技术

近一段时间，自动化厂商在 3D 仿真技术上的各种投入，相信各位都已经看到了吧。

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PicSource：B&R Automation

随着数字成像技术的发展，相机作为一种传感器被广泛研究。在过去一年多的时间中，ToF技术作为拍照的亮点频频出现在各家的手机产品上。从vivo NEX到荣耀V20，从景深测量到动作捕捉，有了ToF技术加持，智能机能够拍出更好的虚化照片，能够化身为体感游戏机……作为3D深度视觉领域三大主流方案之一，ToF技术除了应用在手机上之外，也在VR/AR手势交互、汽车电子ADAS、安防监控以及新零售等多个领域都开始大显身手，应用前景十分广阔。

<strong>Zhongming Ye ADI公司</strong>

系统设计人员被要求生产更小、效率更高的电源解决方案，以满足所有行业SoC和FPGA的高耗电需求。在先进的电子系统中，因为电源必须放在SoC或其外围设备（如DRAM或I/O设备）附近，因此电源封装的可占用空间至关重要。在便携式仪器中，如手持条码扫描仪或医疗数据记录仪系统，空间更为紧凑。

自80年代初引入模拟蜂窝网络以来，蜂窝通信已有了长足发展。如今，随着市场由4G向5G网络解决方案迁移，蜂窝通信行业正在为实现更快数据传输速度、更低延迟以及容量、用户密度和可靠性的巨大飞跃奠定基础。例如，5G不仅可以提高数据速率（100倍）和网络容量（10倍），还可将延迟大幅降低到1 ms以下1，并同时实现数十亿互联设备近乎无处不在的连接，这些互联设备是不断增长的物联网(IoT)的一部分。一个典型的5G波束成型发射器由数字MIMO、数据转换器、信号处理组件、放大器和天线组成，如图12所示。

<strong>FPGA的供电</strong>

<strong>Cathal Casey ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

为可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)模块等过程控制应用设计模拟输入模块时，主要权衡因素通常是性价比。传统上，此应用领域使用双极性±15 V电源轨来提供有源前端组件，用于输入信号的衰减或增益。这会影响物料清单(BOM)的成本，而创建隔离双极电源会增加设计的复杂性。为了节省成本，另一种方法是使用单个5 V电源设计架构。单个5 V电源轨显著降低了模拟前端隔离电源设计的复杂性。但它会引入其他痛点，可能降低测量解决方案的精度。AD4111进行了电压和电流测量所需的大量整合工作，并解决了5 V电源解决方案的局限性。

<strong>作者：Bruce Haug</strong>

种种迹象表明，自动驾驶汽车的革命性发展即将全面来临。汽车公司正在与Google和Uber等科技巨头以及知名创业公司合作开发新一代自动驾驶汽车，这些汽车技术将改变我们的城市道路和高速公路，为未来的智慧城市奠定基础。他们将利用机器学习、物联网(IoT)和云等技术等加速这一发展。

更重要的是，自动驾驶汽车将继续推动已经由Uber和Lyft等共享出行服务商发起的行业变革。各类技术汇集在一起，将创造了一个由智能无人驾驶车辆组成未来交通的世界。

<strong>Keith Szolusha ADI公司</strong>

红、绿、蓝(RGB)LED可用于建筑和舞台照明系统，用以形成明亮的投影色彩——有时会在RGB组合中添加白色LED，从色调、饱和度和亮度方面扩展色彩范围（图1）。无论色彩分量有多少，都必须精确控制每个色彩分量的亮度，以便对色彩进行预测或是补偿LED之间的色差。可用色彩的数量取决于每个组成色的可分辨亮度级的数量。一些系统提供分辨率低至全亮度1/256（8位）。也可能实现更高的分辨率，并产生更多的色彩（图2），形成更强的控制力。

<strong>作者：Aengus Murray</strong>

国际能源报告显示，2006年电子电机的能耗为全球电能消耗总量的46%，相当于6040 Mt CO2排放量1。这导致人们要求电机驱动器制造商新增高级控制功能和工具，以便优化系统能效。在工厂生产系统中优化能效的新电机驱动器生态系统已得到了全球范围内的广泛认可。对于欧洲来说，得益于节能政策，工业电能消耗量呈现出每年1%的下降趋势2。

<strong>Thomas Brand ADI公司</strong>

工业部门转向数字化已成趋势，其他任何领域都没有如此明显。生产环境不断变化——已经连成网络，不同公司部门之间甚至跨越公司边界的通信日益增加。无论是人还是机器，公司所涉及的所有各方都在活跃地进行不计其数的多样化数据交换。以前只有个别机器互连，而未来网络将无处不在——从单个传感器和执行器到机器和完整系统。

<strong>James Scanlon ADI公司</strong>

出于各种原因，电子系统需要实施隔离。它的作用是保护人员和设备不受高电压的影响，或者仅仅是消除PCB上不需要的接地回路。在各种各样的应用中，包括工厂和工业自动化、医疗设备、通信和消费类产品，它都是一个基本设计元素。

虽然隔离至关重要，但它的设计也极其复杂。控制功率和数据信号通过隔离栅时，会产生电磁干扰(EMI)。这些辐射发射(RE)会对其他电子系统和网络的性能产生负面影响。

<strong>简介</strong>

大型时钟树使用多种类型的传输线，跨越多块电路板和多条同轴电缆，通过多个时钟器件路由时钟信号的情况并不少见。即使采用最佳实践做法，这些介质中的任何一种都可能带来大于10ps的相位偏差。然而，在一些应用中，需要所有时钟信号实现小于1ps的偏差。其中一些应用包括相控阵、MIMO、雷达、电子战(EW)、毫米波成像、微波成像、仪表和软件定义无线电(SDR)。

本文指出了设计过程、制造过程和应用环境中可能导致1ps或以上相位偏差的几个关切问题。对于这些关切问题，本文将提供一些建议、示例和经验法则，帮助读者直观地了解相位偏差的根本原因和幅度。

<strong>传输线的延迟等式</strong>

现代SAR和∑-Δ型模数转换器(ADC)的主要优势之一是在设计中考虑了易用性，这是针对前几代设计的补充。不仅简化了系统设计人员的工作，而且在许多情况下，允许对多代各种应用重复使用单个参考设计。在很多情况下，您可以构建一个参考设计长时间用于不同的应用。精密测量系统的硬件保持不变，而软件实现可适应不同系统的需要。这就是可重用使用的美妙之处，但实际生活中没有万事如意—有利也有弊。多个应用采用单一设的主要缺点是，您放弃了实现dc、地震、音频和更高带宽应 用的绝对最高可能性能所需的自定义和优化。在急于重用和完 成设计的过程中，往往会牺牲精确性能。其容易忽略和忽视 的一个主要方面是时钟。在本文中，我们将讨论时钟的重要性， 并为正确设计高性能转换器提供指导。

<strong>ADC基础知识</strong>

抖动和信噪比之间的关系

<strong>Jian Li, Jeff Zhang, Ya Liu, and Marvin Macairan Analog Devices 公司</strong>

DC/DC 转换器的功率密度通常受到体积庞大的磁性元件的限制，特别是在输入和输出电压相对较高的应用中。通过提高开关频率可以减小电感/变压器的尺寸，但因开关切换引起的损耗也会造成转换器效率降低。更好的方法是采用无电感开关电容电源 (电荷泵) 拓扑完全消除磁性元件。与传统DC/C电源相比，电荷泵可在不牺牲效率的情况下将功率密度提高 10 倍之多。飞跨电容代替了电感存储能量并将其从输入端传递到输出端。尽管电荷泵设计具有优势，但由于启动、保护、MOS管门极驱动等方面存在挑战，开关电容电源历来局限于低功率应用。

<strong>Aaron Schultz ADI公司</strong>

这里展示的远程检测实例具有高可靠性、易连通性和超低功耗的特性。这些电路主要面向需要稳定通信和最低限度的电池维护的工业环境。本解决方案结合了近年来低功耗、高精度放大方面的研究进展，兼具同等的低功耗、高可靠性无线Mesh网络功能。支持实现这些解决方案的是零漂移、低输入偏置放大器LTC2063和LTP5901-IPM，前者最高以2 µA电流运行，后者在睡眠模式下消耗电流不到1.5 µA。这些器件的功耗足够低，可以采用一块由铜和锌电极（每个四平方英寸），以及由柠檬内部物质形成的电解质组合而成的电池供电。

<strong>无线Mesh网络</strong>

<strong>Tony Armstrong ADI公司电源产品营销总监</strong>

许多通信系统通过48 V背板供电。此电压通常会降至较低的中间母线电压，通常降至12 V、5 V甚至更低，以便为系统内的电路板机架供电。但是，这些电路板上的大部分子电路或IC都需要在3.x V到低至0.5 V的电压范围内工作，且电流从几十毫安到几百安培不等。因此，要从这些较高的母线电压降至子电路或IC所需的较低电压，必须使用负载点(PoL) DC/DC转换器。除了这本身的难度外，这些电轨还有严格的时序、电压精度、裕量和监控要求也需要考虑！

<strong>Kevin Scott 和 Sam Nork ADI 公司</strong>

通过被动和主动电池均衡，电池组中的每个单元都得以被有效监控并保持健康的荷电状态 (SoC)。这样不仅可以增加电池循环工作次数，还能够提供额外的保护，防止电池单元由于过度充电/深度放电而产生损坏。被动均衡通过泄放电阻消耗多余的电荷，使所有电池单元都具有大致相当的 SoC，但是它并不能延长系统运行时间。

主动电池平衡是一种更复杂的平衡技术，由于在充电和放电循环期间，电池单元内的电荷得到重新分配，因此电池组中总的可用电荷也得到增加，从而延长了系统运行时间。与被动均衡相比，主动平衡能够缩短充电时间，并减少均衡时产生的热量。

主动电池均衡放电期间：

<strong>Aaron Schultz ADI公司</strong>

这里展示的远程检测实例具有高可靠性、易连通性和超低功耗的特性。这些电路主要面向需要稳定通信和最低限度的电池维护的工业环境。本解决方案结合了近年来低功耗、高精度放大方面的研究进展，兼具同等的低功耗、高可靠性无线Mesh网络功能。支持实现这些解决方案的是零漂移、低输入偏置放大器LTC2063和LTP5901-IPM，前者最高以2 µA电流运行，后者在睡眠模式下消耗电流不到1.5 µA。这些器件的功耗足够低，可以采用一块由铜和锌电极（每个四平方英寸），以及由柠檬内部物质形成的电解质组合而成的电池供电。

<strong>无线Mesh网络</strong>

<strong>作者：Volker Goller</strong>

工业以太网—实时以太网—在过去几年中经历了巨大的增长。虽然经典的现场总线仍大量存在，但它们已经过了巅峰期。流行的实时以太网协议扩展了以太网标准，可以满足实时功能的要求。现在，TSN为实时以太网提供了一条新的途径。

<strong>实时与通信</strong>

在工厂自动化和驱动技术的背景下，实时意味着周期时间要安全、可靠地达到10毫秒以下，最低至微秒。为了满足这些实时要求，以太网还必须获得实时功能。

以太网比现场总线快得多—那又怎样？

<strong>Erik Halthen ADI公司</strong>

<strong>工业4.0愿望和网络安全含义</strong>

涉及工厂数字化的工业4.0对工业市场领域的组织领导者来说有着不同的意义，随着工厂设备变得智能化和互联，数字化影响可能对网络安全产生广泛的影响。例如，这可能意味着对您的工厂进行转型以提高自主性和定制能力，从而提高运营总成本并为客户带来更高价值。这还可能意味着系统和子系统供应商正在使工厂设备变得更加智能，以实现更大型多单元系统内部和各企业系统之间制造单元的实时决策和自主交互。根据您希望利用工业4.0解决方案的方式，采用这些解决方案的策略将取决于它们将在价值链中的整合位置以及在工厂内的整合深度。

<strong>Frederik Dostal ADI公司</strong>

用于电压转换的每个开关模式稳压器都会引起干扰。在电压转换器的输入端和输出端，有一部分是通过线传输的，但也有一部分是辐射的。这些干扰主要是由快速开关的边缘引起的。对于现代开关模式稳压器，它们只有几纳秒长。采用新开关技术（例如SiC或GaN）之后，这些开关转换的时间特别短。图1所示为大约1纳秒长的开关转换时间。基础频率不能与降压型稳压器的开关频率混淆。但是，有一些方法可以克服干扰问题。如图1所示，应该尽可能快地开关边缘，以便尽可能减少开关损失。