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英飞凌@@MOTIX™系列再添新成员@@：推出适用于电池@@供电@@应用的@@@@160V双通道栅极@@驱动器@@@@IC

judy — Mon, 08 Jan 2024 02:35:05 +0000

英飞凌@@科技股份公司@@@@（FSE代码@@：IFX/OTCQX代码@@：IFNNY）宣布其适用于汽车和@@工业@@电机控制应用的@@@@MOTIX™系列再添新成员@@。为进一步扩大这一先进产品@@系列的@@阵容@@，英飞凌@@推出了@@MOTIX™双通道栅极@@驱动器@@@@IC，包括@@2ED2742S01G、2ED2732S01G、2ED2748S01G和@@2ED2738S01G。这些@@160V的@@绝缘体上@@硅片@@（SOI）栅极@@驱动器@@均为功能@@@@强大且性价比高的@@小型栅极@@驱动器@@解决方案@@，具有出色的@@抗闩锁能@@力@@，并且专门用于电池@@供电@@应用@@，如无绳电动工具@@、多旋翼飞行器@@、无人机和@@电池@@电压@@高达@@120V的@@轻型电动汽车等@@。

MOTIX™ 2ED27xxS01G

英飞凌@@的@@@@SOI技术不存在@@寄生二极@@管结构@@，具有出色的@@稳健@@性@@，以@@及@@业界一流的@@对@@VS引脚上@@抗负瞬态电压@@尖峰的@@能@@力@@。这些@@双通道栅极@@驱动器@@@@集成了自举二极@@管@@，可为外部高压侧自举电容供电@@，从而进一步降低系统级@@BOM成本@@。这些@@半导体器件采用@@紧凑型@@3x3mm² VSON10封装@@，并且提供半桥@@（HB）和@@高边@@+低边@@（HS+LS）两种配置以@@及@@两种不同@@的@@拉@@/灌电流@@，可以@@在@@各种应用中@@驱动@@n沟道@@MOSFET。

2ED2732S01G和@@2ED2742S01G的@@拉电流为@@1A，灌电流@@为@@2A；2ED2738S01G和@@2ED2748S01G的@@拉电流为@@4A，灌电流@@为@@8A。所有产品@@的@@@@VCC和@@VB引脚均具有独立的@@欠压锁定@@（UVLO）功能@@@@，半桥产品@@还集成了击穿保护@@@@（STP）功能@@@@。此外@@，相关的@@@@JEDEC78/20/22测试@@表明@@，MOTIX™ 160V解决方案完全满足工业@@应用要求@@。

供货情况@@

MOTIX™ 160V SOI低压电@@机控制解决方案现已上@@市@@。使用@@2ED2742S01G的@@EVAL-6ED2742S01QM1评估板也已上@@市@@。

物联网@@@@传感器@@剖析@@：关键要素和@@设计考量@@

judy — Wed, 13 Dec 2023 03:00:02 +0000

在@@本篇白皮书中@@@@，Silicon Labs（亦称@@“芯科科技@@”）将帮助开发人员逐步了解传感器@@的@@组件@@，并讨论每个组件在@@开发中@@所扮演的@@角色@@，包括@@其对性能@@的@@影响@@。我们还将探讨设计人员在@@开始任何传感器@@项目的@@设计时@@，应考虑的@@一些具体挑战和@@优先事项@@。

现在@@的@@科技世界让我们了解到@@@@，传感器@@能@@将数据转化为某种能@@力来简化我们的@@生活@@，进而构成物联网@@@@@@（IoT）的@@支柱@@。现代传感器@@几乎具有各种形状和@@尺寸@@@@，您现在@@也许就@@拥有集成了一个或@@者多个传感器@@的@@设备@@。从根本上@@来说@@，传感器@@的@@工作是@@获取光@@、温度或@@压力等数据@@，并使用@@这些@@数据以@@适当@@的@@方式作出回应@@。例如@@，当@@室温低于指定阈值时@@，恒温器就@@会打开加热器@@。传感器@@并非新生事物@@，毕竟恒温器已经使用@@了近@@140年@@。但随着互联设备的@@激增@@，连网@@传感器@@引发了一场技术革命@@，其在@@我们生活中@@的@@地位@@从便利提升为必需@@，可以@@使我们的@@家居更舒适@@，汽车更安全@@，咖啡供应更及@@时@@，业务更高效@@。

智能@@传感器@@几乎渗透到@@企业的@@每个角落@@，目前@@正在@@开发的@@最常见物联网@@@@传感器@@类型包括@@@@：

智能@@传感器@@的@@剖析@@

电池@@供电@@的@@传感器@@往往安装在@@印制电路板@@（PCB）上@@，这对构成传感器@@的@@许多组件会产生影响@@，包括@@天线和@@射频功能@@@@@@。我们不会花太多时间讨论@@PCB，但重要的@@是@@不要低估它对传感器@@性能@@的@@影响@@。

电池@@是@@传感器@@设计中@@的@@另一个关键要素@@，因为它必须提供所需的@@能@@量@@，同时具有足够的@@容量以@@使设计在@@所需的@@使用@@年@@限中@@维持运行@@。电池@@还影响着设备的@@尺寸@@要求@@。在@@理想情况下@@@@，只需使用@@更大的@@电池@@即可满足不断提高的@@性能@@要求或@@不断延长的@@使用@@寿命@@。但考虑到@@消费者对小型化产品@@的@@需求与@@日俱增@@，大尺寸@@电池@@并不符合实际需求@@。例如@@，如果门或@@窗的@@传感器@@要用@@D型电池@@@@，那么就@@会因体积太大导致使用@@受限@@；即使是@@@@AA或@@AAA型电池@@@@的@@体积也会给消费者带来问题@@。我们看到@@的@@趋势之一是@@@@，虽然设备变得越来越小@@，但电池@@寿命实际上@@在@@增加@@。

电池@@供电@@传感器@@的@@下@@一个重要组件是@@无线@@片上@@系统@@（SoC）。在@@以@@下@@方面优化@@SoC是@@至@@关重要的@@@@：

接收灵敏度@@

发射功率@@

具有合适的@@处理器速度@@

具有足够的@@闪存和@@随机存取内存@@（RAM）来运行通信协议@@

您还需要传感@@188足彩外围@@app 来执行传感器@@最初设计的@@功能@@@@@@。另一个重要组件是@@在@@传感器@@上@@运行的@@软件@@，它负责管理所有其他组件并驱动传感器@@内外的@@通信@@。

最后@@一个组件是@@外壳@@。外壳的@@形状和@@尺寸@@受电池@@尺寸@@的@@影响@@。它也会影响射频性能@@@@——某些塑料@@，甚至@@这些@@塑料着色时使用@@的@@染料@@，都可能@@影响设备的@@射频传输@@。

传感器@@开发常见的@@电池@@选项比较@@

图@@1的@@表格比较了开发人员在@@构建互联传感器@@时可选择@@的@@一些电池@@类型@@。我们可以@@看到@@@@，CR123A锂电池@@@@的@@电压@@@@为@@3.0V，适合单节电池@@为低压电@@路供电@@。这种电池@@具有相对较大的@@电容量@@，以@@及@@较大的@@体积@@。表中@@的@@第二款电池@@是@@体积稍小的@@@@CR2锂电池@@@@，同样具有@@3.0V的@@额定电压@@@@，但电容量稍低且尺寸@@较小@@。第三种类型是@@@@CR2032纽扣锂电池@@@@@@，它是@@列表中@@尺寸@@最小的@@@@，非常适合小体积传感器@@@@。

图@@1 智能@@传感器@@开发中@@常见的@@电池@@选项比较@@

最后@@两种电池@@类型@@（碱性@@AA和@@碱性@@@@AAA）均具有相当@@大的@@容量@@，但与@@@@CR2032纽扣电池@@相比@@尺寸@@较大@@。这些@@电池@@只能@@产生@@1.5V的@@电压@@@@，这意味着需要两节电池@@才能@@产生与@@纽扣锂电池@@@@@@相同的@@@@3V电压@@。因此@@，除非设计需要非常大的@@电容量@@，否则@@@@，选择@@纽扣电池@@具有最直接的@@优势@@，因为它支持最小尺寸@@的@@外形设计@@。

纽扣锂电池@@@@@@还有另一个需要考虑的@@特性@@：这种电池@@类型可提供的@@最大脉冲负载或@@放电@@。在@@上@@面的@@图@@@@1中@@，您可以@@看到@@@@CR2032具有的@@最大脉冲放电能@@力非常低@@，其他纽扣锂电池@@@@@@同样如此@@。虽然这个数值表明了纽扣电池@@可以@@提供的@@最大脉冲负载@@，但其电容量也会相应显著降低@@。

纽扣锂电池@@@@@@的@@内阻较大@@，请参见图@@@@2中@@的@@两个例子@@。左边是@@仅由电池@@供电@@的@@电路@@@@，右边是@@由电池@@和@@电源管理@@IC供电的@@电路@@。纽扣锂电池@@@@@@上@@的@@高峰值电流会引起或@@产生压降@@，从而导致电路断电甚至@@复位@@@@。此外@@，从纽扣锂电池@@@@@@汲取高峰值电流会显著降低电池@@寿命@@。传统上@@@@，这些@@缺点是@@通过添加一个非常大的@@电容器@@来解决@@。左图@@显示了并联大电容器@@的@@纽扣锂电池@@@@@@进行高功率射频传输所产生的@@脉冲放电@@。在@@这个示例中@@@@，脉冲峰值为@@38.5mA。任何超过@@15mA的@@电流都会降低纽扣电池@@的@@使用@@寿命@@，这种状况并不理想@@。右图@@可以@@看到@@同样的@@高功率射频传输@@，但在@@@@这里@@，同一个纽扣锂电池@@@@@@由芯科科技@@@@EFP01节能@@电源管理@@IC（PMIC）进行管理@@。不仅峰值放电从@@38.5mA减少到@@仅@@11.8mA，而且@@可以@@使用@@更小的@@@@47µF电容器@@。

图@@2 不同@@电池@@类型下@@的@@最大脉冲负载或@@放电@@

无线@@SoC以@@及@@为何芯科科技@@处于领先地位@@@@

构建电池@@供电@@传感器@@的@@下@@一个重要考虑因素是@@无线@@@@SoC，这是@@传感器@@的@@核心@@。图@@3比较了芯科科技@@第一代@@（Series 1）和@@第二代@@（Series 2）无线@@开发平台的@@@@EFR32无线@@Gecko产品@@：第一代和@@第二代@@平台均提供了多种面向广泛应用的@@低功耗@@@@、多频段@@@@、多协议产品@@选项@@。第二代平台对核心部分进行了重大更新@@，集成了专用的@@加密安全内核@@。

图@@3 无线@@Gecko拥有更大的@@内存@@，提供包括@@无线@@软件更新在@@内的@@功能@@@@@@，可支持应用的@@增强和@@不断升级的@@协议需求@@

从图@@@@3的@@左侧开始@@，EFR32xG1和@@EFR32xG14非常适合在@@@@2.4 GHz或@@sub-GHz运行的@@单协议电池@@供电@@设备@@。图@@中@@的@@第二款是@@@@EFR32xG13产品@@，非常适合同样在@@@@2.4 GHz或@@sub-GHz运行的@@单协议和@@动态多协议电池@@供电@@设备@@。其次@@，EFR32xG12非常适合在@@@@2.4 GHz运行的@@动态多协议电池@@供电@@设备@@。最后@@是@@@@EFR32xG22，该产品@@非常适合在@@@@@@2.4 GHz运行的@@单协议和@@动态多协议电池@@供电@@设备@@。芯科科技@@的@@所有@@SoC均结合了节能@@型微控制器和@@高度集成的@@无线@@电@@接收器@@。

SoC的@@运行模式会影响电池@@容量@@，并最终影响电池@@的@@寿命@@。对于典型的@@无线@@接触式传感器@@@@，电池@@寿命主要取决于睡眠电流@@。

图@@4 与@@其他事件相比@@@@，睡眠对电流的@@影响最大@@

您可以@@在@@图@@@@@@4中@@看到@@睡眠的@@影响有多大@@。在@@电池@@的@@生命周期中@@@@，应用程序事件@@、数据轮询@@，甚至@@电池@@的@@自放电或@@无线@@升级@@，都无法与@@睡眠的@@能@@耗相比@@@@。在@@芯科科技@@的@@产品@@中@@@@，能@@量模式分为@@EM0（活动@@）、EM2（保留@@RAM的@@睡眠@@）、EM3（停止@@）和@@EM4（休眠@@）。EM4提供最低的@@睡眠@@电流@@，但从@@EM4唤醒需要较长的@@时间@@。这很难满足@@Zigbee、Thread等协议标准的@@认证要求@@。

EM2在@@睡眠电流和@@唤醒时间之间@@实现了合理的@@折衷@@。以@@EFR32xG22的@@EM2与@@EM4模式比较为例@@，在@@某种情况下@@@@，EM4消耗了@@130纳安的@@电流@@，但需要@@8.8毫秒才能@@唤醒@@；EM2消耗了@@1.9微安电流@@，但可实现@@13.2微秒的@@极@@快速唤醒时间@@。

在@@无线@@系统中@@@@，通信范围由收发器的@@接收灵敏度@@和@@输出功率决定@@。从发送器向接收器传输的@@角度来看@@，这一般被称为链路预算@@。通信数据速率也会影响灵敏度@@。在@@图@@@@5中@@，您可以@@看到@@@@，随着数据速率降低@@，接收带宽变窄@@，导致无线@@电@@灵敏度增高@@。一种常见的@@技术是@@调整系统中@@的@@发射功率@@以@@匹配所需的@@最佳范围@@，而不必消耗更多的@@能@@量@@。

图@@5 调整每个节点的@@输出功率可以@@确保有足够的@@链路预算来提供所需的@@通信范围@@

频谱对物联网@@@@传感器@@运行的@@影响@@

广泛应用的@@无线@@设备主要使用@@工业@@@@、科学和@@医疗@@（ISM）频段@@。ISM频谱可分为两个频段@@@@：sub-GHz和@@2.4 GHz。与@@2.4 GHz相比@@，sub-GHz有很多优势@@，包括@@路径损耗@@。路径损耗是@@指信号传输一定距离时功率的@@减少@@。例如@@，当@@2.4 GHz信号在@@空气中@@传输@@10米时@@，路径损耗为@@60dB。相比@@而言@@，900 MHz信号同样传输@@10米的@@路径损耗为@@@@51.5dB。就@@900 MHz信号而言@@，损耗降低了@@8.5dB。

图@@6 工业@@、科学和@@医疗@@（ISM）频谱可分为两个频段@@@@：sub-GHz和@@2.4 GHz

2.4 GHz信号具有高数据速率@@，可轻松超过@@1 MB/s。2.4 GHz也可使用@@小型天线@@，其尺寸@@还不到@@@@900 MHz天线的@@三分之一@@，然而它的@@通信范围有限@@。2.4 GHz频谱也非常拥挤@@，并且容易受到@@@@Wi-Fi和@@蓝牙等设备的@@大量干扰@@。相对而言@@，sub-GHz无线@@电@@的@@覆盖范围远高于@@2.4 GHz无线@@电@@——sub-GHz无线@@电@@的@@覆盖范围可达数千米@@，并且功耗较低@@，只需单个电池@@即可运行多年@@@@。

我们知道@@，通信范围取决于发射功率@@@@、接收器灵敏度和@@数据速率@@。但范围也会受到@@天线选择@@的@@影响@@，因此@@为了让您的@@特定设计能@@够选择@@合适的@@天线@@，了解其特性并作出权衡是@@非常重要的@@@@。在@@电池@@供电@@的@@传感器@@应用中@@@@，尺寸@@、辐射方向图@@@@（radiation pattern）、设计简易性@@、可制造性和@@成本@@都应该考虑@@。

在@@图@@@@7中@@，您可以@@看到@@@@左侧是@@偶极@@@@天线@@。这是@@一种差分结构@@，通常从一端到@@另一端的@@长度是@@半波长@@。这种类型的@@天线应远离接地层以@@及@@任何金属和@@导电物体@@。偶极@@@@天线可轻松匹配@@50欧姆的@@阻抗@@，但在@@@@900 MHz下@@，其长度将超过@@6英寸@@，因此@@很难在@@小型电池@@@@供电@@传感器@@中@@使用@@@@。

图@@7 偶极@@@@、单极@@和@@环形天线的@@比较@@

另一种类型的@@天线@@（如图@@@@7中@@间所示@@@@）是@@1/4波长的@@单极@@天线@@。这种类型的@@天线也很容易和@@@@50欧姆电阻相匹配@@。单极@@天线的@@设计非常简单@@，且只需改变天线的@@长度即可调节其谐振频率@@。当@@物理尺寸@@可接受时@@，这种类型的@@天线是@@一个很好的@@解决方案@@。例如@@，在@@900 MHz频率下@@@@，如果存在@@接地层@@，则@@1/4波长的@@天线长度约为@@3英寸@@。如图@@@@7右侧所示@@的@@天线是@@一种环形天线@@，从电力上@@说@@，其可以@@有两种尺寸@@@@：小型环形天线和@@大型环形天线@@。对于电池@@供电@@的@@传感器@@等设备@@，只能@@考虑小型环形天线@@，因为大型环形天线的@@周长接近一个波长@@，对于在@@@@900 MHz频段@@工作的@@设备来说@@，周长约为@@12英寸@@。小型环形天线的@@带宽非常窄@@，这对产品@@的@@选择@@性来说是@@有利的@@@@，但也使调频能@@力变得至@@关重要@@。但一旦调频确定@@，其就@@不容易因手持影响或@@附近物体等因素而失谐@@，因此@@非常适合手持设备@@。

螺旋天线可由任何导电材料制成@@。小型螺旋天线以@@与@@螺旋轴成直角的@@形式工作@@，在@@将一种小型螺旋天线设计到@@设备中@@时必须考虑这一点@@，因为天线会从电路板上@@突出@@。这类天线使用@@起来也很棘手@@，因为它们的@@阻抗取决于许多参数@@，包括@@线圈的@@直径@@、环路的@@节距@@、缠绕的@@紧密程度@@、线圈的@@长度以@@及@@它的@@工作频率@@。

这些@@参数的@@任何变化@@，甚至@@包括@@人在@@内的@@附近物体@@，都可能@@使螺旋天线失谐@@（detune）。但从@@尺寸@@的@@角度来看@@，螺旋天线可以@@非常小@@。事实上@@@@，如果缠绕得足够紧@@，它可以@@比相同频率的@@单极@@天线短得多@@。图@@8右侧显示的@@天线是@@芯片天线@@，这是@@最小的@@天线@@，其设计可用于从@@300 MHz直至@@@@2.5 GHz的@@频率@@。芯片天线的@@带宽非常窄@@，必须按照精确的@@频率@@制造@@。这可能@@是@@最昂贵的@@天线解决方案@@，通常用于表面贴装器件@@。

图@@8 最后@@要考虑的@@两种天线是@@螺旋天线和@@芯片天线@@

传感器@@软件和@@智能@@传感器@@的@@大脑@@

传感器@@上@@运行的@@软件对于打造可靠@@、稳健@@、易于开发且安全的@@设备至@@关重要@@。芯科科技@@为电池@@供电@@的@@设备提供了多种@@SoC选择@@，它们都共享一款名为@@Simplicity Studio的@@通用开发环境@@。正如图@@@@@@9所示@@，平台组件包括@@多任务操作系统@@（OS）、Vault Security和@@无线@@电@@抽象接口层@@（RAIL）。RAIL为底层硬件提供了一个接口层@@，由此您可以@@通过抽象寄存器的@@所有复杂内容@@，以@@及@@抽象设置无线@@电@@底层硬件所需的@@详细信息@@，来简化和@@缩短开发流程@@。

图@@9 无线@@SoC上@@运行的@@软件采用@@模块化设计@@，其中@@@@较高级别的@@功能@@@@被分层@@，或@@构建在@@较低的@@层级之上@@@@

位@@于该平台之上@@的@@是@@协议栈@@@@，负责实现各种协议的@@所有复杂功能@@@@@@。例如@@，Zigbee协议栈@@、Z-Wave协议栈@@、Thread协议栈@@和@@蓝牙协议栈@@@@。位@@于协议之上@@的@@是@@应用层@@，负责向上@@方的@@应用软件开放各种@@API或@@编程接口@@，以@@便它们可以@@连接到@@下@@方的@@协议栈@@@@。这样@@上@@面的@@应用层就@@能@@够使用@@协议栈@@提供的@@功能@@@@@@。最后@@，程序模块中@@的@@操作系统与@@这些@@上@@层均有接口@@，因为该操作系统负责定时器@@、任务间通信@@、同步@@、调度@@、中@@断@@、异常和@@任务分派@@。

图@@10 芯科科技@@无线@@@@SoC支持所有主要生态系统使用@@的@@最流行的@@协议@@。无论是@@@@Zigbee、Z-wave、蓝牙还是@@@@Thread，您都可以@@针对主要生态系统进行设备开发@@

芯科科技@@EFR32无线@@Gecko产品@@将电源管理@@、安全性和@@多协议支持集成于一体@@，可帮助开发人员满足物联网@@@@传感器@@设计的@@要求@@。想要了解更多信息@@，请访问链接@@：https://www.silabs.com/wireless/technology

本文同步@@刊载于@@EDN China杂志@@

来源@@：SiliconLabs

Diodes 公司@@的@@微功率@@、推挽式@@、单极@@霍尔开关@@节省电池@@供电@@应用的@@电路板空间@@

judy — Tue, 12 Sep 2023 02:05:44 +0000

Diodes 公司@@ (Diodes) (Nasdaq：DIOD) 今天推出两款全新单片单极@@霍尔效应开关产品@@组合@@，专为电池@@供电@@产品@@应用中@@接近传感而设计@@。这些@@器件在@@@@ 1.85V 下@@仅需@@ 1.1μA 的@@超低供电电流@@，在@@ 1.6V 至@@ 5.5V 下@@仅需@@ 1.6μA 的@@超低供电电流@@，非常适合智能@@手机@@、笔记本电脑及@@可穿戴设备等电池@@供电@@的@@便携设备@@。本系列器件也适用家电@@、游戏主机及@@工业@@硬件@@。

这些@@霍尔效应开关的@@工作电压@@在@@@@ 1.6V 至@@ 5.5V之间@@，能@@直接由便携设备内部的@@电池@@供电@@@@，因此@@节省了电源转换的@@面积与@@成本@@@@。双输出的@@@@ AH139x 系列中@@的@@输出@@ 1 对应@@ N 极@@，而输出@@ 2 对应@@ S 极@@，典型工作点为@@ 25G (AH1391) 和@@ 30G (AH1392)。AH138x 系列的@@单输出对应@@于器件丝印@@(Part-Marking)侧的@@@@ S 极@@，典型工作点为@@ 18G (AH1381)、30G (AH1382) 和@@ 45G (AH1383)。

这些@@开关狭小的@@工作范围可确保较低的@@磁传播@@，而其斩波稳定设计提供最小的@@开关点漂移和@@卓越的@@温度稳定性@@。为了提高耐用性@@，这些@@器件具有强大的@@人体模型@@ (HBM) 静电@@放电@@ (ESD) 保护@@：AH138x 系列为@@ 8kV，AH139x 系列为@@ 6kV。此外@@，这些@@器件具有推挽式@@输出@@，无需外部上@@拉电阻@@，进而简化系统设计@@、节省电路板空间并减少物料清单@@。

为了确保适用于小型产品@@应用@@，所有器件均采用@@业界最小的@@封装@@@@：DFN1010-4 与@@ DFN1410-4。AH1381、AH1382 及@@ AH1383 版本也提供@@ SOT23 封装@@。AH138x 系列提供@@ DFN 封装@@与@@@@ SOT23 封装@@。AH139x 系列提供@@ DFN 封装@@。上@@述型号及@@霍尔效应开关完整产品@@组合都包含在@@霍尔效应传感器@@器件选择@@工具页面中@@@@。

关于@@ Diodes Incorporated

Diodes 公司@@ (Nasdaq：DIOD) 是@@一家标准普尔小型股@@ 600 指数和@@罗素@@ 3000 指数成员公司@@@@，为汽车@@、工业@@、运算@@、消费性电子及@@通讯市场的@@全球公司@@提供高质量半导体产品@@@@。我们拥有丰富的@@产品@@组合以@@满足客户需求@@，内容包括@@分离@@、模拟@@、逻辑与@@混合讯号产品@@以@@及@@先进的@@封装@@技术@@。我们广泛提供特殊应用解决方案与@@解决方案导向销售@@，加上@@全球@@ 32 个据点涵盖工程@@、测试@@、制造与@@客户服务@@，使我们成为高产量@@、高成长的@@市场中@@成为优质供货商@@。详细信息请参阅@@ www.diodes.com。

不靠电池@@供电@@的@@超低功耗@@@@@@MCU将会如何@@？答案令人吃惊@@

judy — Wed, 21 Jun 2023 08:45:39 +0000

作者@@：Adam Kimmel，来源@@：贸泽电子@@微信公众号@@

效率的@@重要性与@@生俱来@@。通过利用@@效率优势让额外资源的@@支出发挥出更大价值@@，可以@@提高性能@@@@，尽量降低成本@@并减少浪费@@。能@@量收集提供了一种利用@@环境能@@量为电气设备供电的@@方法@@。对于使用@@电池@@的@@设备@@，能@@量收集可以@@延长电池@@的@@使用@@寿命或@@完全替代电池@@的@@能@@量贡献@@。

超低功耗@@@@ (ULP) MCU是@@能@@量收集的@@合理选择@@@@。这些@@器件常用于可穿戴技术@@、无线@@传感器@@和@@其他需要延长电池@@使用@@寿命的@@边缘应用中@@@@。接下@@来我们将介绍下@@能@@量收集在@@实践中@@的@@工作原理@@，这有助于理解能@@量收集对@@ULP MCU的@@价值@@。

1. 能@@量收集的@@工作原理@@

原则@@上@@来说@@，能@@量收集是@@一个简单的@@概念@@。它要解决的@@问题是@@主要能@@源@@（电池@@、燃料@@、电网@@@@）数量有限@@。而且@@，尽管有取之不竭的@@环境能@@量可供捕获@@，但这些@@能@@量无法@@100%转换为可用能@@量@@。这也是@@风力涡轮机成为大型可再生能@@源的@@原因@@。涡轮机从风中@@接收势能@@@@，使叶片围绕转子旋转@@，而转子与@@发电机相连产生电能@@@@。其他大规模环境能@@源包括@@太阳能@@@@、海浪和@@地热等@@。
可穿戴设备和@@无线@@传感器@@等较小尺寸@@的@@技术产品@@可以@@收集动能@@@@、热能@@或@@环境电磁辐射@@能@@@@。这些@@能@@量形式的@@每一种都使用@@不同@@的@@机制将源功率转换为可用能@@量@@@@。每种能@@源的@@效用和@@实用性都是@@重要的@@考虑因素@@，因为具体应用可能@@会限制能@@量转换所需设备的@@尺寸@@和@@质量@@。

热辐射对无线@@传感器@@很有用@@，因为传感器@@的@@设计和@@放置可同时利用@@两种形式的@@能@@源@@。在@@车上@@@@，靠近道路的@@传感器@@可以@@接受来自柏油路的@@辐射热@@。而其他传感器@@则@@可以@@利用@@来自高振动@@位@@置@@（例如@@靠近车轮或@@发动机部件@@）的@@动能@@@@。对于超低功耗@@@@@@MCU，从人类用户的@@运动中@@回收的@@动能@@@@是@@目前@@非常实用的@@可转换能@@量形式@@。

2. 超低功耗@@@@MCU的@@机遇@@

由于@@ULP MCU的@@主要应用是@@可穿戴技术@@，因此@@以@@极@@低的@@系统功耗处理边缘数据至@@关重要@@。能@@量收集减少了对可穿戴技术电池@@的@@能@@量需求@@，电池@@的@@能@@量有限@@，需要在@@电量耗尽后定期充电或@@更换@@。电池@@的@@废弃处理也存在@@挑战@@，因为电池@@所用的@@材料不易回收@@。ULP MCU能@@量收集器通过压电@@@@@@、电磁或@@摩擦电发电机捕获动@@（机械@@）能@@。

压电@@

“压电@@”一词源自希腊语@@，意为挤压或@@按压@@。动能@@压缩压电@@材料@@，产生电场@@。工程师根据预期的@@机械@@负载和@@电场密度选择@@材料@@，并平衡其功率贡献潜力与@@材料特性@@，这些@@特性会在@@电场存在@@时使材料变形@@。这些@@相互竞争的@@因素使设计人员能@@够优化能@@量收集器对反复增加主电池@@功率所做的@@贡献@@。一些估计表明@@，动力运动平均可为@@ULP MCU的@@主电源增加@@10mW。

电磁辐射@@

另一种用于小型@@MCU的@@能@@量收集技术是@@电磁辐射@@@@。无线@@电@@、红外线@@、紫外线和@@微波通过空气携带辐射能@@@@。环境电磁波使磁场中@@的@@结构振动@@@@，通过特定尺寸@@的@@磁铁和@@气隙设计将机械@@振动@@能@@转换为电能@@@@。这种方法能@@为系统贡献大约@@0.3mW的@@收集功率@@。

摩擦电纳米发电机@@

ULP MCU的@@最终转换介质是@@摩擦电纳米发电机@@@@ (TENG)。该技术将@@[不同@@]材料应用于承受机械@@运动@@（如旋转@@、振动@@、摆动和@@膨胀@@/收缩@@）摩擦的@@表面@@。电极@@支撑这些@@材料@@，回收由材料摩擦产生的@@电荷不平衡@@（静电@@）所产生的@@能@@量@@。这种方法提供的@@补充功率是@@压电@@的@@十分之一@@，大约为@@1-1.5mW。

结语@@

对于可穿戴技术和@@无线@@传感器@@网@@络@@，超低功耗@@@@MCU的@@日常应用大概消耗数十毫瓦的@@功率@@。锂离子电池@@是@@以@@合适的@@时长提供电力的@@绝佳选择@@@@。但电池@@在@@寒冷天气的@@敏感性和@@用户对延长电池@@寿命的@@需求推动着当@@前技术不断突破极@@限@@。通过压电@@@@、电磁辐射@@和@@摩擦电源收集机械@@能@@@@，可为电池@@提供高达@@10%的@@辅助寿命@@。

随着电阻和@@电流负载技术的@@不断优化@@，这些@@技术的@@持续改进最终可能@@会让@@ULP MCU器件中@@不再需要电池@@@@。这是@@一场微型电池@@@@开发与@@增强动力之间@@的@@竞赛@@，无论哪种方式@@，消费者都是@@最后@@的@@赢家@@。

作者@@介绍@@：
Adam Kimmel拥有近@@20年@@执业工程师@@、研发经理和@@工程内容撰稿人经验@@。

他编写过白皮书@@、网@@站副本@@、案例研究以@@及@@@@188金宝搏@@ 文章@@，内容涉及@@汽车@@、工业@@/制造业@@、科技和@@电子等垂直市场@@。Adam拥有化学和@@机械@@工程学位@@@@，并且是@@工程和@@技术内容写作公司@@@@ASK Consulting Solutions, LLC的@@创始人兼总负责人@@。

AD4130-8超低功耗@@@@24位@@Σ-Δ模数转换器@@ – 电池@@供电@@应用的@@理想之选@@

judy — Wed, 09 Nov 2022 03:05:28 +0000

现代信息处理应用中@@@@，对模数转换器@@@@（ADC）的@@速度@@、精度@@、功耗和@@动态性能@@等关键性能@@指标不断提出更高的@@要求@@。经过多年@@的@@发展和@@技术革新@@，模数转换器@@逐渐形成了逐次逼近型@@、积分型以@@及@@@@∑-Δ等多种类型@@，它们各有优缺点@@，能@@满足不同@@应用场合的@@要求@@。其中@@@@，∑-Δ模数转换器@@通常具有较高分辨率@@、高集成度@@、低功耗@@以@@及@@较低成本@@@@，是@@过程控制@@、高精度@@温度测量等应用的@@上@@佳选择@@@@。近年@@来@@，∑-Δ模数转换器@@以@@其分辨率高@@、线性度好@@、成本@@低等优势得到@@越来越广泛的@@应用@@，非常适合电池@@供电@@的@@便携式系统@@。此外@@，188足彩外围@@app 数量较少也提高了系统可靠性@@。

精品推荐@@

Analog Devices Inc.（ADI）作为业界知名制造商@@，提供一系列精密低功耗@@信号链产品@@@@，包括@@精密放大器@@、基准电压@@源@@、模数转换器@@等@@。其中@@@@的@@模数转换器@@产品@@系列涵盖@@8位@@至@@@@24位@@产品@@@@，可以@@将模拟@@信号转换为数字信号@@，适应于多种领域的@@应用@@，AD4130-8就@@是@@其中@@@@的@@一款新品@@。

AD4130-8超低功耗@@@@24位@@Σ-Δ模数转换器@@

AD4130-8是@@一款超低功耗@@@@的@@高精度@@测量解决方案@@，适用于低带宽电池@@供电@@应用@@。全集成模拟@@前端@@（AFE）包括@@可用于多达@@16个单端或@@@@8个差分输入@@的@@多路复用器@@、可编程增益@@放大器@@（PGA）、24位@@Σ-Δ模数转换器@@、片上@@基准电压@@源@@和@@振荡器@@、灵活的@@滤波器选项@@、智能@@时序控制器@@、传感器@@偏置和@@激励选项@@、诊断功能@@@@@@，以@@及@@可改善供电电池@@使用@@寿命的@@新增功能@@@@@@，即先进先出@@（FIFO）缓冲区和@@占空比选项@@。

利用@@AD4130-8，用户可以@@在@@连续转换过程中@@测量电流消耗为@@28.5μA（增益@@=1）和@@32.5μA（增益@@=128）的@@低频信号@@。当@@使用@@占空比选项之一时@@，甚至@@可以@@在@@使用@@更低的@@平均电流时进行测量@@。AD4130-8可配置为具有@@8个差分输入@@、16个单端或@@@@伪差分输入@@。这些@@输入连接到@@交叉点多路复用器@@，其中@@@@任何输入对都可以@@成为@@PGA和@@ADC的@@测量通道输入@@。

AD4130-8的@@设计允许用户使用@@@@1.71V到@@3.6V的@@单个模拟@@电源电压@@供电@@。在@@电池@@供电@@应用中@@@@，低至@@@@1.71V的@@工作电压@@可延长系统使用@@寿命@@，因为即使电池@@电压@@消失@@，AFE也可以@@继续工作@@。数字电源可以@@是@@独立电源@@，工作电压@@范围在@@@@1.65V至@@3.6V之间@@。由于@@降低了电流消耗@@，集成的@@片上@@@@FIFO缓冲区可与@@智能@@时序控制器@@串联工作@@，从而使@@AD4130-8成为自主测量系统@@，这样@@，微控制器便可以@@休眠@@更长时间@@。

对于安全性较高的@@应用来说@@，AD4130-8还具有多种集成诊断功能@@@@@@@@，如用于开路检测的@@熔断电流@@、内部温度传感器@@@@、参考电压@@检测@@，以@@及@@模拟@@输入过压和@@欠压检测等@@。数字接口上@@包含新增的@@诊断功能@@@@@@@@，如循环冗余检查@@（CRC）和@@串行接口检查@@，从而确保通信链路的@@可靠性@@。

ADI AD4130-8超低功耗@@@@24位@@Σ-Δ ADC

总结@@

目前@@，随着便携式数字化设备日益增加@@，这些@@设备基于数字信号工作@@，模数转换器@@在@@此类设备中@@起着将信号从模拟@@转换为数字的@@关键作用@@。对于模数转换器@@来说@@，“低功耗@@”趋势几乎比所有分辨率和@@速度趋势都要强@@。采用@@AD4130-8进行模数转换@@，不但具有低功耗@@@@，而且@@具有高速信号处理能@@力@@，非常适合智能@@变送器@@、无线@@传感节点@@、便携式仪器仪表@@、压力测量等诸多应用场景@@。

文章@@来源@@@@：贸泽电子@@