工业集团为各类规模的企业提供可以集成在整个价值链的端到端产品、解决方案和服务，并实现数字化。针对各行业的不同需求，数字化工业集团不断优化其独特的业务组合，帮助客户提升生产力和灵活性。数字化工业集团持续创新，将前沿科技不断融入产品系列。西门子数字化工业集团总部在德国纽伦堡，在全球拥有大约7.2万名员工。

关于西门子在中国

西门子股份公司（总部位于柏林和慕尼黑）是一家专注于工业、基础设施、交通和医疗领域的科技公司。从更高效节能的工厂、更具韧性的供应链、更智能的楼宇和电网，到更清洁、更舒适的交通以及先进的医疗系统，西门子致力于让科技有为，为客户创造价值。通过融合现实与数字世界，西门子赋能客户推动产业和市场变革，帮助数十亿计的人们，共创每一天。西门子持有上市公司西门子医疗的多数股权，作为一家医疗科技公司，西门子医疗塑造着医疗行业的未来。西门子自1872年进入中国，150余年来始终以创新的技术、杰出的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持。西门子已经发展成为中国社会和经济的一部分，并竭诚与中国携手合作，共同致力于实现可持续发展。如需了解详细信息，请访问www.siemens.com.cn。

加速宽禁带产品供应并推出15款全新基于GaN的成功产品组合参考设计

全球半导体解决方案供应商瑞萨电子（以下“瑞萨”，TSE：6723）宣布，已于2024年6月20日完成对氮化镓（GaN）功率半导体全球供应商Transphorm, Inc.（以下“Transphorm”，Nasdaq：TGAN）的收购。随着收购的完成，瑞萨电子将立即开始提供基于GaN的功率产品和相关参考设计，以满足对宽禁带（WBG）半导体产品日益增长的需求。

与传统的硅基器件相比，GaN和碳化硅 (SiC) 等 WBG 材料具有出色的功率效率、更高的开关频率和较小的占用空间，因此被视为下一代功率半导体的关键技术。受电动汽车（EV）、变频器、数据中心服务器、人工智能 (AI)、可再生能源、工业电源转换和消费应用等需求的推动，GaN 和 SiC 产品预计在未来十年内都将快速增长。

Chris Allexandre, Senior Vice President and General Manager of Power at Renesas 表示：“通过集成两家公司技术的交钥匙参考设计，客户可以立即从新的 GaN 产品中受益。将 GaN 添加到我们的产品阵容中也加强了我们致力于开发让人们的生活更轻松的产品和技术的承诺。提供强大且可持续的电源解决方案，节省能源、降低成本并最大限度地减少对环境的影响，正是我们实现这一目标的途径。”

投资电源业务是瑞萨实现可持续长期增长战略的重要组成部分。瑞萨近期为巩固这一细分市场而采取的其他举措包括：开设专门生产电源产品的300 mm晶圆厂甲府工厂；在高崎工厂增加一条新的 SiC 生产线；并与 Wolfspeed 达成协议，确保未来 10 年 SiC 晶圆的稳定供应。随着 GaN 技术现已成为瑞萨产品阵容的一部分，瑞萨准备提供更全面的电源解决方案，以满足广泛应用领域客户不断变化的需求。

在完成收购 Transphorm 的同一天，瑞萨推出了 15 款全新成功产品组合，这些可立即投入市场的参考设计将新的 GaN 产品与瑞萨的嵌入式处理、电源、连接和模拟产品相结合。其中包括将Transphorm 的汽车级 GaN 技术，用于车载电池充电器以及电动汽车的三合一动力系统解决方案。

例如：

• 500W两轮电动车车载电池充电器

• 三合一电动汽车系统：变频器、车载充电器、DC/DC 转换器

• 240W 48V 扩展功率范围 AC/DC 适配器

• 3.6KW 双向数字电源 DAB 系统

Transphorm成立于2007 年，总部位于美国加利福尼亚州戈利塔，源自加州大学圣巴巴拉分校和宽紧带行业，以独特的技术创新为基础。Transphorm是GaN半导体领域的创新者，设计、制造和销售高性能、高可靠性的GaN电源产品，广泛适用于各种高压电源转换应用。

瑞萨赋能

瑞萨电子以创新、质量和可靠性为驱动力，在电力电子领域处于重要地位，每年出货超过 40 亿个部件，包括电源管理 IC、分立和宽禁带产品、计算电源产品等。这些产品涵盖所有主要领域，包括汽车、物联网、基础设施和工业应用。我们的电源产品组合可无缝连接到我们卓越的 MCU、MPU、SoC 和模拟解决方案，通过数百种经过工程审查的成功产品组合和创新工具（如 PowerCompass™ 和 PowerNavigator™ 设计软件）简化和加速设计流程。更多信息请访问 www.renesas.com/power。

关于瑞萨电子

瑞萨电子（TSE: 6723），科技让生活更轻松，致力于打造更安全、更智能、可持续发展的未来。作为全球微控制器供应商，瑞萨电子融合了在嵌入式处理、模拟、电源及连接方面的专业知识，提供完整的半导体解决方案。成功产品组合加速汽车、工业、基础设施及物联网应用上市，赋能数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。更多信息，敬请访问renesas.com。关注瑞萨电子微信公众号，发现更多精彩内容。

• TAS8240 是一款基于 TMR 的紧凑型传感器，带有冗余，经济实惠，由 4 个惠斯通电桥组成，适用于角度检测

• 在 -40℃ 至 +150℃ 的环境温度范围内，角度精度可达±1.0°

• 在温度、磁场范围和寿命范围内具有较高的稳定性

• 提供安全相关应用（如动力转向电机）所需的带冗余的精确转子位置测量

TDK 株式会社（TSE：6762）推出面向汽车和工业应用场景的 TAS8240 传感器，扩大了其隧道磁阻（TMR）角度传感器产品系列。这款全新传感器提供紧凑型 QFN16（3 x 3 mm²）和 TSSOP16 (5 x 6.4 mm²)封装，可实现四个冗余模拟单端 SIN/COS 输出和低功耗。此传感器有助于精确的角度测量，可在受限的空间环境中实现高性能。作为 360°角度传感器，TAS8240 适用于精确测量安全关键型装置（如动力转向、制动助力器或牵引电机）中使用的无刷直流电机的转子位置。*TAS8240 现已开始批量生产，可提供样品。

该传感器包含四对 TMR 半桥，并通过在 x-y 平面上施加磁场提供四个单独的 SIN/COS 输出。然后，即使在其中一个输出信号发生故障的情况下，也可以实现高达 ASIL D 级的更高系统安全级别，同时提供更高的位置信息可用性。

QFN16 封装是一款表面贴装技术（SMT）解决方案，与 TSSOP16 相比，其所占面积小得多，非常适合空间有限的应用场景。可润湿的侧板有助于保障焊接质量，并适用于汽车级场景。根据系统架构的不同，新传感器还可以支持故障后不影响操作的概念。

TDK 首屈一指的 TMR 技术得益于公司在磁传感器技术方面的长期专业知识，并通过成功将精密的 TMR 技术集成到小型封装中，来优化其传感器产品。传感器的角度精度在不同温度和传感器使用寿命内可保持稳定。TAS8240 在已扩展磁场范围内的确定性行为开启了新的应用场景可能性，即使在要求严苛的环境中亦然。

术语表

• TMR：隧道磁阻

• SMT：表面贴装技术

主要应用场景*

• 绝对旋转角度传感器

• EPS 电机轴角度传感器

• 方向盘角度传感器

• 电子刹车电机角度传感器

• 在电子轴/牵引电机应用中可以替代旋变

主要特点和优点

• 非接触式 360°角度测量

• 在 -40℃ 至 +150℃ 的环境温度范围内，角度精度可达±1.0°

• 冗余：4 个单端 SIN/COS 输出对

• 安全等级：ASIL D 级

• 低功耗

• 支持径向传感概念

• 针对汽车（AEC-Q100）和工业应用场景进行优化

关于TDK公司

TDK株式会社总部位于日本东京，是一家为智能社会提供电子解决方案的全球化先进电子公司。TDK建立在精通材料科学的基础上，始终不移地处于科技发展的最前沿并以 “科技，吸引未来”，迎接社会的变革。公司成立于1935年，主营铁氧体，是一种用于电子和磁性产品的关键材料。TDK全面和创新驱动的产品组合包括无源元件，如陶瓷电容器、铝电解电容器、薄膜电容器、磁性产品、高频元件、压电和保护器件、以及传感器和传感器系统（如：温度和压力、磁性和MEMS传感器）。此外，TDK还提供电源和能源装置、磁头等产品。产品品牌包括TDK、爱普科斯(EPCOS)、InvenSense、Micronas、Tronics以及TDK-Lambda。TDK重点开展如汽车、工业和消费电子、以及信息和通信技术市场领域。公司在亚洲、欧洲、北美洲和南美洲拥有设计、制造和销售办事处网络。在2024财年TDK的销售总额为146亿美元，全球雇员约为101,000人。

作者：是德科技产品市场经理Bernard Ang

摘要

可穿戴传感器市场正以17.8%的年复合增长率迅速发展。然而，传感器技术也面临诸多挑战，特别是在微型化和低功耗方面要求日益提高。在测量多种类型的传感器时，有几个关键参数非常重要。本文将针对传感器领域展开探讨，进而传递以下信息：

• 市面上各种类型的传感器以及传感器如何改变人们所生活的世界

• 传感器的关键参数，不受各种物理测量方式的影响

• 对传感器进行表征和线性转换能够带来的裨益

• 对传感器进行表征和线性转换，在选择合适的测试仪器时，主要考虑哪些因素

引言

传感器推动世界运转。无论是在家中、工作单位、车上还是其他地方，人们使用的电子设备中都包含了传感器。难以想象没有移动设备的生活会是什么样子，而支撑这些设备的正是传感器技术。

现如今，人们都希望能够即时获取信息，传感器在这个过程中就发挥着至关重要的作用。例如，用户如果想通过手机查看天气状况，可能需要使用生物识别传感器来解锁手机。然后，查询天气状况的应用程序会使用位于不同地理位置的数百万个传感器（风力风向、湿度和温度）采集的数据来报告天气情况。

传感器市场的年复合增长率（CAGR）为 11%。在可穿戴物联网设备和医疗设备等新兴市场，传感器的 CAGR（2020-2027 年）更是高达 17.8%[1]。它们几乎无所不在，其中就包括智能耳机、智能服装、头戴式显示器、健身手环、智能手表和持续监测患者生命体征的便携式医疗器件。

传感器可以分为许多类型，其中每一类型又包含多个子类型。以图 1 为例，中间部分列出了一系列传感器类型。温度传感器是其中的一种类型，它又可以分为许多子类型，例如电阻式温度传感器、热电偶和热敏电阻传感器。围绕传感器类型的圆圈代表了推动传感器使用和增长的关键市场。

图 1. 不同类型传感器和主要传感器市场的示例

1：传感器优化的益处

自然状态下的传感器可能对光、温度、压力值、力度和湿度等外部参数有着不同程度的灵敏度。传感器的灵敏度取决于它们的材质、制造方法和用途。例如，有些传感器具有电容或电阻特性，在受到不同程度的外部参数（如力度或温度）影响下，其特性会发生变化。为了从传感器获得有用的可读电压或电流输出，设计者需要对传感器的电流偏置进行相应的校准。

传感器优化带来的效益显而易见：

• 准确度、感测范围和灵敏度可以提高好几倍。有些传感器的输出测量值是以对数刻度进行读取。因此，优化带来的潜在性能提升可达到十倍甚至百倍。

• 传感器还可以进行调节，以便与整个系统集成。由于将传感器输出转换为有用信息所需的处理减少了，所以操作会变得更高效。

2：如何优化传感器

有几种方法可以优化传感器，其中包括表征、线性转换、动态误差补偿和信号调节。

2.1：传感器表征

由于传感器的灵敏度可能各不相同，因此制造商会对他们生产的传感器进行表征，并发布技术参数和数据资料，以帮助用户更好地应用传感器。在动态范围、带宽、响应时间和准确度等测量参数方面，制造商能够提供有保证的准确度。对于特定的传感器和测量类型，制造商会提供建议的电压或电流偏置，以确保传感器正常工作。

灵敏度是传感器的重要特性之一，它决定了传感器在捕捉或测量物理参数中的细微变化方面具有怎样的性能。图 2 所示为两个具有不同灵敏度的传感器。假设传感器都有线性输出，输出的梯度代表了传感器的灵敏度。例如，Δa 和 Δb 的比值就是红线的梯度。产生红线输出的传感器比产生蓝线输出的传感器具有更高的灵敏度。典型的传感器在其整个范围内可能不会产生线性响应。因此，不同范围内的灵敏度可能会发生变化。

提高传感器灵敏度的方法有很多。例如，在光电二极管中，提高增益将会增加传感器的小信号输出，从而减少进入传感器的噪声或传感器内部的噪声，并且可以使用更灵敏的读出电路设计。

图 2：灵敏度

图 3 所示为在阶跃电平发生变化时受到输入参数激励的传感器做出的输出响应。图中的横轴代表传感器响应的测量时间。当传感器输出典型值与输入参数的阶跃电平变化对应时，输出会切换到新的电平。但是，当它达到新电平后，会出现过冲和下冲现象，需要经过一段时间才能稳定到新电平。

2.2：传感器线性转换

通常来讲，传感器是非线性的。对传感器进行线性转换是一个重要的传感器优化过程，通常用于将曲线或掺杂了边缘噪声的线条拟合为一条直线。经过线性转换的传感器能够与产品设计系统轻松集成。通过线性转换，数据计算会变得更加简单、高效。

图 4 所示为两种传感器的输出图。其中，蓝线是传感器的非线性输出，在传感器量程的两端，测量精度明显变差。红线表示传感器的理想线性输出。如图所示，线性误差是蓝线和红线之间的 F(x) 差值。

图 4. 线性动态范围图

2.3：传感器动态误差补偿

在大多数情况下，使用制造商数据手册中提供的数据就足以把传感器集成到用户的产品或系统中。不过，制造商的数据手册对于满足关键的实施需求来说可能不够具体。在这种情况下，产品设计工程师需要对传感器及其产品进行多个维度的表征。例如，根据所使用的传感器类型，传感器的响应会随着温度波动发生变化。如果产品需要在较大的温度范围内精密运行，那么对传感器进行多维度的表征和分析就至关重要。下图 5 所示是一个从三个维度进行表征的传感器模型。

图 5. 从三个维度表征的传感器模型

当产品或系统需要精确地位移或控制时，设计工程师可能不得不处理传感器迟滞等问题。某些类型的传感器，如温度传感器，在测量过程中会产生迟滞效应。例如，在受控烤箱中温度从低到高测量某个已知温度点，然后温度从高到低再次进行测量，我们就能发现迟滞效应。两次测量的温度值之间的差值代表了温度迟滞效应误差。迟滞效应看起来像是传感器在阻挡或滞后。这种滞后取决于传感器材质的固有特性或感测元件的设计。

系统设计工程师有办法对迟滞进行精准建模，并实现反馈和前馈控制，以实时动态补偿误差。

2.4：传感器信号调节

原始传感器信号的输出通常较弱，并且带有较大的噪声。原始传感器信号需要调节到便于系统测量的形式。系统中可以集成信号调节元器件或电路，以便调节原始传感器信号。这类部件包括信号前置放大器、噪声滤波器、衰减器或预失真电路。

3：用于表征传感器的测试仪器

在为传感器测量选择合适的测试仪器时，需要考虑精确度和分辨率这两个关键技术指标。精确度用于衡量测量值的好坏，分辨率则代表了可以测量的细节水平或者是测试仪器显示的有效数字位数。

现代测试仪器通常使用内置的模数转换器来对测量数据进行数字化和其他处理。在表征灵敏度较高的数据传感器时，测试仪器的线性度非常重要。

测试仪器的稳定性对于传感器的表征也很关键。数字万用表等测试仪器使用参考电压来提高测量准确度。如果参考值发生漂移，测量准确度也会随之漂移。因此，务必要选择具有自校准功能的测试仪器来减少或消除此类漂移。

传感器属于精密元器件。在为传感器选择测试仪器时，务必要选择对传感器的测量干扰较小的良好仪器。选择不会将环境噪声或自身产生的噪声带入测量的测试仪器。

总结

优化传感器的好处非常之大，其中包括准确度、感测范围和灵敏度的提升。表征传感器或者是对它们进行线性转换有助于将它们集成到更大的控制系统中，提升它们的工作效率。

选择合适的测试仪器来表征传感器至关重要。一定要确保测试仪器的测量准确度、分辨率、线性度、稳定性和极低的干扰度，以便满足传感器优化要求。

关于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）启迪并赋能创新者，助力他们将改变世界的技术带入生活。作为一家标准普尔 500 指数公司，我们提供先进的设计、仿真和测试解决方案，旨在帮助工程师在整个产品生命周期中更快地完成开发和部署，同时控制好风险。我们的客户遍及全球通信、工业自动化、航空航天与国防、汽车、半导体和通用电子等市场。我们与客户携手，加速创新，创造一个安全互联的世界。了解更多信息，请访问是德科技官网 www.keysight.com。

[1] 《全球可穿戴设备传感器市场的增长机遇》（K5CA-30 报告），Frost&Sullivan，2021 年 10 月