ASIC能为未来的智慧城市做些什么？

根据联合国的数据，预计到 2050 年，全球 68% 的人口将居住在城市地区。为了应对这一增长，城市正专注于利用技术来提高居民的公平性，促进更可持续的生活并鼓励更好的资源的使用。

在本文中， ASIC 设计和供应商Swindon Silicon Systems的销售总监 Richard Mount探讨了支持智能城市的传感器驱动技术，以及支持它们的专用集成电路 (ASIC)。

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

根据TomTom 交通指数报告，土耳其伊斯坦布尔在 2021 年被列为世界第一大拥堵城市，该市司机平均每年因交通拥堵而损失 142 小时。随着人口的增加和空间的有限，像伊斯坦布尔这样的现代城市需要重新思考如何规划和管理城市生活的多个方面，以便为市民创造更精简、更愉快的环境。

为了解决城市效率低下的问题，许多国家正在通过利用数据来管理资产、资源和服务，从而使他们的城市变得“更智能”，最终旨在改善整个城市的运营。最重要的是，智慧城市必须由通勤、工作、生活和社交的人了解。收集数据对于了解一个城市如何最好地满足其公民的需求至关重要。

世界正在转向物联网 (IoT) 技术来实现这些智慧城市。城市实时分析传感器丰富的物联网设备收集的数据，并用于改善关键基础设施的许多方面。智慧城市技术提供的智能可增强服务，能够预测用户需求、减少公共支出并提高可持续性。

一般来说，智慧城市技术架构可以分为四层。首先是感知层，它使用传感器来生成数据。然后是网络层，它由支持网络连接和通信的硬件和软件资源组成。数据层接收和存储大量数据，最后服务层以智能和可用的方式解释这些信息。

物联网的数字化和进步正在推动传感器技术在城市中的大规模采用。它允许城市从公民、建筑物和资产中收集数据，这些数据可以被处理以监控和管理从交通和运输系统到犯罪侦查的一切。人工智能和高速互联网网络等技术正在与传感器网络集成，以进一步加强数据收集。

必须使用各种各样的传感器来收集智慧城市有效运行所需的所有信息。例如，智能电表可用于提高公用事业的效率并降低成本。测量电压、电流强度和功率因数的仪表可以监测用电量，而容积式传感器则检测用水量。

智能电表使消费者能够监控自己的使用情况并进行个人级别的更改，以防止浪费并降低成本。公用事业公司还可以查看消费模式并实施提高效率的计划。例如，电力公司通常会提供激励措施来转移需求以匹配发电高峰。管道系统中的智能水表网络可用于获得准确的水平衡，帮助发现泄漏并管理供不应求的资源。

展望未来，我们可以期待智慧城市采用更多的传感器驱动技术。驾驶时，人类往往会加速与前面的汽车相遇，从而导致幻觉交通拥堵。通过与其他汽车保持一致的速度和距离，自动驾驶汽车可以提供减少智慧城市拥堵的机会。

如果没有传感器，自动驾驶汽车将是不可能的 雷达传感器发出无线电波来检测物体并实时测量它们与邻近车辆的距离，而光探测和测距（激光雷达）传感器使用激光来创建检测到的物体的 3D 图像并绘制周围环境地图.

智能传感器生成的信号可以是数字信号，但更常见的是模拟值，例如电压或电流。为了与网络层连接并促进数据分析，这些模拟值必须经过调节和数字化。这可以使用大量现成的集成电路 (IC) 来实现。然而，如果原始设备制造商 (OEM) 希望在技术和商业上从竞争中脱颖而出，ASIC 通常是更好的选择。

ASIC 是专为客户应用设计的定制设备，其芯片旨在提供完全符合其特定要求的优化性能。智慧城市在各种应用中使用传感器，混合信号 ASIC 设计允许在对每个特定用途都至关重要的性能上进行投资。Swindon 将能够将整个信号路径优化到最精细的细节，同时去除不必要的功能以降低成本。

智能传感器必须紧凑，使用尽可能少的功率并始终保持可靠。在设计 ASIC 时，开发人员将尽可能多的电路集成到单个封装中。这减少了组件数量，从而提高了可靠性、减少了 PCB 空间并降低了功耗。如果要在繁华的城市周围部署智能传感器，组装变得更简单，并且电子设备可以更好地免受环境因素的影响，例如振动必不可少。

在智慧城市中，智能传感器必须保持运行多年。它们可能是十年以上投资周期的一部分，因此制造商希望避免不断更新和更换电子产品。使用标准 IC 组件，过时将不可避免地成为一个问题。标准 IC 设备的制造商倾向于在产品的整个生命周期内升级产品，如果新部件与现有性能要求不兼容，这可能会导致系统性能问题。

定制的硅解决方案可确保在传感器的整个生命周期内供应 ASIC。ASIC 的设计考虑了永不过时，ASIC 供应商将与制造智能城市技术的公司密切合作，制定永不过时的计划。使用诸如将晶片在干燥氮气中储存长达 30 年的技术，可以消除昂贵的系统重新设计和重新鉴定的需要。

世界上许多城市已经开始了成为智慧城市的旅程。随着城市人口的增长，我们可以期待看到越来越多的物联网技术被采用来提高公民的生活质量。如果没有智能传感器技术，智慧城市就不可能实现。选择 ASIC 设计路线的 OEM 可以期待性能和可靠性的改进，以及尺寸和功耗的减小，帮助智慧城市尽可能高效地运行。

本文作者：ASIC 设计和供应公司 Swindon Silicon Systems 的销售总监 Richard Mount。

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