技术

<strong>作者：Keith Szolusha和Kyle Lawrence</strong>

机器视觉系统使用非常短的强光闪烁来产生用于各种数据处理应用的高速图像。例如，快速移动的传送带通过机器视觉系统进行快速标签和缺陷检测。红外和激光LED闪光灯常用于近程和运动检测机器视觉。安全系统发出高速、难以察觉的LED闪光灯来检测运动，捕获和存储安全影像。

<strong>Cosimo Carriero ADI公司</strong>

平板电脑、智能电话、视频游戏机、摄录机和相机彻底改变了传感器世界，其中包括MEMS加速度计和陀螺仪。它们能够测量运动，导致很多使用这些传感器的设备得以改善性能并增加功能。

虽然消费电子应用激发了对这些传感器的需求，但其在其他市场的应用也在增加。随着数字化或物联网的出现，传感器正成为工业基础设施应用的核心。在这种情况下，应用依赖MEMS进行状态监控和结构健康监测。与这些新应用相伴而来的是关于性能和可靠性的非常具体的标准。

<strong>智能基础设施</strong>

<strong>作者：Sanket Sapre</strong>

<strong>摘要</strong>

IGBT/功率MOSFET是一种电压控制型器件，可用作电源电路、电机驱动器和其它系统中的开关元件。栅极是每个器件的电气隔离控制端。MOSFET的另外两端是源极和漏极，而对于IGBT，它们被称为集电极和发射极。为了操作MOSFET/IGBT，通常须将一个电压施加于栅极（参考器件的源极/发射极）。专用驱动器被用来向功率器件的栅极施加电压并提供驱动电流。本文讨论栅极驱动器是什么，为何需要栅极驱动器，以及如何定义其基本参数，如时序、驱动强度和隔离度。

<strong>需要栅极驱动器</strong>

<strong>作者： John Ardizzoni</strong>

尽管其在高速电路中具有重要性，但印刷电路板（PCB）布局通常是设计过程中的最后步骤之一。高速PCB布局有很多方面; 关于这个问题已经写了很多卷。本文从实际角度阐述了高速布局。主要目的是帮助新手了解在设计高速电路板布局时需要解决的众多因素。但它也是为了让那些远离电路板布局一段时间的人受益。并非每个主题都可以在这里提供的空间中详细介绍，但我们解决了在提高电路性能，缩短设计时间和最大限度地减少耗时修订方面获得最大回报的关键领域。

<strong>作者：James Bryant</strong>

虽然诸如Howland电流源等电流镜和电路在教学时属于模拟电路部分，仍然有相当一部分的工程师在定义精密模拟电路输出时倾向于从电压的角度来考虑问题。这很可惜，因为电流输出可在多方面提供优势，包括高噪声环境下的模拟电流环路信号（0 mA至 20 mA和 4 mA至 20 mA），以及在不借助光学或磁性隔离技术的情况下针对较大电位差进行模拟信号电平转换。本文总结了一部分现有技术，并提供多款实用电路。

得到稳定的电流输出是极其简单的事情，最简单的方法就是使用电流镜：两个完全相同的晶体管——采用同一块芯片制造，从而工艺、尺寸和温度都完全一致——如图 1 所示相连。两个器件的基极-射极电压相同，因此流入集电极T2 的输出电流等于流入集电极T1 的输入电流。

<strong>作者：Martin Murnane</strong>

<strong>太阳能光伏逆变器</strong>

利用太阳辐射直接产生的电能绝大部分来自太阳能光伏(PV)电池，它将光子能量转换成电子流，进而形成电流。图 1 所示为大型光伏发电设备的航拍照片。

<strong>Eamon Nash 和 Eberhard Brunner</strong>

定向耦合器用于检测RF功率，应用广泛，可以出现在信号链中的多个位置。本文探讨ADI公司的新器件ADL5920，其将基于宽带定 向耦合器与两个RMS响应检测器集成在一个5 mm×5 mm表贴封装中。相比于要在尺寸和带宽之间艰难取舍的传统分立式定向耦合器，该器件具有明显的优势，尤其是在1 GHz以下的频率。

在线RF功率和回波损耗测量通常利用定向耦合器和RF功率检波器来实现。

图1中，双向耦合器用于无线电或测试测量应用中，以监测发射和反射的RF功率。有时也希望将RF功率监测嵌入电路中，一个很好的例子是将两个或更多信号源切换到发射路径（使用RF开关或外部电缆）。

<strong>作者：Nathan Carter 和 Chilann Chan</strong>

数据采集、传感器信号调理以及输入信号变化范围较大的其他应用要求采用增益可选放大器。传统的增益可选放大器在反馈环路中用开关将电阻连接至反相输入，但开关电阻会降低放大器的噪声性能，增加反相输入上的电容，并提高非线性增益误差。在使用低噪声放大器时，增加的噪声和电容，非线性增益
误差，这些都将影响精密应用中的精度。

<strong>作者：Maurice O’Brien</strong>

<strong>简介</strong>

工业和仪器仪表(I&I)应用的一个关键要求是具有可靠的数据接口，用于通过诊断端口检查相连系统。RS-232 总线标准是I&I应用中使用最早也最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-232最初于 1962 年推出，是一种单端数据传输标准；尽管有谣传称其很快消亡，但其实它现在仍然是短线通信行业广泛采用的一种通信标准。

<strong>作者：Irvin Ou</strong>

最近，超大规模集成 (VLSI) 技术的发展扩宽了数字控制应用范围，尤其是在电源电子元件方面的应用。数字控制IC具有多种优势，比如裸片尺寸更小、无源元件数量更少、成本更低。另外，数字控制可利用电源管理总线 (PMBus™) 来完成系统配置；高级控制算法能改善性能；可编程性则可实现应用优化。随着数字电源管理的进一步普及并代替大量模拟控制器，它必须保持现有功能的向后兼容性，从而使数字电源模块和模拟电源模块均可在同一个系统中工作。

模拟电源模块中一般使用输出电压调整，这样最终用户可以通过外部电阻更改电源模块的输出电压。它具有增强的灵活性，允许将某些经过选择的标准模块用到几乎所有应用中，而无论电压要求如何。图1显示AGF600-48S30模拟电源模块中调整输出电压的典型配置。

<strong>Mark Looney 应用工程师 ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

当MEMS惯性测量单元(IMU)用作运动控制系统中的反馈传感器时，必须了解陀螺仪的噪声情况，因为它会在所监视的平台上造成不必要的物理运动。根据具体情况，针对特定MEMS IMU进行早期应用目标噪声估算时需要考虑多个潜在的误差源。在此过程中需要考虑的三个常见陀螺仪特性为其固有噪声、线性振动响应和对准误差。图1的简单模型显示了会影响各误差源评估的几个特性：噪声源、传感器响应和滤波。此模型给出了对这些特性进行频谱分析所需的基准。

<strong>作者：Miguel Usach Merino和Gerard Mora-Puchalt</strong>

<strong>摘要</strong>

ADI 专利的容性可编程增益放大器(PGA)相比传统的阻性PGA具有更佳的性能，包括针对模拟输入信号的更高共模电压抑制能力。

本文描述了斩波容性放大器的工作原理，强调了需要放大传感器小信号至接近供电轨——比如温度测量（RTD 或热电偶）和惠斯登电桥——时，此架构的优势。

Σ-Δ 型模数转换器(ADC)广泛用于传感器具有较小输出电压范围和带宽的应用中（比如应变计或热敏电阻），因为这种架构提供高动态范围。具有高动态范围是因为，相比其它 ADC 架构，它具有低噪声性能。

<strong>Ken Waurin 市场经理 ADI公司</strong>

汽车制造商致力于使其下一代的汽车比前代汽车更安全、更智能且更节油。为此，需要在汽车中安装更多的ECU (电子控制单元)，这会导致电子系统的数量不断增加、复杂度也越来越高，以便实现主动噪声消除、互联网连接和车内通信等新功能。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>现状</strong>

<strong>作者：Gustavo Castro 和 Scott Hunt</strong>

仪表放大器可以调理传感器生成的电信号，从而实现这些信号的数字化、存储或将其用于控制信号一般较小，因此，放大器可能需要配置为高增益。另外，信号可能会叠加大共模电压，也可能叠加较大直流失调电压。精密仪表放大器可以提供高增益，选择性地放大两个输入电压之间的差异，同时抑制两个输入中共有的信号。

惠斯登电桥是这种情况的经典例子，但像生物传感器一类的原电池具有类似的特性。电桥输出信号为差分信号，因此，仪表放大器是高精度测量的首选。理想情况下，无负载电桥输出为零，但仅当所有四个电阻均完全相同时，这种情况方为真。假如有一个以分立式电阻构建的电桥，如图 1 所示。最差情况差分失调 VOS 为:

<strong>作者：Tracey Johnson</strong>

自工业革命早期以来，人们就需要使用机械和设备进行测量、控制和通信，采用传感器和执行器的仪表系统成为现代制造工厂的支柱。通过传输线路，采用 4 mA 至 20 mA 模拟电流信号进行传输数据以及设置的通信方式长期以来一直在广泛使用。但仪表也在日臻成熟，从早期的纯模拟系统发展到当前使用的“智能”系统，利用 HART®（可寻址远程传感器高速通道）协议等技术增强了通信功能。简而言之，直流低频电路信号由独立的更高频率信号进行调制，信号在一对频率之间切换（图 1）—这种技术称为频移键控(FSK)。

<strong>作者：Mark Looney</strong>

<strong>简介</strong>

Adept MobileRobots1项目经理 Seth Allen 认为，地面机器人系统必须常常处理“枯燥、肮脏、危险”的工作。换言之，机器人系统通常用于人工介入成本过高、危险过大或者效率过低的任务。在许多情况下，机器人平台的自主工作能力是一项极为重要的特性，即通过导航系统来监视并控制机器人从一个位置移到下一位置的运动。管理位置和运动时的精度是实现高效自主工作的关键因素，MEMS（微机电系统）陀螺仪可提供反馈检测机制，对优化导航系统性能非常有用。图 1 中所示的 Seekur®机器人系统就是一个采用先进 MEMS 器件来改善导航性能的自主系统。

<strong>作者：Glenn Morita</strong>

基于深亚微米工艺的最新千兆级模拟电路对电源电压的要求越来越低，在有些情况下，还不到 1 V。这些高频电路往往需要较大的供电电流，因此，可能在散热方面存在困难。设计目标之一是使功耗降至电路性能绝对需要的水平。

开关模式 DC-DC 转换器是最高效的电源，有些器件效率可超过95%，但其代价是电源噪声，通常在较宽带宽范围内都存在噪声问题。通常用低压差线性调节器(LDO)清除供电轨中的噪声，但也需要，在功耗和增加的系统热负荷之间做出权衡。为了缓解这些问题，使用 LDO 时，可使输入和输出电压之间存在较小的压差（裕量电压）本文旨在讨论低裕量电压对电源抑制和总输出噪声的影响。

<strong>LDO 电源抑制与裕量</strong>

<strong>Ken Waurin 市场经理 ADI公司</strong>

汽车制造商致力于使其下一代的汽车比前代汽车更安全、更智能且更节油。为此，需要在汽车中安装更多的ECU (电子控制单元)，这会导致电子系统的数量不断增加、复杂度也越来越高，以便实现主动噪声消除、互联网连接和车内通信等新功能。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>现状</strong>

<strong>作者：Ben Wang</strong>

汽车航位推算(DR)导航系统采用一个陀螺仪(gyro)来推算车辆的即时航向。借助该信息再加上行驶的距离，导航系统可以正确确定车辆的位置，即使卫星信号因拥挤的城区环境或隧道而受阻时亦是如此。在 DR 导航中使用陀螺仪的一个重大挑战是，卫星信号可能会丢失较长时间，结果使累积角度误差过大而无法精确定位车辆。本文为这个问题提出了一种简单的解决办法。

<strong>DR 导航的工作原理</strong>

图 1 所示为 DR 导航的基本工作原理。一个陀螺仪测量车辆的旋转速率，单位为度/秒。代表车辆即时航向的角度通过计算旋转速率的时间积分而求得。结合航向和行驶距离，可以确定车辆的位置，如图中的红线所示。

<strong>作者：Richard Anslow和Martin Murnane</strong>

新的政府政策与新的法规共同推动可再生能源发电，预计未来太阳能市场将有强劲增长。由于太阳能逆变器中功率密度的不断增加以及对储能平衡的需求，这一代太阳能发电要求对太阳能系统的所有元件进行大量监控。对于太阳能光伏应用，RS-485通信固有的抗扰性能使其得到应用。增加iCoupler®隔离式RS-485收发器可为太阳能光伏网络通信接口提供安全、可靠且EMC鲁棒的解决方案。RS-485有多种用途，主要用途是远程监控发电、功率点跟踪器和储能状态（电池储能）。