技术

<strong>摘要：</strong>

随着集成电路(IC)的复杂度不断提高，使用额外的成熟且有效的失效分析技能的能力变得重要起来。活性电子束探测是行之有效的微电子失效分析方法，可通过适当配置的扫描电子显微镜(SEM)来应用。在现有失效分析实验室中，我们检查了电阻对比成像(RCI)和电子束感应电流(EBIC)，并成功将其用作失效点隔离技术。从这些技术获得的结果得到了其它失效分析方法的支持，例如光学显微镜和曲线轨迹分析等。最后，本文证明电子束探测技术有助于增强现有失效分析过程的深度。

<strong>I. 引言和背景 </strong>

<strong>扫描电子显微镜</strong>

从事高效、紧凑式DC-DC转换器设计艺术的是一群精英工程师，他们对转换设计相关物理学原理和相关数学知识有着深入的理解，还拥有丰富的实践工作经验。凭借对波特图、麦克斯韦方程组以及极点和零点的深入理解，他们可以打造出优雅的DC-DC转换器设计。然而，IC设计师通常会回避棘手的散热问题——这项工作通常属于封装工程师的职责范围。

在负载点(POL)转换器中，专用IC之间的空间有限，因此散热是个大问题。POL调节器会产生热量，因为（目前）还没有电压转换的效率能达到100%。受结构、布局和热阻影响，封装会变得多热？封装的热阻不仅会提高POL调节器的温度，还会增加PCB及周围组件的温度，因而会增加系统散热机制的复杂性、尺寸和成本。

PCB上的DC-DC转换器封装主要有两种散热方式：

模拟电路设计师在设计放大器时，为了使其稳定，煞费苦心。然而在真实世界中，总是有很多情况引起放大器振荡——

不同类型的负载可能使放大器振鸣；

设计不当的反馈网络可能引起不稳定性

电源旁路不够充分也可能引起问题

输入和输出作为单端口系统也还可能自振荡；……

为了解决这些问题，今天我们将同大家共同探讨振荡的常见原因以及补救方法。

<strong>基础知识</strong>

几十年来，标准IEEE 802.3以太网一直是工作站，网络交换机，调制解调器，路由器以及PC和Mac等消费类电子产品的固定设备。它早已黯然失色，成为诸如令牌环和令牌总线等竞争对手的竞争对手。

但是，它从来没有真正为工业自动化设计。诸如其最初依赖CSMA / CD媒体访问控制方法，尽力处理网络流量，其噪音（即通过同一线路传输许多不同类型的流量）以及其总体缺乏确定性的缺点使其成为传统上在大多数自动化和控制系统中部署的数字现场总线是不可替代的。

<strong>工业以太网的创新与实现</strong>

工业以太网系统必须比办公室以太网更健壮。

以太网，特别是工业以太网最近已成为制造业界流行的行业术语。虽然相似，但它们都具有不同的特性和优点。本文将探讨以太网和工业以太网是什么以及它们有何不同。

<strong>什么是以太网？</strong>

以太网最初是在20世纪70年代开发的，后来被标准化为IEEE 802.3。以太网是IEEE 802.3涵盖的一组局域网（LAN）产品，IEEE 802.3是一组电气和电子工程师协会（IEEE）标准，定义 了有线以太网媒体访问控制的物理层和数据链路层。1 这些标准还描述了配置以太网网络的规则以及网络元素如何 相互协作。

本质安全（IS）设备的设计人员知道获取信号进出设备的挑战。新技术具有诱人的特性，可使设计更小，更简单，功耗更低，速度更快或全部四种，但由于IS安全标准的要求，是否或如何使用它们尚不清楚。

<strong>介绍</strong>

如果您对本质安全（IS）世界不熟悉，您可能会对术语和概念感到有点不知所措。它往往是一个与电子设计其余部分不同的世界，需要一段时间才能达成术语和世界观（双关语）。我们来回顾IS隔离器组件背后的主要概念。这完全是关于易燃环境和灰尘的安全。主要的概念是设计不能够利用可用的能量产生火花或火焰，从而在每一种可能的故障情况下，绝缘都将保持完好。IEC 60079-11中规定的所有测试和设计准则都是为了实现这两个目标。该标准通过强制绝缘属性（如沿表面的厚度或距离）接近安全方面。

<strong>作者：Mark Cantrell和BikiranGoswami，ADI公司</strong>

<strong>真实世界SPI部署</strong>

<strong>作者：Mark Looney</strong>

对于采用MEMS加速度计和陀螺仪的工业系统而言，优化带宽可能是关键考虑因素。这代表着精度(噪声)与响应时间之间的一种经典权衡。虽然多数MEMS传感器制造商都会给出典型带宽指标，往往还需要验证传感器或整个系统的实际带宽。在确定加速度计和陀螺仪的带宽特性时，一般需要使用振动台或其他机械激励源。要精确确定特性，需要全面了解应用于受测器件(DUT)的运动。在此过程中需要管理多种潜在误差源。在机械带宽测定中，一个常见的误差源是谐振。导致机械谐振的原因有多种，包括激励源维护不当、DUT与激励源耦合不良以及基准传感器放置等。这些误差的隔离十分耗时，可能给至关重要的项目进度带来风险。

<strong>作者：ADI公司产品营销工程师Max Liberman和业务开发经理Bob Scannell</strong>

在工业制造运营中，被动的设备维修是造成生产能力丧失的一个主要因素，这种维修本来是可以避免的。平均售价仅几美元的零部件，一旦发生故障，维修成本和由此导致的收入损失可能是其售价的好多倍。在最不利的情况下，未检测到的故障可能在系统中引起连锁反应，导致大面积损坏，触发生产停运，造成惨痛损失。传统上，制造商借助预防措施来保持生产现场正常运转。

健康监护正在走向可穿戴设备
当我还是个小男孩的时候，妈妈总是不停地叮嘱我要带够零钱，以防在遇到紧急情况时需要打电话。二十年后，移动电话使我们能够随时随地拨打电话。又经过20 年的创新后，语音通话已不再是手机这款智能设备的主要功能，它不仅可以拍摄美丽的照片、播放音频和视频流文件，而且还提供各种各样的服务——现在还逐渐成为我们的私人教练。配备传感器或者连接到穿戴式传感器后，这些设备可用来监控日常活动和个人健康状况。在不断增强的健康意识推动下，人们开始关注测量生命体征参数——如心率、体温、血氧饱和度、血压、活动水平（运动量）和脂肪燃烧量——以及追踪这些参数的日常变化趋势。

现在，装有多个传感器的通用传感器前端可监控这些参数。最大的挑战是最大程度地缩小尺寸并延长电池使用寿命。本文讨论面向迅猛增长的可穿戴电子产品市场的解决方案。

<strong>作者：Alan Righter、Brett Carn及EOS/ESD协会</strong>

充电器件模型(CDM) ESD被认为是代表ESD充电和快速放电的首要实际ESD模型，能够恰如其分地表示当今集成电路(IC)制造和装配中使用的自动处理设备所发生的情况。到目前为止，在制造环境下的器件处理过程中，IC的ESD损害的最大原因是来自充电器件事件，这一点已广为人知。

<strong>充电器件模型路线图</strong>

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

<strong>工作场所中的除颤器</strong>

这些除颤器实际上会提供语音和图形方式的指导，使得一个从来没有用过这种机器的用户能够正确地使用监护仪和导联开关。机器随后会做出判断，决定施加多少电能在病人身上，同时避免新手操作人员伤害到自己或痛苦的病人。当EMT到达现场后，就能接上除颤器并下载储存的数据，以便带回医院供医生查看分析。

<strong>医疗保健何去何从</strong>

<strong>简介</strong>

传统上，光耦合器用于隔离多种电气设备中潜在的危险电压。如今，基于变压器或容性耦合技术的现代数字隔离器得到了广泛应用。基于变压器的数字隔离器拥有诸多优势，比如高性能、集成功能、低功耗、出色的长期可靠性以及更高的易用性等。

需要隔离的原因有多种。通过隔离，在使用不同的接地基准电压或电源电压时，功能电路可以正常工作。在系统长期工作期间，必须保护设备操作员或病人，使其免受电击或危险电流的伤害。必须防止敏感和/或昂贵的系统因电涌而损坏——比如雷击。

机器人要想完成特定任务，就一定要有所动作，这个时候，必须掌握如何控制机器人走直线、曲线，从而使机器人移动到我们想做任务的地方。

机器人走直线，难吗？

我们看到一些先进的机器人，走在路上非常稳，不仅在平地上行动不会摔跤，走在坑洼里也可以极好地保持平衡。

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在脉冲雷达应用中，从发射到接收操作的过渡期间需要快速开启/关闭高功率放大器 (HPA)。典型的转换时间目标可能小于1 μs。传统上，这是通过漏极控制来实现的。漏极控制需要在28 V至50 V的电压下切换大电流。已知开关功率技术可以胜任这一任务，但会涉及额外的物理尺寸和电路问题。在现代相控阵天线开发中，虽然要求尽可能低的SWaP（尺寸重量和功耗），但希望消除与HPA漏极开关相关的复杂问题。

本文将提出一种独特但简单的栅极脉冲驱动电路，为快速开关HPA提供了另一种方法，同时消除了与漏极开关有关的电路。实测切换时间小于200 ns，相对于 1 μs 的目标还有一些裕量。其他特性包括：解决器件间差异的偏置编程能力，保护HPA免受栅极电压增加影响的栅极箝位，以及用于优化脉冲上升时间的过冲补偿。

在很多应用中，模拟前端接收单端或差分信号，并执行所需的增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换，之后在满量程电平下驱动 ADC 输入端。

今天，我们就深入探讨下精密数据采集信号链的噪声分析，并研究这种信号链的总噪声贡献。

如图1所示，低功耗、低噪声、全差分放大器 ADA4940-1 驱动差分输入、18位、1 MSPS PulSAR® ADC AD7982，同时低噪声精密5 V基准电压源 ADR435 用来提供 ADC 所需的5 V电源。此信号链无需额外驱动器级和基准电压缓冲器，简化了模拟信号调理，可节省电路板空间和成本。一个单极点截止频率 2.7 MHz RC (22 Ω，2.7 nF) 低通滤波器放在 ADC 驱动器输出和 ADC 输入之间，有助于限制 ADC 输入端噪声，并减少来自逐次逼近型(SAR) ADC 输入端容性 DAC 的反冲。

系统设计有时十分复杂，需要充分了解许多不同的元件，如果解决方案的各环节可以进行原型制作并快速演示，就可以简化过程，更重要的是，可以减少设计师面临的风险。凭借ADI公司的系统演示平台 (SDP),系统设计师可以重复使用核心元件，在最终系统实施前评估并演示各设计环节。SDP上提供ADI公司系列产品的元件和实验室电路评估板，并随时更新。由于之前使用过该平台，对其有一定的认知，用户很容易在熟悉的环境中评估新类别的元件。SDP连接至FPGA评估与原型制作平台，可以轻松创建并演示采用ADI元件通信的定制FPGA嵌入式设计。用户可以迅速建立定制评估与原型制作系统，还可以重复使用各种平台元件，演示各种丰富的硬件与软件概念，十分简单经济。

<strong>平台概述</strong>

<strong>电路功能与优势</strong>

本电路是一个由高功率开关MOSFET组成的H电桥，由低压逻辑信号控制，如图1所示。该电路为低电平逻辑信号和高功率电桥提供了一个方便的接口。H电桥的高端和低端均使用低成本N沟道功率MOSFET。该电路还在控制侧与电源侧之间提供隔离。本电路可以用于电机控制、带嵌入式控制接口的电源转换、照明、音频放大器和不间断电源(UPS)等应用中。

现代微处理器和微控制器一般为低功耗型，采用低电源电压工作。2.5 V CMOS逻辑输出的源电流和吸电流在μA到mA范围。为了驱动一个12 V切换、4 A峰值电流的H电桥，必须精心选择接口和电平转换器件，特别是要求低抖动时。

工业过程控制系统应用多种多样，范围覆盖从简单的流量控制到复杂的电网，从环境控制系统到炼油厂过程控制。这些自动化系统的智能性依赖于它们的测量和控制单元。 可编程逻辑控制器1 (PLCs) 和 分布式控制系统2 (DCS's)是用于控制机器和过程、处理各种各样模拟和数字输入及输出的两个最常见计算机系统，这些系统包含电源、 中央处理单元(C P U)，以及多种模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出模块。

由串联连接、高能量密度、高峰值功率的锂聚合物或磷酸铁锂（LiFePO4）电池单元组成的大电池包，广泛用于从纯电动车辆（EV或BEV）、油电混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）到能源存储系统（ESS）电动汽车市场。尽管对大容量电池单元的需求不断增长，电池价格仍然相当高，问题是即便是较高成本、较高质量的电池单元，重复使用后也会老化且不匹配。

提高具有不匹配电池单元的电池包容量有两种办法：

一种是从一开始就使用更大的电池，但这样做的性价比不高；

一种是使用主动均衡，这是一种新技术，可以恢复电池包中的电池容量，快速增强动力。

<strong>全串联电池单元，需要均衡</strong>