• 貿澤電子備貨ams AS7038xB和AS7030B生命體徵傳感器

    貿澤電子備貨ams AS7038xB和AS7030B生命體徵傳感器

    2021年3月18日 – 專注於引入新品的全球電子元器件授權分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 即日起備貨ams的AS7038xB生命體徵傳感器和AS7030B生命體徵模塊。這些小型傳感器適用於多種新型醫療可穿戴設備和遠程診斷設備,例如用於測量血氧飽和度 (SpO2) 和心電圖 (ECG) 的一次性貼片。 貿澤電子分銷的ams AS7038RB和AS7038GB傳感器以及AS7030B傳感器模塊基於兩種常見的心率監測 (HRM) 和心率變異性 (HRV) 測量方法:光電容積脈搏波描記法 (PPG) 和心電圖 (ECG),通過對受到血管影響的光進行採樣來測量脈搏率。AS7038RB傳感器是一款超薄型SpO2測量專用傳感器,其大小僅有3.70mm × 3.10mm × 0.65mm,集小尺寸、集成功能和高性能信號鏈於一身,使設計人員能夠將重要的監測功能集成到耳塞、智能手錶和腕帶等小型消費產品中,以及如貼片和血氧儀等醫療設備中。該傳感器採用ams開發的在片干涉濾光技術,能夠捕捉590nm-710nm波長和近紅外 (800nm-1050nm) 波長的光信號,用於測量SpO2,同時防止其他波長的環境光導致干擾。 AS7038GB傳感器的峯值靈敏度波長為525nm(綠色),適用於心率監測 (HRM) 和心率變異性 (HRV) 測量;AS7030B HRM/HRV傳感器模塊則在一個3.55mm × 6.2mm × 1mm封裝中集成了兩個535nm LED。

    貿澤電子 貿澤電子 ams 生命體徵傳感器

  • Silicon Labs的Secure Vault物聯網安全解決方案,率先獲得全球PSA 3級認證

    Silicon Labs的Secure Vault物聯網安全解決方案,率先獲得全球PSA 3級認證

    中國,北京 - 2021年3月18日 - 致力於建立更智能、更互聯世界的領先芯片、軟件和解決方案供應商Silicon Labs(亦稱“芯科科技”),正式成為全球率先獲得高級別物聯網(IoT)軟硬件安全保護PSA認證的硅芯片創新者。由Arm聯合創立的PSA認證是備受推崇的物聯網軟硬件及設備安全項目,其為Silicon Labs集成Secure Vault的EFR32MG21無線SoC授予了PSA 3級認證。 這項里程碑成就鞏固了Silicon Labs在保護物聯網免受不良行為者侵害方面的領先地位。Secure Vault符合PSA 3級認證所定義的嚴格的安全軟件和物理不可克隆功能(PUF)硬件要求,從而大幅降低物聯網生態系統安全漏洞所帶來的風險,並減輕了知識產權方面的損害或者假冒產品造成的收入損失。具體來説,Secure Vault技術具備以下特性: · 對可擴展的本地和遠程軟件攻擊進行防護; · 抵禦本地硬件攻擊,儘管在歷史上硬件攻擊比軟件攻擊更少,但由於價格低廉且易於訪問的工具激增,這種攻擊正在增加; · 通過獨立的第三方實驗室測試,可有效防止嘗試使用精密的設備在特定時間內侵犯安全功能的行為。 Arm首席系統架構師兼研究員Andy Rose表示:“隨着對物聯網應用的攻擊不斷增加且變得越來越複雜,為設備提供芯片級保護顯得至關重要。Silicon Labs是率先獲得PSA 3級認證的硅芯片供應商,可以提供經過驗證的PSA信任根,以及針對各種複雜軟硬件攻擊的強大防護解決方案。” Silicon Labs物聯網高級副總裁Matt Johnson表示:“物聯網的持續增長要依靠設備在加入生態系統時有值得信賴的真實性和安全性。PSA 3級認證為物聯網設備製造商和最終用户提供了其所需的保證,使他們知道自己的物聯網應用能有效保護用於身份驗證的私密信息,並防止假冒或流氓設備進入其供應鏈,從而避免對品牌和收入造成不可挽回的損害。Silicon Labs致力於芯片、軟件和解決方案的創新,以確保我們服務的物聯網消費者、企業和行業得到安全可靠的發展。我們已經進行了戰略投資,成為安全物聯網無線解決方案的領先供應商,併成為全球率先獲得PSA最高安全級別認證的芯片創新者,這是我們取得成功的有力證明。” 2020年推出的Secure Vault是屢獲殊榮的先進功能套件,旨在幫助聯網設備製造商應對不斷升級、不斷髮展的物聯網安全威脅和監管壓力。Secure Vault包括了自己的安全內核以及ROM、RAM和Flash,其中包含核心加密算法和真隨機數發生器(TRNG)功能,安全密鑰管理與存儲和物理篡改保護功能,以及在芯片製造時創建的、由Silicon Labs根證書鏈保護的安全身份。2020年,Secure Vault取得了PSA 2級認證,並榮獲2020年LEAP連接類金獎。Secure Vault還因其強大的物聯網安全保護功能而獲得了ioXt聯盟的SmartCert認證。2020年10月,ioXt聯盟在其認證項目中選擇PSA認證作為基礎的信任根方案。 PSA認證項目是Arm在2017年聯合創立的,旨在提供一個清晰的框架來保護聯網設備的安全,從分析到安全評估和認證均有涵蓋。該框架提供了標準化資源來解決日益增長的物聯網需求碎片化問題,並消除了產品開發中的安全性障礙。PSA認證提供3個級別的安全保證,其中PSA 3級認證表明了對設備安全性的重大承諾。在PSA 3級認證標準下,芯片供應商需要滿足複雜的保護配置要求,這涵蓋了對一系列複雜的軟件和物理性物聯網攻擊方式的強大防護功能。

    Silicon Labs 物聯網 SoC PSA

  • µModule數據採集解決方案可減輕各種精密應用的工程設計挑戰

    µModule數據採集解決方案可減輕各種精密應用的工程設計挑戰

    數據採集系統級挑戰 系統架構師和電路硬件設計人員針對最終應用(如測試和測量、工業自動化、醫療健康或航空航天和防務)需求,往往要耗費大量研發(R&D)資源來開發高性能、分立式精密線性信號鏈模塊,以實現測量和保護、調節和採集或合成和驅動。本文將重點討論精密數據採集子系統,如圖1所示。 電子行業瞬息萬變,隨着對研發預算和上市時間(TTM)的控制日益嚴苛,用於構建模擬電路並製作原型來驗證其功能的時間也越來越少。在散熱性能和印刷電路板(PCB)密度受限的情況下,硬件設計人員需要通過尺寸不斷縮小的複雜設計提供先進的精密數據轉換性能和更高的魯棒性。通過系統級封裝(SiP)技術實現的異構集成,繼續推動電子行業朝着更高密度、更多功能、更強性能和更長的平均無故障時間的趨勢發展。本文將介紹ADI公司如何利用異質集成改變精密轉換競爭環境,並提供對應用產生重大影響的解決方案。 圖1.高級數據採集系統框圖 系統設計人員面臨諸多挑戰,不僅需要為最終原型選擇器件並優化設計,還要滿足驅動ADC輸入、保護ADC輸入以使其免受過壓事件影響、最大限度地降低系統功耗、用低功耗微控制器和/或數字隔離器實現更高的系統吞吐量等技術要求。隨着OEM更多地關注系統軟件和應用,以打造獨特的系統解決方案,他們也將更多的資源分配給軟件開發,而不是硬件開發。這樣就增加了硬件開發的壓力,需要進一步減少設計迭代。 開發數據採集信號鏈的系統設計人員通常需要高輸入阻抗才能與各種傳感器直接接口,這些傳感器可能具有變共模電壓和單極或雙極單端或差分輸入信號。我們通過圖2全面分析一下使用分立式器件實現的典型信號鏈,從而瞭解系統設計人員的一些主要技術難點。圖中所示為精密數據採集子系統的關鍵部分,其中20 V p-p儀表放大器輸出施加於全差分放大器(FDA)的同相輸入。此FDA提供必要的信號調理,包括電平轉換、信號衰減,輸出擺幅在0 V和5 V之間,輸出共模電壓為2.5 V,相位相反,從而為ADC輸入提供10 V p-p差分信號,以最大限度地擴大其動態範圍。儀表放大器採用±15 V的雙電源供電,而FDA由+5 V/–1 V供電,ADC由5 V電源供電。用反饋電阻(RF1 = RF2)與增益電阻(RG1 = RG2)的比值,將FDA增益設置為0.5。FDA的噪聲增益(NG)定義為: 其中β1和β2為反饋係數: 圖2.典型數據採集信號鏈的簡化原理圖 本節將探討FDA周圍的電路不平衡(即β1 ≠ β2)或反饋和增益電阻(RG1、RG2、RF1、RF2)的不匹配對SNR、失真、線性度、增益誤差、偏移和輸入共模抑制比等關鍵技術參數有何影響。FDA的差分輸出電壓取決於VOCM,因此,當反饋係數β1和β2不相等時,輸出幅度或相位的任何不平衡都會在輸出端產生不良共模成分,這些共模成分以噪聲增益放大後,會導致FDA的差分輸出中存在冗餘噪聲和失調。因此,增益/反饋電阻的比值必須匹配。換言之,輸入源阻抗和RG2 (RG1)的組合應匹配(即β1 = β2),以避免信號失真和各輸出信號的共模電壓失配,並防止FDA的共模噪聲增加。要抵消差分失調並避免輸出失真,可添加一個與增益電阻(RG1)串聯的外部電阻。不僅如此,增益誤差偏移還受電阻類型的影響,例如薄膜、低温度係數電阻等,而在成本和電路板空間受限的情況下尋找匹配的電阻並不容易。 此外,由於額外成本和PCB上的空間有限,很多設計人員在創建單數雙極性電源時遇到不少麻煩。設計人員還需要仔細選擇合適的無源器件,包括RC低通濾波器(放在ADC驅動器輸出和ADC輸入之間)以及用於逐次逼近寄存器(SAR) ADC動態參考節點的去耦電容。RC濾波器有助於限制ADC輸入端噪聲,並減少來自SAR ADC輸入端容性DAC的反衝。應選擇C0G或NP0型電容和合理的串聯電阻值,使放大器保持穩定並限制其輸出電流。最後,PCB佈局對於保持信號完整性以及實現信號鏈的預期性能至關重要。 簡化客户的設計進程 許多系統設計人員最終都是為相同的應用設計不同的信號鏈架構。然而,並非所有設計都適用同一種信號鏈,因此ADI公司提供具有先進性能的完整信號鏈µModule®解決方案,專注於信號鏈、信號調理和數字化的通用部分,以此彌補標準分立器件和高度集成的客户特定IC之間的缺口,幫助解決主要難點。 ADAQ4003是SiP解決方案,較好地兼顧了降低研發成本和縮減尺寸兩方面因素,同時加快了原型製作。 ADAQ4003 µModule精密數據採集解決方案採用ADI的先進SiP技術,將多個通用信號處理和調理模塊以及關鍵無源器件集成到單個設備中(見圖5)。ADAQ4003包括低噪聲、FDA、穩定的基準電壓源緩衝器和高分辨率18位、2 MSPS SAR ADC。 ADAQ4003通過將元件選擇、優化和佈局從設計人員轉移到器件本身,簡化了信號鏈設計,縮短了精密測量系統的開發週期,並解決了上一節討論的所有主要問題。FDA周圍的精密電阻陣列使用ADI專有的iPassives®技術構建,可解決電路不平衡問題,減少寄生效應,有助於實現高達0.005%的出色增益匹配,並優化漂移性能(1 ppm/°C)。與分立式無源器件相比,iPassives技術還具有尺寸優勢,從而最大限度地減少了與温度相關的誤差源,並減少了系統級校準工作。FDA提供快速建立和寬共模輸入範圍以及精確的可配置增益選項(0.45、0.52、0.9、1或1.9)性能,允許進行增益或衰減調節,支持全差分或單端到差分輸入。 ADAQ4003在ADC驅動器和ADC之間配置了一個單極點RC濾波器,旨在最大限度地減少建立時間,增加輸入信號帶寬。此外為基準電壓節點和電源提供了所有必要的去耦電容,以簡化物料清單(BOM)。ADAQ4003還內置一個配置為單位增益的基準電壓緩衝器,用於驅動SAR ADC基準電壓節點和相應去耦電容的動態輸入阻抗,實現優化性能。REF引腳上的10 µF是在位判斷過程中幫助補充內部電容DAC電荷的關鍵要求,對於實現峯值轉換性能至關重要。與許多傳統SAR ADC信號鏈相比,通過內置基準電壓緩衝器,由於基準電壓源驅動高阻抗節點,而不是SAR電容陣列的動態負載,因此用户可以實現功耗更低的基準電壓源。而且可以靈活選擇與所需模擬輸入範圍匹配的基準電壓緩衝器輸入電壓。 小尺寸簡化了PCB佈局並支持高通道密度 與傳統分立式信號鏈相比(如圖3所示),ADAQ4003的7 mm × 7 mm BGA封裝尺寸至少縮減了4倍,可在不犧牲性能的情況下實現小型儀器儀表。 圖3.ADAQ4003 µModule器件與分立信號鏈解決方案的尺寸對比 印刷電路板佈局對於保持信號完整性以及實現信號鏈的預期性能至關重要。ADAQ4003的模擬信號位於左側,數字信號位於右側,這種引腳排列可以簡化佈局。換言之,這樣設計人員就能夠將敏感的模擬部分和數字部分保持分離,並限制在電路板的一定區域內,避免數字和模擬信號交叉以減輕輻射噪聲。ADAQ4003集成了用於基準電壓源(REF)和電源(VS+、VS−、VDD和VIO)引腳的所有必要的(低等效串聯電阻(ESR)和低等效串聯電感(ESL))去耦陶瓷電容。這些電容在高頻時會提供低阻抗接地路徑,以便處理瞬態電流。 無需外部去耦電容,沒有這些電容,也就不會產生已知的性能影響或任何EMI問題。通過移除用於形成板載供電軌(REF、VS+、VS−、VDD和VIO)的基準電壓源和LDO穩壓器輸出端的外部去耦電容,在ADAQ4003評估板上可以驗證這一性能影響。圖4顯示了不論使用還是移除外部去耦電容,雜散噪聲都被隱藏在低於−120 dB的本底噪聲下。ADAQ4003採用小尺寸設計,可實現高通道密度PCB佈局,同時減輕了散熱挑戰。但是,各器件的佈局和PCB上各種信號的路由至關重要。輸入和輸出信號採用對稱路由,同時電源電路遠離單獨電源層上的模擬信號路徑,並採用盡可能寬的走線,對於提供低阻抗路徑、減小電源線路上的毛刺噪聲影響以及避免EMI問題尤其重要。 圖4.提供短路輸入ADAQ4003 FFT,在移除各個供電軌的外部去耦電容前後性能保持不變 使用高阻抗PGIA驅動ADAQ4003 如前所述,通常需要高輸入阻抗前端才能直接與各種類型的傳感器連接。大多數儀器儀表和可編程增益儀表放大器(PGIA)具有單端輸出,無法直接驅動全差分數據採集信號鏈。但是,LTC6373 PGIA提供全差分輸出、低噪聲、低失真和高帶寬,可直接驅動ADAQ4003而不影響精密性能,因此適合許多信號鏈應用。 LTC6373通過可編程增益設置(使用A2、A1和A0引腳)在輸入端和輸出端實現直流耦合。 在圖5中,LTC6373採用差分輸入至差分輸出配置和±15 V雙電源。根據需要,LTC6373也可採用單端輸入至差分輸出配置。LTC6373直接驅動ADAQ4003,其增益設置為0.454。LTC6373的VOCM引腳接地,其輸出擺幅在−5.5 V和+5.5 V之間(相位相反)。ADAQ4003的FDA對LTC6373的輸出進行電平轉換以匹配ADAQ4003所需的輸入共模,並提供利用ADAQ4003 μModule器件內ADC最大2倍VREF峯值差分信號範圍所需的信號幅度。圖6和圖7顯示使用LTC6373的各種增益設置的SNR和THD性能,而圖8顯示圖5所示電路配置的±0.65 LSB/±0.25 LSB的INL/DNL性能。 圖5.LTC6373驅動ADAQ4003(增益 = 0.454,2 MSPS) 圖6.SNR與LTC6373增益設置,LTC6373驅動ADAQ4003(增益 = 0.454,2 MSPS) 圖7.THD與LTC6373增益設置,LTC6373驅動ADAQ4003(增益 = 0.454,2 MSPS) 圖8.INL/DNL性能,LTC6373(增益 = 1)驅動ADAQ4003(增益 = 0.454) ADAQ4003 µModule應用案例:ATE 本節將重點介紹ADAQ4003如何適用於ATE的源表(SMU)和設備電源。這些模塊化儀器儀表用於測試快速增長的智能手機、5G、汽車和物聯網市場的各種芯片類型。這些精密儀器儀表具有拉電流/灌電流功能,每個處理程控電壓電流調節的通道都需要一個控制環路,並且它們需要高精度(特別是良好的線性度)、速度、寬動態範圍(用於測量µA/µV信號電平)、單調性和小尺寸,以容納同時增加的通道數。ADAQ4003提供出色的精密性能,可減少終端系統的器件數量,並允許在電路板空間受限的情況下提高通道密度,同時減輕了此類直流測量可擴展測試儀器儀表的校準工作和散熱挑戰。ADAQ4003的高精度與快速採樣速率相結合,可降低噪聲,並且無延遲,因此非常適合控制環路應用,可提供出色的階躍響應和快速建立時間,從而提高測試效率。ADAQ4003通過消除因自身漂移和電路板空間限制而需要在儀器儀表上分配基準電壓的緩衝區,幫助減輕了設計負擔。此外,漂移性能和元件老化決定測試儀器儀表的精度,因此ADAQ4003的確定性漂移降低了重新校準的成本,縮短了儀器儀表的停機時間。ADAQ4003滿足這些要求,使儀器儀表能夠測量較低的電壓和電流範圍,有助於針對各種負載條件優化控制環路,從而明顯改善儀器儀表的工作特性、測試效率、吞吐量和成本。這些儀器儀表的高測試吞吐量和較短的測試時間將幫助最終用户降低測試成本。SMU高級框圖如圖9所示,相應的信號鏈如圖5所示。 圖9.源表簡化框圖 高吞吐速率支持ADAQ4003的過採樣,從而實現較低的有效值噪聲並可在寬帶寬範圍內檢測到小振幅信號。對ADAQ4003進行4倍過採樣可額外提供1位分辨率(這是因為ADAQ4003提供了足夠的線性度,如圖8所示),或增加6 dB的動態範圍,換言之,由於此過採樣而實現的動態範圍改進定義為:ΔDR = 10 × log10 (OSR),單位dB。ADAQ4003的典型動態範圍在2 MSPS時為100 dB,對於5 V基準電壓源,其輸入對地短路。因此,ADAQ4003在1.953 kSPS輸出數據速率下進行1024倍過採樣時,它提供約130 dB的出色動態範圍,增益為0.454和0.9,可以精確地檢測出幅度極小的µV信號。圖10顯示了ADAQ4003在各種過採樣速率和1 kHz及10 kHz輸入頻率下的動態範圍和SNR。 圖10.ADAQ4003各種輸入頻率下的動態範圍以及SNR與過採樣速率(OSR) 圖11.使用信號鏈µModule技術降低總擁有成本 結論 本文介紹了與設計精密數據採集系統相關的一些重要方面和技術挑戰,以及ADI公司如何利用其線性和轉換器領域知識開發高度差異化的ADAQ4003信號鏈µModule解決方案,來解決一些棘手的工程設計問題。ADAQ4003能夠減輕工程設計工作,如器件選擇和構建可投入量產的原型,使系統設計人員能夠更快地為最終客户提供出色的系統解決方案。ADAQ4003 µModule器件出色的精度性能和小尺寸對各種精密數據轉換應用頗具實用價值,具體應用包括自動化測試設備(SMU、DPS)、電子測試和測量(阻抗測量)、醫療健康(生命體徵監測、診斷、成像)和航空航天(航空)等,以及一些工業用途(機器自動化輸入/輸出模塊)。ADAQ4003等μModule解決方案可顯著降低系統設計人員的總擁有成本(如圖11所示的各項),降低PCB組裝成本,通過提高批次產量增強生產支持,支持可擴展/模塊化平台的設計重用,還簡化了最終應用的校準工作,同時加快了上市時間。

    ADI 數據採集 Module ADAQ4003

  • ROHM開發出1608尺寸超小型高亮度白色貼片LED“CSL1104WB”

    ROHM開發出1608尺寸超小型高亮度白色貼片LED“CSL1104WB”

    全球知名半導體制造商ROHM(總部位於日本京都市)面向電池驅動的物聯網設備和無人機等需要高亮度白光的各種應用,開發出一款超小型高亮度白色貼片LED“CSL1104WB”。 近年來,在以消費電子產品和汽車電子設備為主的各種應用領域中,為了提高視認性,2.0cd高發光強度的白色LED的應用越來越廣泛。而隨着電池驅動的物聯網設備和無人機等需要在狹小空間中安裝很多LED的應用的出現,對高密度安裝的需求與日俱增,但是同時兼顧高亮度和小型化非常難。 ROHM擁有面向各種應用開發小型LED的傲人業績,其中包括消費電子設備用的業界超小級別1006尺寸PicoLED™和汽車電子設備用的1608尺寸高可靠性ExceLED™。 “CSL1104WB”是一款以超小型1608尺寸(1.6mm × 0.8mm = 1.28mm2)實現了以往很難實現的2.0cd高發光強度的白色LED。以1608尺寸實現了與當前主流的普通產品3528尺寸(3.5mm × 2.8mm = 9.8mm2)同等的發光強度,使安裝面積減少了87%。同時,白色LED的課題——顏色偏差問題已經得到改善,準確的白色表現可以使調色工作得到簡化。對於應用產品來説,這些優勢不僅有助於節省空間,而且還可以通過高密度安裝高亮度LED來提高設計靈活性和視認性,並有助於減少開發工時。另外,還計劃支持光電半導體在汽車應用領域中的可靠性標準“AEC-Q102”,以便在工作環境惡劣的汽車和工業設備中也可以放心地採用本產品。 新產品已於2020年12月開始出售樣品(樣品價格100日元/個,不含税),預計將於2021年3月開始暫以月產100萬個的規模投入量產。 未來,羅姆將會擴充1608尺寸白色貼片LED從低亮度到高亮度的產品陣容,從而為降低應用產品的高度、簡化設計、以及大幅度提高設計靈活性並縮減開發工時貢獻力量。 <新產品特點> 1.以超小尺寸實現2.0cd的高發光強度,有助於提高設計靈活性 新產品“CSL1104WB”是一款反射器型白色LED,通過採用高發光強度芯片並利用ROHM自有的小型封裝技術優勢,以1608超小尺寸(1.6mm × 0.8mm = 1.28mm2)實現了2.0cd高發光強度。僅以1608尺寸便實現了與普通的3528尺寸(也稱為“PLCC*1”,3.5mm × 2.8mm = 9.8mm2)同等的發光強度,使安裝面積減少了87%。小型化不僅有助於節省應用產品的空間,而且通過高密度安裝高亮度LED,還有助於提高設計靈活性和視認性(例如在面板顯示中實現完整的遮光效果)。 另外,還計劃支持光電半導體在汽車應用領域中的可靠性標準“AEC-Q102”,以便在工作環境惡劣的汽車和工業設備中也可以放心地採用本產品。 未來,羅姆將會擴充1608尺寸白色貼片LED從低亮度到高亮度的產品陣容,從而為降低應用產品的高度、簡化設計、以及大幅度提高設計靈活性並縮減開發工時貢獻力量。 2.精細而準確的白色表現,可簡化調色工作 新產品改善了白色LED顏色偏差的問題,可呈現精細而準確的白色表現。通過實現色度的均勻性,可以簡化調色工作,因此,諸如可以忠實地再現品牌顏色等,非常有助於減少應用產品的開發工時。 <術語解説> *1) PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier的縮寫,一種用於電子元器件的半導體集成電路封裝形式。 ・PicoLED™和ExceLED™是ROHM Co.,Ltd.的商標或註冊商標。

    羅姆 LED ROHM CSL1104WB

  • 貿澤電子庫存全套Sensirion 環境傳感器

    貿澤電子庫存全套Sensirion 環境傳感器

    2021年3月16日 – 專注於引入新品並提供海量庫存的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 即日起開售Sensirion品類豐富的環境傳感器。Sensirion是業界知名的傳感器供應商,主打醫療和汽車市場。在過去二十年間,Sensirion已經成長為世界領先的流量和環境傳感器設計商和製造商之一。這些高性能產品對於當今家庭和工廠特別看重的應用來説至關重要,包括空氣淨化、室內空氣質量監測和二氧化碳檢測等應用。 貿澤供應的Sensirion SGP40室內空氣質量傳感器是一種集成在單個芯片上的CMOSens傳感器系統,可提供經過濕度補償的室內空氣質量信號。該傳感器在響應時間和靈敏度方面具有長期穩定性,能為廚房油煙機、恆温器和按需控制的通風等應用提供可靠的解決方案。SPS30顆粒物傳感器為光學傳感器,結合了激光散射技術和Sensirion的抗污染技術。SPS30傳感器的使用壽命超過8年,可針對暖通空調設備、空調和物聯網 (IoT) 設備進行精確測量。 Sensirion的STC31 是一種芯片大小的氣體濃度傳感器,可提供精確、高量程的二氧化碳測量,適用於大批量生產。STC31傳感器基於熱導測量原理,具有出色的可重複性和長期穩定性。貿澤已開放訂購的SFA30甲醛傳感器模塊採用Sensirion的電化學技術,提供優異的甲醛感測性能,對其他揮發性有機化合物的交叉敏感度低。SFA30傳感器模塊的設計使其能輕鬆集成到空氣淨化器、室內空氣質量監測器和按需控制的通風系統中。

    貿澤電子 環境傳感器 Sensirion 貿澤電子

  • 貿澤電子開售Analog Devices ADuM7704 Sigma-Delta調製器

    貿澤電子開售Analog Devices ADuM7704 Sigma-Delta調製器

    2021年3月15日 – 專注於引入新品並提供海量庫存的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 即日起備貨Analog Devices, Inc.的ADuM7704 Sigma-Delta調製器。這款高性能的二階調製器能將模擬輸入信號轉換為高速、單比特的數據流,並且芯片內置了採用Analog Devices iCoupler®技術的數字隔離功能。 貿澤電子分銷的Analog Devices ADuM7704調製器可在4.5V至20V的電源電壓範圍內運行,並且可接受±50mV(滿刻度為±64mV)的偽差分輸入信號。這種偽差分輸入非常適合在需要電氣隔離的高壓應用中用於進行分流電壓監控。 ADuM7704的模擬輸入由高性能模擬調製器持續進行採樣,再轉換成單比特的數字輸出流,數據傳輸速率可達21MHz。如果採用合適的sinc3數字濾波器,ADuM7704調製器可在78.1kSPS下實現82dB的信噪比 (SNR)。高SNR可以讓電流和電壓測量更精確,從而提升電機驅動器的性能。 ADuM7704將高速互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 技術與單片變壓器技術相結合,可實現片內隔離,從而提供優異的性能。其應用範圍包括分流電流監控、AC電機控制、電源和太陽能逆變器、風力發電機逆變器,以及用於取代模數轉換器和光隔離器。

    貿澤電子 調製器 ADuM7704 貿澤電子

  • 低EMI/EMC開關轉換器簡化ADAS設計

    低EMI/EMC開關轉換器簡化ADAS設計

    背景知識 ADAS是高級駕駛員輔助系統的英文縮寫,它在當今許多新型汽車和卡車中很常見。此類系統通常有助於安全駕駛;當檢測到周圍物體(例如不遵守交通規則的行人、騎車人,甚至有其他車輛位於不安全的行駛軌跡上)構成風險時,系統可以向駕駛員提供警報!此外,這些系統通常提供自適應巡航控制、盲點檢測、車道偏離警告、駕駛員睏倦監控、自動制動、牽引控制和夜視等動態特性。因此,消費者對安全性日益增強的重視、對駕駛舒適性的要求以及政府安全法規的不斷增加,是未來十年後半時期汽車ADAS的主要增長動力。 這種增長對行業來説並不是沒有挑戰,包括價格壓力、通貨膨脹、複雜性和系統測試的困難性。此外,歐洲汽車行業是最具創新性的汽車市場之一,這點不足為奇,ADAS的市場滲透率和客户接受度均有重大突破。不過,美國和日本汽車製造商也不甘落後。最終目標是實現無需人類在方向盤後面干預的自動駕駛! 系統難題 一般來説,ADAS集成了一些微處理器來收集車內眾多傳感器提供的所有輸入,然後進行處理,以便可以將其方便易懂地呈現給駕駛員。此外,這些系統通常由車輛主電池直接供電,其標稱電壓為9 V至18 V,但由於系統內部的電壓瞬變,電壓可能高達42 V,而在冷啓動期間,電壓可能低至3.4 V。因此,這些系統中的任何DC-DC轉換器都必須至少能夠處理3.4 V至42 V的寬輸入電壓範圍。另外,許多雙電池系統(例如卡車中常見的雙電池系統)需要更寬的輸入範圍,上限推高至65 V。因此,一些ADAS製造商將其系統設計為覆蓋3.4 V至65 V的輸入範圍,使其可用於汽車或卡車中,同時在製造過程中獲得規模經濟的好處。 大部分ADAS使用5 V和3.3 V電源軌為其各種模擬和數字IC器件供電。相應地,此類系統的製造商更喜歡使用單個轉換器來同時解決單電瓶和雙電瓶配置。此外,該系統通常安裝在車輛中空間和散熱均受限制的部分中,這會給用於散熱目的的散熱器帶來限制。雖然採用高壓DC-DC轉換器直接從電池產生5 V和3.3 V電源軌是司空見慣的,但在如今的ADAS中,開關穩壓器也必須達到2 MHz或更高的開關頻率,而非以前的500 kHz以下開關頻率。這一變化背後的關鍵驅動力是需要更小尺寸的解決方案,同時也要保持在AM頻段之上,以避開任何潛在的干擾。 另外,好像設計人員的任務還不夠複雜一樣,他們還必須確保ADAS符合車內各種抗噪標準。在汽車環境中,開關穩壓器正在取代那些重視低發熱和高效率的區域中的線性穩壓器。而且,開關穩壓器通常是輸入電源總線上的第一個有源部件,因此對整個轉換器電路的EMI性能有着重要影響。 EMI發射有兩類:傳導和輻射。傳導發射位於連接到產品的電線和走線上。由於該噪聲侷限於設計中的特定端子或連接器,因此在開發過程中藉助良好的佈局或濾波器設計,通常可以相對容易地保證符合傳導輻射要求。 不過,輻射發射完全是另一回事。電路板上任何承載電流的東西都會輻射電磁場。電路板上的每一條走線都是一根天線,每個銅層都是一個諧振器。除了純正弦波或直流電壓以外,任何其他東西都會在整個信號頻譜上產生噪聲。即使精心設計,在系統進行測試之前,電源設計人員也並不真正知道輻射發射會有多糟糕——而輻射發射測試只有在設計基本完成之後才能正式進行。 常常使用濾波器來衰減特定頻率或一定頻率範圍的信號強度,從而降低EMI。通過空間傳播(輻射)的這部分能量可通過添加金屬和磁屏蔽來衰減。位於PCB走線(傳導)的能量部分可通過添加鐵氧體磁珠和其他濾波器來抑制。EMI無法消除,但可以衰減到其他通信和數字器件能夠接受的水平。此外,多家監管機構通過實施相關標準來確保產品合規。 圖1.提供5 V、8 A、2 MHz輸出的LT8645S原理圖 現代輸入濾波器採用表面安裝技術擁有比通孔器件更好的性能。但是,這種改善跟不上開關穩壓器工作頻率增加的步伐。更高的效率、較短的開/關時間和更快的開關躍遷,導致諧波含量更高。所有其他參數(如開關容量和轉換時間)保持不變時,開關頻率每增加一倍,EMI就會惡化6 dB。如果開關頻率增加10倍,寬帶EMI就會像輻射增加20 dB的一階高通濾波器一樣。 有經驗的PCB設計人員會將熱環路變小,並讓屏蔽接地層儘可能靠近有源層。儘管如此,器件引腳排列、封裝結構、散熱設計要求以及在去耦元件中儲存充足能量所需的封裝尺寸,都要求某一最小尺寸的熱環路。更復雜的是,在典型平面印刷電路板中,走線之間高於30 MHz的磁性或變壓器式耦合會削弱所有濾波器的作用,因為諧波頻率越高,不良磁耦合就越顯著。 低EMI輻射的高電壓DC-DC轉換器 鑑於上文所述的應用限制,ADI公司Power by Linear™部門開發出LT8645S——一款支持高輸入電壓、單芯片、低EMI輻射的同步降壓轉換器。其輸入電壓範圍為3.4 V至65 V,因而既適合汽車應用,也適合卡車應用,包括ADAS,後者必須勝任冷啓動和啓停場景下的調節,最低輸入電壓低至3.4 V,電源切斷瞬變超過60 V。如圖1所示,該器件採用單通道設計,提供5 V、8 A輸出。開關頻率為2 MHz時,其同步整流拓撲可實現高達94%的效率,而在空載待機條件下,突發工作模式(Burst Mode®)保持靜態電流低於2.5 μA,因此非常適合始終開啓的系統使用。 LT8645S的開關頻率可以在200 kHz到2.2 MHz範圍內進行編程,並且在整個頻率範圍內都支持同步。其獨特的Silent Switcher® 2架構集成了內部輸入電容以及內部BST和INTVCC電容,以縮小解決方案尺寸。結合嚴格受控的開關邊沿和集成接地層的內部結構,並用銅柱代替鍵合線,LT8645S的設計大大降低了EMI輻射。此外,其Silent Switcher 2設計還能在任何印刷電路板(PCB,包括2層PCB)上提供魯棒的EMI性能。而且,與其他類似轉換器相比,它對PCB佈局的敏感度要低得多。這是因為,LT8645S的內部雙路輸入、BST和INTVCC電容將熱環路面積減至最小,使性能達到新的水平。它仍然需要兩個外部輸入電容,但不再嚴格要求把這些電容放在儘可能靠近輸入引腳的位置。結合內部電容(其使熱環路面積最小),BT襯底的集成接地層使EMI性能顯著提高(見圖2)。多層BT襯底還使I/O引腳能夠使用與QFN封裝完全相同的圖案,同時支持實現大型接地焊盤。這種層壓式QFN (LQFN)封裝比標準QFN更柔韌且更靈活,其焊點可靠性在板級温度循環期間表現出好得多的性能,使得客户在以前只能使用含鉛器件的情況下可以使用LQFN。 在整個負載範圍內,LT8645S可以輕鬆符合汽車CISPR25、Class 5峯值EMI限制。還可以使用擴頻頻率調製進一步降低EMI水平(圖2)。LT8645S內置高效率頂部和底部功率開關,並將必要的升壓二極管、振盪器以及控制和邏輯電路集成到單個芯片中。低紋波突發工作模式可在低輸出電流下保持高效率,同時使輸出紋波低於10 mV p-p。最後,LT8645S採用小尺寸散熱增強型4 mm×6 mm、32引腳LQFN封裝。 圖2.LT8640S輻射EMI性能圖 結論 ADAS在汽車和卡車市場中的推廣不會很快結束。同樣清楚的是,找到合適的功率轉換器件以滿足所有必要的性能指標,從而不干擾ADAS,不是一項簡單的任務。幸運的是,此類汽車系統的設計人員現在可以獲得ADI公司Silent Switcher 2 DC-DC轉換器提供的強大性能和能力。這些器件不僅大大簡化了電源設計人員的工作,同時還提供其所需要的全部性能,而不要求複雜的佈局或設計技術。

    ADI 開關轉換器 ADAS EMC

  • 貿澤電子開售Qorvo QPF4516B Wi-Fi 6前端模塊

    貿澤電子開售Qorvo QPF4516B Wi-Fi 6前端模塊

    2021年3月12日 – 專注於引入新品並提供海量庫存的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 即日起備貨Qorvo®新品QPF4516B Wi-Fi 6前端模塊 (FEM)。這是一款高度集成的5mm × 3mm FEM產品,設計用於Wi-Fi 6 (802.11ax) 應用,可顯著加快無線下載/上傳速度、提高數據傳輸容量、改善人流擁擠場所的無線網絡連接質量以及延長物聯網 (IoT) 客户端設備的電池續航時間,非常適合用於多種Wi-Fi 6應用,包括無線路由器、客户經營場所設備和無線接入點。 貿澤分銷的Qorvo QPF4516B FEM集成了一個5.0GHz功率放大器、一個單刀雙擲 (SPDT) 開關和一個帶旁路的低噪聲放大器。它可以支持更多的每接入點用户數、更大的每用户流量需求、更高密度的部署、更多的蜂窩數據分流,以及Wi-Fi 6應用所需的更高功率和性能。該模塊的功率放大器針對5V電源電壓進行了優化,可在保持高線性輸出功率和高吞吐量的同時節省功耗。作為一款高性能FEM,QPF4516B可實現33dB的發射增益和15dB的接收增益,噪聲係數為2dB。 QPF4516B FEM帶有一個對數功率檢測器,可在整個功率譜範圍內進行功率控制,因而適用於使用高增益天線的應用,並且也適合不希望在實際工作中花費太多時間校準器件的終端用户。

    貿澤電子 Qorvo QPF4516B 貿澤電子

  • 星縱智能借助LoRa®無線技術將智慧農業轉化為現實生產力

    星縱智能借助LoRa®無線技術將智慧農業轉化為現實生產力

    在中國,農業作為最古老的產業之一,已有着數千年的發展歷史,是我國的國民經濟基礎,也是中國走可持續發展戰略的最根本保證。但近年來隨着我國經濟結構的調整,進城務工人員越來越多,導致農業勞動力日益緊缺,化肥、農藥不合理使用,水資源短缺等問題突顯,農業可持續發展面臨嚴峻的挑戰。如何實現農業精細化、綠色化和可持續化發展是我國乃至全球範圍內亟需解決的關鍵問題。 中國作為世界第一人口大國,糧食安全對社會穩定有着巨大影響,數年來中央連續發佈以“三農”為主題的一號文件,凸顯“三農”問題的重要性,強化科技創新驅動,引領現代農業加快發展。 隨着LoRa®等物聯網技術日益成熟,傳統農業與現代信息通信技術相結合形成智慧農業,從而實現無人化、自動化和智能化管理。據預測,到2050年,智慧農業將會把糧食產量增加70%,可有效解決全球糧食短缺問題。 廈門星縱智能科技有限公司(以下簡稱“星縱智能”)作為國內領先的智能物聯網(AIoT)產品與解決方案提供商,以前沿的物聯網通信與人工智能為技術核心,充分運用LoRa技術,推出了基於LoRaWAN®的傳感器、網關、電磁閥控制器、多功能數據採集器等多款產品。這些產品已遠銷全球129個國家和地區,廣泛應用於智慧城市、智能交通、智慧安防、智慧辦公以及智慧農業等領域。 為了提高糧食質量和產量,並將農業工作者從繁重的體力勞動中解放出來,星縱智能提供了一套基於LoRa的智慧農業解決方案,可實時監測農業應用。LoRa無線傳輸技術憑藉其低功耗、覆蓋範圍廣、易部署等特點,以及“自組、安全、可控”的特性,使其在智慧農業場景中得到廣泛應用。本文將對星縱智能LoRa解決方案在農業中的不同應用進行介紹。 · 基於LoRa的智能農業灌溉系統 農作物的生長離不開水的灌溉,然而過多或過少的灌溉都會影響其生長,而且過多的灌溉還會對水資源造成極大的浪費。星縱智能推出基於LoRa的智能農業灌溉系統,將光照、二氧化碳、土壤温濕度電導率、投入式液位等傳感器以及多功能數據採集器安裝在農田中,採集農作物的環境數據,並通過基於LoRaWAN®的基站網關將數據呈現在星縱雲平台中,實時監測並分析農作物生長的環境狀況,從而進行智能決策,提高農作物的產量。 為了科學有效地管理農業用水,星縱智能將基於LoRaWAN®的電磁閥控制器安裝在水閥上,當傳感器監測到土壤水分不足時,星縱雲及時告警,並聯動觸發打開水閥開關,對農作物進行灌溉;當水分充足時,觸發關閉水閥,停止灌溉。通過聯動控制的智能灌溉,可以有效控制水資源浪費,同時還可降低人力成本,顯著提高農作物灌溉效率。 圖1:澳大利亞客户採用星縱智能基於LoRa的智能農業灌溉系統 圖2:星縱智能開發的智能農業灌溉系統方案圖 · 基於LoRa的智能茶廠解決方案 中國作為全球產茶大國,茶葉的生產也急需將傳統技藝與現代技術相結合。在製茶的過程中,製茶環境中的温濕度和空氣含氧量對於茶葉的發酵與乾燥過程至關重要。在本方案中,將温濕度傳感器安裝於炒茶機內部不同的位置,實時監測炒茶機內部不同位置的温濕度值,實現對炒茶過程中温濕度的把控,使茶葉均勻受熱,確保茶葉品質。同時將傳統的含氧量傳感器與温濕度傳感器通過RS485與基於LoRaWAN的多功能數據採集器對接,採集茶廠的温濕度和含氧量情況。另外,通過接觸式的PT100温度傳感器,監測炒茶機內部中心部件的温度值,實時監測炒茶機內部的温度,避免炒茶機因為工作時間過長,引起零部件過熱乃至損壞。以上採集到的數據都將通過LoRa將數據發送至網關,最後網關將數據轉發到星縱雲進行分析,判斷當下的環境温濕度和含氧量是否適宜,以及炒茶機是否可以正常運作。 用户可通過星縱雲和手機App對環境數據進行實時監測與查看,還可以在雲平台設置告警值。當監測到的數據超過閾值時,星縱雲將立即通過手機App和郵件推送告警信息,用户可以及時根據實際情況做出調整,在保證茶葉質量的同時還可以避免生產工藝管理不當帶來的損失。 圖3:採用星縱智能方案的福建三仰峯茶廠 圖4:星縱智能開發的智能茶廠系統方案圖 · 基於LoRa®的智慧畜牧養殖系統 畜牧業對環境有着更高的要求,温濕度、空氣、光照、食物量的變化都會對畜禽的健康生長產生較大的影響。為此,星縱智能開發了一整套基於LoRa的智慧畜牧養殖解決方案,可在全面提升養殖業效率的同時,為養殖户提升經濟效益。目前,這種基於LoRa的智慧養殖系統已經得到廣泛的應用。 通過將星縱智能的LoRa温濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、一氧化碳、光照等傳感器放置在畜禽舍內,可採集温濕度狀況、有害氣體濃度等環境數據;同時,可通過LoRaWAN®多功能數據採集器對接傳統的發情監測、疫病監測等傳感器,採集畜禽自身健康狀況數據;另外,通過超聲波測距傳感器可精準測量自動餵食器的飼料塔和水塔的餘量。 最終,所有這些環境、畜禽和餵養數據都通過星縱智能LoRaWAN基站網關上傳到星縱雲,呈現可視化可分析的管理數據。一旦監測到有任何異常數據,星縱雲會立即向用户發送告警,養殖者可及時調整通風、增添飼料,保證畜禽處於健康、舒適和合理的養殖環境中。 圖5:採用星縱智能提供的智慧養殖系統的荷蘭養豬場 圖6:星縱智能提供的基於LoRa的智慧畜牧養殖方案圖 · 基於LoRa®的智慧水產養殖業解決方案 水位、水温、水質對於水產養殖至關重要。超聲波測距傳感器可採集水位高度,PT100温度傳感器可採集水温,LoRaWAN多功能採集器可採集水質電導率、水質PH、溶解氧和氨氮等傳感器數據,當水位或水温數據出現異常時會通過LoRaWAN電磁閥控制器聯動水閥或水温控制設備,從而使養殖場水量充足或水温保持在合適的温度;當水質出現異常時,星縱雲會立即發送告警信息,使養殖者及時做出相應的處理,確保水產品的質量和產量。 圖7:水產養殖場 圖8:基於LoRa的智能化水產養殖場系統圖 廈門星縱智能科技有限公司總經理沈偉宏表示:“星縱智能多年來致力於智能物聯(AIoT)解決方案和產品的研發與生產,通過與Semtech這樣全球領先的公司合作,我們基於LoRaWAN技術,推出了多個系列的產品和AIoT解決方案。LoRa技術的低功耗、廣覆蓋、傳輸距離遠、無需佈線、易於建設和部署的特點完全適用於智慧農業,我們為這些方案和產品能夠幫助農牧漁業者提升效率和生產更好產品而自豪。” 星縱智能基於LoRa的解決方案和產品除了在智慧農業中有廣泛應用以外,它們還被廣泛應用在智慧城市、智能交通、智慧安防、智能建築和智慧辦公等諸多智能領域,而且遠銷至歐美、亞太、中東、非洲等市場。 Semtech中國區銷售副總裁黃旭東表示:“很高興看到星縱智能推出的多款可用於智慧農業的LoRaWAN產品與解決方案,它們充分利用了LoRa物聯網技術的特性,為農業提供了智能化管理,在提高農牧漁業產量的同時還節省了大量勞動力。我們將繼續與生態夥伴攜手努力,在智慧農業領域探索更大更廣的應用發展空間。”

    Semtech 智慧農業 LoRa 星縱智能

  • 10 kHz MEMS加速度計,提供4 mA至20 mA輸出,適合狀態監控應用

    10 kHz MEMS加速度計,提供4 mA至20 mA輸出,適合狀態監控應用

    電路功能與優勢 狀態監控(CbM)是一種預測性維護方式,其利用各種傳感器來評估設備隨時間的運行狀態。收集的傳感器數據用於建立基線趨勢,從而幫助診斷甚至預測故障。與傳統的定期預防性維護模式相比,利用CbM可以在需要時進行維護,時間和成本都能得到節省。 振動監測是一種常見類型的CbM測量。振動趨勢的變化常常是反映磨損或其他故障模式的指標。為了測量振動數據,高帶寬(10 kHz或更高)、超低噪聲(100 µg/√Hz或更低)MEMS加速度計是一種經濟高效且可靠的選擇。 有些應用將加速度計放在靠近支持電路的地方(位於同一電路板上,或位於板外並通過短電纜連接),而有些應用則要求加速度計與支持電路隔開一定距離,這會限制連接選擇。MEMS加速度計的輸出通常是模擬電壓和/或數字式(通常使用串行外設接口(SPI)或I2C),二者都不適合驅動長電纜。雖然可以轉換為高速數字接口(如USB)、低壓數字信號(LVDS)或以太網,但額外的功耗、尺寸和成本使這種方案不切實際。 相比之下,模擬電流環路數據傳輸(如4 mA至20 mA工業標準)具有良好的抗擾度、耐受電磁干擾(EMI)環境的魯棒性、高帶寬以及長達20米的有線數據傳輸能力,同時電路板上只需使用幾個器件。此外,幾乎所有傳統工業數據採集(DAQ)系統都支持4 mA至20 mA信號標準,而且該標準很容易適應現代工業4.0智能傳感器節點。 圖1.EVAL-CN0533-EBZ簡化電路圖 電路描述 圖1所示電路是一個MEMS加速度計振動檢測解決方案的簡化示意圖,其電壓輸出被轉換為4 mA至20 mA的模擬信號。 4 mA至20 mA電流環路和接口 自1950年代以來,4 mA至20 mA電流環路一直是工業模擬信號標準。該信號標準的主要優點是信號經長電纜傳輸時幾乎無衰減,因而在工業和工廠等易產生EMI的環境中,其魯棒性更高。相反,如果使用電壓輸出,由於電纜有電阻,長電纜(大於10米)會產生壓降,導致傳感器數據丟失和讀數不正確。 圖1所示的參考設計由單軸ADXL1002 MEMS加速度計組成,其模擬電壓輸出由AD5749電壓至電流轉換器轉換為4 mA至20 mA信號標準。AD5749輸入(VIN)擺幅為0 V至4.096 V,而ADXL1002模擬輸出電壓(VOUT)擺幅為0 V至VDD,故VDD必須設置為4.096 V。因此,選擇LT6654AMPS6-4.096來提供4.096 V電壓,其在-55°C至125°C的温度範圍內的温度穩定性為10 ppm/°C。在VOUT和VIN之間放置一個−3 dB帶寬為36 kHz的2極點RC低通濾波器。此濾波器用於限制寬帶噪聲並衰減來自ADXL1002內部時鐘的200 kHz噪聲分量;根據應用的DAQ電路的採樣速率和濾波特性,該噪聲可能會在帶內混疊。 AD5749將ADXL1002電壓輸出信號直接轉換為4 mA至20 mA的電流輸出,對印刷電路板(PCB)尺寸的影響極小,並提供高達50 kHz的帶寬和良好的抗擾度。 市場上的許多4 mA至20 mA驅動器由電流輸出數模轉換器(DAC)組成,需要SPI或I2C外部控制器。AD5749 4 mA至20 mA驅動器還有一個優勢,那就是獨立工作模式(硬件模式)。 在硬件模式下,HW_SELECT引腳設置為高電平。R0至R3和RSET引腳均接低電平,以將AD5749輸出範圍設置為4 mA至20 mA,這意味着無需外部微控制器來配置AD5749的輸出範圍。為了提高輸出電流在整個温度範圍內的穩定性,應在REXT1和REXT2引腳之間連接一個外部低漂移電阻。 DAQ前端電路(未包括)僅需要一個電流至電壓(I-V)轉換放大器。互阻抗(I-V電阻)必須根據DAQ前端電路的輸入範圍設置。 圖2顯示了手動搖動時電路的電流輸出(IOUT)例子(黑線)。0 g水平對應IOUT中間範圍,對於4 mA至20 mA配置,其為12 mA。滿量程範圍(FSR)也以灰色虛線突出顯示供參考。 圖2.響應加速度輸入的電流輸出和加速度 MEMS振動傳感器優勢 ADXL1002 MEMS加速度計具有超低噪聲,噪聲譜密度為25 µg/√Hz,支持寬帶運行,3 dB帶寬為11 kHz,傳感器諧振頻率為21 kHz。 ADXL1002在温度靈敏度、直流至低頻響應、相位響應(因而羣延遲)、耐衝擊性和恢復性方面具有卓越的性能,其噪聲水平和帶寬可與壓電傳感器媲美。 該傳感器的線性(±0.1% FSR內)測量範圍為±50 g,足以支持各種CbM應用。與常規壓電傳感器相比,易於焊接的LFCSP封裝使得很容易集成ADXL1002和周圍電路。 ADXL1002為CbM應用提供一種低成本、高性能、具有出色長期可靠性的傳感解決方案。這些獨有特性支持CbM解決方案普遍採用MEMS振動傳感器,在向工業4.0邁進的過程中拓寬智能技術的應用範圍。 常見變化 根據應用要求,CN-0533電路可以支持其他單軸電壓輸出MEMS加速度計,例如ADXL1001、ADXL1003、ADXL1004和ADXL1005。低通濾波器的截止頻率根據傳感器諧振頻率加以選擇。 將5 V電源用於ADXL1002,並使用精密分壓器將輸出調整至4.096 V,然後輸入AD5749,該電路即可實現加速度計數據手冊所述的頻譜噪聲水平。 電路評估與測試 以下幾節簡要説明如何設置電路和機械安裝、讀取輸出的方法以及期望的結果。 設備要求 需要以下設備: • 一個4 mA至20 mA接收器(如National Instruments NI-9203)。請注意,可以用一個精確且温度穩定的電阻和一個電壓DAQ系統代替電流DAQ。電阻值必須根據DAQ的輸入電壓範圍確定。 • 電源(12 V至24 V) • EVAL-CN0533-EBZ板 • EVAL-XLMOUNT1鋁製安裝模塊 • 振動台或振動源 • 連接器和電纜 開始使用 瞭解和重新創建測試設置的基本步驟如下: 1. 將三根導線焊接到EVAL-CN0533-EBZ板的VCC、IOUT和GND焊盤。 2. 將EVAL-XLMOUNT1牢固地安裝到振動器或振動平台上。 3. 將EVAL-CN0533-EBZ板安裝到EVAL-XLMOUNT1並注意靈敏度方向。 4. 將VCC和GND連接至電源,將IOUT和GND連接至4 mA至20 mA接收器電路。 5. 在DAQ或振動測量設備上將加速度靈敏度設置為128 µA/g(ADXL1002的靈敏度可能因器件而略有不同;ADXL1002可以利用重力場或其他參考傳感器輕鬆校準)。 電源配置 電路電源電壓範圍為12 V至55 V,最大電流消耗典型值為24 mA。 測試 為了驗證電路在振動測量應用中的性能,該電路在ADI公司振動實驗室中進行了測試。由於振動DAQ系統輸入均為電壓輸入,因此使用了一個50Ω温度穩定且高精度的電阻來閉合電流環路,並通過電阻的壓降來間接測量電路輸出。該電路通過頻率響應、噪聲譜密度以及衝擊和羣延遲來刻畫。每個測試的詳細信息和結果如下所述。 頻率響應測量 EVAL-CN0533-EBZ連接到鋁塊安裝界面(EVAL-XLMOUNT1),並安裝到振動台上,如圖3所示。振動台產生100 Hz至30 kHz的受控機械振動,並具有固定的2 g加速度幅度。然後記錄電路輸出和振動參考(在這種情況下為激光多普勒振動計)。繪製的頻率響應如圖4所示,其與ADXL1002的轉換函數一致。 圖3.利用EVAL-XLMOUNT1將EVAL-CN0533-EBZ安裝到振動台上 圖4.頻率響應 在這個及任何其他高頻振動測試中,機械信號路徑的完整性很重要。換句話説,從信號源到傳感器,振動信號必須沒有衰減(由於阻尼)或放大(由於諧振)。在這個例子中,鋁塊(EVAL-XLMOUNT1)、四個螺釘安裝座和厚PCB保證了目標頻率範圍內機械響應的平坦性。 噪聲譜密度 圖5顯示了傳感器在−40°C至+ 105°C的不同温度水平下的噪聲密度特性。結果表明,整個温度範圍內的噪聲密度變化比ADXL1002傳感器IC略大。噪聲密度升高的原因是,ADXL1002的電源電壓為4.096 V,而非5V。電源電壓的這種降低使頻譜噪聲密度增加約20%。選擇4.096 V電源作為AD5749基準電壓(VREF)和ADXL1002輸出電壓(VOUT)的共同來源,因此不存在兩個電壓電平不一致而產生的轉換誤差。 圖5.1 kHz時噪聲密度與温度的關係 正弦波振動響應 圖6顯示了由EVAL-CN0533-EBZ採集的數據集示例,激勵信號為10 kHz正弦振動,幅度為10 g(紅色數據)。此測試中顯示的參考傳感器(圖6中的藍色數據)是激光多普勒振動計的加速度測量。EVAL-CN0533-EBZ相對於振動計的延遲約為20μs。 圖6.器件對10 g加速度正弦波激勵信號的響應 衝擊測試 該電路還進行了衝擊曲線測試(參見圖7)。衝擊峯值加速度為10 g,寬度為500µs,形狀為方波。請注意,ADXL1002 MEMS傳感器可以用欠阻尼二階系統建模,因此預期會有輸出振鈴。 在這種情況下,參考傳感器為壓電傳感器(353C23型),具有一個諧振頻率,特徵羣延遲為4 µs。請注意,參考傳感器輸出與ADXL1002的輸出之間存在約25 µs的相位差。因此,電路的總羣延遲約為21 µs。 圖7.10 g衝擊曲線

    ADI 傳感器 加速度計 MEMS

  • 提升產品設計性能,貿澤電子攜手Maxim舉辦nanoPower技術研討會

    提升產品設計性能,貿澤電子攜手Maxim舉辦nanoPower技術研討會

    2021年3月11日-專注於引入新品推動行業創新的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 宣佈將攜手Maxim於3月18日10:00-11:30舉辦主題為“nanoPower技術:延長電池壽命,提高傳感器性能”的在線研討會。期間,來自Maxim的資深技術專家將向觀眾分享nanoPower 技術,幫助工程師加強對nanoPower技術的掌握,設計出更加智慧的產品方案。 如今,傳感器在各個領域的普及程度越來越高,且每種應用使用到的傳感器數量也呈指數增長。為了支持新型可穿戴、健康監護及其它智能聯網設備的設計,設計師必須採取整體應用設計方法,考慮傳感器的工作耗流和靜態電流,並提高可靠性。電源靜態電流是影響系統待機功耗的最大因素,降低IQ是為設備提供最高電源效率和最長電池壽命的有效途徑。本期直播將就如何利用nanoPower技術延長電池壽命、確保傳感器可靠工作、確保傳感器隨時就緒並開箱即用三個方面展開,讓工程師迅速瞭解低靜態電流對延長電池壽命起到的關鍵作用,利用nanoPower提高技術創新率。 貿澤電子亞太區市場及商務拓展副總裁田吉平女士表示:“隨着科技的發展,智能手錶、耳塞式耳機、健康監護、遊戲控制器等多個物聯網設備在市場的佔有率越來越高,其內部的電源系統是否穩定對各模塊的供電至關重要,在這種情況下,工程師需要掌握通過低靜態電流延長電池壽命。為了讓工程師 能夠獲得更高效的設計解決方案,貿澤電子特邀Maxim的技術專家,結合MAX17613系統保護IC和MAX17561/2/3過壓和過流保護器兩款產品進行nanoPower技術的探討,幫助工程師在面對越來越趨向小型和輕量化的設計中,能夠運用高效的電源管理技巧,提高設備中傳感器及其他多個組件的利用率,繼而為用户設計出具有出色性能的產品,全面提高用户使用體驗。

    貿澤電子 技術研討會 Maxim 貿澤電子

  • 貿澤電子發表智能革命系列,探討AI人道應用的最新電子書

    貿澤電子發表智能革命系列,探討AI人道應用的最新電子書

    2021年3月10日 – 貿澤電子 (Mouser Electronics) 宣佈推出智能革命 系列的第三本電子書《Artificial Intelligence: Improving Harvests and the Human Experience》(人工智能:提高農業水平和人類生活質量)。這本電子書探討了人工智能 (AI) 在農業和其他用於提高人類生活質量的特定應用中的新用途。貿澤推出的AI系列電子書是公司屢獲殊榮的Empowering Innovation Together(共求創新)計劃的一部分。 貿澤電子亞太區市場及商務拓展副總裁田吉平女士表示:“雖然很多人都已熟悉人工智能的一些常見用途,但世界各地的創新科學家仍在不斷髮掘新的應用。我們新發布的這本智能革命系列電子書將探索如何運用AI,為世界各地的人們提升生活品質。” 這本電子書的第一篇文章介紹了農民如何在AI引導下,改變其種植技術和策略。第二篇文章講述了某個研究實驗室的技術人員如何通過訓練機器人,幫助自閉症兒童的故事。第三篇文章則帶讀者前往烏干達,瞭解基於AI的語音識別系統如何收聽廣播裏的不同方言,幫助發現偏遠地區的潛在危機。 自從2015年推出以來,貿澤的Empowering Innovation Together計劃已成為電子元器件行業知名度和市場認可度非常高的推廣計劃之一。此前曾推出過引人矚目的讓創意走進現實系列,並舉辦過機器人、原型設計和智能城市等各種創意開發活動。

    貿澤電子 AI 智能革命 貿澤電子

  • 智能邊緣第:減少洞察時間

    智能邊緣第:減少洞察時間

    減少邊緣節點的洞察時間可在獲得數據之後儘快做出關鍵決定。而理論上處理能力和通信數據均不受限制,則可將所有全帶寬邊緣節點檢測信息發送至遠端的雲計算服務器。此外,還可以進行大量運算,以挖掘做出明智決策所需的寶貴細節信息。然而,電池電量、通信帶寬和計算週期密集型算法的侷限使得我們的設想只是一種概念,而無法成為實際方案。 在這個包含多個部分的工業物聯網系列文章中,我們將分解和研究大型物聯網框架中邊緣節點解讀的基本方面:檢測、測量、解讀和連接數據,同時還將考慮功率管理和安全性。邊緣節點所需的數據集可能只是一個離散的完整寬帶信息子集。同樣,數據可以根據要求進行傳輸。高效的超低功耗(ULP)處理也是實施任何邊緣節點方案的一個關鍵。 智能分區模式轉變 工業物聯網及其前身(機對機(M2M)通信)的先鋒時代在很大程度上是由雲平台這一主要應用推動因素的作用定義的。智能系統的洞察力以往都只是依賴於雲級能力。實際的邊緣傳感器裝置一直以來都相對簡單。然而,由於邊緣節點的低功耗計算能力比雲計算能力的發展更迅速,這個前提目前正在動搖。邊緣節點如今具有檢測、測量、解讀和連接數據的能力。 智能分區模式正從連接傳感器模型向智能設備模型轉變,從而提供更多的可用架構選項,並允許組織部署工業物聯網,以獨特的方式改進其實體資產和流程。邊緣計算分析(亦稱為智能邊緣或解讀)推動着這一轉變。大規模的工業物聯網部署依賴於一系列安全、高效節能並且易於管理的多樣化智能節點。 邊緣分析 最優質的傳感數據仍可邊緣化,且無需細心留意邊緣節點分析中應用的要求。邊緣傳感器裝置可能會受到能源、帶寬或原始計算能力的約束。這些約束條件將影響到能夠將IP堆棧刪減為最小閃存或RAM的協議選擇。這使得編寫程序充滿挑戰性,並且可能需要犧牲一些IP性能。 邊緣處理可以是一個分析過程,除了將數據發送至遠端服務器以進行雲級分析,它還可以作為一種方法,用於分析接近其來源的數據。在數據鏈中儘早地進行實時分析邊緣處理可減少下游有效負載,並縮短延遲。如果初始數據處理可以在邊緣節點進行,那麼就可以簡化所需的數據格式、通信帶寬以及最終聚集在雲端網關。通過緊耦合連接至傳感器的時間敏感型反饋迴路可提供即時處理,從而為更有價值的明智決策作準備。 然而,這要求提前瞭解清楚需要獲得哪些有價值的具體信息,才能從檢測和測量數據中得到預期結果。此外,由於空間隔離或應用差異,也可能因邊緣節點的不同而不同。事件報警、觸發信號和中斷檢測可以忽略大部分數據,只傳輸需要的數據。 時間折舊 貨幣的時間價值是一種概念,即現在的一美元比未來某一時候的一美元更有價值。類似地,數據也存在時間常數。數據的時間價值是指在這個幾分之一秒檢測到的數據與從現在起一週、一天或甚至一個小時之後檢測到的數據不同。此類任務關鍵型物聯網範例有熱衝擊檢測、氣體泄漏檢測或需要採取立即行動的災難性機械故障檢測。時間敏感型數據價值在解讀之時開始衰減。有效解讀數據和採取行動的延遲越長,決策的價值將越低。為了解決工業物聯網的時間折舊問題,我們必須進一步深入瞭解信號鏈。 邊緣傳感器節點的處理算法可對抽樣數據進行篩選、抽取、調諧和精處理,將其分解至最低要求的子集。這首先需要定義目標窄帶數據。可調帶寬、抽樣率和動態範圍有助於一開始就在硬件的模擬域中建立基準。通過使用所需的模擬設置,傳感器只會檢測需要的信息,並提供更短的時間常數以獲得高質量的解讀數據。 邊緣處的數字後端處理濾波器可進一步重點關注目標數據。邊緣傳感器處的數據頻率分析可在信息離開節點之前,並及早判定信號內容。一些高階計算模塊執行快速傅里葉變換(FFT)、有限脈衝響應(FIR)濾波並使用智能抽取,可縮小抽樣數據的範圍。在一些情況下,在大幅度降低數據帶寬之後,只需要從邊緣傳感器節點處傳輸通過或未通過信息增量痕跡。 圖1.在未使用前端濾波器或數字後端處理濾波器的情況下,可能會出現混疊。 圖2.振動監控的典型信號鏈。 圖1中,我們可以看到在未使用前端模擬濾波器或數字後端處理濾波器的情況下,抽取8次(左側)的簡單信號將混疊新的干擾信號(中間),從而使頻率摺疊成期望的新信號頻帶(右側)。數字後端處理濾波器搭配數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU),同時將半帶FIR低通濾波器與抽取濾波器一起使用,將能夠濾除混疊的干擾信號,從而有助於防止出現這一問題。 邊緣節點處理洞察力——智能工廠 領先的工業物聯網應用解決方案適用於工廠機器狀態監控。該解決方案的目的是在發生故障之前識別和預測機器性能問題。邊緣傳感器節點的多軸高動態範圍加速度計用於監控工業機器上不同部位的振動位移。可以篩選和抽取原始數據,在微控制器中進行頻域解讀。可以處理與已知性能極限進行比較的FFT,針對下游的通過、未通過和警示警報進行測試。通過FIR濾波去除目標帶寬外的寬帶噪聲,可實現FFT內的處理增益。 邊緣節點處理是機器狀態監控的一個重要組成部分。抽樣數據的全帶寬是實現無線網關聚集的一個重要瓶頸。要考慮到,一台機器可能配有許多傳感器,並且可能同時監控數百台機器。微控制器中作出的濾波和智能決策向無線收發器提供一個低增益帶寬輸出,而無需在雲端進行密集型濾波處理。 圖2顯示了一個機器狀態監控的信號鏈,在這個信號鏈中加速度計傳感器用於測量位移振動特徵。利用邊緣傳感器節點處的後端處理濾波器,可通過在濾波和抽樣數據後進行FFT運算,從而在目標窄帶寬中完成頻率分析。 在FFT計算過程中,與實時示波器一樣,處理濾波器可無視時域活動,直至完成FFT。第二個線程中的另一種時域路徑可能還可用於防止出現數據分析差異。 如果能夠清楚目標機械特徵頻率,則可設計微控制器中的ADC和FFT抽樣率,使最大能量適合單個直方圖倉的寬度。這將防止信號功率泄漏到多個倉中,從而降低幅度測量的精度。 圖3.FFT倉能源可用於觸發警報。 圖3為FFT的一個示例。在這個示例中,我們在邊緣節點MCU中對不只一個觀察的機械零件進行特定的預定區解讀。在所需綠色區域中達到峯值的能量代表正常運轉,而黃色和紅色區域則分別表示警報和嚴重警報。更低的數據速率警報或觸發痕跡可能會在目標區域內向系統發出偏移事件報警,而不是傳全帶寬傳感器數據。 動態範圍、標記和精度 邊緣分析的計算功率有幾個選項。許多選項可用於處理算法,從一個提供有限控制性能的簡單MCU到更加複雜的精密片上系統(SoC) MCU,再到到功能強大的多核數字信號處理。處理內核尺寸、單核或雙核操作、指令RAM緩存大小和定點與浮點需求都是典型的技術考慮。通常,需要在節點可用的功率預估和應用的計算需求之間作出權衡。 針對數字信號處理,採用定點和浮點兩種格式來存儲和操作以數字表示的傳感器節點數據。定點是指一種數字表示方式,採用小數點後(有時候為小數點前)固定位數的數字表示。使用這種方法的DSP處理整數,例如使用最少16位的正負整數,可能有216種位模式。相比之下,浮點則使用有理數,最少可能有232種模式。與使用定點的DSP相比,使用浮點計算方法的DSP可處理更大範圍的值,並能夠表示非常大或非常小的數字。 浮點處理可確保能夠表示更大動態範圍的數字。如果需要計算大量傳感器節點數據,並且在檢測之前可能並不清楚確切的範圍,則浮點處理就非常重要。此外,由於每一個新的計算都需要進行一次數學運算,所以計算結果必然會出現四捨五入或截斷的現象。這會導致數據出現量化誤差或數字信號噪聲。量化誤差是理想的模擬值與該值的數字表示(即最接近的舍入值)之差。這些值之間的量化差越大,數字噪聲將越明顯。當準確性和精度對於解讀的傳感器數據來説非常重要時,浮點處理則可實現優於定點處理的精度性能。 性能 固件設計師應以最有效的方式實現計算應用,因為執行操作的速度至關重要。因此,必須描述數據解讀的處理需求,以便確定實現最大效率需要使用定點計算還是浮點計算。 我們可以對定點處理器進行編程,使其能夠執行浮點任務,反之亦然。然而,這樣做的話效率非常低,並將影響處理器性能和功率。當針對無需密集型計算算法的高容量通用應用而優化時,定點處理器的表現更加突出。相反,浮點處理器可利用專門的算法,輕鬆完成開發,並實現更高的整體精度。 雖然性能不是很高,但是處理器中支持的GPIO引腳數量則可作為第二個選擇標準。直接支持目標傳感器(例如:I2C、SPORT和UART)的相應控制界面可降低系統設計的複雜程度。內核處理時鐘速度、每次執行的位數、可用於處理的嵌入式指令RAM數量以及存儲器接口速度都將影響邊緣節點處理的能力。實時時鐘有助於對數據進行時間標記,並允許調整多個平台之間的處理。 處理計算能力通常是在MIPS或MMAC中定義。MIPS是一秒鐘內可執行的百萬指令數。MMAC是每秒可執行的32位單精度浮點或定點累加乘法操作次數(單位:百萬)。針對16位和8位操作,MMAC性能值分別提高2倍和4倍。 安全 雖然工業物聯網的安全影響着每個系統、每次傳輸和每個數據接入點,但是微控制器和DSP則提供內部安全特性。高級加密標準(AES)提供了一種增強有線通信線路(如UART/SPI)或無線通信線路安全性的方法。在採用無線RF通信的情況下,通過邊緣節點無線電進行有效傳輸之前會先執行AES加密。接收節點相應地執行解密操作。電子密碼模塊(ECB)或密碼塊鏈接(CBC)是典型的AES模式。4通常,128位或更長位數的安全密鑰是首選。真隨機數發生器用作為處理器中安全計算的組成部分。後續的工業物聯網文章中將進一步描述這些方案的細節,以便大家採用更加全面的安全措施。 單核或雙核 對原始數據處理能力的需求終始很旺盛。高效的原始數據處理能力將更勝一籌。多核MCU和DSP可為特別受益於密集型並行處理的算法提供額外的計算能力。然而,處理異構數據的需求也在不斷上升。這導致一類多核微控制器的問世,此類微控制器將兩個或更多具有不同特定功能優勢的內核整合在一起。一般稱為異構或非對稱多核設備,通常整合了兩個配置完全不同的內核。 非對稱MCU可整合ARM® Cortex®-M3和Cortex-M0,使用處理器間通信協議進行通信。這使M3能夠重點處理繁瑣的數字信號處理任務,而M0則執行密集程度較低的應用控制。5這樣可以將更簡單的任務分流至小型內核中處理。分區可最大化功能更強大的M3內核的處理帶寬,以便進行計算密集型處理,而這是協同處理的真正核心所在。核間通信採用共享SRAM,其中一個處理器引發中斷,而另一個檢查。當接收處理器在響應時引發中斷,就會發出報警。 異構多核MCU的另一個優勢在於,它可以克服嵌入式閃存的限速問題。通過在兩個小型內核中以非對稱的方式對任務進行分割,可在實現內核的全部性能的同時,仍繼續使用低成本嵌入式存儲器。實現嵌入式閃存的成本通常決定MCU的成本,因此可有效地消除瓶頸。在可用的功率預算中平衡處理器需求是工業物聯網邊緣傳感器節點設計的關鍵部分。 功率平衡 即使是在可以實現能量採集的情況下,許多工業物聯網邊緣傳感器節點也必須能夠在同一小型電池上運行多年。ULP操作將是這些節點的一個關鍵參數,而且必須選用能夠最小化節點實際功耗的元件。 許多非常適用於工業物聯網的MCU都採用ARM系列的Cortex-M嵌入式處理器,針對低功耗MCU和傳感器應用。7包括針對更簡單高效應用而優化的Cortex-M0+,以及需要浮點和DSP操作的高性能複雜應用的Cortex-M4。使用性能更高的處理內核可能會影響低功耗性能。 ARM CPU在代碼大小、性能和效率方面提供了一個新方向。但是對於MCU在工作模式或深度睡眠模式下的實際功耗,許多超低功耗能力完全取決於MCU供應商。工作功耗深受工藝技術選擇、超高速緩存和處理器整體架構的影響。MCU睡眠電流以及CPU處於睡眠模式時的可用外圍功能主要受MCU的設計和架構影響。 行業聯盟EEMBC制定了一些衡量基準,幫助系統設計師瞭解其系統的性能和能量特性,以選擇最優處理器。每個器件的ULPMark™- CP評分是經過計算得出的單個數字品質因素。該套件中每個衡量基準的評分使設計師權衡併合計這些衡量基準,以滿足特定的應用需求。 傳感器邊緣節點的功率預算將直接與其處理能力相互關聯。如果功率預算無法滿足邊緣節點分析的處理需求,則可能需要作出權衡。性能效率會影響傳感器邊緣節點的電源效率。微控制器的典型能耗指標用於指定每兆赫茲計算消耗的有功電流量。例如:針對基於ARM Cortex-M3的MCU,功耗可達到數十μA/MHz。 佔空比 邊緣傳感器節點的功耗最小化通常基於兩個因素:節點在活動狀態下的功耗是多少;以及為進行檢測、測量和解讀,節點必須保持活動狀態的頻率如何。這個佔空比將隨着節點中使用的傳感器和處理器類型,以及算法需求的不同而變化。 圖4.邊緣傳感器節點MCU的主要活動狀態可能會消耗過多的功率。 在不考慮MCU功耗的情況下,邊緣傳感器節點的主要活動狀態將消耗大量功率,並將電池供電應用的壽命減少至只有幾個小時或幾天。 通過分析節點內部元件的佔空比,可節省大量能源,從而確保只有在必須的情況下這些元件才會處於工作狀態。MCU幾乎一直處於常開狀態。為了使MCU能夠保持對邊緣傳感器節點的完全控制,同時消耗盡可能少的能量,必須採用針對低能耗操作的特定架構。最小化MCU能耗就是要使MCU儘可能經常處於睡眠模式,同時在需要的時候仍能執行關鍵任務。 圖5.將MCU主要保持在非活動狀態,以便將功耗降至最小。 對於大多數非活動狀態、只在短期佔用時間處於活動狀態的情形,使MCU在低功耗休眠模式下運行,可將邊緣節點的電池使用壽命延長至許多年。 可能無需在工業物聯網中使用許多邊緣節點檢測解決方案就可以處理連續不間斷的數據流。利用中斷事件閾值忽略已知的超範圍條件數據,這樣可降低處理功率。為了保持功率和帶寬,可能需要提前瞭解可預測的佔空比。此外,基於已檢測信息狀態的可變佔空比可觸發活動狀態或降低功率狀態。 微控制器或DSP的響應時間和功耗(開啓和關閉狀態下)是低帶寬應用的重要設計依據。例如:建築中,温度和光傳感器的數據傳輸在靜止期間可能明顯減少。這不僅可以延長傳感器節點的休眠時間,而且還可以大大減少信息傳輸。 為了實現快速反應,許多微控制器除了提供完全活動模式,還提供各種低功耗工作模式,例如:睡眠模式、靈活模式、休眠模式和完全關斷模式。每種模式都將在不需要時關斷各種內部計算模塊,通常將電流需求改變幾個數量級。為實現這一節能優勢,向完全活動模式過渡需要最低有限響應時間。採用靈活模式這一混合配置時,計算內核處於睡眠模式,而外圍接口仍處於活動狀態。休眠模式可提供SRAM數據存儲功能,並可選擇允許實時時鐘仍保持活動狀態。 圖6.詳細的MCU功耗與時序圖。 圖6為詳細的MCU功耗與時序圖,顯示了每種低功耗MCU模式、過渡時間和佔空比的影響。當MCU處於非活動狀態時,使用低功耗模式是保持在低功耗傳感器節點預算範圍之內的關鍵。 傳感器融合 先進的模擬微控制器提供了一個完整的混合信號計算解決方案。配備嵌入式精密模數轉換器(ADC)的前端模擬多路複用器支持更先進的傳感器融合技術。在進行數字處理之前,可將多傳感器輸入發送至單個微控制器。片上數模轉換器(DCA)和微控制器反饋至附近其他設備,可實現快速反饋迴路。其他嵌入式電路模塊(如比較器、帶隙基準電壓源、温度傳感器和鎖相環)為多傳感器邊緣節點提供額外的算法靈活性。 圖7.可在單個模擬微控制器中處理多傳感器信號。 多個傳感器的模擬信號可發送至單個精密模擬微控制器。微控制器中的算法可通過傳感器融合過程實現信息的智能組合。 室外污染監控器應用就屬於此類邊緣節點處理。在此類應用中,來自多個輸入來源(如氣體傳感器、温度傳感器、濕度傳感器和顆粒傳感器)的數據在單個處理器中融合並進行分析。通過這些信息,分析處理完畢後,即可基於只能從本地傳感器節點那獲知的校準和補償信息生成污染數據。然後,可將這些經過校準的數據發送至雲,以便進行歷史分析。在一些情況下,可能需要進行獨特的一次性調試,針對其特定的環境失調配置每個傳感器節點。 ADI公司對ULP平台進行了大量投資,在傳感器、處理器和節能模式的強大功能集方面均有重大改進。近期發佈的ADuMC3027和ADuMC3029系列微控制器可提供26 MHz ARM Cortex-M3內核的性能,同時在活動模式下的工作電流低於38 μA/MHz,而在待機模式下為750 nA。這種高效的本地處理能力可降低系統的整體功耗,同時大大減少通過網絡發送數據進行分析的需要。 ADI公司提供各種MCU和DSP引擎,有助於以智能方式捕捉和處理髮送至雲的物聯網數據。ADuCM36x系列採用ARM Cortex-M3處理內核和集成式雙核Ʃ-Δ ADC。ADI公司的SHARC® 數字信號處理器系列在許多將動態範圍作為關鍵要素的應用中實現了實時浮點處理性能。 新一代Cortex-M33處理器基於ARMv8-M架構 ,採用可靠的TrustZone™技術,通過處理器的內置硬件保證可信應用和數據的安全。隨着世界的聯繫變得越來越緊密,確保每個節點的安全性是促進物聯網應用發展的關鍵。

    ADI 智能工廠 ADI 洞察時間

  • 貿澤電子與KEMET攜手發佈全新電子書,介紹配電網設計新方法

    貿澤電子與KEMET攜手發佈全新電子書,介紹配電網設計新方法

    2021年3月9日 – 專注於引入新品推動行業創新的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 與KEMET攜手發佈全新電子書,重點介紹配電網設計的全新技術與策略。這本電子書名為7 Experts on New Approaches for Power Distribution Network Design(7位專家聯手獻策:配電網設計新方法),來自KEMET、Analog Devices和Samtec等公司的優秀工程師在書中針對如何應對精密數字電路供電這一複雜問題提供了真知灼見。 隨着對高密度運算設備的需求持續增長,配電網 (PDN) 必須為日益複雜的電路提供高效且可靠的電源。因此,工程師正採用新的策略、技巧和技術來克服PDN設計中的難題。KEMET和貿澤發表的全新電子書呈現了多位業界高水平工程專家對此的見解,為面臨類似挑戰的設計人員提供多種多樣的靈感來源。 這本電子書收集了來自多位專家的觀點,闡釋瞭如何有效應對高密度設備的PDN設計需求。書中還提供了適用於PDN設計的全新KEMET產品的快捷鏈接和訂購信息。例如,KEMET T540和T541是帶有導電聚合物陰極的固態電解電容器,並可在高頻率時提供極低的等效串連電阻 (ESR) 與更高的電容保持能力。 貿澤備貨種類豐富的KEMET產品,包括電感器、執行器、傳感器和工程套件。

    貿澤電子 配電網 KEMET 貿澤電子

  • ADI公司電路筆記——適用於IEPE傳感器的24位數據採集系統

    ADI公司電路筆記——適用於IEPE傳感器的24位數據採集系統

    評估和設計支持 電路評估板 IEPE傳感器DAQ測量板(EVAL-CN0540- ARDZ) 設計和集成文件 原理圖、佈局文件、物料清單、軟件 電路功能與優勢 圖1所示的參考設計是一款高分辨率、寬帶寬、高動態範圍的、IEPE (Integrated Electronics Piezoelectric)兼容接口數據採集(DAQ)系統,其與ICP® (IC Piezoelectric)/IEPE傳感器接口。IEPE傳感器最常用於振動測量應用,但也有很多IEPE傳感器用於測量温度、應變、衝擊和位移等參數。 本電路筆記聚焦於該解決方案的振動應用,尤其是狀態監控領域,但儀器儀表和工業自動化領域也有大量應用以類似方式使用IEPE傳感器,並且由類似的信號鏈提供服務。 具體而言,狀態監控使用傳感器信息來幫助預測機器狀態的變化。跟蹤機器狀態的方法有很多,但振動分析是最常用的方法。通過跟蹤振動隨時間的分析數據,可以預測故障或失效以及故障源。 工業環境需要穩健可靠的檢測方法,這給振動檢測增加了難度。瞭解機器的狀況有助於提高效率和生產率,並使工作環境更安全。 市場上大多數與壓電傳感器接口的解決方案都是交流耦合式,缺乏直流和亞赫茲測量能力。 CN-0540參考設計是一種直流耦合解決方案,可實現直流和亞赫茲精度。 通過查看IEPE振動傳感器在頻域(直流至50 kHz)中的完整數據集,並使用快速傅立葉變換(FFT)頻譜中發現的諧波的位置、幅度和數量,可以更好地預測機器故障的類型和來源。 數據採集板為Arduino兼容外形尺寸,可以直接與大多數Arduino兼容開發板接口並由後者供電。 ADI公司的Circuits from the Lab®電路由ADI公司的工程師設計構建。每個電路的設計和構建都嚴格遵循標準工程規範,電路的功能和性能都在實驗室環境中以室温條件進行了測試和檢驗。然而,您需負責自行測試電路,並確定對您是否適用。因而,ADI公司將不對由任何原因、連接到任何所用參考電路上的任何物品所導致的直接、間接、特殊、偶然、必然或者懲罰性的損害負責。 圖1.IEPE壓電振動傳感器的狀態監控信號鏈 電路描述 圖1所示電路是IEPE傳感器的傳感器到比特(數據採集)信號鏈,包括電流源、帶數模轉換器(DAC)的電平轉換和衰減級、三階抗混疊濾波器、模數轉換器(ADC)驅動器及全差分Σ-Δ型ADC。 可編程電流源以恆定電流驅動壓電加速度計。輸出電流可通過外部電阻設置,根據傳感器和電纜的類型,通常設置在2 mA和20 mA之間。 DAC的緩衝和放大輸出以及電平轉換運算放大器,將輸入信號偏移至接近2.5 V共模電壓(VCOM),以平衡抗混疊濾波器的輸入和全差分放大器(FDA)的輸入。基準電壓源將FDA供電軌的第二個輸入設置為VCOM的2.5 V,確保滿足輸入裕量要求,並且輸出是為驅動ADC而優化的全差分電壓。 抗混疊濾波器將信號鏈的帶寬設置為54 kHz。壓電加速度計的帶寬高達20 kHz,但就相位延遲而言,選擇了更寬帶寬的信號鏈,從而在3軸測量中實現更好的相位匹配性能。(進一步的帶寬限制發生在ADC的數字濾波器中,但相位延遲是已知且確定的。) ICP/IEPE加速度計 任何IEPE振動傳感器都可以與CN-0540參考設計接口,因為所有IEPE振動傳感器都利用相同的原理工作,但具有不同的偏移電壓、噪聲電平、帶寬和靈敏度。IEPE輸出信號既攜帶交流電壓,也攜帶直流電壓,其中與振動相關的交流電壓被直流轉換到介於7 V和13 V之間的某個電壓電平。此直流電平隨傳感器的不同而異,並且對於任何給定的傳感器,它都有相對於時間、温度和勵磁電流的漂移分量。 IEPE傳感器必須由電壓範圍足夠高的電流源供電,以完全覆蓋傳感器的幅度。IEPE傳感器的典型激勵電壓為24V。 信號鏈的輸入可以接收高達10 V p-p的信號幅度,偏移電壓最高可達13 V。直流失調通過施加直流失調校正信號來消除,從而允許在任意低頻下工作。 圖2.ICP加速度計模塊連接 圖2顯示了一個傳感器的ICP加速度計框圖,其由恆流源供電並連接到直流耦合信號鏈。傳感器的最大帶寬與激勵電流成正比,與電纜電容成反比。選擇恆定電流電平時,必須考慮傳感器的最大期望輸出電壓和電纜類型,可通過下式確定: 其中: fMAX為傳感器的最大頻率,單位為Hz。 IC為恆定電流,單位為mA。 1 mA為傳感器的功耗要求。 C為電纜電容,單位為pF。 V為傳感器的最大峯值電壓輸出,單位為V。 注意在式1中,從提供給傳感器的總電流(IC)中減去了1 mA,該近似1 mA電流是用於為傳感器本身供電,而其餘電流則用於驅動電纜。此數字因傳感器而異。 例如,此參考設計使用PCB Piezotronics生產的333B52型ICP加速度計進行了測試,最大峯值輸出為10 V,電纜長度為10英尺,電容為29 pF/英尺,激勵電流為2.5 mA。應用式1,傳感器的最大理論帶寬為82.3 kHz。電纜和所選的電流水平均未限制傳感器的性能。 恆流源 設計恆流源(CCS)和考慮噪聲性能時應多加註意。低電流噪聲至關重要,因為當驅動信號鏈的輸入阻抗時,電流噪聲會被轉換為電壓噪聲。 圖3.恆流源 圖3顯示了一個2端子電流源,其電阻RSET和ROUT將輸出電流設置為2.5 mA,電容CSET限制電流噪聲的帶寬。LT3092的內部10μA基準電流源使RSET兩端保持穩定的VSET。VSET鏡像到ROUT兩端,根據式2設置輸出電流。 請注意,由於內部基準電流從SET端子流出,因此實際的IOUT電流比式3給出的輸出電流要大10μA。 數據手冊建議RSET = 20kΩ,以將RSET兩端的壓降設置為200 mV,使失調電壓的影響最小。(在較小的VSET上,失調電壓更為明顯。)電阻產生的白電流噪聲由式3給出。 其中: T為絕對温度,單位為K。 k為玻耳茲曼常數(J/K)。 R為電阻。 電阻電流噪聲與電阻倒數的平方根成正比,因此將RSET的值從建議的20 kΩ增加到120 kΩ時,ROUT也需要成比例地增加(而輸出電流保持在相同水平),導致整體噪聲電流下降。建議在RSET兩端接一個電容CSET,用以降低RSET和LT3092內部電流基準的電流噪聲。CSET電容旁路LT3092產生的電流噪聲。 如圖3所示,對恆流源進行了LTspice仿真,以優化元件值和佈局依賴性。為了仿真Keysight E3631台式電源(其兩路輸出串聯連接,總電壓設置為26V),我們建模了一個非理想電壓源,其在20 MHz帶寬內具有0.7 mV rms的電壓噪聲和224 nA rms的電流噪聲。 表1列出了不同元件值組合的均方根噪聲。均方根電流噪聲針對1 mHz至100 kHz的帶寬進行了仿真。CCOMP的作用類似於高通濾波器,將噪聲從電壓源傳遞到輸出。進一步增加RSET和ROUT有助於降低電流噪聲,但也會導致電阻上的壓降更高,從而降低容許的信號擺幅。 表1.降低LT3092電流噪聲 1 無需元件。 當使用具有高電感的長電纜時,穩定性可能成為問題。有關補償感性負載的更多信息,請參閲LT3092數據手冊。 要計算電流源提供的可用傳感器激勵電壓,請使用下式: 其中: VDD為恆流源的電源電壓。 LT3092DROP為IC本身的壓差(負載電流最高10 mA時,其通常為1.2 V)。 RSET×10μA給出電阻上的壓差,其設置輸出電流電平,內部10μA電流流過電阻。 在這種情況下,可用激勵電壓為23.6V。 電壓電平轉換器 電壓電平轉換器可承受高達13 V的傳感器偏移電壓,信號擺幅最高可達10 V p-p,支持市場上的大多數壓電傳感器。選擇的是帶運算放大器的反相電壓電平轉換器拓撲,需要一個正轉換電壓來降低輸入電壓,以適應FDA級的輸入要求。 圖4.反相電壓電平轉換器 圖4顯示了一個帶運算放大器的反相電壓電平轉換器拓撲。轉換電壓通過下式計算: 電壓轉換器產生的VOUT電壓設置為儘可能接近VCOM (2.5 V),以平衡下一級中FDA的輸入。RF/RIN比值(運算放大器的衰減)必須遵循以下約束: • 轉換運算放大器的電源電壓:5 V • 轉換電壓範圍:0 V至5 V • 運算放大器的穩定性 • ADC的滿量程範圍:±4.096 V • 輸入信號幅度:10 V p-p • 輸入直流偏移電壓:最高13 V 0.3的衰減是合理的折衷方案,下一級中的較小增益可使ADC的輸入幅度最大化,並提高信噪比(SNR)。請注意,電平轉換器輸出端的信號和噪聲都會被放大,因此最大限度地降低電平轉換器的輸出噪聲至關重要。 在CN-0540中,輸入阻抗和輸入噪聲之間進行了折衷,輸入噪聲電平足夠低,輸入電阻則足夠高,以防止引入測量誤差。壓電傳感器一般為低阻抗輸出(數百歐姆)傳感器,哪怕相對較低的信號鏈輸入阻抗(數十kΩ)也會引入不到1%的誤差。作為折衷方案,選擇的最終輸入阻抗RIN = 50kΩ。 使用下式計算輸入短路時電平轉換器模塊的電壓噪聲: 其中電阻的噪聲貢獻計算如下: 其中: k為玻爾茲曼常數。 T為絕對温度,單位為K。 R為電阻,單位為歐姆。 在平方之前,必須將除RIN以外的所有貢獻乘以噪聲增益。反相運算放大器配置的噪聲增益與同相配置的噪聲增益相同。 使用下式計算反相輸入運算放大器的噪聲貢獻: 其中NG為電路的噪聲增益。 電壓電平轉換器模塊的單極點RC濾波器可限制噪聲。使用下式計算電壓電平轉換器產生的噪聲均方根值: 第一級的噪聲貢獻為20.8μVrms,其中最重要的噪聲貢獻者是RIN,這是將輸入阻抗設置得足夠高以使負載引起的誤差最小化的結果。 直流偏置補償技術 每個IEPE加速度計都有一定的直流偏置電壓,此電壓沒有攜帶任何有用的信息,因此必須將其消除。如果信號鏈中使用了直流耦合,便可讓輸入電壓直流轉換以抵消直流偏置電壓,使得ADC僅接收輸入電壓的交流部分,而沒有任何直流偏移。精確的直流轉換對於直流測量的精度和測量動態範圍的最大化至關重要。 使用式5中的轉換電壓可以找到確切的轉換電壓。按照這種方法,必須分別為每個電路板和傳感器進行不同温度下的數次測量,從而確保測量的準確性。 本電路使用了其他更精確、可靠且自動化的技術。CN-0540中採用了定製的逐次逼近算法。標準逐次逼近模型使用DAC至ADC控制環路估算未知電壓電平的最終位置,而該定製逐次逼近算法試圖使用DAC至ADC環路將ADC輸入端的平均電壓設置為儘可能接近於0。換句話説,主要目標是將FDA的兩個輸入設置為相同電壓電平,即VCOM = 2.5V。 表2.輸入偏置電壓補償過程 表2顯示了使用逐次逼近算法補償輸入偏置電壓的過程。由於選擇了16位DAC,因此進行了16次迭代。在此過程的最開始,DAC被設置為半量程輸出。每次將DAC設置為新值時,均要測量平均電壓。如果平均電壓為正,則將1位權重加到當前DAC輸出,否則就從當前DAC輸出中減去1位權重。由於輸入運算放大器使用反相配置,因此該過程是相反的。 第四個DAC輸出= (215 – 1) + 214 + 213 – 212 = 53,247 (11) 式11顯示了加上或減去的位權重。215 − 1為初始半量程值,然後是兩次向上和一次向下,意味着加上第14 位和第13 位,並減去第12 位。 由於傳感器的內部結構,壓電傳感器本身會產生相當顯著的電壓噪聲。傳感器通電後,傳感器始終會拾取環境噪聲,導致更多噪聲從機械環境事件轉換為電壓噪聲。為了僅提取壓電傳感器的直流偏置電壓,以及消除相當顯著的噪聲(隨機噪聲或週期性噪聲),直流偏置補償過程中會進行大量平均運算。 電平轉換DAC 選擇具有27個可選I2C地址的16位電壓輸出DAC (LTC2606)進行電平轉換。DAC與ADC共享4.096 V基準電壓。為了實現轉換運算放大器的同相輸入端預設的0 V至5 V完整轉換電壓範圍,並降低DAC輸出電壓噪聲,電路增加了一個外部緩衝器。該緩衝器具有Sallen-Key結構,截止頻率為100 Hz,增益為1.22。具有增益輸出的DAC的1 LSB為 從DAC到ADC輸入的路徑上還有其他增益。ADC輸入端觀測到的1 LSB變化放大4.23倍(所有增益的乘積),如下所示: 總LSBDAC = 其中,2.667是FDA的增益,1.3是轉換運算放大器的增益;當將變化的信號引入同相輸入端時,轉換運算放大器像同相運算放大器一樣工作,實際增益為1 + (RF/RIN)。式13的計算得出將傳感器調整到正確電平所引起的最大理論直流誤差。 表2證明,ADC轉換的DAC 1 LSB約為264μV。檢查最後兩個ADC讀數,差異僅為1 LSB,產生269μV。 圖5.RMS噪聲與輸入偏置電壓的關係 圖5顯示了僅將輸入偏置電壓施加於信號鏈輸入端時均方根噪聲如何變化。每次改變輸入偏置時,DAC都會將輸入調整至正確電平,確保失調誤差很低。信號鏈的均方根噪聲隨直流偏置的增加而增加,因為提供直流偏置的直流校準器在較高電壓輸出電平下會產生更多噪聲。 從圖5可知,動態範圍響應均方根噪聲的提高,導致輸入偏置電壓提高,如圖6所示。 圖6.動態範圍與輸入偏置電壓的關係,1 kHz 1 V p-p輸入 圖7顯示了系統線性度與輸入偏置電壓的關係,使用的輸入信號頻率為1 kHz,幅度為1 V p-p。圖7表明,輸入偏置電壓對線性度沒有明顯影響,總諧波失真(THD)保持穩定。 圖7.線性度與輸入偏置電壓 圖8顯示了整個温度範圍內ADC輸入端預設的失調電壓誤差。失調誤差是使用相同輸入電壓(10 V)在整個温度範圍內運行輸入偏置電壓補償程序而確定的。25°C下的測量結果定位0 V失調誤差。 圖8.10 V輸入偏置電壓在整個温度範圍內的失調電壓誤差 如圖1所示,使用了基準電壓為2.5 V的基準電壓芯片(ADR441A),確保VCOM穩定。此基準電壓IC具有很高的温度漂移特性,在-25°C至+ 85°C的温度範圍內,電壓變化值為2.75 mV。此變化乘以2.667的FDA增益,導致ADC檢測到7.33 mV的總温度漂移,該漂移隨後由DAC予以補償。 每次輸入電壓或VCOM發生變化時(VCOM僅因温度漂移而變化),DAC都會反向補償該變化。在這種情況下,僅VCOM發生變化,輸入偏置則保持穩定。ADR441A的電壓漂移占主導地位,這可以從圖8看出,其形狀與ADR441A的電壓漂移曲線相反。在指定温度範圍內,數字碼的總變化為32 LSB。 DAC緩衝器 DAC的內部緩衝器會限制電壓噪聲,必須進行濾波。由於DAC與ADC共享4.096 V基準電壓,因此DAC輸出也必須放大以提供0 V至5V。 圖9.帶緩衝器的DAC 圖9顯示了採用低通Sallen-key濾波器結構且具有增益輸出的電平轉換DAC。濾波器的截止頻率通過下式設置為大約100 Hz的較低值: 由於對Sallen-key濾波器拓撲應用了一個增益,因此必須考慮濾波器的穩定性。否則,緩衝器很可能會變成振盪器。另一個與穩定性相關的因素是濾波器質量(Q),此模塊必須加以考慮。Q因子應保持足夠低的值(小於0.707),以確保頻率響應在截止頻率處沒有峯化,滾降具有較和緩的斜率,而且開始頻率顯著早於截止頻率。低Q因子適合於需要在整個頻率範圍內具有高線性度的應用。注意,只要Q因子變為負值,結構便變得不穩定。使用下式確定Q因子: 其中k為Sallen-key拓撲的增益,如下所示: 對於圖9所示的值,截止頻率為102 Hz,k為1.215,Q為0.27,穩定性和平滑滾降均有保證。 我們比較了有緩衝器和無緩衝器的DAC轉換模塊的噪聲性能。請注意,用於該測量的信號鏈在輸入短路時具有12.3μV rms的噪聲和108.2 dB的動態範圍。該均方根噪聲是在64 kHz帶寬下測得的。 表3顯示了輸出電壓如何隨DAC碼變化。DAC輸出以漸進方式設置:從零到四分之一量程、半量程,最終達到四分之三量程。在最壞情況下,DAC轉換模塊的噪聲貢獻僅為1.3μV rms。 表3.ADC測得的DAC輸出的噪聲比較 抗混疊濾波器和FDA 抗混疊濾波器和FDA使用差分多反饋低通結構,並將單端信號轉換為差分信號。抗混疊濾波器的截止頻率設置為54 kHz,這比大多數壓電加速度計的帶寬要寬。該濾波器在2.3 MHz時提供−80 dB的阻帶抑制。 此級的增益設置為2.667,以便通過提升輸入幅度來更緊密地匹配ADC輸入的±VREF範圍,從而改善SNR。FDA也會放大寬帶噪聲,但由於抗混疊濾波器會限制寬帶噪聲,因此性能的降低小於信號增益帶來的改善。 模數轉換 AD7768-1是一款精密、單通道、24位Σ-Δ型ADC,選擇這款器件的原因是它具有出色的DC至204 kHz帶寬精度、低功耗、108.5 dB(典型值)動態範圍和−120 dB THD。 使用式17計算ADC的輸出數據速率: 其中: MCLK為主時鐘。 MCLKDIV為主時鐘分頻器係數。 FILTEROSR為所選數字濾波器的過採樣率(OSR)。 時鐘分頻器和濾波器OSR是寄存器設置,可以通過SPI總線進行更改。有限脈衝響應(FIR)和SINC5濾波器的OSR是在AD7768-1的寄存器映射中嚴格設置。用户可以使用下式將特定值寫入13位SINC3抽取率寄存器,從而將SINC3濾波器設置為自己偏好的OSR並更改輸出數據速率: 其中,ODR為所需的輸出數據速率,單位為Hz;213 為SINC3寄存器可接受的最大值。例如,對於4 Hz輸出數據速率、16.384 MHz MCLK及低功耗模式(MCLK/16),SINC3寄存器值為7999。 此參考設計的默認設置針對32 kHz的ADC測量帶寬進行了優化,如下所示: • 功耗模式:低功耗模式 • MCLK分頻器:16 • 濾波器類型:FIR • 濾波器抽取率:32 • 輸入預充電緩衝器:使能 • 基準電壓緩衝器:使能預充電 • VCM引腳輸出:(AVDD1 − AVSS)/2 • 轉換長度:24位 • 轉換模式:連續 • 校驗和:無校驗和 • 數據讀取模式:連續 • 狀態位:禁用 • DRDY信號:使能 針對低功耗、高要求的應用,兩個緩衝器均可關閉。但是,緩衝器保持開啓可改善整體THD和SNR。 表4.針對不同帶寬的建議ADC設置 表5.信號鏈噪聲測量 1 低紋波FIR濾波器帶寬 = 0.433×ODR。 信號鏈的實測性能 該信號鏈設計針對的是中等到更寬帶寬的振動檢測,較高的諧波和高於1 kHz的頻率成分很重要。設計必須權衡系統帶寬、線性度和可實現的噪聲性能。選擇較高的輸入阻抗以保持信號精度(線性度),在此設計中它決定了最大噪聲性能極限。信號帶寬也被設置得較寬,以保持系統在較高頻率下的響應。使用帶寬較窄的設計可以實現更低噪聲解決方案,消除更多的寬帶噪聲。 CN-0540將模擬輸入帶寬設置為54 kHz,但實際信號帶寬由ADC配置決定。 噪聲 在幾種不同情況下對整個信號鏈的噪聲性能進行了測量。 表5詳細列出了未連接任何傳感器時和添加1 kΩ負載電阻時信號鏈的典型噪聲性能。在信號鏈輸入端連接1 kΩ電阻的結果表明,恆定電流源會影響噪聲性能。電流噪聲轉換為電壓噪聲,乘以1 kΩ電阻,導致系統噪聲升高。 圖10顯示了輸入短路的系統的典型FFT圖。圖11顯示了輸入短路的直流耦合解決方案在整個温度範圍內的動態範圍。 圖10.輸入短路的直流耦合解決方案的FFT,DAC輸出為半量程 圖11.輸入短路的直流耦合解決方案在整個温度範圍內的動態範圍 傳感器噪聲貢獻 數據採集系統設計人員的常見目的是儘可能準確地捕獲傳感器輸出信號。這在實踐中意味着,系統性能應該由傳感器特性設置。傳感器的噪聲性能常常是整體測量系統的關鍵限制因素之一,瞭解這一點有助於確定設計的性能要求。 此設計的目標是支持傳感器以在大於1 kHz的帶寬提供振動數據,這些傳感器用於狀態監控應用的數據採集系統,以對旋轉式或往復式工廠設備進行預測性維護。 表6詳細列出了少量振動傳感器的性能水平和帶寬。傳感器選擇的主要考慮因素通常是帶寬、範圍、噪聲頻譜密度(NSD)和功耗。 ADXL1002和ADXL1004傳感器是低功耗器件,適用於功耗和帶寬至關重要的各種振動應用。這些加速度計適合於連續監控應用,例如物聯網(IoT)機器監控。 如需最高靈敏度和帶寬(較高頻率下的低噪聲和靈敏度至關重要),壓電傳感器仍然是最適合使用的傳感器。由於AD7768-1具有寬帶寬和低噪聲特性,因此該信號鏈可在超過10 kHz的較寬帶寬範圍內匹配典型傳感器的性能水平。 對於CN-0540,系統帶寬設置為54 kHz,信號鏈噪聲性能針對的是可以在該帶寬上實現>100 dB動態範圍的傳感器。例如,Piezotronics PCB 621B40型加速度計在30 kHz時可實現近105 dB的動態範圍。 通過調整各級的電阻值和增益,並且利用AD7768-1的較高過採樣模式,該電路可適用於動態範圍更高、帶寬更窄的傳感器。完整的分析超出了本文的範圍,但AD7768-1數據手冊中提供了有關使用過採樣時權衡動態範圍和帶寬的更多信息。 表6.傳感器及相應的噪聲密度測量結果 線性度 傳感器測量系統的線性度對於確保測量結果不會因傳感器輸出變化而變化至關重要。測量系統的精度不應隨輸出偏置電壓或傳感器信號幅度變化而變化。理想情況下,當測量系統的温度發生變化時,精度也應保持不變。 CN-0540被設計為儘可能線性,並在整個温度範圍內保持該線性度,因此對測量信號鏈的校準需求不多。系統對直流輸入電壓變化的非線性被報告為INL誤差。系統對正弦波輸入的非線性被報告為THD誤差。 圖12和圖13中的數據表明:在寬輸入電壓範圍內,直流線性度(INL)在±10 ppm以內;在寬温度範圍內,INL和THD均相對平坦。 圖12.不同温度下INL與輸入電壓的關係 圖13.THD與温度的關係 交流與直流耦合解決方案 CN-0540針對的是直流耦合應用場景,其中必須保留信號的直流分量,或者必須將系統的響應保持到低於1 Hz或更低的頻率。因此,該系統設計用於處理IEPE傳感器的大直流偏置。 但是,某些系統可能不需要低至DC的響應,在這些情況下,交流耦合輸入通道是可接受的。 兩種解決方案的主要區別在於信號鏈的複雜性以及直流和低頻時的精度。交流耦合解決方案的複雜度較低,但在低頻時精度不高。 用户可以插入一個耦合電容與輸入電阻串聯,使該設計適應交流耦合設計。如需更多信息,請參閲設計支持包中的原理圖文件。 插入耦合電容的效果是將輸入響應變為高通響應,在這種情況下,通常選擇遠小於10 Hz的極點頻率。此濾波器不僅阻隔直流偏置電流,而且會消除一些1/f噪聲。交流耦合系統的動態範圍似乎高於直流耦合版本,但這僅僅是由於消除了低頻噪聲。這樣做的代價是對低頻振動測量數據的靈敏度降低。 由於DAC輸出以及信號鏈輸入端缺少高通濾波器,直流耦合解決方案的噪聲預期也會更高。圖14顯示了CN-0540交流耦合時的響應,其高通截止頻率為1 Hz。測量條件如下:信號鏈的輸入短路,使能恆流源,ADC處於低功耗模式,MCLK/16,FIR濾波器抽取率為32,直流耦合測量。 圖14.輸入短路的交流耦合解決方案的FFT 如果實施交流耦合解決方案,則必須選擇正確的電容類型以獲得最佳性能。一般而言,陶瓷電容會因為壓電效應而產生噪聲,因為電壓係數(相對介電常數隨施加的電壓而變化)和電介質吸收而產生非線性。鉭電容可提供合理的性能,並且可製造出寬範圍的電容值,最高可達數百μF。在交流耦合情況下,鉭電容可以實現的THD性能水平與直流耦合系統相似,但頻率須高於10 Hz。為了準確表示更低頻振動,最好選擇直流耦合版本。 系統電源 CN-0540帶有一個最優電源解決方案,支持通過3.3 V單電源軌為整個信號鏈供電。 電源解決方案 圖15顯示了CN-0540電源部分的簡化框圖。為了與具有Arduino樣式連接的微控制器和其他開發板兼容,該板的電源解決方案設計為採用3.3 V單電源(通常由Arduino兼容板提供)供電。 為了確保系統的穩定性,微控制器板應能通過3.3 V電源向振動監控板供應至少250 mA的電流。這不算微控制器板本身從該電源獲取的電源電流。 雖然CN-0540評估板在穩態工作時不需要250 mA電流,但在初始上電階段,可能有高達200 mA或更高的浪湧電流並持續最長30 ms。如果微控制器板無法承受此電流,可能導致微控制器板上發生復位。如果發生意外復位,請檢查微控制器板的電流輸出規格。 圖15.電源部分框圖 電源解決方案包括三個電壓域:3.3 V域、5 V域和26 V域。它還包括用於IEPE傳感器的2.5 mA電流源。 Arduino兼容板提供CN-0540直接使用的IOREF電源,因此不需要電源解決方案。IOREF為AD7768-1 (IOVDD)提供數字接口電源,併為16.384 MHz主時鐘源供電。 CN-0540與低至1.8 V的IOREF電壓兼容,因此CN-0540板可連接至邏輯電平較低的微控制器板。 所提供的電源解決方案電路的目的是讓CN-0540板可以從單個低壓電源(通常由微控制器板提供)供電,並從該電源生成其他所需的電壓軌。在CN-0540上,原始3.3 V輸入供電軌直接用於為AD7768-1提供數字接口邏輯電源(AVDD2電源),而且還為DC-DC級提供電源,從而將電壓提升至5 V和26 V。 第一個DC-DC級將3.3 V升壓至7 V,然後通過LTC3459和ADP7118器件組合調節至5 V,以提供AD7768-1、LTC2606和ADR4540基準電壓源以及相關放大器級所需的乾淨供電軌。 第二個DC-DC級將3.3 V升壓至28 V,然後通過LT3494和LT3008器件組合調節至26 V。這個乾淨的26 V電源軌用於為LT3092電流源供電,從而為IEPE傳感器提供2.5 mA電流和高達26 V的電壓。 功耗測量 功耗測量直接從3.3 V和IOREF供電軌進行。因此,功耗測量包括電源解決方案元件本身的貢獻。 由於恆流源,流向26 V供電軌的電流是恆定的,不會隨ADC設置而變化。 系統其餘部分的功耗在ADC的不同工作模式下進行了測量。信號鏈輸入端放置了一個1 kΩ負載電阻,以為恆流源流出的電流提供一條路徑,並在AD8605的輸入端保持直流偏置。 功耗 ADC上影響功耗的最重要寄存器設置為 • 電源模式 • MCLK分頻器 • MCLK頻率 • 濾波器類型 • 濾波器抽取率 • VCM引腳輸出分壓器 • 模擬輸入預充電緩衝器 • 基準電壓緩衝 • 通用輸入/輸出(GPIO) 系統默認配置 對於ADC設置,針對窄帶寬測量的系統默認配置如下: • MCLK分頻器:MCLK/16 • 功耗模式:低功耗模式 • FIR濾波器,抽取率超過32 • VCM引腳輸出:(AVSS − AVDD)/2 • 基準電壓(REF)緩衝器:預充電開啓 • 模擬輸入(AIN)緩衝器:預充電開啓 • MCLK頻率為16.384 MHz • 使能FDA,低功耗模式 • 使能DAC緩衝器 • DAC輸出設置為半量程 該參考設計中包含的大多數測量均使用系統默認配置。 表7.各種數據速率下的功耗 1 FDA處於全功率模式。 2 FDA處於低功耗模式。 AD7768-1上的模擬輸入和基準電壓輸入緩衝器設置為預充電模式。ADA4945-1 FDA設置為低功耗模式。在全功率模式下,FDA可以提供更寬的帶寬和更好的線性度性能。但是,由於此設計的目標帶寬小於50 kHz,因此低功耗模式就夠了。通過使能AD7768-1內部預充電緩衝器,可以實現更好的線性度和噪聲性能,而不會顯著增加系統功耗。有關匹配驅動器放大器以及使用AD7768系列的輸入緩衝選項的更多信息,參見應用筆記AN-1384。 常見變化 對於更高通道數的系統,多通道AD7768和AD7768-4是AD7768-1的合適替代產品。ADC的噪聲和線性度與AD7768-1相似,但這些器件的優勢是可在單個芯片中提供多達8個同步通道,從而簡化多通道IEPE DAQ設計的實現。 其他可以考慮用於振動和狀態監控信號鏈的ADC有AD4000、AD4002和AD7380。 ADA4610-1適用於第一級信號調理和電平轉換,但需要更高的電源電壓才能正常工作。ADA4807-1和ADA4940-1是ADC輸入抗混疊濾波器和驅動器級的替代產品。 ADAQ7980/ADAQ7988是16位ADC μModule®數據採集系統,ADC和ADC驅動器級以及最關鍵的無源元件均被集成到系統級封裝(SiP)設計中。建議在尺寸或實現的簡易性更為關鍵的場合使用這些器件。 這些方案允許根據性能(噪聲或線性度)、解決方案尺寸和成本來選擇信號鏈元件。 電路評估與測試 下面概述CN-0540電路設計的測試程序和結果的收集。有關硬件和軟件設置的完整詳細信息,參見CN-0540用户指南。 設備要求 需要以下設備: • EVAL-CN0540-ARDZ參考設計板 • Terasic DE10-Nano FPGA • 帶有CN-0540參考軟件的FPGA Linux鏡像 • 帶有高清多媒體接口(HDMI®)端口的顯示器 • HDMI轉HDMI電纜 • 帶有USB加密狗的無線鍵盤和鼠標 • USB on-the-go (OTG)電纜(micro USB轉USB) • 精密交流電源(例如,Brüel&Kjær AP2700或類似精密正弦波發生器) • 帶BNC和SMA終端的同軸電纜 圖16.CN-0540參考設計板的3D渲染圖 開始使用 基本測試設置要求將EVAL-CN0540-ARDZ板插入支持的FGPA載板。載板需要為EVAL-CN0540-ARDZ板供電、運行嵌入式Linux鏡像、捕獲數據並顯示數據。該軟件可從ADI公司網站獲得,其支持Terasic DE10-Nano和類似的Arduino兼容FPGA載板。 圖17.設置框圖 要測試該板的基本功能,請將精密高質量正弦波或任意波形發生器連接到EVAL-CN0540-ARDZ板的模擬輸入連接器。 分步説明如下: 1. 插入Arduino接頭,將EVAL-CN0540-ARDZ評估板安裝到載板上(Terasic DE10-Nano),如圖18所示。 圖18.EVAL-CN0540-ARDZ安裝在Terasic DE10-Nano載板上 2. 將同軸電纜的BNC端連接到信號源單端或不平衡輸出,另一端連接到EVAL-CN0540-ARDZ模擬輸入SMA連接器(參見圖19)。 圖19.同軸電纜連接到CN-0540模擬輸入連接器的特寫照片 3. 將ADI FPGA Linux鏡像加載到micro SD卡上。 4. 配置micro SD卡以對CN-0540和載板使用正確的文件。 5. 將HDMI電纜從Terasic DE10-Nano連接到顯示器。 6. 將USB OTG電纜連接到Terasic DE10-Nano上的micro USB端口,然後插入無線鼠標/鍵盤的USB加密狗。 7. 使用所提供的電源,將管式插孔連接到DE10-Nano,然後接通Terasic DE10-Nano電源開關。 8. 按照如下步驟開啓正弦或任意波形發生器的電源: a. 將信號類型設置為正弦波。 b. 在1 kHz下將電平設置為1 V p-p。 c. 使能輸出。 9. 運行該軟件並捕獲生成的ADC數據和FFT數據。 圖20和圖21中的兩幅圖顯示了按照步驟1至步驟9所述進行配置時載卡的預期典型捕獲結果。圖20顯示了ADC捕獲數據的時域視圖,説明了多個樣本的預期幅度。 圖20.時域數據 圖21顯示了經過處理後顯示為頻域FFT圖的相同數據。 圖21.所捕獲數據的FFT 有關硬件和軟件設置的更多信息,請參閲CN-0540用户指南以瞭解詳情。 壓電加速度計傳感器結果 為了實現合理的噪聲測量,必須讓壓電加速度計保持穩定——要麼使用主動振動台來抵消環境振動,要麼將其固定在大型物體上以減少從環境中拾取的振動。在壓電加速度計直接連到信號鏈輸入端的場合,使用了固定到大型物體的方法。所用傳感器為Piezotronics PCB 333B52型3 kHz傳感器。 圖22顯示了連接傳感器時獲得的FFT的比較性能圖。系統的噪聲主要由傳感器信號決定。 圖22.連接有無源穩定壓電傳感器的直流耦合解決方案的FFT

    ADI 數據採集 ADI IEPE傳感器

首頁  上一頁  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 下一頁 尾頁
發佈文章