技术

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<strong>作者：Frederik Dostal</strong>

什么是负电压？说到电压，一切都是相对的。不同的电导体之间有不同的电位。这意味着一个电压可以高于另一个电压。这种情况下一般不会使用“负电压”的描述。我们所说的负电压是指一个电压低于系统的地电位。图1是一个3.3V电源电压和0V系统地电位的示例。在这个系统中，需要测量和记录传感器的信号。这些信号可能在+2.5V和–2.5V之间。

为了检测这些信号，我们采用+3.3V的正电源电压和–3.3V的负电源电压的运算放大器。且系统中已经提供+3.3V正电压。对于所需的–3.3V负电压，可以利用系统的–5V来产生。该电压轨可能来自基于变压器的电源，通常该电压是没有经过精确调节的。为了精准生成–3.3V，我们需要使用线性稳压器。

<strong>Duncan Bosworth，ADI公司</strong>

<strong>Maithil Pachchigar 应用工程师 ADI公司</strong>

<strong>Bin Wu Analog Devices 公司</strong>

<strong>对输入纹波整流的快速响应</strong>

ISO 16750 或 LV124 等汽车标准规定，汽车电子控制单元 (ECU) 可能面临一个具有高达 6 V p-p（在高达 30 kHz 频率下）AC 纹波之叠加的供电电源。用于控制外部MOSFET的诸如 LT8672 的门极驱动等器件足够强大，能处理高达 100 kHz 的纹波频率，从而最大限度减小了反向电流。图 1 所示为这种 AC 纹波整流的一个例子。

<strong>Brendan O’Dowd ADI公司</strong>

新技术的进步以及对更高效生产工艺和生产厂的期盼正推动工业设施发生前所未有的变革。这些变革提高了自动化程度、精确度和可用数据量。

这些进步使工业4.0成为现实，为制造商带来更大的发展前景和商机，在减少排放的同时，通过提高生产力、安全性和可靠性在全球经济环境中增强竞争优势。据估计，未来10年将带给自动化设备制造商价值约6.5万亿美元的商机。

虽然这一商机极具吸引力，但还有不少重大障碍需要克服。例如，在传统保守的工业领域，新技术的采用通常进展缓慢。自动化工厂目前通常是新旧系统的混合体，相应的系统间通信较为复杂。现有的基础设施基本上没办法实现在网络边缘安全地捕获和传输数据。简而言之，制造工厂和加工厂不会一夜之间改变。这需要一段过渡期。

<strong>John Oates ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

为了支持不断增长的无线数据需求，现代基站无线电设计支持多个E-UTRA频段以及载波聚合技术。这些多频段无线电采用新一代GSPS RF ADC和DAC，可实现频率捷变、直接RF信号合成和采样技术。为了应对RF无线频谱的稀疏特性，利用先进DSP来高效实现数据比特与RF的来回转换。本文描述了一个针对多频段应用的直接RF发射机例子，并考虑了DSP配置以及功耗与带宽的权衡。

<strong>简介 - 10年、10倍频段、100倍数据速率</strong>

<strong>作者：Ying Cheng ADI公司</strong>

<strong>简介</strong>

<strong>Sean O'Connell ADI公司</strong>

工业4.0或智能工业预示着一场新的工业革命，将现有系统通过网络连接在一起，以创建网络化物理系统。第一次工业革命是不同技术的融合，以支持工程师推动手工制造向蒸汽机驱动的大规模生产转变。如今的工业革命则是传感网、通信和大数据处理等技术的融合，这些被视为工业4.0的基石。从工厂生产到客户使用产品，通过增加嵌入式系统的连接性，并实时提取数据，理论上效率可提升高达30%。利用这些数据不仅可以优化制造流程，而且有助于做出更优的业务决策，开辟新业务领域。

近来，任何从事工业通信的人都会面对时间敏感型网络(TSN)的话题。TSN必将到来；这只是个时间和方式问题。然而，即使到今天，人们对它在工业通信领域的优势并不是很清楚。

<strong>历史回顾</strong>

以太网在20世纪80年代初被引入办公领域，并因其惊人的10Mbps的高吞吐量（相对于当时而言）迅速普及。然而，这种以太网对于实时应用来说并不实用，因为它使用被称为“合用线”的通用介质。在高利用率的情况下容易发生冲突，导致办公设置问题。

后来随着以太网的发展，通过引入交换网络解决了冲突问题。此外，通过服务质量(QoS)引入了以太网数据报文优先级。对于工业应用，保证低延迟尤为重要。尽管有QoS，但在办公环境中使用的标准以太网只能保证延迟低至某一点，尤其是在高网络利用率的情况下。

<strong>Thomas Brand ADI公司</strong>

以太网正成为工业应用中日益重要的网络就运动控制而言，以太网、现场总线以及其他技术（如外围组件互连）历来都是相互竞争的，用以在工业自动化和控制系统中获得对一些最苛刻要求的工作负载的处理权限。运动控制应用要求确定性（保证网络能够及时将工作负载传送至预定的节点），这是确保位置保持所必需的，这进而又将确保驱动器的精确停止、适当的加速/减速以及其他任务。

标准的IEEE 802.3以太网从未达到这方面的要求。即使全双工交换和隔离冲突域淘汰了过时的CSMA/CD数据链路层，但它还是缺乏可预测性。此外，典型堆栈中的TCP/IP的高度复杂性并未针对实时流量的可靠传送进行优化。因此，现场总线以及带有基于ASIC的PCI卡的PC控制架构一直是常见的运动控制解决方案。

<strong>Frederik Dostal ADI 公司</strong>

对于需要从高输入电压转换到极低输出电压的应用，有不同的解决方案。一个有趣的例子是从48 V转换到3.3 V。这样的规格不仅在信息技术市场的服务器应用中很常见，在电信应用中同样常见。

<strong>Rob Reeder、Duncan Bosworth、Ronak Shah、和Dan Pritsker</strong>

<strong>摘要</strong>

现代电子战(EW)系统开发人员面临着众多挑战，其中包括日益增加的频谱拥堵以及以更高的探测灵敏度对更宽的带宽进行监视等难题。此外，系统开发人员还面临巨大压力，要缩短开发时间，众多现有开发模型难以应对，因而需要各类定制型硬件和固件设计，以便在尺寸、重量和功率三重限制下提升性能水平。

<strong>作者：Mark Cantrell，ADI公司应用工程部</strong>

除颤器的发展历程揭示了医疗保健的未来方向。这些能够挽救生命的神奇的高科技产品，几年前只出现在救护车、医院中，需要经过特殊训练以及专业的医疗保健人员使用。有些人以怀疑的目光注视着除颤器。想象一下，如果有同事突然捂住胸口倒在地上，未经训练的员工会怎么做：奔向盒子，打碎玻璃，抓起“快速入门指南”，飞快地浏览文字，了解各种连接、控制和预防措施。同时，病人还在地上忍受着病痛的折磨。这时他的脑海中闪过医疗剧中无数个戏剧化的场景——医生或护士在自己身上除颤，而不是在病人身上。现实并没有那么戏剧化，医疗技术随我们离开医院，走进了工作场所和家庭。

<strong>工作场所中的除颤器</strong>

<strong>Bruce Petipas 应用工程师 ADI公司</strong>

在今天的数据采集系统(DAQ)中，需要不断突破性能极限。系统设计人员需要更高的速度、更低的噪声和更优的总谐波失真(THD)性能，所有这些都有可能实现，但却并非免费。实现这些性能改进通常需要更大的工作电流，而更大的工作电流则会产生更高的功耗。但是，在许多应用中，功耗敏感性也越来越受关注。原因有很多种。可能是由于应用是一种利用纽扣电池进行工作的远程系统，其主要关注点是电池寿命。也可能是由于应用是一种多通道系统，其通道数较多、电路密度较高，会造成热量集中，从而产生由温度引起的漂移问题。无论何种情况，最大限度降低电流消耗和功耗都是重中之重。系统设计人员必须权衡更高性能和更低功耗带来的竞争优势。解决此问题的一种途径是借助一个称为动态功耗调节(DPS)的过程。

<strong>Maithil Pachchigar 应用工程师 ADI公司</strong>

<strong>Ken Waurin 营销经理 Analog Devices, Inc.</strong>

汽车制造商致力于使其下一代汽车比以前更安全、更智能且更节油。为此，需要在汽车中部署更多的ECU（电子控制单元），以实现智能无线电连接、路噪主动降噪(RNC)、个人音区分区(PAZ)、车内通信(ICC)和自动驾驶等新特性和功能，这会导致电子系统的数量不断增加，也越来越复杂路噪主动降噪。随着ECU数量的不断增加，连接各种ECU所需的电缆的重量和成本也随之增加。增加的重量会反过来降低汽车的燃油效率，这一点让汽车制造商很苦恼。

汽车制造商必须在提供先进、功能丰富的信息娱乐系统和符合政府发布的燃油效率标准之间取得平衡。减轻现有电缆的重量可大幅提高燃油效率。

<strong>Maurice Moroney 市场经理 ADI公司</strong>

基于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等材料的新型功率开关技术的出现促使性能大幅提升，超越了基于MOSFET和IGBT技术的传统系统。更高的开关频率将减小元件尺寸，从而减小成本、系统尺寸和重量；这些是汽车和能源等市场中的主要优势。新型功率开关还将促使其控制元件发生变化，其中包括栅极驱动器。本文将探讨GaN和SiC开关与IGBT/MOSFET的一些主要差异，以及栅极驱动器将如何为这些差异提供支持。

多年来，功率输出系统的功率开关技术选择一直非常简单。在低电压水平(通常为600 V以下)，通常会选择MOSFET；在高电压水平，通常会更多地选择IGBT。随着氮化镓和碳化硅形式的新型功率开关技术的出现，这种情况正面临威胁。

<strong>作者：John Wynne</strong>

电动汽车逐渐成为近年来的一个热门话题。这种“绿色”汽车依靠串联电池组来获得足够高的电压，从而有效驱动电机。全电动汽车 (EV) 和混合动力汽车 (HEV) 均采用这种高压 (HV)电池组。HEV 依靠内燃机 (ICE) 充电，而且在许多情况下，内燃机也会提供动力。EV 则必须插入电源中充电，有些新型混合动力设计称为“插电式混合动力汽车”(PHEV)，它基本上可视为一种 EV，但配有内燃机以延长行驶里程。