綠色工業革命需抓住電機控制與低功耗網絡兩大要點
http://www.debgrams.com 2015-06-02 16:51 來源：中國電子報
工業4.0是智能工業，也是綠色工業，核心特征是高效節能與網絡化，即通過自動控制、網絡與計算將人、機器設備和信息連接在一起。就生產制造的流程而言，是將這一切整合到一個數字化的企業平臺上，通過數據采集、分析、優化，得到最佳化的方式，從而實現更具效率的生產方式。在這樣一個智能與綠色的生產制造流程中，需要把控好兩個關鍵點：一是提升電機效率，二是建立低功耗網絡。
機器人是智能制造的核心之一，它正由之前的汽車焊接、噴繪的產業，擴展到常規的工業應用場景，如搬運、碼垛、點焊等，安裝量保持了近30%年增長率。從技術角度看，機器人屬于伺服控制的系統級產品，伺服電機作為執行構件，發揮著運動軌跡規劃和運動控制的核心功能。當前情況下，實現智能化與節能的電機控制是實現智能制造的核心要點。
智能制造的另一個重要支撐是互聯互通，大量傳感器被裝配在更多的控制器和網關之上，通過互聯網將數據傳送至云端與節點，各個物理節點的信息采集、匯總、分析、處理，凸顯出傳統工業系統的不便攜性和不靈活性，通過物聯網連接網絡與高效率數據運算處理來提升工業系統作業效率以及增加工業生產的附加價值勢在必行。而這種轉型依賴于一系列技術，從低功率無線協議到高性能微控制器，不一而足。在這些技術中，低功率的無線鏈路和微控制器將作為整個鏈路的核心，起到至關重要的作用。
廠商觀點
意法半導體中國區微控制器市場部高級經理曹錦東
低功耗高性能MCU促進智能制造
工業4.0所涉及的智能機器人和網關控制都需要用到MCU，包括主CPU、節點和機械臂的控制、馬達控制、傳感器的處理和控制?？梢哉f，MCU無處不在。MCU就像大腦，智能化設備一定離不開MCU。
當然，對智能機械而言，即時響應十分重要，對MCU的功耗和性能要求很高。能耗管理是芯片設計、制造工藝、系統設計、軟件工程師都在為之而努力的研究課題，人們力求在各個環節盡可能地減少靜態和動態的能耗。傳統的控制電壓的調節方式和管理待機模式依然被多數電子設備所采用，未來還將繼續延續下去，但是隨著智能機器人、無線傳感裝置等新需求的不斷涌現，消耗電量和永遠在線的設備迅速增加，解決能耗管理已經成為整個電子設計正在面臨的重要課題，市場對綠色產品的需求促使制造商考慮采用低功耗的待機模式。
作為嵌入式系統靈魂部件的MCU近年在低功耗設計和能耗管理方面的動作很大，各種新產品應運而出。
意法半導體新推出的STM32L4系列產品采用運算頻率為80MHz的ARM Cortex-M4處理器內核，內置浮點運算單元可支持DSP指令。意法半導體的自適應實時加速器是新系列微控制器的另一個附加優勢，使微控制器能夠在無等待狀態下執行閃存內的代碼，處理性能高達100 DMIPS，而功耗僅為100μA/MHz。高達1MB的雙區閃存可支持復雜應用和讀寫同步功能，并提供一個128kB的靜態隨機存取存儲器。
STM32L4微控制器充分利用意法半導體豐富的低功耗技術，包括根據不同處理需求調整功耗的動態電壓調整、內置FlexPowerControl的智能架構、有7個子模式選項的電源管理模式，其中包括停機、待機和最低功耗30nA的關機模式。意法半導體的批量采集模式能使處理器在低功耗模式下仍可與通信外設高效交換數據。
Intersil公司工業電源市場與應用總監Lokesh Duraiappah
電源管理IC助力綠色制造
現在，在網絡設備市場越來越多地看到一種意愿，希望消除中間級的總線。如果能夠直接把高壓（比如40V、36V、42V），減化中間級，直接轉化為低壓（比如5V、3.3V、1V），將極大節約能耗。因為中間總線轉換器的電流就很高，在配電過程中會產生更多損失。如果能夠把48V直接降到一個低電壓的話，就能減少配電中的損失。這是一個趨勢。而現在雖然很多網絡設備、數據中心供應商沒有專門的電源設計部門，他們的很多平臺設計師也要負責電源設計，這就需要易于設計的IC產品。
另外，隨著電池應用和備用電池的使用增加，電源設計不僅僅要應對電壓輸入問題，還要面對不時出現的電源浪涌問題，所以必須要用DC-DC轉換器來解決時而會發生的電源浪涌。我們一直在非常認真地研究這些趨勢和挑戰，我們的技術路線圖是希望能夠開發出易用、高性能的產品，同時能夠應對在工業中越來越多的電池、備用電池的使用。
Intersil公司近日推出了首款避免工業應用中通常使用的中間步降轉換級的60V同步降壓控制器——ISL8117。該同步步降PWM控制器的低占空比（導通時間最小40納秒）支持從48V到1V負載點的直接步降轉換。這一創新使得工程師能夠顯著降低工業電子、醫療和通信基礎設施應用的系統復雜性和解決方案成本。ISL8117使用帶有自適應斜坡補償的谷值電流模式調制，來支持寬范圍輸入電壓和輸出電壓組合的穩定工作，且無需外部補償。
ISL8117在縮小解決方案尺寸和簡化系統設計的同時并未犧牲性能。常用功能的默認設計值和ISL8117的寬輸入電壓和輸出電壓范圍，使其需要的外圍元件數量少于競爭解決方案。工程師能夠設計只需10個元件（包括MOSFET和被動元件）的完整DC/DC降壓轉換解決方案，并實現最高98%的轉換效率和達到1.5%的輸出電壓精度。
泰克科技（中國）有限公司大中華區市場總監徐贇
工業4.0給測試行業帶來機會與挑戰
從智慧工廠到智能生產，生產廠商和設備供應商需要面對復雜的運算、通信、控制等問題。
就通信而言，無線設備無處不在，到2020年互聯網移動設備將達到500億部，全球無線配件市場至2015年將達到502億美元。全球IP流量達到每年1.3 zetta字節；到2016年網絡視頻用戶數量將達到15億。這就必然面臨提高帶寬、提高能源利用效率等問題，也需要面對復雜的測試需求。泰克可提供從實時示波器、混合域示波器，到實時頻譜分析儀、任意波形發生器完整的測試設備，為設計工程師應對苛刻的設計挑戰提供助力。
泰克新推出的DPO70000SX ATI高性能示波器，可提供多種關鍵創新功能。采用泰克已獲專利的異步時序交織（ATI）技術的70 GHz實時示波器，保持信噪比，提高信號保真度。這意味著用戶可以更加準確地捕獲和測量信號，其速度要高于當今任何其他示波器。200 GS/s超高采樣率及5 ps/樣點分辨率，改善分辨率和定時。外形緊湊，儀器可以放在距被測器件（DUT）非常近的地方，同時為分析提供靈活的顯示和控制功能。由于減少了距DUT的距離，因此可以縮短電纜長度，進而可以在非常高的頻率上保持信號保真度。市場上擴充能力最強的示波器系統，采用泰克已獲專利的UltraSync結構，提供精確數據同步，方便運行多機系統。精密多通道定時同步是在100G及更快的相干光調制分析等應用中滿足采集要求的關鍵。
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