ADI

Zhongming Ye ADI公司

低噪声Silent Switcher架构简化了EMI设计

汽车、交通运输和工业应用对噪声敏感并且需要低EMI电源解决方案。传统方法通过减慢开关边沿或降低开关频率来控制EMI。这两种方法都会产生不良的影响,例如效率下降,最短接通和关断时间增加,以及需要采用大尺寸的解决方案。EMI滤波器或金属屏蔽等替代方案在所需的电路板空间、组件和装配方面增加了大量成本,并使热管理和测试复杂化。我们的低噪声μModule®技术给开关稳压器设计带来了突破。

采用µModule封装的LTM8003稳压器配备专有的Silent Switcher®架构,以最大限度降低EMI辐射,并在高开关频率下提供高效率。稳压器的架构和µModule器件的内部布局设计旨在最大限度缩小稳压器的输入环路。这能够显著地减少开关节点振铃和在热环路中存储的相关能量,即使存在非常快的开关边沿也不例外。这种安静的开关切换提供了卓越的EMI性能,同时最大限度降低了AC开关损耗,从而使得稳压器能在高开关频率下运行,且效率并无明显下降。

这种架构配合扩展频谱频率操作,极大地简化了EMI滤波器设计和布局,非常适合那些对噪声敏感的环境。图1显示了输入侧的简单EMI滤波器,使演示电路能够以足够的裕量通过CISPR 25 Class 5标准,如图2所示。

图1. 在输入端配置一个简单EMI滤波器的5 V转换器符合CISPR 25 Class 5规格要求。

图2. DC2416A演示电路符合辐射EMI频谱CISPR 25 Class 5规格要求

3.5 A连续电流和6 A峰值电流提供能力

内部稳压器能够安全地提供高达6 A的峰值输出电流,当依靠一个12 V标称输入持续支持3.5 A负载(在3.3 V或5 V范围内)时,LTM8003无需采取额外的热管理措施(气流或散热器)。这满足了工业机器人、工厂自动化和汽车系统中的电池供电型应用之需。

–40°C至+150°C的宽工作温度范围

汽车、工业和军事应用要求电源电路在超过105°C的环境温度下连续安全运行,或者要求为温升留出较大的储备空间。LTM8003H专为在–40°C至+150°C的内部工作温度范围内满足规格要求而设计。内部过热保护(OTP)电路负责监视结温,并在结温过高时停止开关操作。

图3a是一款可在7 V至40 V的宽输入范围内工作的3.5 A、5 V解决方案。其在12 V标称输入下的热性能如图3b所示。当采用一个12 V输入并具有2 A负载时,典型效率高于92%。

图3. 一款用于7 V至40 V输入并采用H级版本的5 V、3.5 A解决方案。热成像显示无需采用庞大笨重的散热组件。

从+3.5 V至+35 V输入产生–5 V负输出

图4是一款采用一个12 V标称输入(35 V最大输入)产生–5 V、4 A输出的解决方案。BIAS 引脚应连接至 GND。

图4. 一款采用+5 V至+35 V输入提供高达4 A输出电流的–5 V电源。

结论

LTM8003是一款采用Silent Switcher架构的宽输入和输出范围、低噪声、3.5 A降压型µModule稳压器。依靠3.4 V至40 V输入能够产生0.97 V至18 V输出,从而无需通过电池或工业电源进行中间稳压。其引脚排列专为符合FMEA(失效模式影响分析)要求而特别设计,因此如果相邻引脚短路、单个引脚短路至地、或某些引脚处于浮置状态,输出电压将保持在或低于调节电压。在焊点因振动、老化或宽幅温度变化而松动或开路的情况下(例如:在汽车和交通运输应用中),冗余引脚可增强电气连接。

完整的解决方案可安装在一个比LTM8003的6.25 mm × 9 mm ×3.32 mm BGA封装面积大不了多少的紧凑空间内(包括输入和输出电容)。通常,25 µA的静态电流和–40°C至+150°C(H 级)的宽工作温度范围使其非常适合那些空间拥挤、工作环境严酷、以及强制要求低静态电流和高可靠性的运行环境。该器件的特性有助于最大限度减少设计工作量,并满足针对工业机器人、工厂自动化、航空电子设备和汽车系统的严格标准。

图5. 一款完整的降压解决方案仅稍大于LTM8003 µModule稳压器的6.25 mm x 9 mm占板面积。

作者简介

Zhongming Ye是Analog Devices公司的一名电源产品高级应用工程师,工作地点位于美国加利福尼亚州米尔皮塔斯。他自2009年以来一直在凌力尔特(现隶属ADI)工作,负责提供各种不同产品的应用支持,包括降压、升压、反激式和正激式转换器。他在电源管理领域的关注点包括面向汽车、医疗和工业应用的高效率、高功率密度和低EMI的高性能电源转换器和稳压器。在此之前,他在Intersil公司工作了三年,从事的领域是用于隔离式电源产品的PWM控制器。他在加拿大金斯顿女王大学获得电气工程博士学位。Zhongming是IEEE电力电子学会的高级会员。联系方式:zhongming.ye@analog.com

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在最近ADI公司的RadioVerse射频技术与设计生态系统新产品——业界最高带宽RF收发器ADRV9008/9的技术发布会上,国外媒体记者开玩笑的一句“ADRV9009那么厉害,能救人命不?”让认真沉浸在变革性的技术分享的交流会人群爆发一阵笑声。国内网友们常说,你这么牛怎么就不上天呢?有意思的是,创新的射频技术与设计生态系统“RadioVerse Powered”技术真的不仅能上天(无人机数据传输链路),还真能救命!

就在前不久泰国少年足球队被困积水岩洞的生死行动中,全球多个国家救援队参与下几乎实现了完美的成功救援。这场复杂且危险的救援行动成功的背后,鲜少有人提及此次救援成功所依赖的惊人通信技术——以色列Maxtech Networks公司17台关键设备发挥了至关重要的作用,而其采用的ADI公司高集成度RF捷变频收发器AD9364(ADI无线技术和设计生态系统RadioVerse下的射频捷变频收发器AD936X系列)也成为幕后英雄,此次事件也引发对灾难救援设备市场的关注。

17台采用AD9364的无线通信设备发挥了至关重要的作用

常规无线通信“不来电”,SDR捷变频技术超越一切可能

在我们的社会已经走入大数据、物联网、智能化的今天,在灾难发生时我们依然显得脆弱不堪,救援时仍然那么无能无力。特别是那些环境恶劣的灾难救援现场,除了要求救援队伍的专业能力和艰苦卓绝的精神之外,临场的高可靠性无线通信发挥着至关重要的作用。尤其那些偏远地区、环境恶劣或危险地区,传统的电信基础网络完全鞭长莫及。而在这次洞穴救援则更是面临前所未有的挑战,特别是通信保障更是几乎不可能实现——曲折复杂的洞穴地貌阻断了正常无线电信号,常规的无线通信几乎毫无用武之地。

灾难发生后,Maxtech Networks公司派遣了工程师并携带MaxMesh无线电接收装置前往现场。隧道长约两英里迂回曲折,部分区域更是被水淹没。借助这些革命性的通信系统在隧道内建立了11个中继站形成有效的中继网络,正是有了这个中继网络,救援人员才能够联系、互通情况、紧密合作,并最终安全救出全体足球队队员和教练。ADI公司的Slogan是“超越一切可能”,而这次利用其RadioVerse射频技术再次助力实现了极端条件下超越一切可能的通信目标。

救援环境非常复杂,无线通信系统面临各种挑战

Maxtech Networks公司创始人兼CEO Uzi Hanuni将救援通信保障得以成功归结为软件定义无线电(SDR)技术的“功劳”:“我们的技术以创建软件定义无线电的Mesh网络为基础。SDR是个人计算机或嵌入式系统中使用的无线电通信系统。每次开启无线电时,它都会自动连接网络。每个无线电也是中继器,内置了智能频率调制算法。它们可以同时传输视频、语音和数据。”

Maxtech Networks公司的通信设备扮演了通信终端与中继节点

Uzi Hanuni特别指出设备的关键组件——ADI的AD9364,基于AD9364捷变频收发器的Maxtech Networks公司的设备每次开启无线电后可以实现多种形式通信连接——对等小组、多播、单播和广播等等。而且有了该技术,无需对无线电进行预先配置,无论在室内、室外、地下、地上,基于革命性的复杂算法和技术在所有地方都能自动工作,无需人为干扰和参与。

常规的通信设备的通信频率和信号在洞穴救援中因为复杂的地形和洞壁阻挡而很难发挥作用。“设备在能发挥关键作用在于它能针对特定环境选择合适的频率,设备采用的捷变频技术可以轻松支持200MHz–6GHz,而在此次救援中我们将通信频率设置在这个环境最佳的2400–2485MHz (免授权ISM频段)。” Uzi Hanuni表示。而200MHz–6GHz的频段范围也正是AD936X完全覆盖的范围内(70 MHz至6.0 GHz),在此范围内可以系统通信频率可以根据需要灵活捷变。

专家在现场规划设置救援通信方案

Maxtech Networks公司的设备成功避免被环境无线噪声淹没,采用了在这种环境下最佳的办法——不断分析环境中存在的频谱,并自动调整频率,他们自动调节频率并与最近的网络节点建立稳定通信。而这正是基于AD936X系列捷变频收发器为基础的软件定义无线电系统的“秘密武器”,通过无线频率监测自由完成频率跳变从而建立稳定通信链路。

此外,还值得一提的是,尽管过去的SDR解决方案已经利用分立信号链在不同程度上进行过实施,但存在高功耗和高成本的缺点,而ADI公司的SDR技术采用成熟、高性能、高度可编程、完整的集成无线电收发器AD9361/AD9364彻底改变了设计工程师的设计规则,使得工程师可以在手持式SDR设计中实现最可靠、最鲁棒、专业级的特性,也大大增强了作为应急人员通信工具的手持式无线电的功能。

功臣设备背后的AD936X及RadioVerse生态系统

在当今的互联网时代,通信极端发达的今天,在灾难发生时面对形势如此恶劣的救援行动,日常生活无处不在的通信基础设施和设备常常捉襟见肘,临场的高可靠性无线通信发挥着至关重要的作用。ADI与全球合作伙伴基于包括RF收发器AD936X在内的完整RadioVerse生态系统,以及从DC到100GHz的RF、微波和毫米波完整产品组合,研发SDR技术解决各种性能至关重要的应用永不间断的通信至关重要。

AD936x 系列是由 ADI 推出的首款针对各种低功耗无线应用新一代宽带射频收发器,具备宽带功能和可编程性,非常适合各种 SDR 无线应用场合,例如 3G/4G Picocell、无线视频传输和物联网网关。RadioVerse设计生态系统除AD936X外,还有提供双通道发射器和接收器、集成式频率合成器和测试和数字信号处理功能的AD9371,集成数字预失真 (DPD) 功能的宽带 RF 收发器AD9375和最新发布的业界最宽带宽RF收发器ADRV9008/9等多款革命性产品。

RadioVerse无线电技术助力实现跨行业和应用的无线通信

RadioVerse设计生态系统除了ADI丰富的硬件产品组合外,还包括经过测试的PA库、小蜂窝参考设计和评估套件,而其核心价值点之一就是其软件可定义的无线电架构。基于软件定义的无线电架构利用软件可实现灵活配置,支持不同的频率、频段,不同的制式、不同的标准以加强系统灵活通用性。以AD936X、AD9371及AD9375的软件定义特性为例,客户可以很容易随时改变IF,带宽也可以在8MHz至100MHz范围内轻松调整。这些特性对于系统客户很重要,不仅对于像救灾这样的独特应用,对例如4G、5G基站要在不同地方部署的话,软件可定制特性让他们可以微调就能轻松覆盖这个国家特定的频段,这对于当前的sub-6GHz的5G应用也特别重要。

RadioVerse射频设计与技术生态系统强调完整支持,产品设计极速完成。

防灾救灾,SDR技术激发通信设备新市场

温室效应下全球极端天气愈来愈频繁发生,直接或间接导致越来越多的各种天灾发生。仅2018年全球报道的大型灾难救援现场就让人触目惊心——美国加利福尼亚州门多西诺地区发生历史上最大的火灾,促使加州进入“重大灾难”状态;希腊雅典附近突发森林大火,使得数十人遇难、数百人受伤;老挝东南部一座水电站大坝垮塌,数十亿立方水渲泻而下造成数百人失踪和重大财产损失……

应急通信是ADI公司的软件无线电解决方案关键目标应用之一

当灾难发生时,人类显得那么脆弱而无助,如何在灾难发生以后用科技的手段减少或挽回损失,值得科技界的积极关注和参与。以AD9364为关键器件的Maxtech Networks公司设备在救灾中扮演关键角色并不让人意外,ADI公司的软件定义无线电解决方案从最初就将应急通信设定为在包括4G、5G在内的几个主要的目标应用。

应急通信需要的是重量轻、结实耐用、电源效率高、能够灵活地工作在多种频率、在极端环境条件下易于使用的无线电通信,这对于传统的技术实现方案是一个重大挑战。通过SDR,无线电可以根据应急人员的环境和情况,即时改变工作模式,可以聪明地对频谱进行扫描、分析和分类,找到需要的通信链路,并重新编程以便通过该链路收发信息,从而大大增强了作为应急人员通信工具的手持式无线电的功能。基于RadioVerse射频技术与设计生态系统为应急通信决方案开创了新的设计可能,有助于工程师更快速、更轻松、低风险地开发出特性和功能比以前更强大的系统,未来有更多Maxtech Networks公司这样的技术创新企业在该领域改善全球抗灾救灾通信设备技术,并拓展市场新空间。

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作者:Bruce Haug

背景

汽车制造商一直宣传起停系统有助于节省燃料。顾名思义,起停系统在停车时会关闭引擎,而不是空转,然后在需要行驶时迅速重新起动引擎。如果驾驶中需要走走停停,通过避免引擎长时间空转可以减少排放并节省燃料。概念非常简单。例如,如果您在遇到红灯或火车经过时停车,引擎不应运转;如果引擎不运转,就不会浪费任何能源。与没配备这种系统的汽车相比,城市交通的燃料消耗降低幅度高达8%。

驾驶舒适性和安全性并不会受自动起停功能影响,因为该功能只在引擎达到理想的运转温度时才激活。如果空调尚未使座舱达到所需温度,电池尚未充分充电,或驾驶员还在转动方向盘,该功能也不会激活。

自动起停功能由中央控制单元协调,该控制单元监测来自所有相关传感器(包括起动电机和交流发电机)的数据。如果舒适性或安全性有需要,控制单元将自动重新起动引擎——例如,如果车轮开始滚动、电池电量降至过低或挡风玻璃上出现水汽凝结。此外,大多数系统可识别临时停车和行程结束之间的差异。如果驾驶员的安全带解开,或者车门或行李箱打开,系统不会重新起动引擎。如有需要,按下按钮即可完全禁用自动起停功能(至少现在是这样)。

但是,当引擎重新起动,12 V电池有可能已经降至5 V以下,当信息娱乐系统开启或其他电子设备需要高于5 V的电压时,可能导致这些系统复位。有些导航和信息娱乐系统采用5 V或更高的输入电压工作。当输入电压在引擎重新起动期间降至5 V以下,若DC-DC转换器仅具有输入电压降压功能,这些系统将复位。显然,汽车在起停状态下重新起动时,音乐播放器或导航系统的复位是无法接受的。

解决方案

ADI公司最近推出了三路输出DC-DC控制器Power by Linear® LTC7815,该器件在单个封装中集成了升压控制器和两个降压控制器。高效率同步升压转换器给两个下游同步转换器馈电,可在汽车电池电压下降时避免出现输出电压压差,这在汽车起停系统中是非常有用的特性。此外,当汽车电池的输入电压高于其编程的升压输出电压时,升压控制器以100%占空比运行,仅将输入电压直接传递至降压转换器,从而将功耗降至最低。

图1为LTC7815的升压转换器向降压转换器提供10V电压的原理图。除了为两个降压转换器(分别产生5 V/7 A和3.3 V/10 A)供电之外,升压转换器还可用作第三路输出,提供额外的2 A电流。该电路在高达28V VIN下可保持2.1 MHz工作频率,并在高于28 V时跳周期工作。

LTC7815在启动期间可以以4.5V至38V的输入电压工作,并在启动之后保持工作直到输入电压低至2.5V。同步升压转换器可产生高达60 V的输出电压,在输入电压够高时,它可让同步开关完全导通,以直通输入电压,实现效率最大化。两个降压转换器可产生0.8V至24V的输出电压,且整个系统可实现高达95%的效率。

低至45 ns的最短导通时间可在2 MHz开关操作中实现高降压比转换,从而避开对噪声敏感的关键频段(如AM无线电),并可使用较小的外部组件。

LTC7815可配置为Burst模式®操作,将静态电流减小至每通道28μA(三个通道全部导通时为38μA),同时在无负载条件下调节输出电压,该特性对节省持续导通系统中的电池运行时间很有用。强大的1.1Ω内置全N沟道MOSFET栅极驱动器最大限度地降低了开关损耗,并提供高于每通道10A的输出电流,仅受外部组件限制。此外,每个转换器的输出电流检测,通过监测电感器(DCR)两端的压降或采用单独的检流电阻进行。LTC7815的恒定频率电流模式架构可提供320kHz至2.25MHz的可选频率,或者可同步至相同范围的外部时钟。

图1. LTC7815起停应用原理图,工作频率为2.1 MHz。

图2. LTC7815的Burst模式操作电压图。

延长电池运行时间

任何电池供电系统,如果要求在系统其他部分关断时仍需要始终导通的供电总线,就必须节省电池能量。这种状态通常被称为睡眠、待机或空闲模式,并要求系统具有非常低的静态电流。低静态电流以节省电池能量的要求,对于汽车应用尤为重要,该应用可能包含多套电气电路,例如远程信息处理、CD/DVD播放器、遥控无钥匙门禁和多个始终导通的总线电路。这些系统在待机模式下的总电流消耗要尽可能低,随着汽车运行越来越依赖电子系统,节省电池能量的压力不断加大。

在睡眠模式下,升压转换器和其中一个降压转换器导通时,LTC7815仅消耗28 μA电流。三个通道全部处于睡眠模式时,LTC7815仅消耗20 μA电流,使得空闲模式下的电池运行时间大幅延长。这是通过将LTC7815配置为高效Burst模式来实现的,该器件向输出电容提供短时突发电流,随后进入睡眠期,此期间仅通过输出电容将输出功率输送给负载。图2为这种工作方式的概念时序图。

在睡眠模式下,除了快速响应所需的关键电路外,大部分内部电路都被关断。当输出电压下降至足以激活睡眠信号时,控制器通过打开顶部的外部MOSFET来恢复正常的Burst模式操作。或者,有些情况下,用户希望在轻负载电流下以强制连续或恒定频率脉冲跳跃模式工作。两种模式都易于配置,并具有更高的静态电流。

效率/方案尺寸

图1原理图所示的5 V输出效率约为90%(如图3所示)。如果工作频率从2.1 MHz降至300 kHz,效率可提高3%到4%。

图3. LTC7815在不同转换器部分的效率与负载电流。

图4为LTC7815演示板(原理图如图1所示),最宽部分为48 mm。

图4. LTC7815演示板顶层和底层的尺寸与布局。

保护特性

LTC7815可配置为通过使用DCR(电感器阻抗)或检流电阻来检测输出电流。两种电流检测方案之间的选择主要权衡成本、功耗和精度。DCR检测日益流行,因为它省去了昂贵的电流感测电阻,功率效率更高,特别是在大电流应用中。而检流电阻是更精确的电流检测方法。

片上比较器监测降压输出电压,当输出大于标称值10%时,发出过压条件信号。检测到这种情况时,顶部MOSFET关断,底部MOSFET导通,直至过压条件清除。只要过压条件持续,底部MOSFET就持续导通。如果输出电压恢复至安全水平,则自动恢复正常操作。

在温度较高或内部功耗引起片内过度自热的情况下,过温关断电路将关断LTC7815。当结温超过大约170°C时,过温电路将禁用片上偏置LDO,从而使偏置电源降至0 V,并顺序有效地关断整个LTC7815。一旦结温降回大约155°C,LDO重新导通。

结论

汽车起停系统可节省燃料,并在未来几年继续演进。为板载信息娱乐系统和导航系统供电必须很小心,这些系统需要的电压高达5 V,甚至超过5 V。当引擎重新起动时,若汽车电池电压降至5 V以下,这些系统可能复位。LTC7815通过将电池电压提升至安全操作水平来解决此问题。这一特性结合两个降压控制器,非常适合在配置起停系统的汽车中为诸多汽车电子设备供电。

作者介绍

Bruce Haug [bruce.haug@analog.com]于1980年毕业于圣何塞州立大学,获电气工程学士学位。2006年4月,加盟凌力尔特(现为ADI公司的一部分),担任产品营销工程师。此前,Bruce曾在Cherokee International、Digital Power和福特宇航供职。他还热衷于参与体育活动。

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Analog Devices.Inc (ADI) 宣布推出 Power by Linear™ ADP5138,该器件是一款符合汽车要求的高效率、3.2MHz 同步四输出降压型稳压器,采用了独特的固定频率、峰值电流模式、PWM 控制架构,可降低传导和辐射干扰。此器件的高效率降压型稳压器改善了热管理,可在低至 0.8V 的输出电压下工作,并且每个通道可提供高达 1A 的连续输出电流。另外,ADP5138 还集成了一个 250mA 低输出噪声 (在 10Hz 至 100kHz 频率范围内为 20µVRMS)、高 PSRR (在 1kHz 时为 61dB) 低压差线性稳压器 (LDO),用于为对噪声敏感的器件供电。高集成度及诸多特性的组合加之紧凑的 4mm x 4mm LFCSP 封装,使得该器件非常适合汽车、工业和仪表系统,以及空间十分宝贵的 DC-DC 负载点应用。

查看 ADP5138 产品页面,下载数据手册,申请样片和订购评估板:www.analog.com/cn/ADP5138

ADP5138 以 3.2MHz 的固定 PWM 开关频率运行,也可同步至频率范围为 2.8MHz 至 3.5MHz 的外部时钟,此频率范围超出了调幅 (AM) 频段。此外,该高开关频率还缩减了外部组件尺寸,从而实现了较小的解决方案占板面积。四个降压型稳压器彼此 90°异相运行,从而减小了输入纹波电流和输入电容器尺寸,并降低了系统的电磁干扰 (EMI)。集成化内部补偿简化了设计,而且该器件的内部软启动电路和上电排序功能减小了输入浪涌电流。ADP5138 监视输入电压,并提供输入过压闭锁 (OVLO)、欠压监视 (UVM) 和欠压闭锁 (UVLO) 功能。另外,这款器件还可监视输出的欠压和过压。当出现输入或输出电压故障时,将上电复位 (POR) 信号置为有效状态。其他的保护功能包括过流保护 (OCP) 和热关断 (TSD)。

ADP5138 和符合汽车要求的版本 ADP5138W 采用了扁平 (0.75mm) 紧凑型 28 引脚 4mm x 4mm LFCSP 封装,具有背面裸露金属焊盘以提供卓越的散热性能。这些器件可在 –40°C 至 125°C (结温) 的温度范围内工作。欲了解更多信息,请访问 www.analog.com/cn/ADP5138

特性概要:ADP5138

* 输入电压:3V 至 5.5V
* 连续输出电流
* 通道 1 至通道 4 (降压):每通道 1A
* 通道 5 (LDO):250mA
* 3.2MHz 固定 PWM 开关频率
* 同步输入功能
* 单独的精准使能输入
* 上电复位输出
* 软启动和上电排序功能可减小浪涌电流
* 有源输出放电功能
* 输入过压闭锁 (OVLO)、欠压监视 (UVM) 和欠压闭锁 (UVLO)
* 热关断 (TSD)
* 28 引脚、4mm x 4mm LFCSP 封装
* 结温:–40°C 至 125°C
* 符合汽车应用要求 (ADP5138W)

价格与供货

Analog Devices 公司简介

Analog Devices, Inc. 是全球领先的高性能模拟技术公司,致力于解决最棘手的工程设计难题。我们使客户能够利用无与伦比的技术进行检测、测量、供电、连接和解读,智能地在现实和数字领域之间架起桥梁,从而了解我们周围的世界。详情请浏览 www.analog.com/cn

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作者:Maurice O’Brien

随着通信、医疗和工业设备的总体尺寸不断缩小,电源管理设计变得越来越重要。本文讨论高度集成的全新电源管理解决方案的应用,这些新器件为 RF 系统、FPGA 和处理器供电所带来的优势,以及有助于设计人员快速实现新设计的设计工具。

在通信基础设施中,毫微微蜂窝和微微蜂窝的兴起推动基站向更小型化方向发展,这对数字基带、存储器、RF收发器和功率放大器的供电提出了复杂要求,必须在最小的面积中提供最高的功率密度,如图 1 所示。典型的小蜂窝系统需要密度非常高的电源,它能以快速瞬变响应输送大电流以便为数字基带供电,同时利用低噪声、低压差调节器(LDO)为AD9361 RF捷变收发器™、温度补偿晶体振荡器(TCXO)和其他噪声关键电源轨供电。将开关稳压器的开关频率设置到关键RF频段以外可降低噪声,并且同步开关稳压器可确保拍频不影响RF性能。降低数字基带的内核电压(VCORE)可将低功耗模式的功耗降至最低,电源时序控制则可确保数字基带在RF收发器使能之前上电并运行。数字基带与电源管理之间的I2C接口允许改变降压调节器的输出电压。为提高可靠性,电源管理系统可以监控其自身的输入电压和芯片温度,向基带处理器报告任何故障。

图 1. 小型基站需要多种电源

详文请阅:适合空间受限应用的最 高功率密度、多轨电源解决方案

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之前我们提到了伺服反馈协议数字化和单电缆的发展趋势,并且目前市面上已经有多种开放的单电缆伺服反馈解决方案供大家选择了。

本期,我们就先来简单了解下其中一种单电缆数字式伺服反馈协议:

HIPERFACE DSL。

什么是 HIPERFACE DSL?

HIPERFACE DSL 是一种数字式电机反馈协议,通过这种技术反馈电机信号仅需使用两根导线,并且可以将他们与电机动力线路集成到一根电缆中。

它具备以下功能和技术特点:
* 高度动态和高分辨率的位置控制
* 安全运动控制
* 状态监测
* 有助于提升驱动系统的紧凑性和集成度

有哪些厂家能够提供 HIPERFACE DSL 的驱动/电机系统?

HIPERFACE DSL 数字式伺服反馈协议由 SICK 于 2011 年推出的;基于 HIPERFACEDSL 技术,传感器产品厂商能够为驱动和电机产品提供相应的接口模块和编码器反馈。

目前,许多驱动器和电机厂商也已经在其伺服产品中使用了 HIPERFACE DSL 技术;不少编码器厂家也推出了基于 HIPERFACE DSL 协议的产品和解决方案;同时,在这个过程中,也有不少芯片厂商(如:TI、瑞萨)为他们提供相应的技术支持。

由于 HIPERFACE DSL 去年已经向市场用户全面开放了这项技术,因此,目测未来应该会有更多的产品厂商加入到此项技术阵营中来。

与 HIPERFACE 有什么不同?

数模混合的 HIPERFACE 接口为驱动系统提供的是模拟量正弦和余弦信号的过程数据;而 HIPERFACE DSL 直接输出反馈位置。

因此,对于电机驱动器来说,无需进行反馈位置计算,并省去了 A / D转换。 此外,借助数字式的数据通讯还能够帮助实现对电机状态的监控/诊断。

HIPERFACE DSL 是否需要使用特殊的专用电缆?

不需要。

只须使用标准的(4 + 2 + 2 )伺服电机电源电缆即可。 4 芯电机动力,2 芯抱闸,2 芯 HIPERFACE DSL 反馈线,电机绕组温度等传感器传感器信号也可以通过 DSL 传输。

电机侧插头连接是否有任何要求?

可以使用标准的 Intercontec M23 或 M17 插头。 将 DSL 线与电源线(引脚分配)对称放置,并使用一段短的非屏蔽引脚。

驱动侧的 HIPERFACE DSL 集成如何实施?

须将 HIPERFACE DSL 主站集成到驱动器控制器的 FPGA 中。 SICK 提供与变频器应用程序对接的 IP-Core(VHDL代码)。 两者( HIPERFACE DSL 和驱动应用)可以存储在一个 FPGA 芯片中。

是否需要支付许可费?

HIPERFACE DSL 主站开发授权费用,每次约 800 欧元,可以根据需要多次使用,并可以免费更新。

HIPERFACE DSL 的 IP-Core 是做什么的?

它会与控制脉冲自动同步。 IP-Core 用于编码和解码与 DSL 编码器之间的通信,与控制器脉冲同步地存储反馈测量值,如:位置和速度,以及温度、参数、状态信息...等。

HIPERFACE DSL 的可以达到怎样的时间周期?

HIPERFACE DSL 的时间周期(SYNC)是可以选择的。

该协议能够实现数据包与选定控制器脉冲的自动同步。 位置更新最短周期为是 12.1 μs,超过此值无级可调。

HIPERFACE DSL 和 HIPERFACE 编码器之间的价格差异是多少?

基于相同的订货数量,规格相当的编码器,HIPERFACE DSL 的价格约比 HIPERFACE 高 20%。

可以达到怎样的安全等级(SIL 安全完整性/Pl 性能等级)?

如果遵守 HIPERFACE DSL 安全手册(文档8017596)中列出的所有规范,安全相关功能将适用于:

基于 EN62061 和 IEC 61508 的 SIL2 和基于 EN ISO 13849-1 的 Pl d

或者

基于 EN62061 和 IEC 61508 的 SIL3 和基于 EN ISO 13849-1 的 Pl e

具体的分类则取决于所使用的电机反馈系统。

安全功能的错误响应速度是多少?

从编码器到信号到应用端的安全功能响应时间 200μs。

定义 PFH 值(每小时失效次数 Probability of Failure per Hour)的基础条件是什么?

在 60°C 以下 / 电缆上的错误率为 1:100。

若要达到预期的 SIL/PI 等级,对机械接口会有怎样的规定?

必须严格按照产品说明书进行安装、使用等操作,并确保由有资格的工作人员完成。具体要求须参照 HIPERFACE DSL 的安全操作手册。

对于 PELV 系统有没有限制?

没有。

有哪些过压/欠压限制需要注意?

额定电压低于 6.8V 和超过12.2V 时都会出现错误信息,且不会主动关闭。

位置反馈的分辨率有多高?

位置值的分辨率取决于具体产品,请参阅相关伺服电机反馈的产品信息,如 SICK 的:
EKS/EKM36 可达 20 位/圈,以及 12 圈多圈
EFS/EFM50 可达 23 位/圈,以及12 圈多圈

安全反馈的分辨率是多少?

安全位置值(第 2 通道)的分辨率取决于产品。 须参照相关的产品信息。
例如:EKS / EKM36 为 9 位

位置反馈值的延迟时间有多长?

100m 电缆的延迟时间为 10.5μs。

位置值的时间轴抖动有多大?

时间轴抖动

需要进行运行时间补偿吗?

不需要。IP-Core 会自动补偿运行时间。

线性度(积分+微分)如何?

线性度取决于产品,可以参照相应的电机反馈系统的产品信息。
例如:EKS / EKM36 +/- 100"(角秒)

速度分辨率有多高?

取决于所选电机反馈的控制器脉冲。

对于 20 位分辨率的 EKx36 和 15μs 的最小控制器脉冲,计算方法:
360°/ 20bit / 15μs = 22.8°/ s
1LSB = 22.88° / 秒或 3.8 rpm

是否有一个安全速度?

没有。传输的只有位置值。 只能通过计算得出安全速度。

编码器的最大可测量速度?

电机反馈系统的最大可测量转速为:单圈 12,000rpm,多圈 9,000rpm。

如何读取绕组温度传感器?

测温电阻传感器是数字式的,通过 DSL 输出。 阻值存储在 IP-Core 中。 因此,温度可以通过相应的数据索引读取。详见产品手册。

IP-Core 有哪些版本?

IP-Core 分为标准版本(非安全版本)、Altera、Xilinx FPGA 的安全版本。 从安全角度来看,IP Core 是一个“黑色通道”。 因此,所有 IP-Core 计算值都必须被视为“不安全”。 对于 Altera 来说,可以使用加密的 VHDL 文件。 对于 Xilinx 来说,则是 NGC-Core。

DSL 的 IP-Core 需要占用多少空间?

以 IP Core V1.06 为例:

用户可以修改 IP-Core 吗?

只有接口块已打开才可以修改。

是否有用于测试 IP-Core 的工具(测试单元,测试软件)?

PGT-11-S(主机编号1057324)可用作从战模式下的编码器。

DSL 的 IP-Core 能否被实例化多次?

可以,但每个电机反馈系统只有一个 IP-Core。

是否有 VHDL 的测试工作台?

没有。

IP-Core 与哪个频率同步?

频率为 75MHz,最大抖动为100ppm。

对于 IP-Core 的实施有什么特别的限制?

有,必须遵守 13ns 脉冲(75MHz)的时序约束。

是否有制造商特定的 IP-Core 模块(例如 Microblaze 或 Nios)?

没有

是否有关于 DSL 输入电路组件的建议?

更多详细信息,请参照 HIPERFACE DSL 的用户手册。

本文转载自;有关单电缆伺服的常见疑问

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内地警匪电影《保持通话》因为紧凑紧张的节奏、惊险刺激的场景成为经典,而贯穿主线发挥重要作用的“主角”是一部勉强能打通电话的残破手机。关键时刻,正是这部残破不堪的手机拨出了几个重要的电话并帮助主角Grace(大S扮演)与陌生人阿邦(古天乐扮演)保持联系,最终将被绑架的单亲妈妈从悍匪手下解救。

一个多月前,一支泰国少年足球队被困积水岩洞的消息牵动着全世界人民的心,一场真实的与自然灾害赛跑的生死救援比这场警匪片更扣人心弦。这场复杂且危险的救援行动成功的背后,鲜少有人提及此次救援成功完成所依赖的惊人通信技术——以色列 Maxtech Networks 公司 17 台关键设备在背后主演了一场惊心动魄的现实版“保持通话”,而其采用的 ADI 公司高集成度RF捷变收发器 AD9364 (ADI 无线技术和设计生态系统射频捷变频收发器 AD936X 系列)也成为幕后英雄。

任何一场有组织的救援行动,通信保障是决定救援效果与效率的关键,尤其是这种环境恶劣的灾难救援更是重要。而在这次洞穴救援则更是面临前所未有的挑战,特别是通信保障更是几乎不可能实现——曲折复杂的洞穴地貌阻断了正常无线电信号,常规的无线通信几乎毫无用武之地。

灾难发生后,Maxtech Networks 公司派遣了工程师并携带 MaxMesh 无线电接收装置前往现场。借助这些革命性的通信系统在隧道内建立起了基本的中继网络,隧道长约两英里,迂回曲折,部分区域更是被水淹没,MaxMesh 建立了 11个中继站,正是有了这个中继网络,救援人员才能够联系、互通情况、合作,并最终安全救出足球队。

Maxtech Networks 公司创始人兼 CEO Uzi Hanuni 将救援通信保障得以成功归结为软件定义无线电技术的“功劳”:

我们的技术以创建软件定义无线电(SDR)的 Mesh 网络为基础。SDR 是个人计算机或嵌入式系统中使用的无线电通信系统。每次开启无线电时,它都会自动连接网络。每个无线电也是继电器,内置了智能频率调制算法。它们可以同时传输视频、语音和数据。

基于 AD9364 捷变频收发器的 Maxtech Networks 公司的设备每次开启无线电后可以实现多种形式通信连接——对等小组、多播、单播和广播等等。而且有了该技术,便无需对无线电进行预先配置,基于革命性的复杂算法和技术,无论在室内、室外、地下、地上,该技术在所有地方都能自动工作,无需人为干扰和参与。Uzi Hanuni特别指出设备的关键组件——ADI 的 AD9364:“我们的技术以创建软件定义无线电的Mesh网络为基础,采用了ADI 公司 的AD9364高性能、高集成无线电频率捷变收发器进行通信。”

常规的通信设备的通信频率和信号在洞穴救援中因为复杂的地形和洞壁阻挡而很难发挥作用。“设备在能发挥关键作用在于它能针对特定环境选择合适的频率,设备采用的捷变频技术可以轻松支持 200MHz–6GHz,而在此次救援中我们将通信频率设置在这个环境最佳的 2400–2485MHz (免授权 ISM 频段)。” Uzi Hanuni表示。而 200MHz–6GHz 的频段范围也正是 AD936X 完全覆盖的范围内(70 MHz至6.0 GHz),在此范围内可以系统通信频率可以根据需要灵活捷变。

“通常这种灾难环境的挑战还不仅于此,在像洪灾、飓风、恐袭甚至更复杂的灾难环境下,大部分基础设施遭到破坏,存在各种射频噪声干扰,包括各个救援队使用各自不同的通信频率和设备,无线干扰非常严重。”Uzi Hanuni 特别指出。Maxtech Networks 公司的设备成功避免被环境无线噪声淹没,采用了在这种环境下最佳的办法——不断分析环境中存在的频谱,并自动调整频率,他们自动调节频率并与最近的网络节点建立稳定通信。而这正是基于 ADI RadioVerse™ 的 AD936X 系列捷变频收发器为基础的软件定义无线电系统的“拿手好戏”,通过无线频率监测自由完成频率跳变从而建立稳定通信链路。

此外,还值得一提的是,过去的 SDR 解决方案已经利用分立信号链在不同程度上进行过实施,但存在高功耗和高成本的缺点,而 ADI 公司的 SDR 技术采用成熟、高性能、高度可编程、完整的集成无线电收发器 AD9361/AD9364 彻底改变了设计工程师的设计规则,使得工程师可以在手持式 SDR 设计中实现最可靠、最鲁棒、专业级的特性,也大大增强了作为应急人员通信工具的手持式无线电的功能。

在当今的互联网时代,通信极端发达的今天,在灾难发生时面对形势如此恶劣的救援行动,日常生活无处不在的通信基础设施和设备常常捉襟见肘,临场的高可靠性无线通信发挥着至关重要的作用。ADI 与全球合作伙伴基于包括 AD936X、AD937X 和最新发布的业界最宽带宽 RF 收发器 ADRV9008/9 在内的 RadioVerse 生态系统,以及从DC 到100GHz 的 RF、微波和毫米波完整产品组合,对研发 SDR 技术解决各种性能至关重要的应用永不间断的通信至关重要。

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