技术

工业无线技术是继现场总线之后，工业控制领域的又一个热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，是未来工业自动化产品新的增长点。工业无线技术是21世纪新兴、面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低耗能、实时通信等技术特征。

目前我们所熟知的无线技术有ZigBee、无线局域网(WiFi)、蓝牙(Blue-tooth)、超宽频(UWB)等。但他们由于自身协议的限制（如发射功率、安全等级、抗干扰性等方面的性能），通常应用于消费电子产品，不适合复杂的工业现场环境。其特点如表1所示：

表1 常用无线通信协议比较

<strong>摘要</strong>

按照许多年前老师的教导，我们会在运算放大器的两个输入端放上相等的阻抗。本文探究为什么会有这么一条经验法则，以及我们是否应当遵循这种做法。

<strong>老师的教导</strong>

如果您是在741运算放大器1横行天下的时代长大的，那么平衡运算放大器输入端电阻的观念必定已扎根在您的脑海中。随着时间的流逝，由于不同电路技术和不同IC工艺的出现，这样做可能不再是对的。事实上，它可能引起更大直流误差和更多噪声，使电路更不稳定。我们以前为什么要那样做？什么变化导致我们现在这样做可能是错误的？

在二十世纪六十年代和七十年代，第一代运算放大器采用普通双极性工艺制造。为了获得合理的速度，差分对尾电流一般在10 µA到20 µA范围内。

<strong>Chau Tran ADI公司</strong>

许多应用都需要利用增益模块来放大弱信号或衰减大信号，使之与ADC的满量程输入范围匹配。遗憾的是，采用分立放大器和外部电阻的典型增益模块有很多缺点，例如低精度和漂移限制等。举例来说，采用标准1%、100 ppm/°C增益电阻时，初始增益误差可能达到2%，温漂可能达到200 ppm/°C。一般而言，人们可以使用精密电阻来实现精密增益设置，但这种电阻很昂贵，而且要占用宝贵的PCB空间。另外，每个电阻的温漂情况不同，故增益也可能随着温度而变化。因此，人们需要一种单芯片放大器，它能放大或衰减信号，但性能不会有任何降低。

图1和图2所示IC框图配置是性能更高、成本更低、尺寸更小的解决方案。就此功能而言，这种集成产品是尺寸最小的，电路无需其他外部元件。

<strong>Thomas Brand ADI 公司 现场应用工程师</strong>

目前，一场频繁地被称为工业4.0（德国称为Industrie 4.0）的范式转变正在发生。在国际使用中，像（工业）物联网、智能工厂或信息物理（生产）系统这样的术语都指代相同的东西，它们常常可以互换使用。工业4.0指的是工业价值链及其产品转向数字化与联网的全球趋势。

特别地，在德国工业4.0不仅仅在商业界具有高知名度。由于其经济影响，工业4.0也受到政治推动，例如进一步发展德国制造业的竞争力。在这种情况下，政府官员正在推动一种将供应商视角和用户公司视角结合起来的双重战略，主要领域是工业自动化和工厂工程。为此，制造商必须将最新技术用于自己的生产过程，另一方面还要将这些技术和产品投向市场。

<strong>作者：David Brandon</strong>

<strong>简介</strong>

直接数据频率合成器(DDS)因能产生频率捷变且残留相位噪声性能卓越而著称。另外，多数用户都很清楚DDS输出频谱中存在的杂散噪声，比如相位截断杂散以及与相位-幅度转换过程相关的杂散等。此类杂散是实际DDS设计中的有限相位和幅度分辨率造成的结果。

其他杂散源与集成DAC相关——DAC的采样输出产生基波和相关谐波的镜像频率。另外，因DAC非理想的开关属性可能导致低阶谐波的功率水平升高。最后一种杂散源是在系统时钟频率的基波与任何内部分谐波时钟(例如，ADI直接数字频率合成器提供的SYNC_CLK)之间产生的混频产物。

<strong>Jed Hurwitz 技术人员 ADI公司</strong>

电表行业拥有了超过100年的悠久历史，而且在未来必将持续发展，就部署和使用而言，智能电表在该行业中还处于婴儿期。对于电力公司而言，电表就是前端的收银机，其精度不容折扣。无论是电表制造商，还是力图确保精度的电力公司，都必须遵守很多要求、规范和法规。但实际上，一旦电表通过认证并完成制造和部署，大多数电表的精度只在最初生产测试时可知。电表在使用寿命内的现场工作情况，只能通过统计采样测试了解。

从机械式和电子式电表到智能电表，其主要变化是通讯方式，现在我们不仅可以远程获取使用的电量，还能实现诊断功能，可报告电表自身的状态、运行状况和性能。这种全新的可能性让我们能够在电表现场工作的同时获取各种信息，从而无需人工干预、断开连接或专用设备。

<strong>Jan-Hein Broeders</strong>

<strong>健康监护正在走向可穿戴设备</strong>

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。

<strong>Dave Frizelle 和 Frank Kearney</strong>

复数混频器、零中频架构和高级算法开发之间存在一种有趣的联 系。本文旨在明确以上三者各自的基本概念，即工作原理以及它们 给系统设计带来的价值，并阐述它们之间的相互依赖关系。

RF工程常被视为电子领域的黑魔法。它可能是数学和力学的某种 奇特组合，有时甚至仅仅是试错。它让许多优秀的工程师不得其解， 有些工程师仅了解结果而对细节毫无所知。现有的许多文献往往 不建立基本概念，而是直接跳跃到理论和数学解释。

<strong>复数RF混频器揭秘</strong>

电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。

新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势。在纯电动汽车上体现尤为明显：以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠，甚至被视为中国在新能源汽车行业实现汽车工业“弯道超车”的希望领域之一。新能源电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。

电动汽车的驱动电机要求有以下几个特点：

用于生命体征监测 (VSM) 的可穿戴设备正在推动医疗行业的变革，使我们能够随时随地监测我们的生命体征和活动。通过测量人体阻抗，可以获得某些关键参数的最相关信息。

为了确保有效性，可穿戴设备必须小巧紧凑、成本便宜且功耗较低。此外，测量生物阻抗还带来了使用干式电极和安全要求方面的挑战。本文针对这些问题提供了一些解决方案。

<strong>电极半电池电位 </strong>

电极是使电子电路与非金属物体（如人类皮肤）接触的电气传感器。这种相互作用会产生电压，称为半电池电位，从而降低 ADC 的动态范围。半电池电位随电极材料而变化，如表 1 所示。

表 1. 常见材料的半电池电位

<strong>作者：Mary McCarthy and Aine McCarthy</strong>

有多种类型的温度传感器可以用于温度测量系统。具体使用何种温度传感器，取决于所测量的温度范围和所需的精度。温度测量系统的精度取决于传感器以及传感器所接口的模数转换器(ADC)的性能。许多情况下，来自传感器的信号幅度非常小，因而需要高分辨率ADC。Σ-Δ型ADC属于高分辨率器件，适合这些系统。其片内还嵌入了温度测量系统所需的其它电路，如激励电流和基准电压缓冲器等。本文介绍常用的3线和4线电阻温度检测器(RTD)，以及传感器与ADC接口所需的电路，并说明对ADC的性能要求。

<strong>RTD</strong>

<strong>作者：Ian Beavers | Electronic Design</strong>

在为高性能系统选择宽带模数转换器(ADC)时，需要考虑多种模拟输入参数，比如，ADC分辨率、采样速率、信噪比(SNR)、有效位数(ENOB)、输入带宽、无杂散动态范围(SFDR)以及微分或积分非线性度等。

对于GSPS ADC，最重要的一个交流性能参数可能就是SFDR。简单而言，该参数规定了ADC以及系统从其他噪声或者任何其他杂散频率中解读载波信号的能力。为了实现GSPS ADC中所使用的转换速率，可以采用以高采样速率捕获信号的多种架构。然而，使用其中一些架构时需要以牺牲全带宽SFDR性能为代价。

近年来，在消费电子产品用户体验、政府新的立法以及追求系统高效率的需求下，针对建筑安防系统或入侵检测系统解决方案的市场要求和功能设计目标明显升高。传统传感器类型、连接性、控制接口和供电都受到不同程度的影响，使这些普遍应用的外观和运行发生重大变革。传统的入侵检测系统大都是由一组简单的硬件连接而成，硬件包括控制面板、门/窗触点或者被动式运动传感器(或两个)，这种系统具有非常低的软件集成度和/或操作复杂性。但是，在过去十年里，居住和商业建筑客户需求已经不仅影响了分立组件的复杂性和实用性，而且还影响了这些系统解决方案的完整功能性。

在本文第一部分 《数字下变频器的发展和更新——第一部分》, 中，我们讨论了在更高频率的RF频段中进行频率采样的行业趋势以及数字下变频器(DDC)如何支持此类无线电架构。文中对AD9680系列产品所含DDC的几个技术方面进行了探讨。其中一个方面就是，更高的输入采样带宽允许无线电架构在更高的RF频率下直接采样，并将输入信号直接转换为基带。DDC可使RF采样ADC对此类信号进行数字化，而无需处理大量的数据吞吐量。DDC中的调谐和抽取滤波机制可以用来调整输入频带和滤除干扰频率。在本部分中我们将进一步分析抽取滤波，并将其应用于第一部分所讨论的示例。此外，我们将讨论Virtual Eval，该产品在改良的新型软件仿真工具中融入了ADIsimADC引擎技术。Virtual Eval将用于验证仿真结果与实测数据的匹配程度。

很多现代无线电架构包含下变频级，可将RF或微波频段向下 转换至中频，以便进行基带处理。无论最终应用是通信应 用、航空航天与国防应用，或是仪器仪表应用，目标频率都 越来越高，并进入了RF和微波频谱。应对这种情况的一种可 行解决方案是使用更多的下变频级，如图1所示。而另一种更 有效的解决方案是使用集成数字下变频器(DDC)的RF ADC， 如图2所示。

<strong>简介</strong>

从炼油厂到自动售货机等工业应用要求具有精确的温度、压力 和流量测量，以控制复杂以及简单过程。例如，在食品行业，产品装瓶和装罐的流量精确控制会直接影响利润，因此必须最大程度降低流量测量误差。类似地，封闭运输应用——比如石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交换——需要高精度测量。本文提供流量计技术概述，重点讨论液体流量测量中精度最高之一的电磁流量计。

<strong>作者：Mark Cantrell</strong>

利用序列光耦合器建立双隔离栅会存在一些问题，因为数据完整性很差，而且没有一种紧凑和廉价的方式为两个隔离栅之间的接口提供电源。随着iCoupler®等高性能数字隔离器以及isoPower®器件集成电源的问世，通过分层隔离器建立高压隔离栅现在已经成为一种可行解决方案。

由于新型电池和发电产业的快速扩张，我们需要具有很高工作电压的接口，还要求提供加强绝缘。例如，太阳能逆变器应用具有以下要求：

• 800 VDC的工作电压
• 2级污染等级
• 过压类别III

根据IEC 62109-1标准的有关加强绝缘的规定，这需要：

<strong>作者：Cosimo Carriero，ADI公司高级现场应用工程师 Michele Bissanti，Smart Metering总经理</strong>

<strong>简介</strong>

技术的进步使人们淘汰了机械和机电式的水、电、气表，取而代之的是具备高级功能的数字仪表。拥有这些新工具后，用户将摆脱被动消极的角色，变得更加积极主动，每个人都能控制自己的消费习惯并制定各自的资源节约策略。这里的关键词是“通信”二字。利用新的技术，公用事业公司和用户便能实现相互沟通，进而开创基础资源智能化利用的新局面。

<strong>智能仪表</strong>

Jose Carlos Conchell

<strong>简介</strong>

用于生命体征监测 (VSM) 的可穿戴设备正在推动医疗行业的变革，使我们能够随时随地监测我们的生命体征和活动。通过测量人体阻抗，可以获得某些关键参数的最相关信息。

为了确保有效性，可穿戴设备必须小巧紧凑、成本便宜且功耗较低。此外，测量生物阻抗还带来了使用干式电极和安全要求方面的挑战。本文针对这些问题提供了一些解决方案。

<strong>电极半电池电位 </strong>

电极是使电子电路与非金属物体（如人类皮肤）接触的电气传感器。这种相互作用会产生电压，称为半电池电位，从而降低 ADC 的动态范围。半电池电位随电极材料而变化，如表 1 所示。

<strong>作者：Walt Kester</strong>

在上篇文章中，我们介绍了去耦的基础知识及其在实现集成电路(IC)期望性能方面的重要性。在本篇文章中，我们将详细探讨用于去耦的基本电路元件——电容。

<strong>实际电容及其寄生效应</strong>

图1所示为实际电容的模型。电阻RP代表绝缘电阻或泄漏，与标称电容(C)并联。第二个电阻RS（等效串联电阻或ESR）与电容串联，代表电容引脚和电容板的电阻。