广袤而寂静的森林里，危机潜藏在风吹草动之中——温度、湿度在顷刻间的细微变化，都可能引发火灾，带来巨大损失。作为防火预警系统关键组件的温湿度传感器，担负着最为重要的环境温湿度感知任务，可以在火灾发生甚至之前及时发出警报，让财产和生命的损失降到最低。
这并不是一项容易完成的工作。与相对单纯的室内环境不同，室外环境下，温湿度传感器需考量的因素极为复杂。以供电电源为例，传统的报警系统采用市电供电模式，过长的电线连接和复杂的安装会降低报警系统的安全性和可靠性。为了简化传感器的布点安装工作，有一些分布式报警系统转而采用电池供电模式。但由于实时预警系统要求传感器数据必须连续采集和上传，由此产生了较大的工作功耗，又缩短了电池使用寿命，进而带来高昂的电池更换维护费用。
与森林防火场景类似的，温湿度传感器在智慧农业（土壤环境的监测）、工业智能制造、智慧城市、医疗器械、汽车等领域中也有着广泛的应用。这些应用同样对现有产品的功耗（甚至无源化）、精度和恶劣工况下的持续工作能力提出了更高的要求。
为此，作为当前国产温湿度传感器技术研发的先行者，上海申矽凌微电子科技有限公司（下文简称“申矽凌”）于近期正式推出其全新一代数字高精度+超低功耗+宽电压温湿度传感器芯片产品——CHT8315，成为传感器实现国产替代的又一块拼图。
申矽凌CHT8315实物解剖图
超低功耗 CHT8315应用场景再拓宽
资料显示，CHT8315温度分辨率达0.03125℃，具有±0.5℃的精度，湿度分辨率可达0.02%RH，20 ~ 80%RH湿度范围内误差为±5.0%RH。较宽的电压范围1.35V-5.5V使之可以适应各种电源系统。功耗方面，在3.3V电源下以每秒采集一次温湿度数据的频率工作时，平均工作电流低至1.0uA（Typ.）；在待机模式下，电流消耗仅为35nA（Typ.）。
在通信接口方面，CHT8315采用了I2C/SMBus协议，最高通信速率可达3.4MHz（HSM, high-speed mode），且支持time-out功能和PEC功能，可有效保障与主机通讯的鲁棒性与可靠性。芯片最多支持4种从地址设置，进一步提升了对复杂系统的适应性以及灵活性。
据申矽凌温湿度产品线经理汪洋介绍，CHT8315是公司继CHT8305、CHT8305C和CHT8305E后，推出的第三代数字温湿度传感器系列产品，在关键性能指标上均有长足进步。工作电压范围也从2.5V - 5.5V进一步拓宽至1.35V - 5.5V。CHT8315独特的FAST功能可实现传感器自主温湿度转换，可大幅降低整体系统的功耗。
据介绍，在FAST模式下，传感器芯片以超低功耗自主连续采集温湿度数据（每120s采集一次），并且与预设温湿度高/低阈值（THIGH, TLOW, HHIGH, HLOW）进行实时比较，一旦超过/低于阈值，传感器芯片将转入高速连续测量模式，并通过ALERT PIN唤醒外部的MCU（微控制器）。MCU（微控制器）收到中断后，由低功耗待机状态转为常功耗工作状态。此模式尤其适用于对功耗敏感的电池供电系统。
汪洋表示，目前来看，CHT8315在低功耗方面的性能指标和独特设计，具有明显的稀缺性和创新性，也因此自去年一经推出即得到客户的好评，并已收到一定量的订单，主要应用集中于安防以及消费电子等，另外也有一些新的应用正在拓展。
提升国产替代 性能指标看齐国际一线大厂
作为温湿度传感器国产替代的开路者之一，申矽凌此次推出的CHT8315，也为这一赛道的国产替代进程添砖加瓦。需要指出的是，与部分国产传感器厂商仅有感应单元（transducer）等部件为自主设计不同，申矽凌的温湿度传感器所有部件均为自主设计，具有自主知识产权，是真正实现技术突破的产品。
据了解，温湿度传感器主要分为三大部件——负责感应的感应单元（transducer）、负责将感应到的模拟信号转换成数字信号的ADC，以及校准单元、数字接口等。
汪洋坦言，与目前在此细分领域的传统海外头部玩家相比较，早期国内厂家在电路设计（即ADC）方面的确面临一定困难。在模拟芯片领域，工程师以及经验的积累往往是护城河所在，先入场的往往有先发优势，这也是为何作为后来者的国内厂家难以突破技术壁垒。
突如其来的疫情以及愈发紧张的地缘政治因素给全球半导体供应带来了变数，但也给国内厂商带来了入场的绝佳机会，在温湿度传感器上深耕多年的申矽凌正是其中是佼佼者之一，而其成功的背后，离不开对自主创新的坚持以及对产品和技术的不断打磨。
据汪洋介绍，公司在创立初期，由于缺乏经验，产品的推出也并不是一帆风顺的。但随着产品不断迭代，产品的性能、可靠性和稳定性都得到了显著的提升，逐渐向国际一流厂商靠齐。例如CHT8315就突破性地采用了transducer与ASIC单芯片设计技术，对前代产品实现了性能的超越。
汪洋认为，在疫情以及供应链安全性因素影响下，其产品优势已经凸显。一方面，疫情影响下，国外大厂产能持续供不应求，而中国在疫情控制上的优势，使国内产业链能够更快地恢复生产；另一方面，地缘政治因素又让国内终端客户出于供应链安全考虑，更倾向于采用本土产品。
在这种趋势之下，温湿度传感器的国产替代进程也将进一步加快。“很多客户和我们交流说，希望更多地采用国产产品，我们自己也有信心，把自己的产品做得和国外一流大厂一样好，甚至以后比他们更好。”
市场需求爆发在即 新兴应用不断崛起
当下无疑是国产替代最好的时代，5G、AIoT、双碳政策正推动可穿戴、新能源汽车、智能家居等新兴市场需求不断攀升，让温湿度传感器市场迎来了全新增长点。据Research and Markets预测，到2027年末，全球温度传感器市场将从2020年末的63亿美元增长至88亿美元，年复合增长率达4.8%。
在汪洋看来，物联网场景下，温湿度传感器的应用将更为广泛，并且随着人们生活条件逐渐提高，在舒适度上的高要求将为温湿度传感器带来极大的市场。“比如智能家居应用里的婴幼儿看护系统，需要对环境中的温湿度进行监控，以保证婴幼儿所处环境的舒适度。”
除此之外，近年来，温湿度传感器还逐渐在智慧农业、冷链等新兴应用场景中被广泛采用，汪洋坦言，实际上还有许多物联网场景下温湿度传感器的应用仍然在试用、探讨阶段，仍待挖掘，“创新性应用层出不穷、应接不暇”，给这一市场带来难以估算的增量。
应用场景不断拓宽之下，申矽凌的新客户群体也随之不断增加。据汪洋透露，目前申矽凌的客户群除了国内安防、消费电子龙头之外，还不乏“计划以外”的新应用客户。举例来说，曾有一家终端客户向申矽凌提出了专为安全帽设计温湿度传感器的要求，“类似于这种需求，是过去完全想象不到的。”
另外，在工业、农业等越来越多用机器来代替人力的领域，温湿度传感器也有了广阔的用武之地。例如用于数据监测的机械表，过去可能需要人力定时对数据进行记录，以保证机器正常运转，现在就可采用温湿度传感器，对数据进行自动采集并上传至中央机房进行实时控制。
“我们也在不断地去和客户做一些互动，大家一起探讨未来的时候，会看到更多的一些机会，”汪洋说，“我相信随着5G以及AIoT技术越来越成熟并被更广泛地应用，温湿度传感器的应用也被进一步拓展。”
营收有望连续两年翻番 产品线拓展进行时
在此判断之下，申矽凌正式设立了温湿度产品线。除了此次推出的CHT8315以及其前代产品CHT8305/C/E外，申矽凌于2019年推出了首款支持单总线（Single-Wire）协议温湿度传感器CHT1305，支持Single-Wire通信发送单温度测量、单湿度测量、温湿度同时测量命令以及读取测量的温度和湿度值。
据介绍，在一些长距离温湿度监控场景之下，往往会存在较多的干扰问题，而CHT1305的最大亮点在于，采用Single-Wire数字接口，使其适合长距离的温湿度探头应用，比如冰箱、新风空调、冷链温湿度监控以及温湿度电缆等。支持2线工作模式，尤其是适合与单总线（Single-Wire）协议的温度传感器CT1820/B/S混接应用。
汪洋透露，虽然公司温湿度产品线正式成立不久，但上述三个产品已为公司贡献了不小的营收，2021年营收就实现了同比翻番，2022预计营收再翻一番。
对于产品线未来的具体部署，汪洋坦言，未来公司温湿度传感器产品线将持续加大研发投入，预计今年陆续推出至少3款新产品，来覆盖由点到面的应用场景，包括存量市场以及增量市场，请大家持续关注。新产品始终遵循更高的精度，更小的尺寸，更低的功耗以及更高的性价比。具体到应用上，汪洋认为，目前公司仍将聚焦于服务好现有的客户，“把能看到的客户需求摸透”，在有一定积累的基础上，再去确定其中优先考虑的赛道。
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