LMZ12010SIMPLESWITCHER?易电源电源模块是一种易于使用的降压式直流/直流解决方案，可驱动高达10A的负载。LMZ12010采用创新封装模式，提高了散热性能并可手工或机器焊接。LMZ12010可工作于6V和20V之间的输入电压轨，并提供低至0.8V的可调高精度输出电压。LMZ12010仅需2个外部电阻和外部电容即可实现电源解决方案。LMZ12010是一种可靠、稳健的设计方案，具有以下保护功能：热关断、输入欠压锁定、输出过电压保护、短路保护、输出电流限制并允许预偏置电压输出启动。

我必须承认一点：尽管开关稳压器已步入聚光灯下，但就个人而言，低压差稳压器(LDO)仍是我心目中的“白月光”（或许脑海中亦是如此）。原因之一是LDO只专注于一件事情，性能出色且操作简单，既不让人头痛，也没什么意外。而且我最先接触的功率调节装置就是LDO，而在我实际开始构建电路的时候，它的性能表现也相当不错。即使是现在，需要数伏电压、约1A电流的电源轨时，我首先想到的仍是LDO，这种只有三个端子的基础元器件，而不是开关稳压器。LDO的能效不如开关稳压器，这一点是众所周知的。但是在1A左右的小电流情况下，两者的区别并不大，而且在特定设计中，影响亦不大。若电流不止数安，这种差距就会比较明显，此时LDO就不太适用了。不过，除非是需要超低噪声的电源轨，否则亦无需使用性能出色且噪声极低的开关稳压器。除此之外，虽然可以在几种类型的LDO之间并联低阻值的泄放电阻以平衡电流，但布局、封装、BOM和量化性能等方面就会因此变得复杂。尽管如此，LDO依然是工程师BOM包中的重要组件。正因为操作简单，所以很多设计人员都像撒芝麻一样，把LDO“撒”在印刷电路板上所有需要调节电压的地方，如IC和子电路的周围，以此最大限度地降低电源轨的IR压降，减少噪声拾取以及因电源与负载间距较远而产生的其他问题。时代在变，好东西亦会变不过，我估计应用LDO的基础设计导入或许很快就会退出历史的舞台。目前，在简易性、尺寸、无需外部电源（或仍需要）和总体设计导入的便利性方面，密封式小电流开关稳压器的属性都与LDO水平相当。如果在电路中对这些密封式开关稳压器和LDO进行“黑箱”测试，通常很难区分1安LDO和多安密封式开关稳压器。此外，虽然LDO只能降压，但市面上却有降压、升压，甚至升/降压开关稳压器，后者能够在两种模式之间进行无缝转换。这一功能非常重要，许多电路都由单一的锂电池来驱动，因此需要升/降压模式来将电池从满电量状态调节到稍微放电的状态。（实用）示例展示以LTM8074(LTM8074EY#PBF)为例，这是AnalogDevices推出的一款SilentSwitcherµModule稳压器（图1）。该稳压器具有宽输入电压范围（3.2至40V）和宽输出电压范围（0.8至12V）；可连续输出1.2A电流（24V输入电压和5V输出电压的情况下）；输出电压为3.3V时，可以达到1.75A的峰值输出电流。不过，真正吸引我的还是它的尺寸。作为一款BGA设备，该稳压器的尺寸仅为4mm×4mm×1.82mm（厚）。只需两个电容器（1µF和10µF）和两个电阻器即可工作。与LDO一样，即插即用，但是封装更小而功率更大。谈及开关稳压器，自然就会联想到电感器。该开关稳压器封装内部嵌入电感器，因此对设计人员而言，电感器算不上BOM的一部分，也不会占用额外空间。此外，开关稳压器的EMI辐射也相当低，几乎与LDO相当（图2）。还有另一款类似于LDO的微型开关稳压器，即TexasInstruments的LMZ10501(LMZ10501SILR)。这款1A微型模块的输入电压范围为2.7至5.5V，输出电压范围为0.6至3.6V（图3）。LMZ20501只需三个陶瓷电容器和两个电阻器即可工作，电感器集成在8引脚microSiP封装内，尺寸仅为3.00mm×2.60mm（图4）。有一点很明显：它看起来并不像标准通用IC。一直以来，LDO在尺寸和易用性方面都拥有比较明显的优势，而这些微型开关稳压器的性能甚至可以与小电流LDO相媲美。例如，MaximIntegrated的MAXM15462是一款高能效同步降压DC-DC模块，集成了控制器、MOSFET、补偿元件和电感器，并能够在宽输入电压范围内工作（图5）。该模块的输入电压范围为4.5至42V，而可编程输出电压范围为0.9至5V，输出电流最高可达300mA。该模块采用2.6mm×3mm×1.5mm的小尺寸uSLIC™封装，只需三个电容器（两个1µF，一个10µF）和两个电阻器即可工作。相比同等属性的LDO，这些微型开关稳压器的优势不仅仅只是更小、更高效。根据所选设备的不同，它们还具有其他的优良特性（有时是非常必要的），例如软启动（以减少输入涌流）、电源良好引脚和可编程欠压锁定(UVLO)阈值等等。放下过去，方能拥抱未来？有时候我们不得不放弃曾经的偏爱，才能从科技进步中获取便利。我曾经见过工程师在新产品设计中使用了二十年前的运算放大器，这主要是因为他们更熟悉这种运放的特性，用起来更顺手。虽然就某种程度而言，这种策略算是明智，但也有可能会对最终设计造成阻碍，使之无法实现功能更多、花费更少或体积更小。每年或许仍有无数人将LDO等电源稳压器应用于新的设计导入方案。然而，低功耗开关稳压器在增强性能、稳定运行、易于使用和提高能效方面拥有更多优势，而且以很小的封装实现了所有上述功能。尽管最初的冲动可能是将熟悉的LDO纳入BOM，但如果完全不考虑开关稳压器的话，也可以算得上是专业失误。你们先考虑着如何应用开关稳压器，我去检查一下车里的化油器。我觉得针阀该清洗了，浮子也需要调整了。文章来源网络

电动、混动汽车可通过直流充电桩或普通的交流电源插座对其高压电池子系统进行充电，车载充电器(OBC)是交流充电的核心系统。安森美半导体作为汽车功能电子化的领袖之一，为电动汽车OBC和直流充电桩提供碳化硅(SiC)MOSFET、超级结MOSFET、IGBT和汽车功率模块(APM)等广泛的产品阵容乃至完整的系统方案，以专知和经验支持设计人员优化性能，加快开发周期。本文将主要介绍针对主流功率等级的高能效OBC方案。典型的OBC系统架构和功率等级1个典型的OBC由多个级联级组成，包括功率因数校正(PFC)、DC-DC转换器、次级整流、辅助电源、控制及驱动电路。图1：典型的OBC系统架构OBC具有多种功率等级，功率等级越高，充电时间就越短。车厂必须根据整车要求定义适当的OBC功率等级。这些OBC需要大功率的交流电源，根据OBC的设计，由单相或三相电源供电。最流行的OBC功率等级是3.3kW、6.6kW、11kW和22kW；每一个对应于不同的常见交流功率等级，如表1所示。安森美半导体可提供单相3.3kW、6.6kW和三相11kWOBC方案。三相11kW车载充电器平台SEC-3PH-11-OBC-EVBSEC-3PH-11-OBC-EVB是安森美半导体新推出的三相11kWPFC-LLCOBC平台，采用符合AEC-Q101的SiC功率器件和驱动器，包括1200V、80mΩNVHL080N120SC1高性能SiCMOSFET、6ASiCMOSFET门极驱动器NCV51705和650V、30ASiC二极管FFSB3065B-F085，系统能效超过95%。该套件采用模块化方法，配备用户友好的图形用户接口(GUI)，从而简化和加快评估。LLC系统由嵌入式软件以电压或电流控制模式驱动。该平台展示SiC器件用于OBC可提供的高能效、高功率密度、小占位优势，也可作为开发3相PFC-LLC拓扑系统的学习环境。该套件的关键参数为：输入电压195至265Vac，直流总线电压最大值735Vdc，输出电压200至450Vdc，输出电流0至40A，最高频率fs400kHz。图2：安森美半导体的三相11kWOBC套件6.6kWOBC参考设计该6.6kWOBC参考设计采用三通道交错式PFC-LLC以获得高能效和高功率密度，并减少电流纹波，总线电压可根据输出电压调节以优化能效。输入电压90至264Vac，输出电流0至16A，典型能效94%。关键器件包括超级结MOSFETNVHL040N65S3F、NTPF082N65S3F，650V、30ASiC二极管FFSP3065A、PFC控制器FAN9673、LLC控制器FAN7688等。高能效的IGBT应对电动汽车车载充电的重要趋势：双向充电在电动汽车电池和建筑物或电网之间进行双向充电(V2X)将成为电动汽车车载充电的重要趋势。双向充电应考虑充放电能效，以确保转换时不浪费能量，需要图腾柱无桥PFC，此时，反向恢复性能至关重要。集成外部SiC二极管的IGBT比MOSFET方案提供更高能效，因为没有相关的正向或反向恢复损耗。如图3是双向充电的电路图，对于K3和K4，需要快速开关、低饱和压降Vcesat、低正向电压Vf的器件。安森美半导体提供宽广的符合AEC车规的IGBT系列，包括650V/750V/950V第4代沟槽场截止IGBT和1200V超高速沟槽场截止IGBT，具备更低的损耗和更高的功率密度，以及集成SiC二极管的混合IGBT方案AFGHL50T65SQDC。图3：双向充电电路图SiC方案降低损耗SiC比硅方案降低开关损耗和导通损耗，提供新的性能水平。安森美半导体投入宽禁带的开发近10年，是少数同时具备硅、SiC和氮化镓(GaN)技术的供应商，针对车载充电应用，提供汽车级650VSiC二极管(涵盖6A到50A)、1200VSiC二极管(涵盖10A到40A)、1200VSiCMOSFET(涵盖20到80mΩ)。这些SiC二极管最高结温175℃，具有高浪涌电流能力，正温系数，易于并联，无反向恢复损耗，符合AEC-Q101和生产件批准程序(PPAP)。这些SiCMOSFET最高结温175℃，提供高速开关和低电容，100%经无钳位感性负载(UIL)测试，符合AEC-Q101和生产件批准程序(PPAP)。超级结MOSFET：比平面硅方案性能更好，比SiC方案更具成本优势安森美半导体具备10年汽车超级结MOSFET经验，最新的第三代超级结MOSFET提供领先行业的能效和性能，现有的超级结MOSFET分立器件可提供KGD裸芯，并于2018年推出APM模块。超级结MOSFET有快速版本(FASTVersion)、易驱动版本(EasyDriveVersion)和快恢复版本(FRFETVersion)。快速版本主要针对工业级应用。易驱动版本由于内置门极电阻Rg和优化电容，降低电压尖峰和电磁干扰(EMI)。快恢复版本具有同类最佳的体二极管。APM模块APM模块可用于OBC的PFC、LLC转换、整流等各个功率级，减少器件数，缩减尺寸和重量，提高功率密度，并降低总系统成本。如安森美半导体2018年推出的APM16，高度集成的紧凑设计，具备集成所有硅和SiC技术、全桥或半桥拓扑的灵活性，热阻抗低，符合AQG324、IEC60664-1、IEC60950-1等标准。门极驱动安森美半导体提供大驱动电流的驱动器提升系统能效，隔离技术安全、可靠、经认证，不产生EMI也不受系统产生的EMI影响，强固的共模瞬态抑制可抵抗高压和大功率开关应用中出现的系统电压瞬变。如16引脚隔离门极驱动器NCV57000大电流单通道IGBT驱动器，内置伽伐尼安全隔离设计，在要求高可靠性的电源应用中提供高能效工作，具有米勒平台电压下的大电流，伽伐尼隔离额定值大于5kVrms，满足UL1577的要求，工作电压高于1200V，其它特性包括软关断以抑制尖峰电压、可编程延迟去饱和（DESAT）保护，传输延迟典型值66ns、短路时IGBT门极钳位等。总结车载充电市场随着电动汽车电动动力总成需求的增长而增长。安森美半导体除了提供广泛的超级结MOSFET、IGBT、门极驱动，还针对V2X等趋势和功率等级及占位面积等挑战推出集成SiC的混合IGBT、SiCMOSFET、APM模块，应用于车载充电的PFC、DC-DC、整流、辅助电源、驱动等各个功率级，提高能效、性能、功率密度，减小损耗和占位空间，同时积极扩展现有产品阵容，推出用于3.3kW、6.6kW、11kW等主流功率等级的OBC开发套件，帮助加快设计和评估，其最新推出的三相11kW车载充电器平台SEC-3PH-11-OBC-EVB采用SiC技术，能效水平超过95%，功率密度高，可执行的数字控制和可用的GUI确保无忧的启动和用户友好的体验，还可作为开发3相PFC-LLC拓扑系统的学习环境。文章来源网络

在发达国家，效率推动着创新。在追求提高效率的过程中，一个正在发生重大变化的领域是照明。固态照明主要以基于半导体的LED形式（尽管有机LED和聚合物LED正在不断涌现），继续取代传统和更节能的照明形式，如白炽灯、紧凑型荧光灯和气体放电灯。虽然LED照明提供了固有的节能效果，但它可能会以设计复杂性为代价。驱动LED灯所需的控制电路充其量只是一种AC-DC转换器，但通常会包括某种程度的智能控制。虽然这种增加的复杂性可能会增加成本，但经过精心设计后，可以产生一种以适当价格提供巨大价值的LED照明解决方案。LED照明的最终应用几乎是无限的，从低水平消费照明到高棚工业、厨柜，再到街道照明。包括智能调光、连接性和远程管理等特性的前景使得向LED照明的转变成为一种非常有说服力的观点，持续赢得决策者的支持。开发一套完整的LED照明解决方案涉及对多个功能的集成，其中包括带功率因数校正(PFC)的AC整流、DC-DC转换和LED控制。如果将连接性添加到此范围内，以提供更具前瞻性的解决方案，那么设计挑战将会进一步增加。虽然LED本质上比其他形式的照明更高效，但为了保持这一优势，解决方案的每个阶段都必须提供最佳效率。这与开发传统照明解决方案有很大不同，但却是必要的。另一个影响LED照明的重要趋势是向数字控制电源转换的转变。通过在整体拓扑中包含数字电源，可以实现更高效、更灵活的解决方案。如果在设计过程中采用全数字化方法，那么可以将大量功能集成到较少数量的器件中。微控制器非常适合提供这种级别的功能和灵活性。虽然AC转换是解决方案的主要部分，但从单个DC电源运行多个独立的LED照明电路是完全可行的，只需使用一个AC转换级即可优化整体设计。在这种情况下，需要单独考虑解决方案的其余部分，通过增值特性为成本优化创造更多的可能性。为照明装置添加控制和连接性是一项重大的发展，因为它能将照明系统集成到建筑管理系统(BMS)中，或作为智能家居的一部分。LED照明的一个优势是其稳健性：灯光可以变暗，也可以更频繁地打开/关闭，而不会影响其使用寿命或产生浪涌电流。LED灯还提供了更大的位置灵活性，从而实现更多的分布式安装和更广泛的工作条件。所有这些特性都增加了LED照明的吸引力，但需要更高的控制水平。为了解决这一设计挑战，参考设计正在不断涌现。TexasInstruments开发的DC-DCLED驱动器子系统参考设计虽然不能作为组装好的PCB购买，但已经过全面的测试，并提供了所有说明文档（BOM、原理图、PCBGerber）。图1显示了该参考设计的框图。TIDA-01096是TI的高能效、可调白光LEDDC-DC驱动器，带有智能蓝牙连接参考设计，为工程师提供了一个用于开发智能照明解决方案的完整硬件和软件平台。通过在一个灯具中结合使用暖白光和冷白光LED灯串，可以模拟住宅和零售环境中室内照明的日光条件。TIDA-01096专用于这一应用领域，并使用若干高级元器件在广泛的工作条件下实现98％的效率。该参考设计旨在用作一个互联LED驱动器，其中一个主要差异化特性是其连接性，它采用智能蓝牙的形式。此功能完全集成到设计所选的MCU中，由TI另外开发的软件资源提供支持。该功能连同设计中的其他主要元器件提供了一系列“智能”特性，如调光、色温调节和日光收集。由于该设计旨在控制LED灯串以模拟日光，因此也可以用于创造经证明具有健康保健优势的昼夜节律。对于LED产生不同级别输出的功能，其使用需要一个集成式解决方案。其中一种产品是具有集成模拟电流调节的TPS92513/HV1.5A降压型LED驱动器—参考设计中的主要元器件之一。当与SimpleLinkCC2650多标准MCU结合使用时，它可为开发从稳压DC电源运行的智能LED照明系统提供完美的平台。在设计中加入其他元器件后就形成了完整的原理图，如下所述。TPS92513/HVLED驱动器专为一系列高功率照明应用（包括街灯、应急照明以及工业和零售照明）而开发，但同样适用于小型家电。除了为模拟和PWM控制信号提供输入外，它还具有集成的N通道高压侧MOSFET。图2显示了如何使用该器件的简化原理图。在参考设计中，使用了两个器件来驱动两个LED灯串。在此拓扑中，可以通过使用外部振荡器来超控每个器件的内部振荡器，从而实现器件的同步。使用相同的时钟源操作多个器件可避免在不同灯串上的LED之间产生不良影响（如频率跳变），还可帮助最大限度地降低设计的整体EMI。功能框图如图3所示。同步是通过对RT/CLK引脚（引脚5）施加一个介于300kHz和2MHz之间的方波来实现的。内部MOSFET的源位于引脚10上，标记为PH。它的上升沿与RT/CLK信号的下降沿同步。在参考设计中，可通过三种方式来实现调光：通过改变IADJ引脚（引脚6）上的模拟输入；采用数字方式对PDIM引脚（引脚4）施加PWM信号；或两者之组合。所有控制信号都由SimpleLinkCC2650MCU产生（见图4）。由于模拟调光更有效，参考设计通过使用低通滤波器传递PWM信号来生成模拟信号，然后将其作为PWM信号的模拟平均值应用于IADJ引脚。该参考设计还支持模拟/PWM调光控制组合，并支持同时使用模拟和PWM方法的无闪烁低LED电流调光。SimpleLinkCC2650无线MCU与LED驱动器紧密协作，提供了两个关键功能：驱动器的控制信号，以及以无线方式影响这些信号的功能。这样，便可以从智能手机上运行的应用程序中调节光输出或色温，或者允许BMS将灯关闭、打开、调亮或调暗—可能使用语音指令。当使用互联系统时，这种可能性仅受限于想象力。由于SimpleLinkCC2650是一种多标准的无线MCU，因此可以支持蓝牙、ZigBee和6LowPAN。强大且高效的ARM®Cortex®-M3内核可以容纳与高层所选协议栈（在使用CC2650时，蓝牙和ZigBee堆栈由TI免费提供）同时运行的用户应用程序。该器件的射频部分还集成了一个用于处理大部分堆栈的ARMCortex-M0内核，以及基带和模拟前端之间的接口。它使用API连接到主CPU，旨在进一步简化设计。除了LED驱动器和无线MCU之外，参考设计还包括OPT3001数字环境光传感器，这是一种与人眼的光谱响应高度匹配的光学传感器。在参考设计中包含这种传感器支持以下使用实例：调节光输出以提供适合人类视觉的环境。设计中包含与LED散热器连接的LMT84模拟输出温度传感器，可避免热击穿。图5显示了如何使用与SimpleLinkCC2650LaunchPad配对的TIDA-01096来配置基于参考设计的LED照明解决方案的硬件。该项目的固件是由TI作为代码调试器项目开发的，可根据要求提供。总结固态照明有可能彻底改变我们对家庭、办公室、工厂、交通枢纽和公共场所的照明方式。与现有的照明技术相比，它提供了显著的成本优势。半导体制造商对此进行了大量投资，现在有许多产品可以帮助工程师设计优化的解决方案，以最大限度地利用LED照明的潜力。为此，以有线或无线通信的形式添加连接功能的做法日益流行。开发一个包括无线连接的全功能、可调LED照明解决方案涉及两个可能难以应对的设计挑战，但随着相关开发平台和参考设计（如本文中所介绍）的出现，现在应对这些挑战比以往更容易。

了解DC-DC降压转换器电路的最佳布局规范。在实现DC-DC降压转换器时，电路布局与设计同样重要。布局不良会严重降低设计效果。本文将介绍一些最佳布局实践。良好电路布局的目标这里有一些良好布局的目标要记住。控制辐射和感应噪声减少电路不同部分之间的干扰减少电路面积有效的热管理改善了电压调节和电路效率避免额外的“创可贴”电路，如缓冲器增强稳定性注意：不要对这些关键路径使用自动布线-手动布线和设计。功率转换器电路中的电流环路功率转换器电路产生大电流，在不同的相位，在两个主回路中循环：关断状态和导通状态，具体取决于MOSFET开关的状态（见图1）。这些循环的3D几何形状很重要。根据安培定律，在物理环路中运行的电流将形成与电流和环路面积成比例的磁场。然后，根据法拉第定律，该场可以与其他电路环路耦合，在较高频率处具有更多耦合，从而导致有害的串扰。因此，一般的思维方式应该是最小化这些循环的封闭区域。一种直接的方法是使返回路径尽可能与出站路径共线。想象一个环形天线压扁到一条垂直线-它将不再是一个天线。这就是我们将导线绞合在一起以消除耦合噪声的原因。返回路径注意，如果给定无限接地平面，返回电流自然倾向于直接集中在出站电流之下（见图2）。我们应该从大自然中汲取这种暗示，提供自然的回归路径;否则，将引入一个循环并辐射。电路板的期望结果将是出站和返回电流以有序的已知路径运行。通常，电路具有多个接地平面：例如，模拟，数字和电源。虽然多年来传统观念已有所不同，但如果提供这些自然回路，我们就不需要划分地平面。实际上，如果计划外的返回电流必须绕过很长的路径，分区会使事情变得更糟。除智能分区之外的自然电流路径可能是最佳解决方案。最佳实践当然，关键考虑因素是电源轨进入或源自电路板的位置。如果这些考虑因素在设计师的控制之下，那么应该选择那些以促进良好的布局。请注意，相同的环路原理也应该应用于MOSFET栅极驱动器，因为它也具有大的尖峰电流。为了进一步控制辐射发射，“20H规则”规定，对于间距为H的层，我们要保留距离电路板边缘至少20H的所有迹线。通常需要使用电源过孔将电源路径推送到其他层以获得紧凑的布局-你只需像电源路径中的任何其他元件一样管理这些过孔的效果。电感，电阻和过孔总数都会影响路径性能。敏感控制电路需要清洁接地。如果我们通过控制器共享的返回路径发送大的脉冲功率返回电流，将产生电压尖峰，这将扰乱控制器的接地，将噪声注入控制电路，这是非常不希望的。我们使用星形接地来避免这种情况（参见图3）-保持返回路径不共享和分离。在绕过IC的电源电压时，始终首先为高频元件提供接近优先级。避免过孔并直接连接到IC引脚。考虑IC制造商的示例布局，如评估板，作为指导。但是，请记住，电路板可能具有与你的不同的堆叠和设计目标-例如，实现最佳热性能而不利于其他参数。对于电源走线，必须设计宽度，长度和厚度以限制电压降和走线电感。在今天的低输出电压下，电压降比以往任何时候都重要。我们需要引导我们的另一个主要规律是电容耦合-彼此接近的两个板（电路节点）将与板面积和它们之间的距离成比例地耦合，在更高频率和更高接收节点处具有更多耦合阻抗。例如，通过将检测引脚连接到输出来实现电压反馈，并且该信号应该远离开关节点和电感器等噪声源。感测引脚节点是高阻抗的，因此更容易受到电容耦合的影响-保持它尽可能小并与噪声源隔离。干预DC平面也可以减少耦合。具有高dv/dt瞬变的节点（如开关节点）需要保持较小且隔离，同时仍保持足够的电流容量，因此它们不会成为噪声源。如果一个电源轨有多个负载点，则会有一个必要的感测点放置折衷-你可以优先考虑一个负载或集中放置。如果传感信号是差分的，那就很好，但它应该像传输线一样路由。在IC附近放置任何感应电路电阻。板子应该有多少层？更多的层意味着更多的布线空间，更多的电源和接地层可以提供屏蔽，但也有更多的过孔和更多的成本。对于现代转换器IC，你应该至少有四层。此外，层数通常不受电源设计者的控制，由其他考虑因素决定。通常，你拥有的图层越少，获得有效布局所需的创意就越多。散热考虑因素布局也受热考虑因素的驱动，最明显的是IC和MOSFET的导热垫，大部分热量通过导热板传导到电路板然后辐射到空气中。需要考虑导热垫的尺寸和层数，过孔数，最大环境温度和可用气流。最终，MOSFET可能需要外部散热器。数据表至少有一个热量示例，你可以使用它来指导你的散热设计。此外，请务必了解是否要电连接IC焊盘-数据表中并未总是指定。如果你有空间，一个很好的技巧是将焊盘延伸到顶层IC的边缘之外，为你提供一个加热它的位置，使IC更容易提升。

工业电源需要在广泛的工作条件下高效，可靠和灵活。第一个标准之一是效率。低散热性能提高了效率，使系统能够放弃风扇并使用自然冷却方法令人满意地运行。这有助于实现高系统效率和可靠性，同时降低系统成本。实现可靠性和灵活性的其他因素是宽输出范围，具有恒定电流（CC）/恒定电压（CV）模式和过载能力，可以满足更多负载类型和操作条件，而无需复杂的电路和额外成本。即使在特殊的过载条件下，具有过载能力的电源也可以提供足够的功率而不会发生故障，从而进一步提高了电源和负载的安全性。在本博客中，我将讨论设计工业AC/DC电源时的三个重要考虑因素-通过CC/CV环路实现高效率，宽输出范围和过载能力。高效率有许多选择，在尝试在其工作范围内实现电路的高效率时，拓扑和控制器的选择至关重要。转换模式功率因数校正（PFC）具有降低开关损耗的优点，因为在所有工作条件下金属氧化物半导体场效应晶体管和整流二极管都存在零电流开关（ZCS）。ZCS软开关可以消除整流二极管的反向恢复。TI的UCC28056PFC控制器还具有谷值同步开启功能，可进一步降低开关损耗。对于DC/DC级，电感-电感-电容（LLC）拓扑结构因其软开关特性而成为首选;TIUCC256301LLC控制器还具有提供效率优势的控制技术。基于这些拓扑和控制器，“94％峰值效率，150W标准，240W峰值工业AC/DC电源和CC/CV参考设计”在230VAC时峰值效率超过94％，峰值效率高于92.5％115VAC，使系统无需强制冷却即可工作。此外，该设计使用UCC24624输出同步整流器和控制器来降低输出整流器损耗并提高整体高效运行能力。图1显示了参考设计的效率曲线。具有CC/CV环路的宽输出范围宽输出电压可调节，使设计适用于许多不同的工业应用，这些应用具有灵活性，通用性和适应性，可延长使用寿命。通过改变可变电阻，可以根据不同的负载条件调节输出电压。通过CC回路和CV回路，该设计还可以适应电池充电器应用和LED应用。当充电器工作在CC模式时，输出电压随电池电压逐渐升高。电池电压范围很宽，因此电池充电器必须满足条件。LED应用的输出条件类似。输出电压随不同数量的LED而变化。为实现宽输出范围，LLC的谐振回路计算至关重要;您需要确保电路在最大输出和最小输入条件下不进入电容区域。您还需要在谐振频率附近选择合适的频率区域，以便在很宽的工作范围内实现LLC的高效率。您可以使用我们的TL103W运算放大器实现CV/CC反馈，该运算放大器集成了双运算放大器和内部参考电压，如图2所示。过载能力短时过载能力是常见的工业电源设计要求。过载能力可以使系统在某些过载条件下运行而不会发生故障。我们的参考设计可以提供1.6倍的额定负载，持续3秒。为了实现过载能力，需要根据最大负载计算PFC电感;否则，它无法提供必要的电力。此外，LLC的谐振回路参数需要防止系统在最差工作条件下以最大输出功率进入电容区域。在电容区域工作可能会对主开关造成严重损坏，因此UCC256301具有ZCS避免功能，可防止系统进入电容区域。图3显示了参考设计的短时过载能力。结论总的来说，该参考设计有助于实现工业电源的高效率和可靠性。通过我们的控制器和使用的拓扑结构，该设计可以帮助您在许多工业应用中实现关键优势。文章来源网络

easySwitchBox做了一件简单的事情-它将开/关信号发送到任何继电器，执行器或其他项目。它可用于无线地从远处触发任何事件（使用LoRa®甚至可达数公里）。使用ArduinoIDE进行编程很容易，通过认证芯片保证通信。easySwitchBox不仅使你的项目更有效，而且看起来更专业。功能和规格IDE控件：与ArduinoIDE完全兼容ArduinoProMini@8MHz兼容所有可用的RFM69\95兼容开源库无线电收发器：提供三种收发器选项HopeRFRFM95LoRa®433/868/915MHz（远程版）HopeRFRFM69-HCW433/868/915MHz（中档版）HopeRFRFM69-CW433/868/915MHz（低功耗版）安全性：板载Atmel/MicrochipATSHA204A加密认证芯片提供安全的握手天线：焊接到主板上的调谐PCB天线选项915MHz-美国，加拿大，澳大利亚868MHz-欧洲433MHz-欧洲接口：类似于高品质家用开关的长期柔软触摸按钮每个按钮都有一个内置LED，用于确认消息传递电源：使用两节CR2032纽扣电池板载纽扣电池座反极性保护高效电源转换器电池每天使用可持续长达两年安装：提供两种安装选项背面预先涂上胶带拧紧后板上的孔开源硬件：满足你的所有黑客需求ArduinoNano无线扩展板一些easySwitchBox套件附带ArduinoNano无线扩展板，可让你使用ArduinoNano轻松接收来自easySwitchBox的信号。包含Atmel/MicrochipATSHA204A加密认证芯片（easySwitchBox也是如此）有一个用于天线的SMA连接器（包括天线）具有用于无线电和闪存的板载5V至3.3V电平转换器配有microSD卡插槽无线电收发器选项电池寿命（基于每天20次按压）距离SwitchBoxRFM95LoRa0.5-4年，取决于调制解调器配置*高达1000-2000米SwitchBoxRFM69HCW1-2年高达650米SwitchBoxRFM69CW4-5岁高达350米*电池寿命取决于调制解调器的带宽配置，扩频因子和编码率品质和多功能性RFM95具有数英里的覆盖范围。RFM69非常适合室内使用（例如：RFM69CW可以轻松覆盖大型5层建筑）。由于easySwitchBox与ArduinoIDE100％兼容，所以喜欢Arduino的人都可以在他们的项目中使用它。easySwitchBox还附带了示例代码，以帮助你入门。易于编程easySwitchBox有开源硬件和软件部分,该项目基于流行的RFM69/95无线电。RFM433/868/915MHz无线电有许多开源驱动程序和软件可供使用。它易于编程，使用流行的ATmega328P，兼容ArduinoIDE。安全功能为了增强安全性，easySwitchBox提供了使用安全握手的选项，由Microchip/AtmelATSHA204A加密认证芯片提供支持。专业外壳外壳极简，时尚，干净而专业的案例将提升任何项目，它还使用提供的双面胶带或螺钉穿过背板。比较文章来源网络

由电池供电的便携式电子产品一般都采用低电源电压，这样可减少电池数量，达到减小产品尺寸及重量的目的，故一般常用3～5V作为工作电压，为保证电路工作的稳定性及精度，要求采用稳压电源供电。若电路采用5V工作电压，但另需一个较高的工作电压，这往往使设计者为难。本文介绍一种采用两块升压模块组成的电路可解决这一难题，并且只要两节电池供电。该电路的特点是外围元件少、尺寸小、重量轻、输出+5V、+12V都是稳定的，满足便携式电子产品的要求。+5V电源可输出60mA，+12V电源最大输出电流为5mA。该电路如上图所示。它由AH805升压模块及FP106升压模块组成。AH805是一种输入1.2～3V，输出5V的升压模块，在3V供电时可输出100mA电流。FP106是贴片式升压模块，输入4～6V，输出固定电压为29±1V，输出电流可达40mA，AH805及FP106都是一个电平控制的关闭电源控制端。两节1.5V碱性电池输出的3V电压输入AH805，AH805输出+5V电压，其一路作5V输出，另一路输入FP106使其产生28～30V电压，经稳压管稳压后输出+12V电压。从图中可以看出，只要改变稳压管的稳压值，即可获得不同的输出电压，使用十分灵活。FP106的第⑤脚为控制电源关闭端，在关闭电源时，耗电几乎为零，当第⑤脚加高电平》2.5V时，电源导通；当第⑤脚加低电平文章来源网络

设计电路时，有时候会发现电路板上的芯片突然有微微烧焦的气味，这有可能是反向电流的恶作剧。特别是设计便携式的电子产品，如果一不小心，电池的反向连接对便携式产品可以是致命的，会有损坏电路或电池本身的危险。下图就是由于反向电流通过元器件，导致电路板上的元器件烧毁。因此，为了防止反向电流的突袭，除了可以使用机械式保护来确保电池的正确极性的连接外，反向电流保护的电路设计也不容忽视喔。在电路设计方面，我们可利用以下3种常见的方法来可以防止反向电流-二极管、MOS管和负载开关。二极管利用二极管是最简单且最便宜的反向电流保护方法，常见例子是使用二极管与电池串联连接一起。在选择二极管时,以下一些参数需要特别留意：最高反向工作电压加在二极管两端的反向工作电压高到一定值时，管子将会击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压。例如，1N4001二极管反向耐压为50V，1N4007的反向耐压为1000V。因此，使用时应避免二极管外加的反向工作电压过高。反向电流反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。反向电流与温度密切相关，大约温度每升高10℃，反向电流有可能增大一倍。硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定。反向恢复时间从正向电压变成反向电压时，电流一般不能瞬时截止，要延迟一点点时间，这个时间就是反向恢复时间。它直接影响二极管的开关速度。比如我们以Digi-Key的网站为例，可以根据不同二极管类型及设计参数的要求，筛选合适的二极管。但是使用二极管也有缺点，就是输入大电流的情况下对功耗影响会非常大。例如流通的电流额定值达到2A时，对于大部份常用的二极管来说，它们的正向压降将Vcc的限制在0.6V-0.8V。那么功耗（Pd）至少也要达到：这样大大增加了系统总体的功耗，效率也会降低。因此有些设计人员宁愿选择肖特基二极管以减少正向压降，但需要注意的是：它们较昂贵，而且会有较多的反向电流泄漏的问题。MOS管(MOSFET)由于MOS管的内阻很小，一些MOS管的Rds（on）已经能够做到毫欧级，可以解决了基于二极管的反向电流保护方案中存在的压降和功耗过大的问题。如下所示，利用2个MOS管背靠背地连接是一个不错的解决方案。当2个MOS管关闭，它们可以阻断两个方向电流的流通。与二极管的解决方案相比，MOS管可以支持更低的电源压降供应给负载。但是，如果要实现这种方案，需要多个元器件配合，使得电路会在电路板上占用更多的空间。负载开关与MOS管一样，负载开关可在关闭时阻止两个方向上的电流（如下图设计）。如TI的TPS22963C负载开关，是一个小型集成封装，其拥有一些基本功能：输入电压、输出电压、开关和接地。这样的设计，大大减少了电路在电路板上占用的空间和BOM数量。利用TPS22963C可以保护电路免被反向电流侵袭。当ON引脚关掉器件，并且VOUT被强制为外部电压输出后，只有非常少量的电流将从VOUT流向VIN。总结拒绝反向电流损害，可以使用以下三种方法，大家可以根据自己的需要进行选择二极管MOS管负载开关文章来源网络

激光雷达(LiDAR)是一种测距技术，近年来越来越多地用于汽车先进驾驶辅助系统(ADAS)、手势识别和3D映射等应用。尤其在汽车领域，随着传感器融合的趋势，LiDAR结合成像、超声波、毫米波雷达，互为补足，为汽车提供全方位感知，为迈向更安全的自动驾驶铺平道路。安森美半导体提供这全系列传感器方案且技术遥遥领先，在单光子雪崩二极管(SPAD)和硅光电倍增管(SiPM)传感器技术是市场领袖之一，提供完整的LiDAR方案，包括系统、传感器、输出和激光驱动器方案。安森美半导体完整的LiDAR方案1个LiDAR系统有6个主要的硬件功能块：传输、接收、光束转向、光学器件、输出和电源管理。典型的LiDAR系统框图如图1所示。其中，安森美半导体可提供SiPM/SPAD、激光驱动器参考设计、电源管理、放大与处理以及时序、直方图、点云生成乃至系统等。成熟的模拟SiPM产品有C系列、J系列、R系列。系统有SiPM阵列扫描LiDAR演示仪（超过100m扫描距离）、把SiPM与图像传感器融合的FUSEONE、最新的400x100SPAD阵列Pandion。图1：典型的LiDAR系统框图什么是SPAD、SiPM和ToFSPAD是一种工作在盖革模式(GeigerMode)的光电二极管，就像光子触发开关一样，处于“开”或“关”状态。SiPM是由多个独立的SPAD传感器组成，每个传感器都有自己的淬灭电阻，从而克服单个SPAD不能同时测量多个光子的不足。飞行时间(ToF)指给目标发送光脉冲然后传感器接收从目标返回的光所需的时间。通过光速和ToF，可计算出目标距离，概念很简单，但却受到现实世界诸多挑战，包括苛刻的环境如光照条件、低反射率目标及长距等。目前共有两种ToF测量技术：单激光脉冲法和多激光脉冲法。单激光脉冲法指每次测量单个脉冲返回的时间，要求高的信噪比(SNR)。多激光脉冲法指每次测量多个脉冲返回的时间，通过直方图数据来获得距离，若提高SNR可实现更远距离的探测。ToFLiDAR可用于许多应用，如机器人、无人机、工业、移动、汽车ADAS和自动驾驶及增强实境(AR)/虚拟实境(VR)等。SiPM和SPAD正成为新兴的LiDAR探测器SiPM和SPAD可探测距离超过200m、5%的低反射率目标，在明亮的阳光下也能工作，分辨率极佳，且尽可能小的光圈和固态设计实现紧凑的系统集成到汽车中，并极具成本优势，正成为新兴的LiDAR探测器。汽车LiDAR传感器要求1.严格的一致性由于SiPM/SPAD工作在盖革模式下，所以很难控制产品的一致性。安森美半导体是目前全球真正有能力大批量量产SiPM产品的供应商，其提供的数百万传感器的电压和增益非常一致，易于系统校准和降低制造成本。2.符合车规（IATF16949、AECQ102、-40至1050C工作温度、符合PPAP）安森美半导体在汽车生产方面积累了多年的专业经验，有非常完善的车规产品的质量监督和控制体系，从一开始设计就考虑了汽车认证去设计传感器和封装。3.在905nm处高的光子探测率(PDE)安森美半导体的SiPM如今具有同类最佳的PDE，超过12%，2020年将达30%。4.高增益SiPM的增益是雪崩光电二极管(APD)的1万倍，是PIN二极管的100万倍，串扰SiPM阵列扫描LiDAR系统该SiPM阵列扫描LiDAR含16个905nm激光二极管、1个用于光束转向的机电旋转镜、安森美半导体的单片1x16SiPM阵列和处理电子器件，视场角(AoV)80°x5.53°，脉宽1ns，系统峰值功率400W，系统尺寸22cmx18cmx13cm。这系统采用1D阵列同时采样多个垂直点，并结合水平单轴扫描，可获得视场的完整图像，实现长距低反射率目标的实时成像。FUSEONE系统：融合图像和LiDARFUSEONE结合200万像素汽车级图像传感器和基于SiPM的闪光LiDAR，通过软件应用程序融合摄像机和LiDAR，获得目标距离、移动速率等数据，高灵敏度的SiPM探测器和幻影智能算法实现增强的距离能力。由于无需机械式的雷达扫描，FUSEONE极具成本优势。该系统采用8个SiPM和2个905nm激光二极管，脉宽20ns，峰值功率80W，接收器光路径采用43nm带通滤波器，XilinxFPGA用于边缘处理全波形采集，AoV为25°x3.6°，在户外20klux的光照条件下，行人检测达45m，汽车检测达85m。PandionSPAD阵列实现长距扫描LiDAR400×100SPAD阵列具有CMOS逻辑器件，阵列尺寸14mm×3mm，像素间距38.6um，采用卷帘快门读出（100通道并行读出），被动淬灭主动复位(PQAR)特性可获得图2：Pandion探测不同距离不同反射率的目标图3：Pandion采用光子计数获得的强度图像图4：Pandion在微光水平下的强度图像总结SiPM和SPAD技术是实现LiDAR系统中接收器功能的关键，基于盖革模式雪崩原理，实现紧凑、高增益的传感器，安森美半导体是这些技术的市场领袖，提供完整的LiDAR方案，包括SiPM传感器、SiPM阵列扫描LiDAR系统、融合SiPM闪光LiDAR和图像的FUSEONE系统以及PandionSPAD阵列，具有强固、性价比高、符合车规等优势，并积极研发创新，同时为设计人员提供广泛的现场应用支援、相关的应用注释和视频库、产品演示系统、经验证模型的仿真数据等，解决设计挑战和推动创新。文章来源网络

数字电源转换极大地降低了产品设计人员的设计风险，并增加了设计灵活性。图1显示了数字电源转换器的基本功能块，有了这些功能块就可以通过编辑参数来调节如输入、输出电压和电流限值之类关键设置，从而避免了因修改参数而必须重新焊接模拟替代元器件的需要。作为与转换器寄存器进行交互的方式，PMBus规范提供了一个便利的平台。PMBus从流行的系统管理总线(SMBus)规范发展而来，因此依赖包含控制、数据和时钟信号的I2C总线物理连接。当然，相比SMBus和I2C，PMBus具有大量增强功能，如超时功能带来的额外强大性能，以及错误检查和故障处理功能，以降低噪声灵敏度。PMBus是数字电源时代的自然产物，适合与所有类型的数字转换器通信，包括像中间总线转换器(IBC)和非隔离式负载点转换器这样的AC/DC前端电源、隔离式DC/DC稳压器。诸如MurataD1U54P-W-650-12-HBxC系列AC/DC前端转换器或CUINDM2Z-25负载点(POL)转换器之类器件，带有集成PMBus端口，允许设备直接连接到总线，从而实现与主机控制器的信息交换。这可以是外部系统，如自动测试设备(ATE)或提供一个GUI来配置和监控电源元件的PC软件，或者是能实时管理电源的嵌入式控制器。另一方面，还有大量符合PMBus规范的电源管理IC(PMIC)，如MaximMAX34451，它们能连接到PMBus，并能监控多个转换器。图2所示MAX34451能支持16个通道的电压或电流监控、12个通道的定序和裕量管理，以及多至5个温度传感器。电流监控可以通过如AllegroMicrosystemsACS723隔离式电流检测IC之类设备来实现。PMBus规范旨在最大限度地提高用户的灵活性。为此，符合规范的设备必须能够在没有PMBus控制器的情况下独立启动，并能够自动加载默认设置；设备可以通过PMBus配置一次，然后在整个设备生命周期一直运行下去，或由系统软件实时管理。若需要，远程更新也可在现场进行，以帮助降低设备拥有成本。该规范定义了大量指令，以便让主机与连接的设备交互。但是，这些设备不一定要支持所有指令才会被认可为PMBus兼容。当选择设备时，检查支持的指令集很重要。另一方面，规范允许厂商创建特定指令，例如控制给定设备的特有或差异化的功能。值得注意的还有主机通知功能，它允许连接的设备警告控制器需要注意的问题。虽然许多设备都支持该功能，但对于PMBus设备，该功能是可选的。PMBus配置和测试指令电源设计平台，如TexasInstruments的WEBENCH或LinearTechnologyLTpowerPlay™，在开发和生产期间为工程人员提供一种便利的与数字电源交互的方式，以执行设置和基本测试。某些最基本的指令用于打开和关闭设备，以及执行裕量测试。裕量测试指令VOUT_MARGIN_HIGH和VOUT_MARGIN_LOW提供了一种快速简单的方式，来验证系统是否能在整个制造公差范围内可靠运行。OPERATION指令指示转换器启动、停止或将输出电压更改到要求的裕量电压。ON_OFF_CONFIG指令确定转换器启动或关闭的条件。它可配置成在供电后立即启动、或者等待另外的信号。类似地，转换器可能需要立即关闭，或者经过延迟后再关闭。TON_DELAY、TON_RISE、TOFF_DELAY和TOFF_FALL等指令控制对启用/禁用信号的响应时间长度以及输出的上升或下降速率。这可用来管理多电源轨系统中的转换器定序。此外，还有大量更改和校准输出电压的指令，包括VOUT_COMMAND、VOUT_TRIM和VOUT_CAL_OFFSET。设计人员还可以利用一些指令来帮助在板载非易失性存储器上存储参数和防止转换器应用不当设置。这些指令包括STORE_DEFAULT_ALL、RESTORE_DEFAULT_ALL、STORE_DEFAULT_CODE、RESTORE_DEFAULT_CODE、WRITE_PROTECT和PHASE。PHASE可用于确保多电压轨或多相系统中的转换器对正确的指令作出响应。转换器配置的另一个重要方面是确定检测到故障时的响应。根据系统或应用的类型或者存在问题的电压轨，处理过流或欠压等故障的适合方式可能是等待一段时间再关闭，或者关闭并尝试重启特定次数，或者立即关闭且不再采取任何措施。诸如IOUT_OC_FAULT_LIMIT、IOUT_OC_FAULT_RESPONSE、VIN_UV_FAULT_LIMIT、VIN_UV_FAULT_RESPONSE、OT_FAULT_LIMIT和OT_FAULT_RESPONSE之类指令可让用户灵活地选择故障管理选项。若选中的配置需要用户交互才能重启转换器，则CLEAR_FAULTS指令提供重置故障状态寄存器位的方式，以便可以开始重启。系统诊断支持数字电源和PMBus通信的组合简化了系统设计人员和厂商的工作，具有诸多优势，如更短的设计周期、更轻松地执行严格的测试例程，以及允许在生产线上对各装置针对特定应用或市场进行自定义，从而实现灵活的产品管理。PMBus还提供许多方式来帮助管理和维护现场部署的系统。这些指令提供了监控转换器状态和收集遥测数据的方式，收集的数据可用于监控系统健康、支持预测性维护。遥测指令包括READ_VIN、READ_VOUT、READ_IIN、READ_IOUT、READ_TEMPERATURE、READ_DUTY_CYCLE、READ_PIN和READ_POUT。对于状态报告，STATUS_BYTE指令可检查八个最关键的电源转换器故障的状态标记。STATUS_WORD是一个16位的状态字，不仅含有八个STATUS_BYTE标记，还有另外八个状态标记，包括其他故障或警告、以及一个电源不良标记。这两个指令允许系统快速有效地检查转换器状态。STATUS_BYTE尤其有效，即使当总线上出现大量其它流量时，也可对重要指标进行检查。若发现其中一个状态标记指示故障，系统可以查询相关寄存器的完整内容，以获取更多信息。图3详细说明了状态字节和状态字的内容及其相关寄存器。性能和效率的动态优化可以说，对于当今追求利用数字电源的设计人员而言，最令人兴奋的机会之一就是能使用PMBus通信功能提高系统性能和效率。数字控制的灵活性，结合厂商特定PMBus指令的其它功能，现在允许在运行过程中应用优化的反馈回路参数，或者甚至在负载电容已知后计算系统中的这些参数。这与固定参数的传统电源模块形成对比，后者只能针对较小范围的负载电容较好地工作。超出此范围的负载会导致性能下降，或者转换器反馈回路变得不稳定。此外，最佳能效电压调节可通过PMBus指令有效解决。最新版PMBus1.3规范引入了对电压调节支持的重要扩展。在负载点转换器为微处理器或FPGA供电的情况下，动态电压调节(DVS)就是一项成熟的技术，允许负载设备对核心逻辑发出较低供电电压的指令，从而在需求降低时节省电能。DVS是一项开环技术，处理器可以通过它按需更改操作频率，并可参考查询表，从转换器请求适当的供电电压。最新的PMBus规范允许设计人员利用自适应电压调节(AVS)实现更精确的工作电压优化。因为AVS用实时反馈来连续更新请求的电压，任何过程相关的影响因素和依赖温度的变化也纳入了考虑范围。这有助于进一步减少工作电压裕量和整体能耗。相比固定电压方案，AVS可以降低高达40%的能耗。PMBus1.3中引入的AVSBus支持规定了转换器和由AVS_Clock、AVS_MData及AVS_SData信号组成的负载之间的三线点到点连接。这是不同于PMBus的额外链接，它在高得多的50MHz频率下工作（PMBus1.2及以上版在1MHz下工作），因此允许电压在640ns内更新，以响应不断变化的负载需求。结论PMBus正日趋广泛地用于辅助设计和生产，并且该规范还在继续发展，以获取更多改进并加入其它特性。该规范提供了多种基于PC的设计和配置工具，便于使用PMBus指令与数字电源转换器进行交互。各种各样的指令为应用软件提供了与电源模块广泛交互的机会，从而实现实时功率输出监控和调节，并因此而优化系统的能效和可靠性。PMBus规范所包含的新特性，例如允许支持自适应电压调节的AVSBus，使PMBus能够在其整个工作寿命中帮助优化和维护设备，并发挥越来越重要的作用。文章来源网络

太阳能光伏逆变器是利用太阳辐射直接产生的电能绝大部分来自太阳能光伏(PV)电池，它将光子能量转换成电子流，进而形成电流。图1所示为大型光伏发电设备的航拍照片。图1.亚利桑那州尤马县太阳能光伏发电设备太阳能光伏(PV)逆变器转换来自太阳能电池板的电能并高效地将其部署到公用电网中。来自太阳能电池板的直流电（类似于直流电流源）会被转换成交流，并以正确的相位关系馈送到公用电网上，效率高达98%。PV逆变器转换过程可以分为一级或多级。第1级通常为从构成太阳能电池板的低电压高电流太阳能电池到与电网交流电压兼容的高电压低电流水平的DC/DC转换。根据具体拓扑结构，如果直流端以串联方式连接有足够多的太阳能电池，那么可能无需该级，便可确保所有负载条件下均具有稳定的高电压。在第2级中，通常利用H桥拓扑结构将直流转换成交流。PV逆变器设计可能会使用中性点箝位(NPC)等H桥变体来提高功效，并降低系统无功功率。早期太阳能PV逆变器只是将电能转储到公用电网的模块。较新设计则强调安全性、智能电网整合并削减成本。设计人员正在考虑采用现有太阳能逆变器模块中未使用的新技术来改善性能和降低成本。一个关键因素是基于计算机的仪器仪表和控制，但必须使用隔离栅来保护测量和计算电路，使其不受功率处理电路以及开关所引起的瞬态信号影响。本文将讨论iCoupler®隔离技术如何利用ADI公司的隔离式模数转换器(ADC)和栅极驱动器来降低太阳能PV逆变器的成本、增加智能电网整合度并提高其安全性。智能电网什么是智能电网？IMSResearch将智能电网定义为"一种自身能够高效匹配和管理发电和用电并可最大程度地利用各种可用资源的公用供电基础设施"。这意味着新一代太阳能PV逆变器需要更加智能，以便与智能电网连接，尤其是处理多个来源供电大于电网所需电能时出现的不平衡情况。因此，PV系统智能需要重点关注电网整合，其中贡献系统电能的每个方面必须相互配合，以稳定电网，而不是简单地开环供电。电网整合要求更好地对馈入电网的电能进行测量、控制和质量分析。此外，新指令和更高的技术要求也需要新技术。因此，智能电网整合的一项重要局部特性可能是储能，即通过将不需要的电能储存起来供高峰时段使用，从而减少电网中的湍流。本文余下部分将重点讨论电气隔离在保护仪器仪表电路（用于测量和控制来源、互连和储能元件）上的作用，并首要强调iCoupler技术的重要作用。具体而言，AD7401A隔离式ADC和ADuM4223隔离式栅极驱动器可提供满足新型太阳能PV逆变器设计要求的性能。隔离技术在iCoupler技术中，变压器会在两个单独供电的电路之间耦合数据，同时避免这两个电路之间存在任何电流连接。变压器采用晶圆级工艺直接在片内制造。位于镀金层下方的高击穿电压聚酰亚胺层将上方线圈与下方线圈隔离开来。利用1ns脉冲编码的输入逻辑转换送至变压器的原边。从一个变压器线圈耦合到另一个变压器线圈的脉冲由变压器副边上的电路来检测。隔离式ADC图2显示的是一对与简介中所述类似的太阳能PV逆变器。它们接到与电网相连的电源总线，可以单独地进行测量和开关。每个太阳能电池板均连接到其DC/DC升压电路，然后连接到DC/AC逆变器。（使用时，储能电池的连接和开关均受控制。为了简便起见，本文忽略了关于储能的所有讨论内容。图2.太阳能PV系统示例A数字信号处理器负责控制该过程。AD7401A隔离式ADC测量约为25A的交流输出电流。太阳能PV逆变器系统可能在输出端连接有隔离变压器，也可能没有。如果为节省成本而省略该变压器，太阳能PV逆变器还必须测量输出电流的任何直流成分。该"直流注入"存在与否及其幅度是一个关键问题，因为如果注入电网的直流电流过多，则可能导致其路径上的所有变压器发生饱和。该值必须限制在很低的微安范围内；因此，AD7401A必须测量25A左右的交流电流和毫安范围内的低直流电流。AD7401AiCoupler隔离式Σ-∆调制器ADC对分流电阻上的电压进行连续采样，如图3所示。其输出为1位数据流，该数据流会被隔离并直接馈入DSP。输出流中1的密度代表输入幅度，可利用DSP中实现的数字滤波器来重构。图3.隔离式AD7401AADC太阳能PV逆变器系统中需要隔离，主要原因是交流电网上的高电压。即使是在单相系统中，交流电压也可能高达380V。AD7401A的隔离能力能够处理高达561V的双极性电压，因此非常适合该应用。采用AD7401A的主要优势之一是其小型封装允许ADC非常靠近实际的交流分流电阻，而DSP可能相距较远，甚至可能位于系统的其它电路板上。这可以提高测量和控制系统中的数据精度和可靠性。ADC输出数据通过单个位流以串行方式发送至DSP，其中时钟速率为16MHz并由DSP提供。这个系统可以测量高达25A的交流电流和较低微安范围内的直流注入。图4展示的是AD7401ASMS太阳能模块的失调和线性误差。这表明整个温度范围内分流电阻上的失调电流范围为±20mA。因此，该模块可以利用单个解决方案测量低至20mA的直流注入以及25A（或以上）的系统电流。电流变压器及其它类型的测量系统可能需要两个器件，一个用于测量较大的交流电流（25A左右），一个用于测量较小的直流电流（300mA左右）。这是显示iCoupler技术如何降低智能电网整合成本的一个例子。为将分流电阻上的功率损耗（以及因自热效应而导致的热误差）降至最小，其电阻值必须尽可能小，典型值为1mΩ。Σ-∆型转换器的极高分辨率使得可将分流电阻损耗保持在与传统磁换能器解决方案同等水平，同时提高精度并降低失调，如图4所示。图4.AD7401ASMS太阳能模块的失调和线性度a.失调与温度的关系b.误差与输出电流的关系虽然满量程精度非常好，但器件线性度的真正考验在于其绝对误差，尤其是低电平范围内。绝对误差是指与其值范围内测量相关的误差，而不只是满量程时的误差。有些电流变压器是按0.1%满量程范围来规定器件规格。虽然这看起来不错，但可能无法说明完整情况。根据图4所示的数据，利用AD7401A测量电流时的绝对误差在整个范围内都相当小，这表明太阳能PV逆变器的输出波形具有低非线性度和更少的谐波失真。在与电网集成时，这样有助于降低谐波失真，这也是该新技术如何提高性能的另一个例子。隔离式栅极驱动器对于给定太阳能输入，太阳能PV逆变器的效率越高，其每年发电量就越多，因而太阳能电厂的投资回报率也就越高。由于其成本较低，目前趋势是使用无变压器型电气系统来馈入公用电网。由于逆变器的效率水平相当高，因此需要更加注意其测量和控制电子设备的内部隔离，即逆变器MOSFET和/或栅极驱动器的电源部分和低压电路之间需要进行隔离。图5.太阳能PV逆变器的H桥电路示例图5所示为典型太阳能PV逆变器中DC/AC转换器的一种可能的H桥配置实现方法。对于当今市场上的新型SiC型JFETS，该电路的直流链路电压范围为300V至1000V。H桥的电流输出波形由电感和电容进行滤波。输出继电器将经过滤波的输出以受控方式连接到电网。在高压环境中，需要使用栅极驱动器来驱动MOSFET的栅极和源极——太阳能PV逆变器中又一个需要隔离的场合。举例来说，图6所示的ADuM4223就是一款具有两个独立隔离通道的4A隔离式、双通道栅极驱动器。其最大传播延迟为60ns，共模瞬变抗扰度大于100kV/μs（最大值）。该器件符合DINVDE0110、DINVDE088410和UL1577等多种标准的相关部分要求，如数据手册中所述。图6.ADuM4223栅极驱动器下面是ADuM4223的一些最重要的隔离参数：下面是ADuM4223的一些最重要的隔离参数：交流单极性和直流电压：1131V交流单极性和直流电压：1131V浪涌隔离电压：6kV额定电介质隔离电压：5kV该器件在单个封装中有两个通道，分别用于高端和低端MOSFET。通过在单个封装内集成这两个通道，不仅可以节省成本，而且还可以节省PCB空间。使用传统光耦合器时，要么需要一个隔离式栅极上具有电平转换功能的光耦合器，要么可能需要两个光耦合器。太阳能PV逆变器的另一个重要问题是需要具有高共模瞬态抗扰度，以确保系统中的任何大瞬态(dV/dt)不能以容性耦合或其他方式跨越隔离栅，因为这可能会使高端和低端MOSFET同时（突发）打开。ADuM4223具有高共模瞬变抗扰度：>100kV/μs（最大值），这是该创新技术如何提高系统安全性的另一个例子。结论电流隔离是实施智能电网来整合大量太阳能光伏逆变器时所需测量和控制系统的一项重要要求。ADI公司的隔离式ADC能够利用单个解决方案测量大电流和直流注入电流，有助于构建高效而紧凑的智能电网整合电路。ADI公司的隔离式栅极驱动器具有良好的共模瞬变抗扰度特性，有助于确保这些新型PV逆变器系统的安全性和可靠性。新技术是促成智能电网整合和绿色能源安全高效生产的主要因素——在稳定电网和提高电网系统上所有工作人员的安全性方面扮演着重要角色。本文所述隔离产品是ADI公司针对工业测量和控制的丰富创新产品中当前和未来设计的突出例子。文章来源网络

输配电(T&D)系统已发展为发电站和不同的终端用户负载之间巨大的互联电力传输网络。为了尽可能监测配电网络的各个支路，尤其是城市和农村地区的架空电力线缆，快速查找并响应线路故障并在最短时间内将配电网络恢复到稳定状态尤为重要。在线故障监测终端(FCI)是一种易于实施、少维护或免维护型低成本解决方案，因此对于该设备在配电网中的应用需求也日益增长。设计此类设备主要包括能量采集、电源管理、处理器、模拟前端采样(AFE)电路和通信接口等。智能能量采集/管理和超低功耗成为客户设计中的关键要求。作为混合信号处理的全球技术领导者，ADI公司是这一领域的主要系统解决方案供应商，能为客户提供理想的解决方案。价值所在ADI公司在电能计量方面具备卓越的专业技术—全世界所有电网设备中有50%采用了ADI转换器。具有高集成度和出色的系统性能，可简化设计，节省成本并保证系统的长期可靠性。在能量采集和电源管理方面采用业界领先的技术。通过高精度转换器和放大器实现精密信号测量。完整的超低功耗信号链覆盖从ADC转换到处理器处理和无线通信。系统设计考虑和主要挑战低至μA级的系统功耗需求。高效能量采集和功率转换。多电源管理和无缝切换为系统负载提供稳定的电源。电流互感器(CT)取电会对电流测量性能造成影响。性能/功耗平衡将成为模拟前端采样(AFE)电路设计中的一个关键点。需考虑低功耗无线通信和网络同步对时。快速、精确的线路故障检测算法设计。在系统生命周期内保持长期鲁棒性/可靠性，并提供过流和浪涌等保护。为什么使用ADI解决方案高度集成的解决方案对于紧凑型布局极其有利，可减少设计复杂性，且业界领先的超低功耗性能使得整个系统信号链范围功耗达到历史新低。客户可受益于使用单片芯片来实现高效能量采集和多电源管理，同时集成的稳压器输出可降低BOM成本并简化PCB设计。针对CT特性优化的最大功率点跟踪(MPPT)，即使在CT一次侧电流很小的情况下，其功率转换效率还可超过90%。低功耗运算放大器具有宽动态范围和高压摆率，通过罗氏线圈轻松实现电流测量，以减少磁场对电流测量精度的影响。高性能、超低功耗ARMCortex-M3处理器提供丰富的数字外设和ADC子系统，而安全和加密功能增强了系统安全性和可靠性。集成传感器网络协议的标准ISM频段收发器，用于实现智能RF通信。提供低至nA级的电源监控和比较器，方便客户实现扩展设计。支持短距离无线网络低功耗通信协议：(6LowPAN)。系统框图在线故障监测终端(FCI)系统架构ADI解决方案覆盖整个在线故障监测终端(FCI)信号链以上信号链代表典型的在线故障监测终端(FCI)应用设计。各模块的技术需求各不相同，下表所列产品代表可满足上述部分要求的ADI解决方案。文章来源网络

自80年代初引入模拟蜂窝网络以来，蜂窝通信已有了长足发展。如今，随着市场由4G向5G网络解决方案迁移，蜂窝通信行业正在为实现更快数据传输速度、更低延迟以及容量、用户密度和可靠性的巨大飞跃奠定基础。例如，5G不仅可以提高数据速率(100倍)和网络容量(10倍)，还可将延迟大幅降低到1ms以下1，并同时实现数十亿互联设备近乎无处不在的连接，这些互联设备是不断增长的物联网(IoT)的一部分。一个典型的5G波束成型发射器由数字MIMO、数据转换器、信号处理组件、放大器和天线组成，如图1所示。FPGA的供电为了充分实现5G的优势，设计人员需要使用更高频率的无线电，通过整合更多集成型微波/毫米波收发器、现场可编程门阵列(FPGA)、更高速率的数据转换器以及适合更小蜂窝的高功率低噪声功率放大器(PA)，才能充分利用新频谱，以满足未来的数据容量需求。此外，这些5G蜂窝还将包含更多的集成天线，才能应用大规模多路输入、多路输出(MIMO)技术以实现可靠连接。因此，需要各种最先进的电源为5G基站组件供电。现代FPGA和处理器采用先进纳米工艺制造，因为它们通常要在紧凑封装内的高电流条件下采用低电压(高速数据转换器的低噪声供电同样，运行速度更快的精密数据转换器(如模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC))也需要多个电源轨，例如具有极低噪声和直流纹波的1.3V、2.5V和3.3V。6通常，这些高速ADC和DAC布设在拥挤的印刷电路板(PCB)上，可用空间有限。因此，在设计这些高速数据转换器的电源系统时，ADC和DAC的电源灵敏度必须是首要考虑因素。通过将先进半导体和封装技术的优势相结合，ADI的μModuleSilentSwitcher稳压器可以轻松地解决此问题，满足高速数据转换器的效率、密度和噪声性能需求。SilentSwitcherLTM8065便是一个很好的示例，它可以为这些器件提供一个低噪声、更紧凑、更高效的供电解决方案。与传统的分立式解决方案不同，LTM8065可以显著减少组件数量和电源板空间，而不必牺牲数据转换器的动态性能。该器件在符合RoHS标准的单个BGA封装中集成了开关控制器、电源开关、电感和所有支持组件。在某些情况下，为了最大程度地提高电源电压抑制比(PSRR)性能，可以在开关稳压器之后的电源路径中使用线性稳压器。ADP7118便是一款这样的低压差(LDO)、低噪声线性稳压器，可处理宽输入电压范围，具有高输出精度、低噪声、高PSRR以及出色的线路与负载瞬态响应性能。而且，该产品系列还有更多型号，可以使用ADI的LTpowerCAD和LTspice等软件工具进行正确选择。PA和收发器的电源管理这些新一代无线电整合了集成型收发器和低噪声、高功率微波/毫米波PA，并具有更宽带宽，它们的数字控制和管理系统需要使用多种专用电源技术。例如，基于氮化镓(GaN)的低噪声、高功率PA将需要高达28V至50V的电压，同时基于FPGA的控制和高速ADC和DAC将需要多个更低的电压，并具有适当的时序控制、监控和保护功能。7,8最先进的DC/DC转换器可提供这些5GPA所需的效率(>90%)、功率密度、低噪声性能和控制功能。在新一代(5G)产品性能必须超越上一代(4G)的巨大压力下，几乎没有任何折衷的余地。因此，ADI作为专注于基站RF链的各个方面并拥有为这些应用供电所需电源管理工具的全面知识的一家公司，能够为当今的5GPA和收发器提供合适的电源方案。ADI可提供业界最广泛的高性能PowerbyLinear产品组合，从高效率、高密度DC/DC转换器模块到电源管理IC(PMIC)和超低噪声线性稳压器(包括电源时序、监控和保护功能)，从而可以为5G信号链供电提供更全面的方法。ADI的μModule稳压器和SilentSwitcher技术是完整的电源系统化封装解决方案，能够提供精准电压，并在微型封装内实现最高效率(>95%)和高功率密度，具有高可靠性和最低EMI与噪声。这些解决方案专为高性能RF系统的供电而设计，具有最高功率转换效率和密度，而不会增加噪声或对目标无线电信号的干扰，从而确保这些RFPA和其他此类RF电路的最佳性能。同样，为了应对电路中需要多个供电轨时的电源时序控制挑战，ADI提供了时序控制器系列，范围从两个电源(ADM6819/ADM6820)到17个通道(ADM1266)。为了确保系统正常、高效和安全地工作，对器件电压、电流或温度进行监控至关重要。为此，ADI提供了LTC2990等器件。总结总之，ADI的PowerbyLinear产品组合包括低噪声LDO稳压器、低EMI且高度集成的多轨DC/DC转换器μModule器件、SilentSwitcher技术以及其他电源管理IC(包括电源时序控制器、监控器和保护电路)，所有这些都使ADI有能力提供业内最广泛的电源产品系列。该系列可全面满足5G基站组件的供电所需，包括软件设计和LTpowerCAD和LTspice等仿真工具。这些工具简化了为器件选择正确的电源管理解决方案的任务，因此可以为5G基站组件提供最佳电源解决方案。文章来源网络

随着移动设备制造商慢慢将无线充电技术融入设备，无线充电正在成为一个热门话题。无线充电的概念很简单：用振荡电磁场励磁的线圈感应近距离次级线圈中的电流。在最佳条件下，充电过程很高效，并且可以很方便地传输数十瓦功率。问题在于，设计人员认识到有两种看似互为竞争的无线充电方法，他们需要解决这一问题。给消费者带来的优势同样简单，易于掌握。广泛采用无线充电技术带来的便利类似于无处不在的无线连接。智能手机和平板电脑用户可以将他们的移动设备放在书桌、工作台或咖啡馆桌面上快速充电，而无需担心要携带电压适配器或寻找电源插座。然而，从设计人员的角度来看，无线充电是团迷雾。目前有两种替代技术，而且有两个（之前是三个）对立的标准机构。这两个对立的标准机构都推崇这两种技术。竞争标准的优点在于可以让他人辩论（几大消费电子产品制造商都加入了两个联盟，两面下注），此外，根据以往的标准冲突来看，最终的结果很可能是进行整合。然而，替代技术很值得深入分析。结果表明，它们是互补而不是竞争关系，因此，设计人员两种技术都要熟悉，才能确保为应用做出最佳的选择。本文旨在加深设计人员对这两种技术的了解。需要效率？选择感应式著名的塞尔维亚裔美籍工程师NikolaTesla在其开创性的无线电能传输研究中，探索出了如今适用的基本原理。Tesla研究发现，导线环中的交流电流所产生的交变磁场，会反过来感应附近次级线圈中的交流电流。对次级线圈加负载，可以使感应到的交流电流做有用功（例如给电池充电）。初级线圈产生的磁场会大致相等地向每个方向辐射，因此，磁通量会随距离增大会迅速下降（遵循平方反比定律）。因此，次级线圈必须放置在尽可能靠近初级线圈的位置来截取最多的磁通量。另外，次级线圈截取的能量与其暴露在磁场的截面成比例。最佳横截面由与初级线圈尺寸相同的次级线圈决定，这两个线圈平行且对齐，两者之间的垂直间隔仅数十个毫米。各线圈的间隔、对齐和尺寸决定了对能量传输效率有显著影响的“耦合系数”。完美耦合，即截取初级线圈产生的所有磁通量，其耦合系数为1。实际紧耦合系统的耦合系数通常为0.3到0.6（见图1）。对无线充电有所涉猎的工程师可能对无线充电联盟(WPC)推崇的Qi规范最熟悉不过了。Qi率先致力于更成熟的感应式无线充电技术并推广应用到智能手机中，从而领先于竞争标准。市场上的许多手机都融合了Qi技术，一些厂商已经推出兼容的无线充电板。无线电源联盟(A4WP)和电源事务联盟(PMA)—2015年六月合并为AirFuel联盟—也发布了感应式无线充电规范。WPC和AirFuel联盟的感应式无线充电规范之间唯一真正的区别在于传输频率，以及用于与设备通信和控制电源管理的连接协议。最新的Qi规范(v1.2.2)需要用到两种设备：一个充电基站和待充电设备（见图2）。基站通常有一个平坦表面，用户可以在其上放置一个或多个手机。为了最大限度提高效率，用户或采用“对齐辅助”（较为简单的方法如在基站上做标记，较为复杂的方法如使用磁铁），或将手机放在多线圈基站的某处，希望其中一个线圈与手机中的线圈正好对齐。无论哪种情况，手机都必须平放在基站表面，使线圈平行于基站表面且两者之间的间隔小于10mm。Qi规范要求“低功耗”Qi充电器的初级线圈交流频率在110到205kHz之间（高达5W），而“中等功率”充电器为80到300kHz（高达120W）。该技术还有一些不错的附加功能，如异物检测(FOD)，使充电器不必消耗能量来加热一些不小心放置在磁场内的物体。紧耦合感应式无线充电系统的主要优点是效率相对较高。对于一个精心设计的系统来说，电能传输效率为30-60%（取决于测量位置），将电能从初级线圈传输到次级线圈。由于这种相对较高的效率，热量积聚较低，可传输较多电能，加速充电周期。由于Qi规范于2010年8月首次发布，芯片制造商有足够的时间推出集成了符合标准要求的控制和补偿功能芯片。非专业工程师设计兼容Qi的无线充电基站时，使用这种设备会更容易一些。例如，NXPSemiconductors为5VQi认证低功耗无线充电器提供NXQ1TXH55V无线充电控制器和驱动器IC。兼容Qi的接收器放在充电板上时，NXQ1TXH5会安全启动从发射器到接收器的无线电能传输，同时监控过热或金属物体干扰等故障情况。设备优化为通过5VUSB电源工作，并使用“智能电能限制”来自动调整输出功率以补偿受限的供电。需要便利？选择谐振式早在过去十年中，麻省理工学院(MIT)[2]就率先探索了提高无线充电系统效率的方法。学院致力于研究感应式无线充电系统中的线圈移开后磁场磁通迅速下降的问题。数厘米之外，磁通变得非常之弱，以至于电能传输完全停止。MIT研究人员意识到，需要通过“非辐射”无线充电技术使电能传输摆脱制约感应技术的平方反比定律。MIT做出了在以（相同）谐振频率（取决于线圈分布电容、电阻和电感）工作的线圈之间传输电能的系统。该技术仍为“感应式”，初级线圈产生的振荡磁场在次级线圈中产生感应电流，但它利用了谐振线圈之间发生的强耦合—即使相隔数十厘米。谐振式电能传输的物理原理很复杂，但基本前提是能量从一个线圈“传递”到另一个，而不是从初级线圈全方位扩散。结果是，虽然能量仍随距离衰减到一定程度，但衰减的主要来源是线圈的Q因数（增益带宽）。工程师可以通过精良的设计来改善Q因数。更好的是，谐振能量传输并不那么依赖于方向相同的线圈（假如次级线圈朝向初级线圈的横截面足够大，这样在每个周期中吸收的能量比初级线圈丢失的更多）。该技术的另一个优点是可以在单个初级线圈和多个次级线圈之间传输电能。谐振式无线充电解决了感应式无线充电的主要缺点：要求紧密耦合线圈，需要用户精确对齐。不过，谐振式无线充电自身并非没有缺点。其中一个主要缺点是由于磁通泄漏导致效率相对较低。即使在近距离范围内，一个精心设计的系统也可能表现出在线圈间隔2厘米时效率为30％，在75厘米时下降到15％（同样取决于测量位置）。另外的主要缺点是电路较复杂，以及由于（通常）高工作频率造成的潜在电磁干扰(EMI)挑战。尽管如此，该项技术还是优势明显，因此两个标准机构都在其规范中纳入了谐振式无线充电技术。例如，1.2版的Qi标准在规范中引入了谐振充电。为确保与现有Qi传输频率的兼容性，技术限制为最大45mm的线圈规格。数年来，A4WP也一直在推崇谐振充电。遗憾的是，该技术需要时间来证明其价值，而商业化解决方案寥寥无几。目前，针对同时符合WPC(Qi)和AirFuel联盟规范的感应式和谐振式无线充电技术应用，只有少数几家制造商发布了无线充电芯片组合的详细信息，IntegratedDeviceTechnology(IDT)便是其中之一。但目前IDT的商业产品主要支持WPC的感应式无线充电规范。例如，该公司现有产品线中符合WPC1.1规范的P90385V无线功率发射器。该设备适用于充电板，传输功率高达8W（1.6A时），并可通过电源适配器或USB连接器供电，电压范围在4.5V到6.9V。该设备包括集成电流感应和FOD技术。IDT通过无线电源评估套件支持芯片。凌力尔特提供谐振式无线电能发射器LTC4125。然而，芯片设计不符合任何标准规范；相反，该器件会在低电压输入电源下（3-5.5V）向调谐接收器传输最大功率。为优化系统效率，LTC4125定期进行发射功率搜索并根据接收器负载要求调整发射功率。故障情况下或检测到异物时，设备会停止传输电能。发射器与LTC4120无线电能接收器配合使用。AirFuel谐振式无线充电技术（基于Rezence规范）使用的系统由一个电能发射器装置(PTU)和一个或多个电能接收器装置(PRU)组成。指定采用低功耗蓝牙链路来控制功率水平，确定负载并保护不兼容的设备（图3）。该标准支持高达50W的功率传输，传输距离达50mm。电能传输频率为6.78MHz；之所以选择该频率，是因为在该频率下能较好的进行功率传输，而且该频率位于无线频谱的免许可范围中。根据发射器和接收器的几何形状及功率水平，可以从一个PTU向多达八个设备供电（图4）。要是工程师认为都在谐振频率下工作的紧耦合线圈能克服谐振式无线充电的效率限制，这是情有可原的。但事实并非如此，因为双方线圈都能维持谐振工作有一个最小距离。这个距离取决于线圈尺寸大小和工作频率高低，但是比典型紧耦合系统的典型线圈间隔大。如果谐振线圈离得过近，其互感会导致振荡磁场“崩溃”，电能传输会停止。事实表明，最高效的无线电能传输发生在紧耦合线圈以接近，而非等于感应拓扑中的谐振频率工作时。结论本文归结起来就是：设计师有两种无线充电技术选择。感应式无线充电依靠相对低频的振荡磁场，在中到高功率水平，以较高的效率在非谐振但紧耦合的线圈之间传输电能。该技术相对简单，迅速发展成熟，两个标准组织都支持，已经（主要以Qi形式）成为移动设备一个很好的选择，并得到几家芯片供应商支持。不足之处是要求过于苛刻，需要确保充电器和待充电设备对齐。如果需要在集成了对齐辅助或多线圈的专用充电板上快速高效地为一个设备充电，那么感应式无线充电是一个很好的选择。谐振式无线充电依靠高频振荡磁场，在以相同的谐振频率工作的两个线圈之间传输能量。线圈可以松耦合，但如果要保持数厘米的能量传输则需要较高的Q因数。数个设备可以通过一个初级线圈充电。该技术比感应技术复杂，且效率较低（见图5）。虽然两个标准组织都支持谐振式无线充电，但还未能有所建树，并且很难采购到符合规范的组件。如果支持谐振技术的芯片得到更广泛的普及，那么谐振式无线充电将是一个很好的选择。但是，设计人员必须做好准备，用效率来换取便利，例如可以同时为数个设备充电，并且无需精确对齐。安装在桌下和咖啡店桌面等桌子厚度对能量传输影响最小的情况下，该技术也是一个很好的选择。文章来源网络

状元方案：汽车辅助驾驶系统-入门级方案概述：可实现车道偏离预警：多种路况智能识别、可调灵敏度、声光报警，抬头显示、内置蓝牙、手机APP、实时车况等参数，行车记录方面采用H264实时编码、循环录像，提供可靠的视频记录，低功耗高性价比。主控芯片ADSP-BF706ADSP-BF706采用新款Blackfin+处理器内核将16位双MAC、32位MAC和16位复杂MAC结合为最先进的信号处理引擎。它还将干净且正交的RISC式微处理器指令集的优势和单指令、多数据流(SIMD)多媒体能力结合为一个指令集架构。而且Blackfin+内核的最新改进加入了缓存增强、分支预测以及其他指令集改进，同时保持指令集兼容之前的Blackfin产品。该处理器提供高达400MHz的性能，最低功耗小于100mW。它们采用低功耗、低电压设计方法，提供世界一流的电源管理和性能。此款Blackfin处理器集成了许多业界领先的系统外设和大容量片内存储器，在一个集成封装中提供RISC式编程能力、多媒体支持和先进的信号处理，堪称新一代应用的首选平台。这些应用涵盖众多市场领域，从汽车系统到嵌入式工业、仪器仪表、视频/图像分析、生物特征识别和控制应用。榜眼方案：汽车辅助驾驶系统方案概述：可实现全景泊车、行车记录、震动录像、车道偏离、前碰撞预警、跟车提醒、倒车轨迹、在线回放、在线升级等，可扩展行人检测、红绿灯识别等功能。主控芯片ADSP-BF609ADSP-BF609Blackfin处理器针对嵌入式视觉和视频分析应用进行了优化，使用双核定点DSP处理器和独特的流水线视觉处理器(PVP)。PVP是靠近Blackfin内核的一组功能模块，专为加快图像处理算法和降低整体带宽要求而设计。其他特性包括高性能增强型基础设施、大型片内存储器和功能丰富的外设集，以及扩展的连接选项。此外，ADSP-BF609处理器内置适合安全关键应用的功能，包括内部存储器模块和故障管理单元内的存储器保护CRC、奇偶校验和ECC保护。ADSP-BF609处理器是许多嵌入式视觉应用的理想器件，例如汽车高级驾驶员辅助系统(ADAS)、工业制造系统的机器视觉和机器人、安保与监控系统分析和条码扫描仪。

随着高级辅助驾驶系统(ADAS)和车内信息娱乐系统的普及，车辆俨然变成了车轮上的复杂电子系统，其中需要多电平、无噪声的DC电源轨。然而，典型的车辆电池在其工作环境中很难达到稳定状态，这就要求设计人员密切关注电源系统设计。ADAS系统的范围包括自适应巡航控制、防撞功能、GPS、备用摄像头、车道偏离提醒、稳定性控制以及连接能力，而信息娱乐系统包括显示屏和多媒体播放器。通过汽车的12V电池（某些情况下甚至是24V或48V）为这些功能调节DC电源，其难度非常大，原因包括：电池输出噪声、电压尖峰、负载突降瞬变、极端温度及循环、经由狭窄高温位置中的电子元器件、不得不承受振动和冲击等。此外，DC/DC转换器IC可用于调节电池输出以提供各种ADAS功能所需的多个DC电源轨，其必须在恶劣的电气和环境条件下工作。这类转换器还必须以高效率、低静态电流和最小EMI提供精密调节。本文将说明工作环境和条件，并介绍为帮助缓解相关问题而开发的汽车标准。然后，本文将描述有助于满足汽车配电要求的电源稳压器和DC/DC转换器及其用法。引擎盖下的问题对于电子元器件（和机械部件）而言，汽车是一个颇具挑战性的恶劣环境，具体表现在四个方面：电气、热、冲击/振动和可用空间。下面予以简要说明：电气：来自电池的未经调节的电源轨不是简单且稳定的DC电流源，大多数电池都是如此；相反，它会受到冷起动电压下降（图1）、“负载突降”（当连接到交流发电机的负载突然断开时）引起的高压浪涌（图2和表1）以及噪声和EMI/RFI的影响。图1：冷起动条件下的典型电池电压曲线与更良性应用中的电池输出曲线几乎没有相似之处。图2：典型负载突降脉冲的特点是快速上升、缓慢下降、时序可变。表1：12V和24V电池系统的未抑制负载突降脉冲因此，本地DC/DC稳压器必须处理这些实际情况，在宽输入电压(VIN)范围内工作，并且容许电池反极性连接。此外，这些稳压器的静态电流必须非常低，以便在汽车理应“停止运行”时最大限度地减少电池消耗。原因是很多ADAS（及其他）功能并没有与电池物理断开，而是使用“软”开/关，因此在“停止运行”时实际上处于静态。整体来说，如果汽车数周未使用，这些功能消耗的所谓“吸血鬼功率”可能会耗尽电池。热：根据工作条件和探头位置，引擎盖下温度的范围可从零下（冬季停车时）跨度到150°C至200°C以上（图3）。虽然汽车的其他区域（如驾驶室）不会变得这么热，但如果汽车停在阳光下，这些区域仍有可能经受相当高的温度。当车外温度在25°C(77°F)至40°C(104°F)之间时，在直射阳光下停放的汽车内部温度可能攀升到50°C(122°F)至75°C(167°F)之间。冲击/振动：机械冲击和振动始终会存在；基本机械分析表明，越小越轻的元器件越不容易受到这些干扰的影响，缓冲和防震（如需要）也越简单。再者，此类元器件所需的电路板会更小，这也有相应的优势。尺寸：小尺寸还有一个与冲击/振动无关的主要优势。由于汽车有外壳这样的固定物理“封装”，很难找到合适的地方来放置ADAS功能电路（很多情况下还有相关传感器）。虽然某些电路可以位于几乎任何空位，但许多ADAS传感器和前端信号调节电路需要位于特定位置，即便支持电子设备可以位于其他地方。汽车标准定义挑战汽车动力来源主要有三个：电力(EV)，混合动力(HEV)，当然还有内燃机。其尺寸、样式、能力和成本点也各不相同。业界已经为电子元器件、软件及子系统的风险和性能级别制定了标准。通过认证不同级别的基本集成电路(IC)，设计人员便知道其所获得的构件可用于“构建”具有明确性能的电路板、组件、子系统和完整的功能。关于这种性能定义能力的主要标准是汽车安全完整性等级(ASIL)方案，它是一种由ISO26262（公路车辆功能安全标准）定义的多级风险分类方法。最高等级是ASIL-D，代表最高程度的汽车危险，因此需要最高程度地确保满足安全要求（图4）。按降序排列在最高等级ASIL-D之后的是-C、-B和-A等级，它们定义了中等程度的危险和所需的保证，最后是ASILQM，其针对没有汽车危险的应用，因此也就无需管理任何安全要求（例如无线电）。针对设计用于ADAS功能的元器件（包括DC/DC稳压器），其供应商会测试并证明元器件满足和超过特定等级的ASIL性能要求，包括但不限于温度、振动和故障模式方面的要求。另一个相关标准是AEC-Q100，其中包含由汽车电子委员会(AEC)制定的一套IC认证测试序列。它为新产品和升级产品的零件认证和质量体系设定了标准。AEC-Q100还建立了温度等级，针对元器件有明确的等级划分，其中等级0的范围最宽（表2）。满足ADAS要求的DC/DC稳压器ADAS功能的要求苛刻，IC（包括DC/DC稳压器）必须满足这种应用在电气、热和尺寸方面的需求。这些元器件力图满足与电气、热、冲击/振动和可用空间相关的多个（如果不是全部）汽车ASIL目标。例如，MaximIntegrated的MAX16930是一款36VDC/DC稳压器，静态电流只有20微安(μA)（图5）。这款汽车级三路输出开关器件集成了两个同步降压控制器和一个异步升压“预升压”控制器，提供多达三个独立控制的电源轨：一个提供可调输出电压的预升压控制器；一个提供固定5V输出或1V至10V可调输出的降压控制器；以及一个提供固定3.3V输出或1V至10V可调输出的降压控制器。MAX16930采用3.5V至36V的宽范围电源轨工作，而预升压可将工作电压降至2V（自举模式），满足冷起动运行的需求（见图5）。降压控制器和预升压功能均可提供高达10A的输出电流，并且可独立控制。用户可调的开关频率（200kHz到高达2.2MHz）以及可选的扩频操作，确保无AM频段干扰。MAX16930提供时钟设置选择，设计人员得以最大限度地减少与IC时钟引起的干扰以及多个系统时钟混频造成的拍频相关的问题。用户必须从三种频率功能模式中进行选择：基本固定频率运行，使用用户定义的频率。跳频模式，在负载较轻时禁用时钟，仅在需要时启用以维持输出电压调节。与外部时钟同步。IC可以在这些模式之间“即时”切换，但这需要更多的软件来实现IC管理。该IC提供的另一个选项是调用扩频时钟以在标称频率值附近随机扰动时钟，使时钟源引起的单频率EMI最小；不需要的EMI能量分散在更宽的频谱上，但任何单一频率的峰值幅度更低。用户还必须在系统设计阶段确定内部线性稳压器(LDO)的“值”，可通过连接外部电源轨将其旁路。一方面，LDO输出非常安静，可用于向要求电源轨噪声尽可能低的小型局部负载供电；另一方面，其效率不如MAX16930中的开关稳压器。为了解决基底面问题，一种常见的技术是增加单个IC的不同输出的数量。AnalogDevices的LT8603是一款四路输出器件，集成了两个高输入电压降压开关稳压器、一个低输入电压降压稳压器和一个升压控制器，全部采用一个6×6mm封装。借助配置为提供VIN电源的升压控制器，即使升压输入电压低于调节的输出电压（例如在冷起动情况下），IC也会产生三个稳压输出（图6）。该IC采用高达42V的电源轨工作，开关频率由用户选择，范围是250kHz至2.2MHz，以最大限度地降低EMI。辐射EMI（CISPR25辐射放射测试，5级峰值限制）低于允许限值（短水平段）（图7）。该IC的四个通道独立供电，设计人员须决定如何进行连接以实现系统和电路目标。例如，升压输出可配置为向降压转换器提供输入电压，即使升压输入电压低于调节的降压输出（冷起动情况下可能出现这种情况），也会产生三个精密调节的输出。但是，升压模式控制器也可以由降压控制器输出驱动，或配置为SEPIC转换器；在这种情况下，IC提供多达四个精密调节的输出。四个通道的开关频率范围是设计人员必须确定的另一个因素，这必须在选择振荡器频率之前完成，振荡器频率可以通过单个电阻在250kHz至2.2MHz的范围内设置。一般而言，频率较低时，开关损耗也较低，对时序约束（例如最小导通和关断时间）较不敏感，因而效率更高，输入电压工作范围更宽。但是，较高开关频率允许使用较小元器件，并能让开关相关的噪声远离敏感频带，例如AM无线电。缺点是效率会降低。为高性能ADAS传感器供电有些ADAS功能具有高性能传感器前端，因而要求更低的噪声或更快的瞬态响应，这超出了大多数开关降压稳压器的能力。MaximMAX15027低压差线性稳压器（符合AEC-1001级标准）专为此类情况而设计。其输入电压低至1.425V，可提供高达1A的连续输出电流，最大压差仅为225毫伏(mV)。其宽带宽支持快速瞬态响应，因而在500mA负载阶跃下可将输出电压偏差限制在15mV，输出端仅使用一个4.7微法(μF)陶瓷电容器。一些实现LDO最佳性能所需采取的预防措施尽管MAX15027是LDO，而且其使用的电源稳压器拓扑极为简单，但仍需采取一些预防措施。首先，1μF陶瓷输入电容器和4.7μF陶瓷输出电容器必须是高质量、低ESR（毫欧级）产品；如果ESR为几欧姆或更高，则LDO的线路和负载瞬态响应将受到影响，内部LDO环路稳定性会有问题，并且可能发生自激振荡。其次，印刷电路板布局必须解决散热和发热问题，因为与开关稳压器相比，LDO相对于其封装尺寸而言耗散率较高。为此，MAX15027的TDFN封装下表面有一个裸露导热垫，以确保其通过一条低热阻路径连接到印刷电路板。该路径将大部分热量带离IC，使印刷电路板成为高效散热器。裸露导热垫应连接到较大接地平面，以获得最佳热和电气性能。然而，这种孤立考虑的方法是必要的，但还不够。使用热建模至关重要，可确保附近的IC和其他元器件不会也假设能使用印刷电路板的同一铜层来满足其自身的散热需求，使得总热负荷超出所选散热策略的能力。这种策略通常开始于通过导热垫将热量导离IC进入印刷电路板层，然后大多是与远处的散热器或冷板进行对流。这种热源“拥挤”可能会使从IC下表面导热垫开始的基本散热方案无效。总结ADAS和信息娱乐系统的使用，意味着必须解决其独特且常常具有挑战性的DC电源需求。这推动了IC和其他元器件的开发和生产，它们能在极端温度和DC输入轨电压范围内工作，同时静态电流消耗非常低。这些IC还必须很小，以降低其对振动和冲击的敏感性，而幸运的是，小尺寸还支持紧凑的ADAS功能电路设计。现在，电源稳压器供应商提供各种针对ADAS优化的开关和LDODC/DC器件，这些器件符合严格的行业标准，简化了设计导入挑战和BOM决策。文章来源网络

能量收集主要被视为一种供电方式，用于向那些无法接入电源或除电池以外亦需要补充电源的电子设备供电。在许多情况下，使用能量收集的应用往往没有足够的空间来容纳大体积的电池。典型例子包括可穿戴技术，如健身小工具和健康监测设备，以及诸如环境或结构状况监测应用中的无线传感器节点。通常情况下，从诸如太阳能、振动或温差等环境能量源收集的能量，需要经过转换、升压和暂存后才能得到有效利用。现如今，多家公司针对能量收集应用推出的电源转换和电源管理集成电路日益增多。但面临的压力使，要确保这些设备高度集成，以便于多功能操作，且尺寸要尽可能小。毫无疑问，设备本身的功耗也要非常低。本文将概述快速增长的可穿戴电子设备市场及其相关应用的微型化需求，并讨论最近推出的、带集成降压转换器的bq25570升压充电器，以及一系列类似的替代和互补部件。本文将参考TI的用户指南，阐述如何最有效地将该设备用于超低功耗、空间/重量受限的能量收集应用。更多功能如今，可辅助跟踪记录健身计划、监测健康状况并提供医疗服务的可穿戴设备日益增多。正如多数便携式设备一样，随着消费者预期的增长，此趋势会促进设备功能的增多。如果在心率监测器中集成GPS装置，跟踪记录圈数或跑步路线，心率监测器必将更受青睐。目前，现代可穿戴式健康监测设备除可监测心电图反应外，还可监测血压、体温、血氧含量、心率和活动量。图1：能量收集将会是许多可穿戴电子设备应用中的关键技术。左：Sensoria的智能袜，配备压力传感器，可通过蓝牙与脚环进行通信，以帮助识别和改善跑步姿势（脚跟着地/脚掌着地）。其他传感器则可追踪记录步数、速度、消耗卡路里、高度和距离。右：FraunhoferInstitute研发的面向老年人群体的可穿戴式辅助设备，可提供服药提醒、健康状况监测和紧急援助呼叫等一系列可编程服务。无线连接可便于设备传输和存储收集到的数据，以供稍后分析。无线传感器网络作为物联网的一部分，在智能建筑和环境监控等应用中必不可少，在这些应用中来自许多个传感器的数据都要经过编译。正因为此，在智能手表、生物特征监测器、ID标签产品、传感器节点和其他可穿戴式或远程应用中，集成的传感器、射频电路和更精密的微控制器日益增多。不过，此类多功能设备要想受到青睐，除需提供合理的电池续航时间外，还需要重量轻、体积小和穿戴舒适。设计师们纷纷采用能量收集技术来有效利用体热或脚步振动等环境能量，以为电池持续充电。在某些设备（如植入设备）中，收集到的能量是唯一的能量来源。因此，能量收集可被看作为一项可节省空间的实用技术，既可以替代电池，又可实现体积更小的可充电电池的应用。对于任何由电池或收集的能量供电的设备而言，电源管理都非常重要。通过功耗很低，且通常不规则的电源，来确保实现最佳性能和高效率运行，需要一定的准确度和精密度。多家IC制造商纷纷瞄准这一市场，其中包括AdvancedLinearDevices、Cymbet、LinearTechnology、MaximIntegrated、Spansion、STMicroelectronics和TexasInstruments。相对于旧一代的电源而言，新一代电源的集成度更高，体积更小，功耗也更低。理论上，设备会先获取收集的能量，然后进行转换和/或升压，最后将其直接供给系统或可再充电的储能设备。某些设计会专用于一种类型的能量存储设备，如超级电容器或锂离子钮扣电池。也有另一些可支持多种能量存储设备的设计。同理，某些设计可能专用于一种形式的能量收集，也有另一些可支持多种形式能量收集的设计。要注意的一个重点是不同应用所需要的启动电压。有些应用的启动电压低至20mV，不过功能可能受限，需要额外的互补部件才能提供充分的电源管理。集成度更高的部件可能总体尺寸更小，整体静态电流更低，不过可能需要更高的启动电压，才能使其更加依靠最低水平的储存能量来工作。有些设备针对性很强，专用于超低功耗的传感器节点。其他设备将支持更高的输入电压水平，从而满足基于微控制器设备的要求，不过对于能量收集应用而言，这些微型设备本身的功耗非常低。重要的是，电源管理IC需要足够灵活，能够处理断续供电情况和收集的能量（往往不稳定，且往往收集的量极低）。系统设计中必须考虑到这一点，即拥有足够的能量储存容量，能够在需要时提供恒定电力。这很大程度上取决于传感器的读取频率，以及数据的传输量和传输频率。集成度高TexasInstruments提供多种用于能量收集应用的超低功耗微型设备，包括电源管理IC、无线连接和微控制器。该公司最新推出的bq25570是高集成度的能量收集毫微功耗管理解决方案。它符合采用能量收集技术的空间受限和功率受限应用的所有标准。该设备体积小巧，采用20根引线的3.5x3.5mmQFN封装，超低功耗静态电流为488nA（典型值），运送模式下为该设备仍需要外部电容器和电阻器，但由于高度集成，故可最大限度减少对额外设备的需求。该设备非常适用于针对具有苛刻功率和运行要求的无线传感器网络，实施高能效脉冲频率调制(PFM)升压充电器和毫微功耗降压转换器解决方案。请参见下面的图2：该设备可与多种高阻抗能量收集源配合使用，包括光伏（太阳能）、热电发电机(TEG)以及AC/DC整流器和压电发电机。从冷启动状态起，该设备的DC/DC升压转换器/充电器所需电压最小值为330mV。其假设依据为：输入电源提供至少5µW（典型值），且升压转换器输出的负载为低于1µA的漏电电流（含存储元件漏电电流）。不过，运行后升压转换器输出电压达到1.8V，此时设备所需的100mV电压可以从能量收集源获取。降压转换器先从升压转换器输出获得输入功率，再进行降压处理，最终为输出引脚提供调节电压。降压转换器采用PFM控制来调节电压，使之接近由用户可编程的电阻分压器设置的值。通过电感器的电流由内部电流检测电路控制。从运送模式启动的时间约为100ms,从待机模式启动的速度要更快，不过这取决于输出电容器的尺寸。bq25570可与多种类型的存储设备配合使用，包括电容器、超级电容器、锂离子电池和其他化学电池。当系统处于低功耗或休眠模式时，收集器将提供足够电能来给存储元件充电。当能量收集器不在工作时，电池或电容器必须要有给整个系统负载供电的足够电能。需要等效电容100µF的存储元件，来过滤掉PFM开关式充电器的脉冲电流。根据TI的用户指南所述，电池与超级电容器之间的主要区别在于，电池中很少有，甚至没有低于某一电压的容量，而超级电容器中则有。系统设计师需要注意的是，两者都存在明显的漏电电流，相当于升压转换器输出上有个DC负载。最大功率点跟踪(MPPT)是指从光伏电池（70至80%）和TEG(50%)获取尽可能最多的电能并进行管理。电池供电设备高能效管理必不可少的其他功能包括：电池过压和欠压保护、可充电锂离子电池的自动热关断。对电池状态的准确监控是另一个重要功能，如果系统可能进入欠压状态，则还需要触发负载电流下降功能。替代设备和补充设备TI推出的bq25504和bq25505功能相似，但静态电流均低于325nA。这两种设备配备的自主电源多路复用器栅极驱动器，一旦启动，可让系统从能量收集源和一次电池获取能量运作，确保在需要时提供恒定功率，即使在收集器无可用能量时也能正常运作。当系统中包含有无法完全关闭的设备时，超低的静态电流就显得十分重要，这样可以延长电池的续航时间。如果尺寸和重量成问题，那么TI推荐bq25100，这是一款体积更小、功率更低的线性电池充电器，特别适用于单节锂离子钮扣电池。该装置采用0.9x1.6mmWCSP封装，支持高达30V的输入电压，允许对快速充电电流准确控制在10mA至250mA范围内。互补设备TPS82740A和TPS8274B降压转换器模块支持200mA的输出电流，转换效率高达95%，运行时消耗的静态电流仅为360nA，待机模式时为70nA。6.7mm²的封装容纳了开关稳压器、电感器和I/O电容器。通过集成所有必需的无源器件，该设备的体积要比同类分立解决方案小75%。TPS82740A面向的是超低压应用，TPS8274B则拥有“DCS控制”功能，适用于集成了低功耗微控制器的系统进行电源管理，例如TI的MSP430系列。结论为利用能量收集技术的便携式应用选择合适的电源管理IC，需要仔细考虑系统的电源需求、能量生成潜力和能量存储容量。在功率范围的较低端（如无线传感器节点），或者如果TEG产生的能量非常少，设备的选择更加有限。如果小尺寸和轻重量是最优先考虑的事项，那么选择集成度更高的设备，例如本文中重点提到的几种，或许可以提供最佳解决方案。文章来源网络

目前来说NXPi.MX6UL和i.MX6ULL处理器是一款非常通用并且非常主流的应用处理器，因此其硬件设计的方案众多，但如何能精确把握NXPi.MX6UL和i.MX6ULL的设计精髓，这是非常值得思考的事。众所周知，NXPi.MX6UL和i.MX6ULL内置电源管理单元，这大大简化了芯片供电电源设计。根据处理器的数据手册，将芯片电源划分为5个电源域，具体划分如下：考虑到分立器件更容易采购和更低的价格，可以在NXPi.MX6UL和i.MX6ULL应用处理器设计的时候并不使用集成的PMU供电方式，而是根据I.MX6ULL处理器的上电时序要求，设计了分立电源解决方案。外部只需要提供单路3.3V电源就可以工作，对于需要使用CPURTC和USB功能的用户，还需要提供RTC电源和USBVBUS电源，比如吐下的电源结构参考示例，希望对你有帮助。文章来源网络

背景/问题在物联网设备中，拥有一个高效的电源管理系统，以最大限度利用电池能量是至关重要的。其中一个重要部分是，设计一个高效率的DC/DC转换器，提升从电池到用电设备的电压。在本实例中，我们使用一个1.5V碱性电池来获得3.3V输出。为了实现高效率的设计，需要运用很多知识并进行大量测量。小型物联网公司通常很难获得昂贵的测量设备，因此本文介绍两种帮助实现廉价且快速的设计的方法。一是计算目标系统在整个电池寿命期间的能效值，帮助设计人员选出效率最高的DC/DC转换器和电感器。二是通过使用两个Otii工具，在整个工作范围内利用不同电感器对一个或多个DC/DC转换器进行全面特征化。最终，设计人员可以选择最佳组合以获得最佳电池性能。测量设置案例1QoitechAB的Otii-Arc-001（以下简称为Otii）充当电池，扫描电压范围为1.5V到0.9V。通过将来自DC/DC转换器的输出能量（Otii扩展端口ADC测量电流和电压）除以送到DC/DC转换器的输入能量（Otii主电流和电压）而得到效率。负载为DUT（被测设备，即目标系统）。务必注意，测量时间应足够长，以确保算得正确的平均值，稍后将对此加以讨论。对于图1所示设置，DUT每30秒测量一次温度、湿度和光照，使用10个这样的周期求取均值。总效率值是通过加权电池将保持在既定电压电平的时间来计算，参见图2，其中，电池估计会在9%的时间处于1.5V电压，8%时间处于1.4V电压，等等。这不完全正确，但对这个案例来讲是适当的估计。案例2一个供电Otii充当电池，扫描电压从1.5V到0.9V。这个供电Otii也负责测量。另一个Otii充当可编程恒流负载，从1mA开始，然后是3mA、5mA、10mA、30mA、50mA，最后到90mA（DC/DC转换器上限为100mA）。供电Otii通过将输出能量（Otii扩展端口ADC测量电流和电压）除以输入能量（Otii主电流和电压）来测量效率。通常是将输出电压乘以输出电流，再除以输入电压乘以输入电流，但由于Otii能计算并显示能量，所以使用能量要简单得多。Otii工具还支持使用SENSE+和SENSE-输入，通过四端子检测方法测量输入和输出电压。这里不讨论这种方法，原因是电流相当低，而且连接Otii所用的电缆很短，电阻很小。两个Otii（或所连接的多个Otii）及所有测量结果（主电流、主电压、扩展端口ADC电流、扩展端口ADC电压、SENSE+、SENSE-等）都会在同一窗口中提供，因此非常方便显示所产生的数据。结果这些案例中使用了三种不同的TexasInstrumentsDC/DC转换器。TPS61097A-33DBVTTLV61220DBVRTPS61221DCKT如前所述，测量的是DUT的10个周期，即每个电池电压持续10x30秒=5分钟。图4显示了TPS91097A-33DVBTDC/DC的屏幕截图。Otii工具让效率计算变得非常简单，只需将输出能量除以输入能量即可，然后根据案例1测量设置中的说明对该效率值进行加权。图5为所有三个DC/DC转换器提供了一个概览。此计算也可以使用lua脚本(https://www.lua.org)在Otii中自动完成，但为了更加直观，图5使用Excel表进行了展示。使用小型4.7μH片式电感器时，三个DC/DC转换器的性能几乎相同。为了继续研究DC/DC，使用不同的电感器来了解效率是否有所提高。选择了三种不同的Bourns电感器和一种Murata电感器。4.7µH(Murata)4.7µH(Bourns)12µH(Bourns)22µH(Bourns)22μH电感器对于这种应用而言太大，但了解相应的性能很有意思。使用与之前相同的设置，选择TPS61097A-33DBVT作为DC/DC转换器，电感器作为变量（图6）。结果同预期一样，电感器越大且其电阻越低，则DC/DC解决方案的效率越高。然而，22μH的大电感器是不可取的。为了更多地了解DC/DC转换器的特性，使用案例2来获得DC/DC转换器在一系列输入电压和负载下更深入的特征化。首先，图7显示了22μH大电感对应的测量结果。图8显示了对其他电感的相同分析。受电Otii从吸收1mA开始，然后是3mA、5mA、10mA、30mA、50mA，最后是90mA。对所有电池电压重复此操作。从图7中可以看出，对于较低的输入电压，DC/DC无法处理90mA。DC/DC无法针对这些低电压进行调节，并开始振荡。数据存储在.csv文件中，供Matlab导入以便进行分析和绘图。图8绘出了效率与输出电流的关系。这个方法非常好，能够查看DC/DC转换器在不同负载条件下的特性。Otii脚本这里有完整的Otii脚本、Otii项目文件、.csv文件和Matlab代码。总结Otii是一个非常有用的工具，可以轻松分析DC/DC转换器的效率，既适合在目标系统中使用，也可用来实现完整的特征化。在本文件分析所采用的简单系统中，三种TIDC/DC转换器的性能非常相似；之所以选择TPS61097A-33DBVT，只是因为它采用了SOT23-5封装。关于电感器选择，应选择12μH电感器，因为它具有更高的效率，并且有足够的空间来使用它。本文中提到的DC/DC转换器和电感器的数量很少，但设计人员可以根据此分析扩展到自己喜欢的元器件。文章来源网络

有许多不同的子类别和类型的电池，但电池世界的一个角落越来越受到物联网（IoT），可穿戴设备和环境传感器市场的关注，是柔性，印刷，薄膜电池（IDTechEx）。为简单起见，我们将把注意力集中在被称为固态薄膜电池的薄膜柔性印刷电池的一般类别上。这个名称让我们更深入地了解所讨论的电池类型。固态电池就是-固态电池-其结构内没有凝胶或液体（Qnovo）。薄膜电池采用非常薄的薄膜或薄膜材料设计和制造，其薄型设计使其成为可穿戴感应市场的灵活性和吸引力的一部分。许多这些固态薄膜电池满足市场对薄度和柔韧性的需求，但它们通常仍采用锂基化学品或其他化学物质设计，使其对环境具有潜在毒性。当我们考虑每年扔掉大量电池时，某些电池的广泛使用和毒性就成了问题。随着对笔记本电脑和智能手机等电子设备的需求增加，它们对每年产生的废物量的贡献也在增加。电池通常是不可生物降解的，当不小心丢弃时，可能存在将有毒金属和化学物质释放到地下的风险。许多国家现在都有关于电池处理的规定并提供回收计划。这些计划有助于回收电池中的金属，有助于遏制电池处理对环境的负面影响。电池处理法规，以及对更多设备连接到物联网的日益增长的需求，促使公司探索安全和可持续的危险电池化学品的替代品。Molex的新系列薄膜电池就是这样一种解决方案。与锂电池同类产品不同，电池采用锌二氧化锰化学品设计，更安全，更方便最终用户处理。电池比较：薄膜的优点和缺点了解锌二氧化锰薄膜的优点和局限性是理解与其他电池（如锂电池）相比最有用的应用类型的关键。如下图所示，容量比较清楚地表明，Molex锌二氧化锰薄膜电池在低容量要求的应用中是最有价值的，并且安全和方便的可处置性是首要任务。上图中未示出的是与例如CR20323V纽扣电池相比的薄膜电池的当前成本。在电子元件分销商的网站上快速搜索这个纽扣电池，显示其零售价约为1美元，零售价不到50美分。这与薄膜电池相比，薄膜电池的销售价格通常仍以美元计算。价格差异可归因于市场上纽扣电池的成熟度以及全球销售的此类电池的大量销售。在薄膜电池能够与较低的制造成本或对纽扣电池的大量需求竞争之前，仍然需要几年的发展。此外，值得注意的是，Molex的Zn-MnO2电池的性能优于其他具有相同化学成分的电池。正如您在下图所示，化学成分相同，但Molex薄膜电池在容量和最大峰值电流方面均优于薄膜竞争。文章来源网络

碱性电池能否充电的问题，有两种不同的说法。有的说可以充，效果非常好。有的说绝对不能充，电池说明提示了会有爆炸的危险。事实上，碱性电池确可充电，充电次数一般为30-50次左右。实际上是由于在充电方法上的掌握，导致了截然不同的两种后果。首先，碱性电池可以充电是毋庸置疑的，同时，在电池的说明中，都提到碱性电池不可充电，充电可能导致爆炸。这也是没错的，但是注意这里的用词是“可能”导致爆炸。你也可以理解为厂家的一种免责性的自我保护声明。碱性电池充电的关键是温度。只要能做到对电池充电时不出现高温，就可以顺利地完成充电过程，正确的充电方法要求有几点：1.小电流50MA2.不过充1.7V，不过放1.3V一些人尝试充电实践后，斩钉截铁地说不能充电，之所以出现充不进电、用电时间短、漏液、爆炸等问题，多数是充电器的问题，如果充电器充电电流太大，远超过50ma，如一些快速充电器充电电流在200ma以上，直接的后果是电池温度很高，摸上去烫手，轻则会漏液，严重的就会爆炸。有的人使用镍氢充电电池充电器来充，低档的充电器没有自动停充功能，长时间的充电导致电池过充也会出现漏液和爆炸。好一点的充电器有自动停充功能，但停充电压一般设定为镍氢充电电池的1.42V，而碱性电池充满电压约为1.7V。因此，电压太低，感觉上就是充不进电，用电时间短，没什么效果。再有就是电池不过放指的是不要等到电池完全没电再充电，这样操作，再好的电池也就能充三、五次，且效果差。一般建议用南孚碱性电池电压不低于1.3V。所以，你如果打算对碱性电池充电，必须要有一个合格的充电器，充电电流50ma左右，充电截止电压1.7V左右。看看你家的充电器吧。市面上有卖碱性电池专用充电器的，所谓专利产品。实际上就是充电电压1.7V电流50ma的简单电路。利用手边现有的零件LM358和TL431，我做了个简单电路，截止电压1.67V自动停充，成本两元而已。供感兴趣的朋友参考。相关说明：碱锰充电电池：是在碱性锌锰电池的基础上发展起来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，故又称为无汞碱锰电池。这种电池在不改变原碱性电池放电特性的同时，又能充电使用几十次到几百次，比较经济实惠。碱性锌锰电池简称碱锰电池，它是在1882年研制成功，1912年就已开发，到了1949年才投产问世。人们发现，当用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。它的特点：1.开路电压为1.5V；2.工作温度范围宽在－20℃～60℃之间，适于高寒地区使用；3.大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池的5倍左右；4.它的低温放电性能也很好。充电次数在30次以内，一般10-20次，需要特别充电器，极为容易丧失充电能力。文章来源网络

大家可能都听说过“云计算”，但是大多数人对于“云计算”的认识仅限于我们可以通过计算机和智能手机访问重要数据，至于这些数据实际存储在什么地方则不必考虑。那么究竟什么是云计算呢？云计算是指负责在全球范围内存储和移动数据的许多远程服务器所构成的网络，我们可以通过Wi-Fi®、LAN或蜂窝网络来进行访问。这些远程服务器的作用类似于大型存储设备，包含多个服务器集群并安装在通常称作服务器农场的仓库中。这些服务器农场需要处于恒定的环境温度（最理想的温度范围是68至71华氏度），才能发挥最佳性能并最大程度地减少故障。这些服务器农场通常通过中央空调系统降温，或者通过中央暖气系统升温，具体取决于它们所在的位置（例如，常见的办公区域）。服务器机架实际上会通过一系列风扇来冷却内部的电子元件。我们大多数人应该都有过这种体验，电子设备在使用过程中会变得越来越热，最终导致设备无法发挥最佳性能。为了最大程度地削减散热器的成本与尺寸，我们可以改用无刷直流（BLDC）风扇，借助环境中的气流来冷却电子设备，也就是说利用供暖、通风和空调（HVAC）系统保持恒定的环境温度，然后通过BLDC风扇吹动气流来冷却服务器机架中的电子元件。在传统的服务器应用中，通常使用12VBLDC风扇来冷却机柜中的电子设备。但就像汽车应用一样，服务器应用往往也会出于某些原因而改用54VBLDC电机。本文将探讨服务器制造商采用54VBLDC电机代替传统12VBLDC电机的两大主要原因，并论述54V电机驱动应用所需的典型元件以及一些常见的电机控制算法。服务器制造商之所以采用54VBLDC电机代替传统12VBLDC电机，第一点是因为可以使用四分之一的电流，进而可以使用较细的铜线。此外，由于使用较少的原材料便可完成相同的工作量，电机制造商还可以减小电机的尺寸，并因此降低电机的总成本。第二点是因为服务器制造商可以节省昂贵的电缆成本，与使用12VBLDC电机相比，使用54VBLDC电机时相同电源总线规格的电缆可以为四倍数量的电机供电。高压电机使用较细的电缆或较窄的PCB走线即可获得相同的功率。例如，在450W服务器中，12VBLDC风扇消耗32W。通过功率公式（P=VxI，I=P/V，32W/12V=2.67A）可轻松计算为其供电所需的电流。在功率要求相同的前提下，采用54VBLDC风扇时所需的电流将降至约0.67A，这样一来，服务器工程师便可以使用26号美国线规（AWG）电线，相比之下，为12VBLDC风扇供电却需要使用20号AWG电线。在PCB走线宽度方面，12VBLDC风扇需要0.1英寸，而54VBLDC风扇只需要0.012英寸，这样一来，当服务器工程师将所有电源走线敷设到服务器系统时便可节省大量的电路板面积。服务器制造商采用54VBLDC电机还有一个额外的优势，那就是能够保证在外形尺寸与传统12VBLDC电机相同的情况下以更高的转速运行电机，从而增大空气密度。不过，增加电机的扭矩功率需要更高的功率，这将需要额外的电流来提供支持。例如，服务器制造商可以使用50WBLDC电机代替传统的32W电机来实现更大的气流。采用54VBLDC电机时仅需要0.93A电流，这比12VBLDC电机驱动50W电机所需的电流小得多。如果使用12VBLDC电机来完成相同的工作量，至少需要4.17A电流。这意味着需要使用较宽的PCB走线和较粗的电缆，成本高昂。使用54V总线电压时，服务器制造商能够以更高的转速运行风扇，从而增大气流密度，同时还能够降低布线成本。使用54V电源总线面临的挑战对于驱动54VBLDC风扇电机的电子设备而言，存在一项挑战。那就是服务器工程师不能使用旧的12V硬件来驱动54V电机。他们需要使用工作电压更高的电子元件，以便有足够的余量适用54V电源。图1给出了54VBLDC控制电路的简化框图，其中标识了在不影响成熟电机控制算法的前提下驱动54VBLDC电机所用的典型元件。图1：54VBLDC控制电路的简化框图（其中标识了在不影响成熟电机控制算法的前提下驱动54VBLDC电机所用的典型元件）不过，市场上有几种硬件解决方案可以帮助简化这种方案的转变。例如，Microchip的MIC2851475V同步降压稳压器是一款针对第一阶段功率转换的出色解决方案（图2）。该器件具有5A输出电流能力，能够通过一个54V电源轨为多个BLDC系统供电。MIC28514可将54V电源总线轨转换为电源效率超过90%的传统12V电源轨，这样一来，服务器工程师便可以继续使用原先的电机控制算法和久经考验的有源元件。图2：使用Microchip的MIC2851475V5A同步降压稳压器时的典型电源效率—输出电流曲线MOSFET驱动器和MOSFET逆变器电路也必须满足高压MOSFET的要求，54VBLDC应用通常需要80V功率MOSFET。不过，与12V系统相比，电流要求已降至原先的四分之一，而且MOSFET导通电阻也变得没那么重要。图3：Microchip的MIC4607是一款85V三相MOSFET驱动器，具有自适应死区以及防直通和过流保护高压电子元件使得在服务器应用中选用54VBLDC电机成为可能MicrochipTechnology等芯片制造商现已开发出诸如MIC2851475V同步降压稳压器之类的高压集成电路，助力客户利用54VBLDC电机技术，同时依然能够使用成熟的电机控制算法和其他有源元件。凭借这些高压器件，服务器制造商可以采用54V电源总线技术，并因此能够在PCB板上使用更小的电机、更细的铜线和更窄的布线，从而降低系统总成本。此外，由于电压增加，这些器件还能以相同的外形尺寸增大空气密度。随着云计算的逐渐普及以及云计算功能的不断完善，服务器制造商必须采用价格最为合理、性能最为优异的解决方案，才能在价格战与性能战中保持竞争力。文章来源网络

对于需要进行掉电保存或掉电报警功能的产品，利用大容量电容的储能作用，为保存数据和系统关闭提供时间，往往是很多工程师的选择。而在不需要掉电保存数据的系统中，为了抑制电源纹波、电源干扰和负载变化，在电源端也会并接一个适当容量的电容。然而电路中电容并不是越大越好，由于电容的储能作用，大容量的电容则可能延长系统地上电时间和下电时间，而上下电时间的延长，则容易导致MCU启动失败或进入栓锁状态，因此缩短MCU电源的上电和放电时间就显得尤为重要。针对单电源的系统，ZLG推出了带EN控制和内嵌快速放电功能的LDO:ZL6205，来为您的系统助力。图1ZL62051.巧用EN，缩短上电时间众所周知，满足MCU的上电时序，是系统设计最基本最重要的要求之一，因此仔细研读芯片的上下电时序是非常有必要的。如下图2所示为某系列MCU对上电时间的要求。图2上电要求由上图可知该MCU对上电的主要要求有：·上电时间tr不能超过为500ms；·上电前的电压VI需要低于200mV至少12us。这就要求尽可能地缩短上电时间，特别是电路中存在大电容或者超级电容时，上电时间过长容易导致系统无法启动或者器件闩锁的问题。缩短上电时间，一种简单的方法莫过于控制电源芯片的EN引脚。巧用EN引脚的分压电阻就能够很好地缩短系统的上电时间。很多人在使用电源芯片时一般都是外部上拉来默认使能，而过早地达到使能阈值，输出就会跟随输入，即输入有多慢输出就有多慢，且上电时输入端的抖动也会传送给输出。如下图3所示为设置EN直接上拉和采用分压电路时的输出曲线示意图。图3EN上拉至输入和采用分压电路时的输出曲线·曲线①，使能上拉至输入，此时输出上升时间长且会受到输入波动的影响；·曲线②，合理采用分压电阻，当VIN上升到70%~80%的时候，再使EN的电压到达使能阈值，此时输出上升边沿陡峭，输出平稳，摒除了输入电源的不稳定阶段，减小了输入电压波动的影响。同时预留了20%~30%的余量，避免电源波动导致输出关闭。此时的上电对于MCU来说才是干净利落的！图4ZL6205典型应用电路解决了上电问题还不够？还有下电问题？别急，ZL6205还内嵌了快速放电电路，提升系统下电速度。2.ZL6205自带放电电路，为快速下电助力前面我们解决了上电缓慢的问题，并不意味着系统就能稳定地启动，由图2可知，还需要满足MCU上电时的输入电压低于200mV至少12us，这表明在快速上下电时，系统下电是否掉得“干净”和系统的启动也是息息相关的。到这里就不得不说我司的自主芯片ZL6205了，采用SOT-23封装，带有EN使能引脚，可以灵活地控制输出电源，给后级电路一个干净、快速、稳定的电源。如下图4所示为ZL6205的典型应用图。图5掉电缓慢示意图如图5所示，当系统掉电负载不能很快地泄放能量时，就会出现MCU等数字器件掉电缓慢的情况。若此时重新上电，由于芯片内部无法及时“归零”，对MCU等数字器件来说，这是一种不确定的状态，此时再对系统进行重新上电的操作，就容易造成MCU逻辑混乱，从而出现器件闩锁，系统不能启动的情况。因此电源关闭后使MCU的电源快速下降至近0V，使系统在短时间内到达一种确定的状态，也是快速重新上电时系统能正常启动的关键因素。下电缓慢的问题在设计过程中容易被忽略，在产品调试阶段才发现问题往往为时已晚，重新为系统增加快速放电电路既耗时又耗力。但若是系统中搭配了我司的ZL6205，掉电问题则可迎刃而解!图6ZL6205内部框图如上图6所示为ZL6205的内部框图，当输入电压下电时，若EN电压低于使能阈值，则会启动内部的快速放电电路，在输出端加载一个240Ω的泄放电阻，以使输出电压迅速掉电。此时LDO的输出电压即MCU的输入电源，能够快速的“归零”，避免再次快速上电时系统启动失败。3.解决方案推荐当遇到系统启动失败的问题时，请先使用示波器检查器件的供电引脚是不是存在上电缓慢，掉电不彻底的情况。当遇到该情况时，可以选择在电路中搭配使用广州致远微电子有限公司自主研发的LDO：ZL6205。ZL6205是我司自行设计的一款500mA低压差线性稳压器，可在负载电流和电源电压变化时做出快速响应。主要特性有：·500mA最大输出电流；·低压差（典型值为240mV@IO=500mA）；·必要时外部10nF旁路电容，用于低噪声；·快速启动；·具有快速放电功能；·静态电流典型值50μA；·初始电压精度±1.0%；·欠压保护；·过流保护；·短路保护；·过温保护；选型表则如下表所示。表1ZL6205选型表注：其他输出电压可接受芯片定制。4.结语系统中的器件对于电源的上下电有严格的要求，在产品的设计当中，要关注核心器件的上下电要求，包括上下电的时序，斜率等。不合理的设计往往会引起系统上电无法启动等异常情况。当然遇到这种情况时也别着急，可以尝试ZLG的ZL6205。文章来源网络

二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。在0―t1时间内，输入为+VF，二极管导通，电路中有电流流通。设VD为二极管正向压降(硅管为0.7V左右)，当VF远大于VD时，VD可略去不计，则在t1时，V1突然从+VF变为-VR。在理想情况下，二极管将立刻转为截止，电路中应只有很小的反向电流。但实际情况是，二极管并不立刻截止，而是先由正向的IF变到一个很大的反向电流IR=VR/RL，这个电流维持一段时间tS后才开始逐渐下降，再经过tt后，下降到一个很小的数值0.1IR，这时二极管才进人反向截止状态，如下图所示。通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中tS称为存储时间，tt称为渡越时间，tre=ts+tt称为反向恢复时间。由于反向恢复时间的存在，使二极管的开关速度受到限制。二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压VF时，载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时P区空穴向N区扩散，N区电子向P区扩散，这样，不仅使势垒区(耗尽区)变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在P区内存储了电子，而在N区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流于，如下图所示。空穴由P区扩散到N区后，并不是立即与N区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP(扩散长度)内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到P区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。当输入电压突然由+VF变为-VR时P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少：①在反向电场作用下，P区电子被拉回N区，N区空穴被拉回P区，形成反向漂移电流IR，如下图所示;②与多数载流子复合。在这些存储电荷消失之前，PN结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，PN结的电阻仍很小，与RL相比可以忽略，所以此时反向电流IR=(VR+VD)/RL。VD表示PN结两端的正向压降，一般VR>>VD，即IR=VR/RL。在这段期间，IR基本上保持不变，主要由VR和RL所决定。经过时间ts后P区和N区所存储的电荷已显著减小，势垒区逐渐变宽，反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tt，二极管转为截止。由上可知，二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程，实质上由于电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。二极管和一般开关的不同在于,“开”与“关”由所加电压的极性决定,而且“开”态有微小的压降Vf,“关”态有微小的电流i0。当电压由正向变为反向时,电流并不立刻成为(-i0),而是在一段时间ts内,反向电流始终很大,二极管并不关断。经过ts后,反向电流才逐渐变小,再经过tf时间,二极管的电流才成为(-i0),ts称为储存时间,tf称为下降时间。tr=ts+tf称为反向恢复时间,以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr短,则二极管在正、反向都可导通,起不到开关作用。

电流测量的基础知识电流是用于评估、控制和诊断电子系统工作有效性的最常见参数之一。由于电流测量是一种非常常见的测量方式，因此如果设计师忽视了精确电流测量的细微差别，往往会遇到麻烦。用于检测电流的最常见传感元件是置于电流路径中的低阻值精密电阻器。该电阻通常称为分流器，会在两端产生一个与通过它的电流成比例的电压。由于分流电阻器不应该显著影响电流，所以它通常非常小，阻值为毫欧级或不到一毫欧(mΩ)。分流电阻器两端产生的电压因此也非常小，在被ADC转换之前通常需要放大。结合这些因素，针对电流监控的常用信号链配置会涉及到一个用于放大分流电阻器两端电压的模拟前端、一个将放大的电压转换为数字表示的ADC，以及一个系统控制器（图1）。AFE通常使用运算放大器或专用电流检测放大器实现，将分流电阻器两端产生的小差分电压转换为更大的输出电压，以便使用完整的ADC测量范围。ADC可以是独立器件，也可以是微控制器或片上系统(SoC)内的片载模块，可对电压信号进行数字化处理，并将结果信息提供给控制处理器。系统控制器使用电流的数字化测量结果来优化系统性能或实现安全协议，以防止在电流超过预设限值时损坏系统。在将电流转换为电压的链路中，电阻器作为传感器元件，其任何物理特性（电阻、容差、功率容量、热系数和热电势）都会影响精度。因此，选择合适的分流电阻器对于优化电流测量至关重要。分流电阻器两端产生的分流电阻值和相应电压会扰乱系统。例如，电阻太大的分流电阻器可降低用于驱动负载的电压，并导致不必要的损耗。举个例子，当测量电机绕组的电流时，降低的电压会减少电机可用的电能，从而影响其能效和/或扭矩。此外，流经分流电阻器的大电流（数十或数百安培）将导致电阻器消耗大量电能，散发废热，使得测量精度和效率降低。出于以上原因，分流电阻器应尽可能小。挑选用于测量电流的分流电阻器由于分流电阻器会因负载电流流过而消耗电能，因此它们的电阻值需要非常低。此外，为实现测量稳定性，电流检测电阻还应具有非常低的电阻温度系数(TCR)。低TCR将有益于实现高测量精度，且受温度影响较小。电流检测电阻的热电势是另一个重要特征。分流电阻器必须在宽电流范围内工作。当电流较低时，例如在睡眠或待机模式下的电池应用中，分流器的热电势会将测量误差电压增加到流经电阻器的电流所产生的电压。该误差电压应显著低于流经分流电阻器的目标电流产生的最低预期电压，从而最大限度减小测量误差。用于电流检测应用的分流电阻器提供两个或四个端子。带有两个端子的分流电阻器最容易理解，因为它的工作方式与任何双端子电阻器的工作方式相同。电流通过双端子分流电阻器，会在其端子上产生一个与通过电阻器的电流成正比例的电压。双端子分流电阻器的示例包括BournsCSS2分流电阻器系列和VishayWSLP分流电阻器系列。BournsCSS2系列包括额定功率为2至15W的分流电阻器，电阻介于0.2至5mΩ，最大额定电流介于140至273A。该系列中的典型器件CSS2H-2512R-L500F采用2512表面贴装封装，电阻为0.5mΩ，额定功率为6W。Vishay的WSLP分流电阻器系列具有不同的表面贴装封装类型，封装尺寸从0603至2512不等，额定功率为0.4至3W，电阻为0.5mΩ至0.1Ω，电阻容差为0.5%或1%。WSLP1206R0150FEA就是一个典型的Vishay分流电阻器，它采用1206封装，电阻为15mΩ，容差为1%，额定功率为1W。请注意，这些表面贴装技术(SMT)分流电阻器较小，需要的电路板空间很小，但由于它们的发热量很大，因此应远离热敏元件。一个分流电阻器中三个电阻分流电阻器并不像其外表看起来那么简单。具体而言，分流电阻器的电阻实际上由三个电阻组成（图2）。首先，分流电阻器本身有电阻。其次，分流电阻器引线和分流电阻器连接的印刷电路板上的引线也有电阻。通常这些引线电阻不明显，但是分流电阻器的电阻值通常非常低。在高电流测量中，即使很小的引线电阻也会引入测量误差，因为制造商的分流电阻器电阻规格中并未考虑这些电阻。避免外部引线电阻引起测量误差的一种方法是，通过在双端子分流电阻器上部署单独检测印制线来建立开尔文连接（图3）。在此配置中，大的电路板印制线承载分流电阻器的电流输入和输出。小的多的印制线则不在主电流中，但尽可能靠近分流电阻器的电阻元件，截取分流电阻器两端的电压并将该电压传送到AFE。将载流端子与检测端子分开，即形成开尔文连接。使用双端子分流电阻器的开尔文连接的结果示意图表示如图4所示。流经图4所示的两个检测电阻的电流非常小，因为它们连接到放大器或ADC的高阻抗输入端，这使其电阻远不如承载分流电阻器输入和输出高电流的引线电阻值重要。因此，检测电阻上的电压降非常小，不构成电流测量的重要误差源。两个端子还是四个？从图3中的印刷电路板布局图中可以看出，即使使用开尔文连接，也不可能完全消除双端子分流电阻器中的引线电阻。当分流电阻器放置并焊接到电路板上时，需要有一些焊盘布局公差以容纳定位误差。此外，印刷电路板铜印制线的TCR（3900ppm/̊C）远高于分流电阻器阻性元件的TCR（通常低于50ppm/̊C）。这些参数差异导致电路板印制线中的电阻变化远高于电流检测电阻器的变化，使得检测电路受温度影响较大。当使用具有开尔文连接的双端子分流电阻器时，对于涉及极高电流的许多电流检测应用来说，精度可能不足。对于此类应用，制造商提供带有四个端子的分流电阻器，在电阻器内实现开尔文连接。通过采用该电阻器，制造商可以完全控制与开尔文连接相关的所有公差和温度系数（图5）。采用开尔文连接的四端子电流检测电阻器采用适合电阻器高电流和电压测量的独立端接，有助于提高测量精度。此外，与使用电路板布局实现开尔文连接的双端子分流电阻器相比，使用带有内置开尔文连接的四端子分流电阻器可以提高温度稳定性，从而降低TCR影响。Bourns在其CSS4系列表面贴装器件中提供了几种四端子分流电阻器（图6）。BournsCSS4系列的代表产品包括容差1%、5W、0.5mΩ的CSS4J-4026R-L500F和容差1%、4W，2mΩ的CSS4J-4026K-2L00F分流电阻器。这两款器件均具有低TCR、低热电势以及小于10mmx7mm的物理封装尺寸。总结测量电流的第一步是将电流转换为更易于测量的电压参数。分流电阻器是完成此任务的高性价比元件。但是，如文中所述，分流电阻器的阻抗值应该很低，以最大限度地减少其对电路的影响，并最大限度地降低电阻器本身的功率耗散。分流电阻器的其他重要参数包括TCR和热电势，这两者都会显著影响电流测量精度。最后，为了最大限度地提高测量精度，确保高电流经由检测路径流经电流检测电阻器，这一点至关重要，方法是使用特殊印刷电路布局为双端子电流检测电阻创建开尔文连接，或使用四端子电流检测电阻。文章来源网络

开发物联网(IoT)设备可能比许多开发人员或公司所设想的更具挑战性。将嵌入式系统连接至云端极大地增加了系统的时序复杂性。时序复杂性的增加意味着开发人员需要一种更好的方法，用以管理软件何时应该运行什么代码。要避免编写自定义调度程序或处理裸机时序，最佳方法是使用实时操作系统(RTOS)来管理时序复杂性。目前，使用RTOS的一项挑战在于许多开发人员习惯于没有操作系统(OS)的裸机环境，因而为特定应用选择合适的RTOS难度颇大。对RTOS市场的快速网络调查表明，市面上共有百余种RTOS可供开发人员使用，从开源系统到经认证的商业RTOS。那么，该如何选择RTOS并开始使用呢？本文将阐示如何评估最适合应用的RTOS，并介绍支持RTOS的STMicroelectronics和Renesas开发平台。RTOS选择的考虑因素实时操作系统是开发人员构建应用程序代码的基础。为确保应用基础牢固且能经受考验，选择合适的RTOS至关重要。不过在多数情况下，RTOS选择仅依据单一参数：成本。虽然成本是一个重要的考虑因素，但不应该是唯一的因素。如果开发团队难以连接、实施系统或对所选择的RTOS缺乏支持，即便花费十倍于商业RTOS的成本也是很平常的，更不用说因此而损失的项目时间。一般而言，开发团队为应用选择RTOS时应考虑八个不同的类别，其中包括：法律责任与风险性能特性成本生态系统中间件RTOS供应商工程偏好每个类别均可能包含几项标准，评估各款RTOS时应参照这些标准。例如，在法律责任方面，团队可能需要考虑以下事项：RTOS侵权责任赔偿保修需要从法律角度审查RTOS在性能方面，开发人员可能需要考虑以下事项：可执行内存占用RAM占用最高的确定性运行时效率开发和执行团队检查各个主要类别，确定用于评估RTOS的标准。一旦确定了标准，就可以使用Kepner-Tregoe(KT)矩阵来评估几种不同的RTOS。这种合理的决策模型有助于收集、优先排序和评估信息，且侧重于评估和确定风险的优先级，以期消除决策过程中的个人偏见，进而作出最佳选择，同时将负面影响降至最低。下面将详细说明如何使用KT矩阵来选择RTOS。使用KT矩阵选择RTOS用于RTOS选择的KT矩阵如图1和图2所示。整体构想是，确定每个选择类别的选择标准并在一列中逐一罗列。为各标准分别确定权重，并按重要性对权重赋值，从1到5，其中5代表至关重要（如成本），1表示不重要（如法律责任）。然后团队各成员就各标准对每款待评估RTOS的重要性进行排名，并将结果逐列填入矩阵中，再对各标准进行加权、求和，进而生成无偏见的数值结果。具有最高数值的RTOS则是最符合标准的RTOS。图1和图2中示例的评估标准数量多，涵盖面广，可能超出了大部分开发团队所设想的评估范围，而只需将权重设置为0或隐藏电子表格相应的行，即可轻松删减标准数量。用于着手RTOS开发的平台开发人员认为较难评估RTOS的一个领域，可能是确定其是否满足性能和功能的需求。除非开发人员深入评估，开始使用该RTOS却使他们陷入困境，否则多数情况下无从知晓。事实证明，一种简单又经济的RTOS评估和测试方法是利用支持RTOS的现有开发平台。下面我们将了解一些支持常用开源FreeRTOS和ExpressLogic的ThreadX操作系统的平台。首先介绍的是STMicroelectronics的STM32Cube平台。STM32Cube平台支持FreeRTOS，属于STMicroelectronics的STM32CubeMx和STM32CubeIDE开发环境的一部分。这些工具可让开发人员方便地启用FreeRTOS，他们只需选中FreeRTOS框，然后使用FreeRTOS配置工具来设置所有配置值即可。因此开发人员能够非常快速地着手运行FreeRTOS，以便开始评估其功能和性能特点。在STMicroelectronics的工具链中，有多种不同的开发板可供选择。多年来，一款久经考验的开发板一直深受青睐，STM32F429Discovery板(STM32F429I-DISC1)（图3）。STM32F429采用Arm®Cortex®-M4处理器，时钟速度高达168MHz。该微控制器支持2MB的闪存和256KB的SRAM，代码和内存足以用于高级应用的开发。该开发板还包括LCD、数个LED和可扩展的I/O。若基于RTOS的物联网边缘设备还需执行机器学习，则开发人员更适合选用STM32F7Discovery板(STM32F746G-DISCO)（图4）。STM32F7Discovery板基于ArmCortex-M7处理器，带缓存，时钟速度高达216MHz，具有1MB的闪存和340KB的SRAM。此外，该开发板还包括4.3英寸480x272像素显示屏、以太网、SD插槽、USB、麦克风和扬声器连接等。最后介绍的一款开发板是STM32L0Nucleo板(NUCLEO-L073RZ)（图5）。STM32L0Nucleo板基于ArmCortex-M0+，旨在实现最低能耗，非常适合电池供电的低功耗物联网边缘设备。STM32L0微控制器的时钟速度高达24MHz，具有192KB的闪存和20KB的SRAM。该开发板的特性可满足RTOS运行的最低需求，组件很简单，只包括用户开关和LED。接下来介绍的是RenesasSynergy™平台。在嵌入式行业中，该平台的独特之处在于附带丰富的第三方软件和各供应商的开发工具。例如，如果开发人员使用STMicroelectronics开发板，并希望将ExpressLogic的ThreadXRTOS与IARSystems的EmbeddedWorkbench编译器和开发环境结合使用，那么编译器需要使用IAR产品，RTOS需使用ExpressLogic产品，就必须分别购买使用许可证。但是，开发人员只需购买RenesasSynergy平台中的某个微控制器，就能免费使用这些工具和RTOS以及其他中间件。若开发人员希望在高端处理器上测试ThreadX，RenesasSynergy的SK-S7G2开发板(YSSKS7G2E30)不失为绝佳的选择（图6）。SK-S7G2基于ArmCortex-M4处理器，时钟速度达240MHz，具有3MB的闪存和640KB的RAM。该开发板组件丰富，包括LCD、大量LED、I/O扩展、CAN、PMOD扩展，可轻松访问串口和附加I/O。另一款可用于测试ThreadX的开发板是RenesasSynergy的TB-S5D5(YSTBS5D5E10)（图7）。TB-S5D5开发板成本低廉，采用ArmCortex-M4处理器，时钟速度达120MHz，具有1MB的闪存和384KB的SRAM。该开发板的功能较少，从而能最大限度地降低成本，只包括用户按钮、电容式触控和LED。对于开发人员，尤其是对物联网应用感兴趣的开发人员，其他值得关注的选择还有RenesasSynergy的AE-Cloud1物联网套件YSAECLOUD1（图8）和RenesasSynergy的AE-Cloud2蜂窝物联网套件YSAECLOUD2（图9）。SynergyCloud1物联网套件让开发人员可以通过Wi-Fi连接至云端，而Cloud2蜂窝物联网套件则可通过蜂窝网络连接。这两款开发板均基于S5D9处理器，具有板载传感器和LED可从云端进行监视和控制。此外，这两款套件还附带ThreadX等预装软件，因此开发人员可使用自带RTOS测试整个连接解决方案。（开发人员可以此评估上述KT矩阵的中间件部分。）关于上述平台的一个重要注意事项：评估RTOS时，请确保执行同环境比较。例如，若在时钟速度达168MHz的STM32F429Discovery板上评估FreeRTOS，则请确保使用相同的开发板或时钟速度相同的开发板来评估其他RTOS。RTOS的使用技巧与诀窍每款RTOS都有各自的“技巧与诀窍”，但有几条经验法则可以普遍应用于各款RTOS：静态分配任务和RTOS对象。动态分配任务和对象需要使用内存分配程序(malloc())，而这具有非确定性，可能会导致堆碎片问题，从而导致性能变差，甚至在最坏的情况下导致系统崩溃。根据应用需求更改默认堆栈大小。对于多数任务而言，许多RTOS提供的默认堆栈值过大，这会导致RAM浪费。手动配置默认堆栈大小，但请务必根据任务的功能和需求调整各任务的堆栈大小。从任务调用的函数必须可重入。从多个任务调用该函数时，若被更高优先级的任务中断，即可确保不存在损坏其他任务数据的风险。尽量使用内存块池（如有）。内存块池是具有确定性行为的内存池，可用于运行时动态分配内存。该方法比使用malloc()更稳妥，但多数开源操作系统并不具备此内存管理功能。最大限度地减少应用中使用的任务数。使用RTOS时，许多开发人员喜欢创建大量任务，但是创建任务就需要任务控制块及相关的独立堆栈空间，因此创建不必要的任务会大幅减少可用内存。总结物联网设备的应用促使嵌入式系统的软件复杂度相应增加，因此为了帮助开发人员克服这一挑战并将复杂性进行抽象化，使用RTOS已成为必要之举。然而，诀窍不仅仅在于选择RTOS。每款RTOS都各有所长，若选择的RTOS与开发人员的应用需求不符，则可能会浪费大量的时间和精力。相反，开发人员应采取积极主动的方法来选择RTOS，仔细评估各个不同方面，不光是RTOS本身的特性，还包括RTOS供应商以及遇到问题时可用的支持等外围因素。一种有效方法则是使用KT矩阵仔细评估待选RTOS，然后在完全支持该系统的微控制器平台上运行所选择的RTOS，以确保其适合应用。文章来源网络

开关稳压器以高效率著称，是可穿戴设备电源设计的常见选择，有助于延长电池续航时间。但是，这种稳压器可能产生电噪声，设计导入复杂，占用大量空间，而且相对昂贵。相比之下，线性稳压器可提供无纹波输出，并且简单、紧凑、便宜。然而，在宽负载范围内，其效率通常不如开关稳压器，这会影响电池续航时间。不过，通过采用低压差(LDO)线性稳压器（通常简称为“LDO”），并优化器件输出以确保其在最高效率区间内工作，工程师便可以使之实现接近开关稳压器的整体效率。但是，仍有一个重要问题需要解决：为了节省电池电量，可穿戴设备许多时候处于低功耗待机模式；即便在这些模式下，LDO也会消耗可观的内部电流。这样电流消耗虽小，却仍会缩短最终产品的电池续航时间。新一代LDO解决方案解决了这个问题。使用这些器件，当可穿戴设备处于低功耗模式时，工程师可以调节输出电流和压差，以最大程度地减少内部功耗。本文首先介绍如何选择LDO来为可穿戴设备供电，然后说明如何使用新一代LDO来使之效率最大化，同时不影响用户体验。选择LDO还是开关稳压器？在可穿戴设备电源设计过程中，稳压器的选择是一项关键决策。工程师需决定是选择开关稳压器还是LDO。两种稳压器都有其优缺点，这让工程师难以决定在特定应用中选择哪种；请参见了解线性稳压器利弊。可穿戴设备给设计带来了许多挑战，使得选择过程变得越发困难：需要使用微型电池来帮助实现紧凑设计要求长电池续航时间需要稳定电源来为功率敏感电子器件供电能从休眠状态迅速唤醒以增强用户体验高效率开关稳压器可以满足电池续航时间的需求，但它有一个重大缺点，那就是稳压器的高频率操作会引起较高水平的电磁干扰(EMI)，这可能会影响可穿戴设备的敏感微控制器和收发器。采用开关稳压器进行电压转换，并串联一个LDO，以最大程度地减少器件输出的电压和电流纹波，可以解决此问题。但是，这种拓扑结构会增加复杂性、成本和电源尺寸。另一种办法是使用LDO来提供稳定的电压；并通过选择内部功耗较低的器件，以及最小化稳压器的输入输出电压差，从而最大程度地提高效率。计算LDO效率LDO的效率取决于其接地电流(IGND)和输入输出电压（VIN和VOUT）。效率计算公式如下：效率=IOUT/(IOUT+IGND)×VOUT/VIN×100%IGND是让LDO内部电路工作所需的电流（其为输入电流和输出电流之差），其中一个关键部分是LDO的静态电流(IQ)。静态电流是当外部负载电流接近零时，为LDO内部电路供电所需的电流。它包括误差放大器、输出分压器以及过流和温度检测等电路的工作电流。由于对效率有影响，IGND和IQ成了LDO规格书上的关键规格。例如，一款适合为可穿戴设备供电的产品，例如Microchip的MCP1811BT-028/OTLDO，其IGND=180微安(µA)（IOUT=300毫安(mA)时）且IQ=250纳安(nA)。随着IOUT升高，IQ（并因此包括IGND）也会升高。STMicroelectronics的LDL112就很清楚地表现出这种关系（图1）。图1：此曲线图清楚显示了STMicroelectronicsLDL112LDO的负载电流与静态电流之间的关系。（图片来源：STMicroelectronics）对于一款满足可穿戴设备（记录和传输数据）典型负载（例如几百毫安）的LDO，IGND与IOUT相比微不足道，因此决定效率的关键因素在于输入输出电压差。例如，VIN为5V且VOUT为3.3V时，LDO的效率为66%。但是，当电源电压降至3.6V时，效率上升至91.7%。LDO的功耗计算方法为：P=(VIN-VOUT)xIOUT。然而，由于存在一个阈值，低于该阈值时器件将无法正确调节输出电压，因此目前只能通过减小输入输出电压差来提高LDO效率。这一最小阈值称为压差(VDROPOUT)。对于STMicroelectronicsLDL112之类的现代器件，VDROPOUT测量值为350mV（3.3V、1A输出时）。设计人员应注意，VDROPOUT是LDO无法再调节供电电压的临界点。为了达到其最高规格，LDO通常需要额外的“净空电压”，一般是在VDROPOUT之上再增加250至500mV，但某些LDO可能需要增加多达1.5V。确定输入输出电压差时，必须考虑VDROPOUT和净空电压。有关在电池供电型设备设计中导入LDO的更多信息，请参见利用高级LDO应对物联网无线传感器电源设计挑战。优化LDO性能如上文所示，对于功耗受限的设计，尽量减少LDO两端的电压差是良好的工程实践，因为所节省的功率可以显著延长电池续航时间。但是，当功率预算严重受限时，还有很多事情要做。需要考虑的其中一个方面是可穿戴设备处于低功耗或“休眠”模式时（例如，设备未使用微控制器、收发器或GPS功能时）消耗的电力。尽管最终产品在此模式下的电流消耗会较低，但LDO必须保持活动状态，以便在用户按下操作按钮或激活触摸屏时，设备能以尽量短的延迟时间唤醒。当可穿戴设备处于休眠状态时，IOUT很小。因此，IGND对效率的影响要比正常工作期间大。由于器件的负载很小，实际功耗并不大；但是，这种消耗是连续且长时间的过程，会对电池续航时间产生重大影响。优良的设计实践是选择一个既符合规格，又能提供最低内部电流消耗的LDO，以在IOUT较低时将损耗降至最小。不过，令人欣慰的是，大多数现代LDO提供了通过拉低选定引脚将器件置于关断模式的选项。其结果是器件与负载完全断开，从而有效地将IOUT限制到仅为IGND。例如，Microchip的MCP1811A具有一个关断（“SHDN”）输入，用于关闭和开启LDO输出电压（图2）。该器件的输入电压范围为1.8V至5.5V，提供从1V到4V的九种固定输出选择。该LDO的VDROPOUT为400mV，最大输出电流为150mA，IQ为250nA且IGND为80µA（IOUT=150mA、VIN=5V、VOUT=4V时）。图2：Microchip的MCP1811A具有关断模式。对SHDN引脚变为高电平并提供稳定电压的响应时间为600µs至1400µs不等。（图片来源：MicrochipTechnology）当SHDN输入为高电平时（至少70%的VIN），LDO输出电压启动，器件供应稳定电压。当SHDN输入为低电平时（至多20%的VIN），稳压电源切断，LDO进入低电流关断状态，此时IQ典型值为10nA，IGND约为2µA。能将MCP1181A置于关断模式的好处是显著节约功率，但缺点是启动时间会影响系统响应。为了确保LDO不会因SHDN引脚上的系统噪声尖峰而接通并浪费电池电量，关断电路有400微秒(μs)的延迟，SHDN输入出现上升沿并经过该延迟时间后，稳压器才开启。从运行角度看，这是一个好主意，但会影响系统响应。经过预设延迟时间后，如果SHDN输入保持高电平，则伴随着输出从0V升至最终稳压值，稳压器将开始对负载电容器充电。因此，从SHDN输入导通到输出提供稳定电压的总时间为内置400μs延迟时间与输出电压上升时间之和。该上升时间取决于VOUT，变化范围为200µs至1000μs。同样，ONSemiconductor的NCP171双模式XDFN4封装LDO可通过拉低ENA引脚（小于0.4V）而进入关断模式。该LDO有0.6V至3.3V的固定输出电压范围，输入范围为1.7V至5.5V，VDROPOUT为110mV。不过，NCP171提供了一种更复杂的系统来延长电池续航时间；当从低功耗模式切换到正常运行所需的稳压输出时，它能帮助改善响应。在活动模式下，该LDO能够提供最高80mA的电流，但当使用低功耗模式时，LDO的调节输出电压，而是将IOUT限制为最大5mA。由于使用LDO的另一部分进行调节，因此IGND大大降低，电池续航时间得以延长。可通过LDO的ECO引脚选择低功耗（和活动）模式（图3）。图3：ONSemiconductor的NCP171可通过ECO引脚从活动模式切换到低功耗模式。在低功耗模式下，IOUT最大值为5mA，同时IGND显著降低。（图片来源：ONSemiconductor）将ECO引脚拉低（接地）时，LDO切换到低功耗模式。IQ从55µA降至50nA。对IGND的影响同样显著：在活动模式下，IGND=420µA(IOUT=80mA)；相比之下，在低功耗模式下，IGND=2.5µA(IOUT=5mA)。低功耗模式下的功耗仅略高于器件处于关断模式时的功耗。按50、100、150或200毫伏等内部编程的偏移值降低活动模式标称输出电压，可以进一步降低低功耗模式下的功耗。低功耗模式的主要优点在于对正常稳压需求的响应时间。当ECO引脚被拉高（等于VOUT）时，器件切换到活动模式，并在不到100µs的时间内将NCP171LDO恢复至稳压状态，最大IOUT高达80mA（图4）。图4：将NCP171从低功耗模式切换到活动模式时，可在不到100µs的时间内恢复稳定电压。（图片来源：ONSemiconductor）启动时，无论ECO引脚为何状态，NCP171均默认进入活动模式，因此它能快速达到并稳定在目标输出电压。这种强制活动模式的持续时间通常为35毫秒(ms)，可确保输出电容器快速充电以及IOUT快速上升，从而满足负载需求。在低功耗模式下运行有一些缺点：电源抑制比（PSSR，衡量LDO抑制输入电压尖峰的能力）较低，并且电气噪声略有增加（图5）。图5：NCP171在低功耗模式下的PSSR一般比在活动模式下要低。（图片来源：ONSemiconductor）NCP171LDO随附STR-NCP171-EVK评估套件(EVK)。EVK可与ONSemiconductor在PC上运行的StrataDeveloperStudio集成开发环境(IDE)配合使用。EVK通过USB电缆连接到IDE，然后便可用来试验LDO的功能——例如，启用/禁用LDO以及在活动模式和低功耗模式之间切换。EVK和IDE还允许工程师配置和监视LDO的其他工作参数，包括输入和输出电压、功耗以及器件温度。总结精心选择LDO可简化可穿戴设备的电源设计，同时确保电压和电流稳定。通过选择接地电流较低的LDO并使其输入输出电压差最小化，设计人员可以实现接近开关稳压器的效率。选择新一代LDO可进一步延长可穿戴设备的电池续航时间；此类器件的运行模式可通过专用引脚进行选择，旨在限制可穿戴设备长时间处于休眠模式时的功耗。芯片供应商通常会为LDO提供配套评估工具，让设计人员能够以最佳设置对器件进行试验，从而最大限度地延长电池续航时间。文章来源网络

网关设备使得云服务与物联网(IoT)终端设备的关系变得更加紧密，加快了处理速度、减少了延时并能保持高利用率。但是，在设计网关时，开发人员很快就发现，他们需要厘清一系列容易混淆的硬件和软件选项，才能将各种物联网外设连接到云。现在，使用来自Mozilla的RaspberryPi和开源软件，开发人员可以快速、高效地实现基于新兴物联网标准的网关。为指导设计人员了解整个过程，本文首先简要回顾网关在物联网网络中的作用、关键要求及相关实现挑战，然后介绍标准的作用，重点说明万维网联盟(WorldWideWebConsortium)描述物联网中实体的方法。最后重点向开发人员介绍如何使用Mozilla的RaspberryPi3、无线插件和开源软件快速部署网关。同时本文将特别介绍开发人员如何使用Mozilla软件框架轻松扩展其网关，以支持任意数量的外设插件，从而满足特定连接要求。对网关的需求日益增长在Web上，尽管浏览器平台与服务器平台的底层硬件和软件存在很大差异，但通过使用标准协议，用户能够利用多种浏览器来联系多种多样的服务器。物联网虽然是基于上述许多相同的标准协议而建立，但在实现可持续驱动Web的互操作性方面，面临的挑战要大得多。正如Web浏览器在请求标头中标识自身身份及其功能一样，物联网设备也需要标准方法来标识其功能及其所提供数据的性质。然而，在典型的多层物联网架构中，实体的数量和类型可能非常复杂，特别是在包含传感器和致动器的最低层。为了满足这些设备的不同连接需求，网关设备已成为首选解决方案。凭借其支持多种有线和无线连接选项的能力，网关为复杂的物联网系统提供关键服务。物联网开发人员不仅利用网关多种多样的连接能力，而且还通过网关在复杂的物联网中提供更多实质性的服务，因此网关的作用得以显著扩展。网关的角色网关设备最简单的作用是缓冲高吞吐量云连接与成百上千的物联网外围设备之间的通信，这些外围设备产生的数据流速率彼此各不相同，甚至相差多个数量级。如果无法连接到云，网关就可以向物联网设备提供本地版本的云服务。相反，如果物联网设备出于任何原因离线，网关可以向云提供虚拟物联网设备，以模拟相应实体物联网设备的基本功能和已知最新状态。在任何一种情况下，即使连接中断，较高级别的物联网应用也能够继续正常运行。物联网边缘设备通常不受物联网外围设备的实时和功率限制，因此可以利用高性能处理器架构，提供接近物联网数据源的强大处理能力。物联网专家通过将更加先进的云服务甚至是高级机器学习算法迁移到这些设备上，进一步利用这种本地处理能力，为本地进程提供更快的响应循环，或者减少上游流向云应用的数据流的大小。AmazonWebServicesIoT、IBMWatsonIoT和MicrosoftAzureIoT等商用物联网平台在其端到端服务产品中都提供自己的专有接口和协议（图1）。然而，由于诸多原因，包括担心被套牢或基于更广泛的需求，物联网应用开发人员继续寻找能够简化更多不同物联网设备和服务之应用的解决方案。尽管其他机构也在定义标准物联网架构的元素，但万维网联盟(W3C)是定义物联网标准的领导者。在其不断演进的规范中，W3C万维物联网(WoT)确立了一些关键接口，允许单个设备与网关、云服务器、Web客户端甚至另一个物联网设备进行通信（图2）。虽然W3C架构的细节超出本文范畴，但有几个关键定义值得一提。最重要的其中一项是事物，它同时包含了一个物理设备及其元数据（或事物描述），在图2中用小三角形表示。事物描述不仅列出名称和人类可读描述等基本元数据，还可以凭借各种功能直接支持应用，包括数据分类、验证以及其他实体可以调用的特定端点以执行该特定事物的独特功能。使用标准通信方法（图2中的“WoT绑定模板(WoTBindingTemplates)”），同一物联网应用中的不同参与者只需要使用新设备或网关的事物描述，即可了解其使用方法及数据功能。借助其数据模型和应用编程接口(API)定义，Mozilla为开发人员提供了用于构建此类互操作网关的首批可用框架之一。Mozilla网关作为其W3CWoT工作的一部分，Mozilla的事物网关规范包括针对事物描述的数据模型、相关事物类型，以及使用WebSockets或基本REST机制的简单API。Mozilla的事物描述指定了基本元数据，包括名称、类型、描述以及各种属性，例如连网LED灯的“开”和“亮度”。事物描述中的其他条目包含用于封装不同操作（例如让灯变暗）的更复杂对象。通过访问事物描述中的“渐淡”操作，网关或其他实体就可以找到函数的入口点，以根据指定属性（例如渐淡级别和持续时间）执行“渐淡”操作。因此，事物描述为识别物联网设备和执行其设计的各种操作提供了一种标准方法。为了与事物进行交互，开发人员可以使用熟悉的RESTWeb协议来读取(GET)或写入（PUT或POST）事物描述中定义的事物属性。正常的REST响应进而将为请求的数据提供读取或写入操作的状态。例如，要在两秒钟的过渡时间内使LED亮度变淡至50%，开发人员会将相应的JSON主体POST到关联的渐淡端点，进而接收201响应和JSON主体，确认设备排队的请求操作的属性和状态。尽管Mozilla说明文档提供了其数据模型和API的详细描述，但要将此理论转化为实际运作的网关，开发人员仍要编写大量软件包。幸运的是，Mozilla通过提供设计用于RaspberryPi系列的完整实现方案，解决了其规范在理论方面的问题。网关平台如前所述，网关因其基本角色是提供多种连接选项以混合和匹配不同的物联网外围设备，所以网关设计要求相对较简单。事实上，RaspberryPi系列为构建此类设备提供了有效的硬件基础。最新版本的RaspberryPi3ModelB+是该系列的升级版，同时显著提高了有线和无线网络的吞吐量。此外，此开发板基于四核Arm®Cortex®-A53应用处理器，为探索前文提到的复杂本地处理功能提供一个有效平台。无需完全使用RaspberryPi3ModelB+的处理潜能，开发人员即可以探索基本的网关功能，只需在开发板上加载一个可从Mozillagithub资料库免费下载的固件映像即可。该固件实现了一个基本网关，开发人员只需将无线控制器适配器插入RaspberryPi3开发板的标准USB连接器，即可连接无线外设。Mozilla软件实现针对各种无线USB适配器（例如SigmaDesignsACC-UZB3-U-STAZ-WaveUSB控制器）提供开箱即用的支持。开发板接通电源后，软件将引导开发人员完成一些基本的初始化步骤，然后立即开始在本地无线环境中搜索设备。通过使用Web接口，开发人员只需点击按钮即可将发现的设备连接到网关（图3A），然后查看或修改相应事物描述中定义的设备属性（图3B）。使用生态系统硬件增强网关除了易于实现基本网关外，RaspberryPi生态系统与Mozilla开源代码的组合还为开发人员提供了用于扩展基本设计的综合环境。开发人员可以下载设计的完整源代码包，以更好地了解网关操作，更改特定操作特性，甚至创建定制网关应用。该源代码旨在运行于Node.js之上，展示了复杂网关软件应用的每个组件的关键设计模式。使用此开发平台，开发人员可以借助大量可用的硬件扩展板，快速创建能够支持广泛连接选项的网关。例如，将PimoroniPIM213AutomationHAT添加到RaspberryPi开发板上，使网关能够支持工业环境中所需的高电压和高电流有线连接。对于互联网连接欠佳或无连接的操作环境，通过将RaspberryPi开发板连接到配备NimbleLinkNL-SW-LTE-SVZM20LTECATM1模块和TaoglasLimited4GLTE天线的NimbeLinkNL-AB-RPI开发板，为网关添加窄带LTE连接。开发人员的选择不只局限于RaspberryPi插件。他们还可以将不同的适配器卡插入其RaspberryPi开发板，以访问其他接口标准所提供的一系列插件。例如，使用SeeedTechnology103990079Arduino适配器，DigiInternationalXK-WDM开发板可以将Digi的高能效DigiMesh网状网络连接功能添加到网关。对于需要标准网状连接选项的应用，可插入Digi的XKB2-Z7T-WZMZigbee开发板。同样，开发人员可以使用Seeed103010002Grove适配器，借助Seeed113060006GroveLoRaWAN开发板来支持LoRaWAN网状网络，或借助Seeed113060000Grove射频链路插件来支持扩展覆盖范围的Sub-GHz网络。利用丰富的可用插件，开发人员可以快速扩充其硬件平台，提供多种连接选项。在软件方面，Mozilla项目为实现支持新硬件所需的软件接口提供了一套明确的要求和示例。如要为事物网关构建插件，开发人员需要为三类实体提供代码：设备、属性和适配器。设备代码通常会利用特定设备或设备类型所特有的属性和方法（功能）扩展基本Device类。例如，设备模块可能包含与基本设备不同变体相关联的独立类–例如基本LED一个类和智能灯泡另一个类。Property（属性）模块将扩展基本Property类，以提供一组属性类别，其中包含更新特定设备属性的方法，例如LED的颜色或亮度。最后，适配器模块将扩展基本Adapter类，以提供类来初始化设备通信通道、支持网络调试以及为其他设备或通信特定功能提供支持。虽然主要网关包是针对Node.js采用Javascript实现的，但该平台也正式支持Python。不过，从概念上讲，开发人员可以用任何合适的语言构建兼容的插件。例如，已有开发人员使用Rust（Mozilla类似C++的存储器安全语言）创建了插件。对于能够使用现有Node.js后端的开发人员而言，这种相对简单的插件方式提供了一种强大的功能，可快速创建能够通过不同连接选项连接各种物联网外围设备的网关。总结对于物联网网关，开发人员面临的挑战是确保不同物联网设备、网关和服务器之间的互操作性。尽管相应标准机构正在快速制定物联网互操作性的合适规范，但开发人员在很大程度上需要将规范转化为可行的解决方案。如本文所述，通过将Mozilla的事物网关软件与RaspberryPi3结合使用，开发人员可以快速、高效地评估网关应用，并轻松扩展网关以支持不同的连接选项。文章来源网络

由于超低功耗IC的出现，导致基于传感器的电路和系统广泛使用，而且这些电路和系统运行电流仅需几微安或几毫安即可。这些产品的应用包括环境监测（安全、温度、地震）、资产跟踪、电能/功率计量、医疗监护等等。许多此类装置需要工作十年、二十年或更长时间，但要为其更换电池常常很困难或不可能办到。更换电池的成本常常也非常高昂。因此，设计人员必须妥善考虑各种选择或选择组合以做出正确决定，具体选择包括：能量收集具有能量收集功能的可充电（二次）电池超长寿命非充电（一次）电池带超长寿命一次电池的超级电容器本文将探讨这些设计人员可以使用的选择及取舍。在此过程中，本文将介绍Tadiran、AnalogDevices、KEMET和TexasInstruments的相关解决方案及其使用方法。能量收集是明智选择吗？明智与否当然要取决于具体应用。可以肯定的是，能量收集是一种有吸引力且广泛使用的供电技术。初看之下，其成本似乎很低或没有成本。它有四个关键要素：能量产生（来源）转换（使用某种换能器）储存（供以后使用）分配（将电力高效地输送到所需的电路）能量收集的第一个挑战是确定可供利用的最可行的能量来源。常见来源包括太阳能、风能、水力、热差、废热或磁感应。另一个来源是某种形式的微小振动或运动，步行、建筑物的地面振动或电机振动都能引起这样的运动。需要注意的是，尽管能量和功率这两个术语经常互换使用，尤其是在公众当中，但二者是有关联但不同的概念。能量是做功的能力，而功率是收集或消耗能量的速率。因此，能量是功率对时间的积分，而功率是能量对时间的导数。在能量收集系统中，收集和储存的能量必须等于或大于功率积分，否则系统将没有足够的功率来长期运作。换句话说，能量的总体消耗速率（即功率）不能高于一段时间的收集速率。一旦确定了要收集的能量来源，就需要换能器来捕获并将其转化为电能。这种换能器有很多形式，微型涡轮机、太阳能电池（或面板）或压电晶体便是其中几种。下一步是确定如何储存这种不稳定、常常不可预测而且数量通常很小的能量，以便可以在需要时从中获取能量来为电子设备供电。电池、超级电容器还是二者兼用？可行的储能方案有两种：充电电池或超级电容器，后者的正式名称是双电层电容器(EDLC)。使用充电电池还是超级电容器，在很大程度上取决于应用的规模、持续时间和占空比。一般而言，标准（非超级）电容器可以提供大功率值，但每单位体积只能储存相对少量的能量。相反，电池可以储存大量能量，但额定功率较低。超级电容器介于两者之间，其在能量和功率之间取得了平衡。与电池相比，超级电容器具有许多优点：超级电容器使用物理电荷储存技术，而不是化学反应，因此可以非常快速地充电和放电（毫秒至秒）与电池不同，超级电容器的充放电循环寿命几乎无限，因为它不依赖于化学反应超级电容器的电荷管理比电池更简单，前者仅需要充电电流和过压保护(OVP)，而后者需要比较复杂且与化学有关的恒流和恒压充电算法例如，KEMET的FC0V474ZFTBR24是一款47毫法拉(mF)超级电容器，装在一个密封小罐中，高10.5毫米(mm)，直径8.5mm，标称额定电压为3.5V（图1）。万一密封泄漏（不大可能发生），也只会释放出无害的水蒸气（气体），原因是电解液（稀硫酸）中的液态水相变为气态。图1：KEMET的FC0V474ZFTBR24型超级电容器是一款3.5V、47mF元件，装在密封罐中，高度仅10.5mm，直径为8.5mm。（图片来源：KEMETCorp.）充电电池可用于某些较长期运行的情况，最适合于电流消耗低但相对恒定、无高峰值、低占空比的应用。有些设计将充电电池与超级电容器搭配使用，电池对电容器进行涓流充电，而电容器提供峰值负载电流。对于大多数长期应用而言，在电气特性以及单位体积和重量的能量密度方面，锂离子(Li-ion)化学电池是众多可用标准化学电池中的最佳选择。但是，不同的锂化学电池，其输出电压、充电/放电特性、电压与剩余电容的关系、工作温度范围、充电/放电循环次数等性质存在重大差异。同其他电池规格一样，循环次数也取决于每次循环的放电深度。表1概要显示了两种广泛使用的二次电池——镍镉（NiCad或NiCd）和锂离子——以及两类基本大容量电容器的主要特性。表1：充电电池和电容器具有不同的主要特性组合。（图片来源：KEMETCorp.）对于需要持续运行超长时间的应用，确定储能元件所需的毫安时(mAh)额定容量在概念上很简单，但在实践中却很难。虽然一级分析基于所需功率（包括静态、稳态和脉冲模式）的积分，但在使用这些器件进行设计时，还有更多考虑因素。例如，内部等效串联电阻(ESR)引起的损耗和温度相关的性能降级等问题，便是各种必须考虑的因素之中的两个。因此，需要仔细研究电池或超级电容器规格书及其大量图表。系统电源管理：持续的挑战无论是选择电池、超级电容器还是同时使用，对从收集换能器到储能元件的能量流以及之后将其传输到负载的过程进行管理，是一个关键设计问题。此功能必须确保以最大效率将所收集的能量（通常非常小）转移到储能元件，同时又不会因过度充电而缩短电池寿命。管理功能还必须在需要时计量传送到负载的电流，而其本身消耗的功率应非常小。此外，管理功能必须管理放电周期以避免深度放电，因为深度放电会减少全容量充放电循环次数。在输出端，管理器还必须实现DC/DC稳压，这样，尽管储能元件电压和负载需求发生变化，负载轨仍会保持恒定电压。根据所选择的电池或电容器，在负载需求范围内，此稳压功能可以使用降压或升压模式。当储能元件的输出电压会从所需直流电源轨电压以上变到以下时，稳压功能也可以使用降压/升压组合式稳压器。例如，AnalogDevices的LTC3331EUH＃PBF是一款带有能量收集电池充电器的毫微功率降压/升压DC/DC稳压器，针对太阳能电池的较高电源电压进行了优化（图2）。但是，它也可以与低压电源一起使用，构成带备用电池的完整能量收集解决方案的基础。LTC3331采用5mmx5mmQFN-32微型封装，具有双路输入（例如将太阳能和压电作为收集来源）和一个确定两路输入优先级的单路输出DC/DC稳压器。图2：AnalogDevices的LTC3331可以处理两个收集来源并确定其优先级，而且能平衡两个超级电容器和一个电池，同时以高达50mA的电流提供1.8V至5V的电压（左）。图中还显示了LTC3331从收集的能量为电池充电时的时序（右）。（图片来源：AnalogDevices）收集的输入可以在3.0V至19V之间，而电池电压最高可达4.2V；在50mA时，稳压输出轨可以设置为1.8V至5V。它还支持串联使用两个超级电容器，并通过自动电池平衡来提高储能量和效率。降压和升压转换器由优先级控制器进行控制。这会根据电池和/或可收集能量的可用性，选择使用何种能量源。如果收集的能量可用，则降压稳压器处于活动状态，降压-升压功能关闭。板载10mA并联电池充电器具有低电量断开功能，可以对备用电池充电，从而大大延长了使用寿命。静态电流是决定稳压器效率的一个关键因素，在能量收集设计中尤其如此，在无负载时电流仅为950nA。长期供电问题已经解决——或者也许没有解决由上文可知，关于可用收集来源、使用电池还是超级电容器以及系统取舍的决策是很复杂的。但是，当使用收集的能源时，还有两个更大的问题，尤其是在电池方面。首先，充电电池的充电/放电循环次数不是无限的。即便在最佳的充放电条件和温度下，其典型循环次数也只有1000或2000次，无法满足数十年的充放电需求。其次是一个难以量化的更大问题，涉及到能量来源和换能器。面对尘土和灰尘，或者附近有人盖起房子遮挡了光线，或者树木生长遮盖了电池板，太阳能电池真的能得到充足的阳光并工作数十年吗？即使设置和工作环境发生了变化，振动源也会一直受到激励吗？在许多实际设施中，这些都是非常难以有把握地解决和确认的问题。在储能方面，若考虑要将不可充电的一次电池使用数十年，即使负载功耗为微安级或很小的毫安级，这也有点违反直觉。毕竟，它不是会变干、腐蚀或发生其他长期性问题吗？但是，在合适的条件下使用正确类型的一次电池，实际上是一种非常可行的替代能量收集方法。另外，根据定义，使用一次电池完全避免了所有与充放电循环和管理相关的问题。尽管如此，一次电池确实会遭受不可避免的劣化现象，即自放电——即使电池没有负载或物理断开，也必定有少量内部泄漏电流。对于大多数类型的一次锂基电池，每年自放电量约为初始容量的3-4%。通过数学计算可知，若自放电率为4%，电池容量将在约12年后下降到原始值的一半左右，这还不包括因为支持负载而造成的容量损失。由于自放电，使用负载电流消耗和初始电池容量的简单计算来确定寿命就显得过于乐观，坦率地说是不切实际的。因此，大多数一次电池不适合数十年的长期应用。然而，基于锂亚硫酰氯(LiSOCl2)化学性质并采用螺旋卷绕式内部布置和专有制造工艺的电池，可以持续工作数十年而不会发生过多的自放电。当在许多电路中以非常低的电流电平使用时，再结合其低于1%的自放电率，这种电池可以持续向系统供电二三十年甚至四十年（图3）。此外，电池重量也很轻，但能量密度却很大：高性能LiSOCl2电池的重量能量密度约为650瓦时/千克(W-hr/kg)，体积能量密度约为1280瓦时/立方分米。根据图3，Tadiran的LiSOCl2XOL系列在20年后还有86%的额定容量（左）。LiSOCl2XTRA系列在10年后的容量为80%，而其他化学电池已降至70%（中）。锂二氧化锰(LMNO2)和碱性电池的年自放电率很高，使用寿命达不到10年以上（右）。图3：三种化学电池在10年和20年后的容量，仅考虑自放电损耗（无负载）。Tadiran的LiSOCl2XOL系列在20年后还有86%的额定容量（左）；Tadiran的LiSOCl2XTRA系列在10年后的容量为80%，而其他化学电池已降至70%（中）；LMNO2和碱性电池的年自放电率很高，使用寿命达不到10年以上（右）。（图片来源：TadiranBatteries）LiSOCL2自放电率低的关键原因是氯化锂(LiCl)钝化层，一旦锂与电解质接触，阳极表面上就会形成该钝化层，从而防止进一步的反应或容量损失。它是一种非理想绝缘体，极大地限制了自放电电流的流动，但是当负载需要时，则会被低电平电流部分地“推到一边”。理论上，钝化层的厚度可以通过设计和制造来增加，以进一步限制自放电，但这样一来，当负载电流较高时，电池将无法正常供电。因此需要取舍：要么接受低自放电率，但仅限于低耗电量的应用，要么进一步增加自放电率，但在较高耗电量下电池的使用时间会缩短（对于给定的额定容量）。有些电池针对超低耗电量应用进行了优化。请考虑TadiranXLO系列中的TL-4902/S½AA型LiSOCl2一次电池，长度仅25mm，直径为14.5mm。这种圆柱形电池的端电压为3.6V，标称容量为1.2Ah，工作电流为0.5mA，工作电压可低至2V（图4）。输出电压不随时间而变化，在较低耗电量水平下使用时间会大幅增加，在10微安(µA)时达到100,000小时。图4：Tadiran的TL-4902/SLiSOCl2一次电池可以持续提供10µA电流100,000小时，而输出电压不会降低。（图片来源：TadiranBatteries）脉冲电流应用怎么样？请注意，“穿透”钝化层需要数毫秒时间，当负载电路需要电流时，实际上会出现瞬时压降，然后缓慢上升至标称输出电压。因此，为了最大限度地延长这些电池的使用寿命，不应将其用于脉冲负载，而应当用作连续低电流源。虽说如此，但对于脉冲负载，有一个方便实用的解决方案：将这个长寿命、连续放电、低电流电池与超级电容器结合使用。在这种情况下，电路配置如下：电池以低速率给超级电容器连续充电，而超级电容器用来提供较高的脉冲电流（图5）。实际上，这种方案使用电池作为要收集的能量来源，尽管这并非标准的术语用法。图5：设计人员可以通过一种易于管理的方式为脉冲负载获得超长持续时间的功率：使用长寿命一次电池的少量连续电流对超级电容器进行涓流充电，然后使用超级电容器来支持低占空比脉冲负载。（图片来源：TexasInstruments）TexasInstruments的TPS62740IC非常适合于这种配置（图6）。该降压转换器接受2.2V至5.5V的输入电压，静态电流规格为360nA，采用2.2微亨(µH)微型电感器和10微法拉(µF)输出电容器工作，可提供高达300mA的电流。图6：TexasInstruments的TPS62740降压转换器允许使用电池为小型电容器充电，这样设计人员便能以最佳方式利用每种储能器件的特性。（图片来源：TexasInstruments）在典型应用中，LiSOCl2一次电池直接连接到TPS62740，并由微控制器控制；微控制器启用/禁用降压转换器，调节输出电压，并支持高效充电（图7）。图7：将TPS62740与LiSOCl2一次电池和电容器结合使用，并由微控制器进行控制，可实现一个高效率、持续时间长且以低静态电流工作的电源子系统。（图片来源：TexasInstruments）降压转换器的输出连接到两个限流电阻以处理启动过程，这对于将超级电容器预充电至最低1.9V是必需的。储能电容器完成预充电后，开关便会导通，且电流会受组合电阻的限制。这种安排能够支持低占空比、大峰值电流负载（例如无线物联网节点），而且电池寿命极长，可以持续运行数十年。相比于利用充电电池收集能量，使用一次电池有以下三个优点，甚至可以附加超级电容器来支持脉冲电流缓冲：消除了能量收集换能器本身的成本及其长期生存能力的不确定性消除了与有限的充放电循环次数相关的电池管理问题以及对放电深度和工作温度的依赖简化了电源管理子系统总结设计一种能持续供电数十年且不需要管理或干预的电源，是一项十分有挑战性的要求。对于许多基于传感器的物联网应用中采用超低电流和功率的设计来说，即便其要求相对不高，情况也是如此。虽然利用充电电池收集能量是一种较显而易见、或许是更直观的能量收集选择，但是只使用低钝化LiSOCl2一次电池（针对低电流应用）或者将化学电池与超级电容器结合使用（针对脉冲式低占空比负载）也是一种出色的替代方案。文章来源网络

PCF8591是一个单电源低功耗的8位CMOS数据采集器件，具有4路模拟输入，1路模拟输出和一个串行I2C总线接口用来与单片机通信。与前面讲过的24C02类似，3个地址引脚A0、A1、A2用于编程硬件地址，允许最多8个器件连接到I2C总线而不需要额外的片选电路。器件的地址、控制以及数据都是通过I2C总线来传输，我们先看一下PCF8591的原理图，如图所示。PCF8591原理图其中引脚1、2、3、4是4路模拟输入，引脚5、6、7是I2C总线的硬件地址，8脚是数字地GND，9脚和10脚是I2C总线的SDA和SCL。12脚是时钟选择引脚，如果接高电平表示用外部时钟输入，接低电平则用内部时钟，我们这套电路用的是内部时钟，因此12脚直接接GND，同时11脚悬空。13脚是模拟地AGND，在实际开发中，如果有比较复杂的模拟电路，那么AGND部分在布局布线上要特别处理，而且和GND的连接也有多种方式，这里大家先了解即可。在我们板子上没有复杂的模拟部分电路，所以我们把AGND和GND接到一起。14脚是基准源，15脚是DAC的模拟输出，16脚是供电电源VCC。PCF8591的ADC是逐次逼近型的，转换速率算是中速，但是它的速度瓶颈在I2C通信上。由于I2C通信速度较慢，所以最终的PCF8591的转换速度，直接取决于I2C的通信速率。由于I2C速度的限制，所以PCF8591得算是个低速的AD和DA的集成，主要应用在一些转换速度要求不高，希望成本较低的场合，比如电池供电设备，测量电池的供电电压，电压低于某一个值，报警提示更换电池等类似场合。Vref基准电压的提供有两种方法。一是采用简易的原则，直接接到VCC上去，但是由于VCC会受到整个线路的用电功耗情况影响，一来不是准确的5V，实测大多在4.8V左右，二来随着整个系统负载情况的变化会产生波动，所以只能用在简易的、对精度要求不高的场合。方法二是使用专门的基准电压器件，比如TL431，它可以提供一个精度很高的2.5V的电压基准，这是我们通常采用的方法。如图所示。PCF8591基准与对外接口原理图图中J17是双排插针，大家可以根据自己的需求选择跳线帽短接还是使用杜邦线连接其它外部电路，二者都是可以的。在这个地方，我们直接把J17的3脚和4脚用跳线帽短路起来，那么现在Vref的基准源就是2.5V了。分别把5和6、7和8、9和10、11和12用跳线帽短接起来的话，那么我们的AIN0实测的就是电位器的分压值，AIN1和AIN2测的是GND的值，AIN3测的是+5V的值。这里需要注意的是，AIN3虽然测的是+5V的值，但是对于AD来说，只要输入信号超过Vref基准源，它得到的始终都是最大值，即255，也就是说它实际上无法测量超过其Vref的电压信号的。需要注意的是，所有输入信号的电压值都不能超过VCC，即+5V，否则可能会损坏ADC芯片。

智能能源意味着电力生成，分配和消耗的智能水平。在某种程度上，这已被政府强加给公用事业公司，但它比单纯的立法更加深刻。更广泛的社会良知意味着它现在影响着所有形式和各个层面的权力处理方式。越来越多地嵌入仪表，电器，机械甚至建筑物中的“智能”旨在帮助控制能量。不断扩大的全球人口和有限的化石燃料，再加上利用这些资源对环境的负面影响，正在导致世界能源格局发生变化。可再生能源正变得越来越重要。国际能源机构最近公布了数据，表明能源生产和消费的关键领域如何进一步实现“巴黎协定”的目标。电动汽车，太阳能光伏和陆上风电场正在满足当前的预期，而其他举措包括碳捕获和储存以及提高燃煤发电效率则不然。其他形式的可再生能源（如核电和储能）的指标显示需要做出更多努力，如运输，工业和消费应用（如家用电器和照明）等终端市场也需要更多的努力。能源效率低下的一个重要因素是转换阶段自然会产生损失，但正在开发的技术和技术可以帮助最小化它们。该行业继续向数字领域过渡，与纯粹的模拟方法相比，它提供了更好的控制，灵活性和效率。由于这种转变，越来越多的解决方案结合了一系列专门针对电源转换的功能。监测能源使用情况智能电表目前正在许多国家推出，以便让消费者更好地控制其能源使用，并帮助公用事业公司监控需求，确保他们只生产足够的能源来满足这一需求。公用事业公司越了解消费者的习惯，就越容易采用对环境负责的能源生产和分销方法。虽然术语“智能电表”涵盖了这个应用领域，但它们的功能可能会有很大差异。有些人可能只是将数据传回公用事业提供商，而其他人可能会让房主全面了解他们的能源使用情况。赛普拉斯半导体的FM4S6E2Dx系列微控制器面向寻求开发可与智能电表接口并提供丰富信息的系统的OEM。它可以构成家庭能源管理系统（HEMS）的核心，如图1和图2所示。它集成了ARMCortex-M4F内核和图形子系统，以及许多其他外围设备，以支持有线和无线接口。在同一系列中，FM0+S6E1A1系列针对不同形式的电机控制进行了能量管理优化。无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）的数字控制是能源管理领域，是优化的关键。两种类型的电动机都存在于越来越多的工业机器和消费电器中，并且一直是努力提高能效的主题。磁场定向控制（FOC）是一种使PMSM和BLDC的驱动和控制更加高效的技术，但它确实需要相对较高的处理能力。FM0+S6E1A系列非常适用于BLDC和PMSM电机的FOC，这些应用完全受制造商赛普拉斯半导体公司设计指南的支持。电源转换虽然一些电器使用交流电源供电，但更多电器需要降压和稳压直流电源，这使得开关模式电源（SMPS）的使用非常广泛。向数字控制的转变使原始设备制造商能够生产更小，更高效的SMPS，并继续努力进一步提高这一关键领域的效率。该dsPIC33F系列数字信号控制器（DSC）的从Microchip的适用于智能电源转换，提供动态控制和环路调整，预测控制环路算法以及针对不同功率级别的操作灵活性。这种级别的数字控制旨在消除对标准模拟控制回路的需求，同时提供更好的控制。调节由DSC上运行的软件控制，支持用于非线性预测和自适应控制的数字补偿算法。简而言之，电源能够更好地处理输入功率和负载的变化，以便在各种条件下以最佳效率运行。在这种情况下，DSC上运行的算法使用高速和高带宽ADC以及高速PWM收集的反馈。如图4所示，dsPIC33F还能够通过Boost-PFC算法实现功率因数校正，使用平均电流模式控制。通过计算整流输入电压，输出电压误差补偿器和电压前馈输出的乘积，以数字方式导出参考电流。即使在运行此应用程序时，dsPIC33F也为其他应用程序软件提供了充足的处理空间。完全集成的解决方案转换，分发和应用程序作为一般部门有很多方面，但每个方面都有自己的特定变体。期望单个设备适用于所有这些区域可能是不合理的，但有一些解决方案可以接近。一个这样的例子是PAC5223从活动半，这是电力应用控制器（PAC）的设备的更广泛的家族已为智能能源电器和设备（图5）的新的波优化的一部分。它基于ARMCortex-M0内核，采用ActiveSemi的专有技术，包括多模电源管理器，专用电源驱动器和可配置前端。多模式电源管理器被描述为多种类型电源的“一体化”解决方案，具有多模式开关电源控制器，可用于降压，SEPIC或AD/DC反激模式，以及处理最多四个线性稳压电源。专用功率驱动器包括高侧和低侧栅极驱动器，能够实现半桥，H桥，3相和通用控制。可配置前端包括电源应用所需的所有模拟功能，包括可编程差分和单端增益放大器，数模转换器和比较器。它还可以接受多个模拟输入信号，甚至可以为传感器输入提供放大。PAC系列解决的应用范围很广，包括通用高压系统控制器，家用电器，电动工具，电机控制器，LED照明控制器和不间断电源。它还可用于太阳能微型逆变器以及广泛的工业应用。图6显示了典型的应用程序。HYDRA-X23/X23S开发平台也支持PAC5223，该平台旨在为开发电源应用的工程师提供支持。与其名称一样，开发套件接受不同的“头部”以扩展其功能，而主套件（或“主体”）提供分线连接器，以便于访问所有PAC5223的外围设备。结论获得关于电源的“智能”涉及尽可能地迁移到数字控制。这种新的权力范式非常重要，政府正在制定立法，以确保在气候受到不可挽回的损害之前发生。通过在所有适用情况下采用数字控制，电子工程界可以在此迁移中发挥重要作用。半导体行业正在努力通过高度集成的器件和功能齐全的开发套件来实现这一目标。文章来源网络

调试在初级电子工程师初级阶段是必须的！所以综合了几家的调试文章，再加上自己的心得推荐给大家，不足之处请多指教。实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，往往也难于达到预期的效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观因素（如元件值的误差、器件参数的分散性、分布参数的影响等），必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足，然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此，调试电子电路的技能对从事电子技术及其相关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：稳压电源、万用表、示波器、频谱分析仪和信号发生器等。电子电路调试包括测试和调整两个方面。调试的意义有二：一是通过调试使电子电路达到规定的指标；二是通过调试发现设计中存在的缺陷并予以纠正。1、电子电路调试的一般步骤传统中医看病讲究“望、闻、问、切”，其实调试电路也是如此。首先“望”，即观察电路板的焊接如何，成熟的电子产品一般都是焊接出的问题；第二“闻”，呵呵，这个不是说先把电路板闻下，而是说通电后听电路板是否有异常响动，不该叫的叫了，该叫的不叫；第三“问”，如果是自己第一次调试，不是自己设计的要问电源是多少？别人是否调过？有什么问题？第四“切”，元器件有没焊全、芯片焊接是否正确、不易观察的焊点是否焊好？一般调试前做好这几步就可发现不少问题。根据电子电路的复杂程度，调试可分步进行：对于较简单系统，调试步骤是：电源调试→单板调试→联调。对于较复杂的系统，调试步骤是：电源调试→单板调试→分机调试→主机调试→联调。由此可明确三点：（1）不论简单系统还是复杂系统，调试都是从电源开始入手的；（2）调试方法一般是先局部（单元电路）后整体，先静态后动态；（3）一般要经过测量→调整→再测量→再调整的反复过程；对于复杂的电子系统，调试也是一个“系统集成”的过程。在单元电路调试完成的基础上，可进行系统联调。例如数据采集系统和控制系统，一般由模拟电路、数字电路和微处理器电路构成，调试时常把这3部分电路分开调试，分别达到设计指标后，再加进接口电路进行联调。联调是对总电路的性能指标进行测试和调整，若不符合设计要求，应仔细分析原因，找出相应的单元进行调整。不排除要调整多个单元的参数或调整多次，甚至有修正方案的可能。2、电子电路调试的具体步骤（1）通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。（2）静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。（3）动态调试：动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输入端加入合适的信号，按信号的流向，顺序检测各测试点的输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。测试过程中不能仅凭感觉或印象，要始终借助仪器观察。使用示波器时，最好把示波器的信号输入方式置于“DC”挡，通过直流耦合方式，可同时观察被测信号的交、直流成分。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标（如信号的幅值、波形形状、相位关系、增益、输入阻抗和输出阻抗、灵敏度等）是否满足设计要求，如必要，再进一步对电路参数提出合理的修正。3、电子电路调试中的若干问题（1）根据待调试系统的工作原理（原理图和PCB）拟定调试步骤和测量方法，确定测试点，并在图纸上和板子上标出位置，画出调试数据记录表格等。（2）搭设调试工作台，工作台配备所需的调试仪器，仪器的摆设应操作方便，便于观察。学生往往不注意这个问题，在制作或调机时工作台很乱，工具、书本、衣物等与仪器混放在一起，这样会影响调试。特别提示：在制作和调试时，一定要把工作台布置的干净、整洁。这便是“磨刀不误砍柴工”。（3）对于硬件电路，应为被调试系统选择测量仪表，测量仪表的精度应优于被测系统；对于软件调试，则应配备微机和开发工具。（4）电子电路的调试顺序一般按信号流向进行，将前面调试过的电路输出信号作为后一级的输入信号，为最后统调创造条件。（5）选用可编程逻辑器件实现的数字电路，应完成可编程逻辑器件源文件的输入、调试与下载，并将可编程逻辑器件和模拟电路连接成系统，进行总体调试和结果测试。（6）在调试过程中，要认真观察和分析实验现象，做好记录，保证实验数据的完整可靠。4、调试前的工作电路安装完毕，通常不宜急于通电，应该先认真检查一下。检查内容包括：（1）连线是否正确：检查电路连线是否正确，包括错线（连线一端正确，另一端错误）、少线（安装时完全漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）。查线的方法通常有两种：1）按照电路图检查安装的线路：这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此可比较容易地查出错线和少线。2）按照实际线路来对照原理电路进行查线：这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“Ω×1”挡，或数字式万用表“Ω挡”的蜂鸣器来测量，而且应直接测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。（2）元器件安装情况检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成器件和电解电容极性等是否连接有误。（3）电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。（4）电源端对地是否存在短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。5、调试方法调试包括测试和调整两个方面。所谓电子电路的调试，是以达到电路设计指标为目的而进行的一系列的测量→判断→调整→再测量的反复进行过程。为了使调试顺利进行，设计的电路图上最好标明各点的电位值，相应的波形图以及其它主要数据。调试方法通常采用先分调后联调（总调）。我们知道，任何复杂电路都是由一些基本单元电路组成的，因此，调试时可以循着信号的流向，逐级调整各单元电路，使其参数基本符合设计指标。这种调试方法的核心是：把组成电路的各功能块（或基本单元电路）先调试好，并在此基础上逐步扩大调试范围，最后完成整机调试。采用先分调，后联调的优点是：能及时发现问题和解决问题。新设计的电路一般采用此方法。对于包括模拟电路、数字电路和微机系统的电子装置更应采用这种方法进行调试。因为只有把三部分分开调试后，分别达到设计指标，并经过信号及电平转换电路后才能实现整机联调。否则，由于各电路要求的输入、输出电压和波形不匹配，盲目进行联调，就可能造成大量的器件损坏。除了上述方法外，对于已定型的产品和需要相互配合才能运行的产品也可采用一次性调试。6、调试中的注意事项调试结果是否正确，很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。为了保证调试的效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：（1）正确使用测量仪器的接地端凡是使用地端接机壳的电子仪器进行测量时，仪器的接地端应和放大器的接地端连接在一起，否则仪器机壳引入的干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测量结果出现误差。根据这一原则，调试发射极偏置电路时，若需测量VCE，不应把仪器的两端直接接在集电极和发射极上，而应分别对地测出VC、VE，然后将二者相减得VCE。若使用干电池供电的万用表进行测量，由于电表的两个输入端是浮动的，所以允许直接跨接到测量点之间。（2）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测量结果带来很大误差。（3）测量仪器的带宽必须大于被测电路的带宽例如：MF－20型万用表的工作频率为20～20000Hz。如果放大器的fh=100kHz，我们就不能用MF－20来测试放大器的幅频特性，否则，测试结果就不能反映放大器的真实情况。（4）要正确选择测量点用同一台测量仪器进行测量时，测量点不同，仪器内阻引进的误差大小将不同。例如，对于图1所示电路，测C1点电压VC1时，若选择e2为测量点，测得VE2，根据VCl＝VE2＋VBE2求得的结果，可能比直接测Cl点得到的VC1的误差要小得多。所以出现这种情况，是因为Re2较小，仪器内阻引进的测量误差小。（5）测量方法要方便可行需要测量某电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电压不必改动被测电路，测量方便。若需知道某一支路的电流值，可以通过测取该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。（6）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录记录的内容包括实验条件、观察的现象、测量的数据、波形和相位关系等。只有有了大量可靠的实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。7、调试时出现故障的解决方法要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题，如果是原理上的问题，即使重新安装也解决不了问题。我们应当把查找故障，分析故障原因，看成一次好的学习机会，通过它来不断提高自己分析问题和解决问题的能力。（1）检查故障的一般方法故障是不期望但又不可避免的电路异常工作状况。分析、寻找和排除故障是电气工程人员必备的实际技能。对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中迅速、准确地找出故障是不容易的。一般故障诊断过程，就是从故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障原因的过程。（2）故障现象和产生故障的原因1）常见的故障现象：放大电路没有输入信号，而有输出波形。放大电路有输入信号，但没有输出波形，或者波形异常。串联稳压电源无电压输出，或输出电压过高且不能调整，或输出稳压性能变坏、输出电压不稳定等。振荡电路不产生振荡。计数器输出波形不稳，或不能正确计数。收音机中出现“嗡嗡”交流声和“啪啪”的汽船声等。以上是最常见的一些故障现象，还有很多奇怪的现象，在这里就不一一列举了。2）产生故障的原因：故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的复杂故障。因此，引起故障的原因很难简单分类。这里只能进行一些粗略的分析。对于定型产品使用一段时间后出现故障，故障原因可能是元器件损坏，连线发生短路或断路（如焊点虚焊、接插件接触不良、可变电阻器、电位器、半可变电阻等接触不良、接触面表面镀层氧化等），或使用条件发生变化（如电网电压波动，过冷或过热的工作环境等）影响电子设备的正常运行。对于新设计安装的电路来说，故障原因可能是：实际电路与设计的原理图不符；元器件焊接错误、元器件使用不当或损坏；设计的电路本身就存在某些严重缺点，不满足技术要求；连线发生短路或断路等。仪器使用不正确引起的故障，如示波器使用不正确而造成的波形异常或无波形，接地问题处理不当而引入干扰等。各种干扰引起的故障。（3）检查故障的一般方法查找故障的顺序可以从输入到输出，也可以从输出到输入。查找故障的一般方法有：1）直接观察法：直接观察法是指不用任何仪器，利用人的视、听、嗅、触等作为手段来发现问题，寻找和分析故障。直接观察包括不通电检查和通电观察。检查仪器的选用和使用是否正确；电源电压的等级和极性是否符合要求；电解电容的极性、二极管和三极管的管脚、集成电路的引脚有无错接、漏接、互碰等情况；布线是否合理；印刷板有无断线；电阻电容有无烧焦和炸裂等。通电观察元器件有无发烫、冒烟，变压器有无焦味，电子管、示波管灯丝是否亮，有无高压打火等。此法简单，也很有效，可作初步检查时用，但对比较隐蔽的故障无能为力。2）用万用表检查静态工作点电子电路的供电系统，半导体三极管、集成块的直流工作状态（包括元、器件引脚、电源电压）、线路中的电阻值等都可用万用表测定。当测得值与正常值相差较大时，经过分析可找到故障。顺便指出，静态工作点也可以用示波器“DC”输入方式测定。用示波器的优点是：内阻高，能同时看到直流工作状态和被测点上的信号波形以及可能存在的干扰信号及噪声电压等，更有利于分析故障。3）信号寻迹法对于各种较复杂的电路，可在输入端接入一个一定幅值、适当频率的信号（例如，对于多级放大器，可在其输入端接入f＝1000Hz的正弦信号），用示波器由前级到后级（或者相反），逐级观察波形及幅值的变化情况，如哪一级异常，则故障就在该级。这是深入检查电路的方法。4）对比法怀疑某一电路存在问题时，可将此电路的参数与工作状态相同的正常电路的参数（或理论分析的电流、电压、波形等）进行一一对比，从中找出电路中的不正常情况，进而分析故障原因，判断故障点。5）部件替换法有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，如这时你手头有与故障仪器同型号的仪器时，可以将仪器中的部件、元器件、插件板等替换有故障仪器中的相应部件，以便于缩小故障范围，进一步查找故障。6）旁路法当有寄生振荡现象时，可以利用适当容量的电容器，选择适当的检查点，将电容临时跨接在检查点与参考接地点之间，如果振荡消失，就表明振荡是产生在此附近或前级电路中。否则就在后面，再移动检查点寻找之。应该指出的是，旁路电容要适当，不宜过大，只要能较好地消除有害信号即可。7）短路法就是采取临时性短接一部分电路来寻找故障的方法。短路法对检查断路性故障最有效。但要注意对电源（电路）是不能采用短路法的。8）断路法断路法用于检查短路故障最有效。断路法也是一种使故障怀疑点逐步缩小范围的方法。例如，某稳压电源因接入一带有故障的电路，使输出电流过大，我们采取依次断开电路的某一支路的办法来检查故障。如果断开该支路后，电流恢复正常，则故障就发生在此支路。实际调试时，寻找故障原因的方法多种多样，以上仅列举了几种常用的方法。这些方法的使用可根据设备条件，故障情况灵活掌握，对于简单的故障用一种方法即可查找出故障点，但对于较复杂的故障则需采取多种方法互相补充、互相配合，才能找出故障点。在一般情况下，寻找故障的常规做法是：先用直接观察法，排除明显的故障。再用万用表（或示波器）检查静态工作点。信号寻迹法是对各种电路普遍适用而且简单直观的方法，在动态调试中广为应用。应当指出，对于反馈环内的故障诊断是比较困难的，在这个闭环回路中，只要有一个元器件（或功能块）出故障，则往往整个回路中处处都存在故障现象。寻找故障的方法是先把反馈回路断开，使系统成为一个开环系统，然后再接入一适当的输入信号，利用信号寻迹法逐一寻找发生故障的元、器件（或功能块）。来源：张飞实战电子

噪声重要与否，取决于它对目标电路工作的影响程度。例如，一个开关电源在3MHz时具有显著的输出电压纹波，如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽，如温度传感器等，则该纹波可能不会产生任何影响。但是，如果该开关电源为RF锁相环(PLL)供电，结果可能大不相同。为了成功设计一个鲁棒的系统，了解噪声源至关重要。就低压差(LDO)调节器而言或者说任何电路，噪声源都可以分为两大类：内部噪声和外部噪声。内部噪声好比是您头脑中的噪声，外部噪声则好比是来自喷气式飞机的噪声。今天我们只谈内部噪声。内部噪声有许多来源，各种噪声源都有自己独一无二的特性。内部噪声主要有以下几类：热噪声、1/f噪声、散粒噪声、爆裂或爆米花噪声。热噪声，随机但有通式在绝对零度以上的任何温度，导体或半导体中的载流子（电子和空穴）会发生扰动，这就是热噪声（亦称约翰逊噪声或白噪声）的来源。热噪声功率与温度成比例。它具有随机性，因而不随频率而变化。热噪声是一个物理过程，可以通过下式计算：Vn=√(4kTRB)k表示波尔兹曼常数（1.38−23J/K）。T表示绝对温度（K=273°C）。R表示电阻（单位Ω）。B表示观察到噪声的带宽（单位Hz，电阻上测得的均方根电压也是进行测量的带宽的函数）粉红浪漫？NO，这里只有1/f噪声1/f噪声来源于半导体的表面缺陷，声功率与器件的偏置电流成正比，并且与频率成反比，这一点与热噪声不同。即使频率非常低，该反比特性也成立，然而，当频率高于数kHz时，关系曲线几乎是平坦的。1/f噪声也称为粉红噪声，因为其权重在频谱的低端相对较高1/f噪声主要取决于器件几何形状、器件类型和半导体材料，因此，要创建其数学模型极其困难，通常使用各种情况的经验测试来表征和预测1/f噪声。一般而言，具有埋入结的器件，如双极性晶体管和JFET等，其1/f噪声往往低于MOSFET等表面器件。有势垒的地方的就有散粒噪声散粒噪声发生在有势垒的地方，例如PN结中。半导体器件中的电流具有量子特性，电流不是连续的。当电荷载子、空穴和电子跨过势垒时，就会产生散粒噪声。像热噪声一样，散粒噪声也是随机的，不随频率而变化。低频噪声——爆米花噪声爆米花噪声是一种低频噪声，似乎与离子污染有关。爆米花噪声表现为电路的偏置电流或输出电压突然发生偏移，这种偏移持续的时间很短，然后偏置电流或输出电压又突然返回其原始状态。这种偏移是随机的，但似乎与偏置电流成正比，与频率的平方成反比(1/f2)。爆裂噪声，几乎已被消除爆裂噪声和爆米花噪声相同，也是一种低频噪声，似乎与离子污染有关。但由于现代半导体工艺技术的洁净度非常高，爆裂噪声几乎已经被消除，不再是器件噪声的一个主要因素。图1显示了一个典型器件的噪声如何随频率而变化，以及各类噪声对总噪声的贡献。从1/f区到热区的跃迁点称为转折频率。图1.典型噪声功率与频率的关系对于电子电路，内部噪声是指任何电子器件内部产生的噪声，外部噪声则是指从电路外部传到电路中的噪声。图2.显示内部和外部噪声源的简化LDO框图

纹波主要在五个方面：输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声。1低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。交流纹经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。低频纹波抑制的几种常用的方法:a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。2高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路，在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法有以下几种:a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。C、采用多级滤波。3由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容，导线存在寄生电感，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出侧加共模抑制电感及电容，可减小输出的共模纹波噪声。减小输出共模纹波噪声的常用方法:a、输出采用专门设计的EMI滤波器。b、降低开关毛刺幅度。4超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振，频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。开关电源都需对输出电压进行闭环控制，调节器参数设计的不适当也会引起纹波。当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路，可能导致调节器的自激振荡，引起附加纹波。此纹波电压一般没有固定的频率。在开关直流电源中，往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大。这部分纹波可通过以下方法进行抑制：a、在调节器输出增加对地的补偿网络，调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数，开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激，使输出纹彼含量增加，过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取，调试中要根据负载状况进行调节。c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和及时性，对抑制输出电压纹波是有益的。

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。智能仪表使用智能仪表具有诸多优势。公用事业公司能够从自动化数据收集中受益，避免了人工抄表带来的人为差错，并最终降低人工成本。此外，静态数据收集变得更加容易，因而能够实现最优容量规划，并充分利用配送网。利用诊断和瞬时故障检测功能，还可以开展预见性维护，构建更高效、更可靠的配送网。此外，公用事业公司还可以提供更多服务，例如根据一天中的不同时间段进行实时计费。某些能源使用行为可以推迟到服务成本较低的时间段，这样既能让用户节省资金，又能让公用事业公司有效管理峰值需求。智能仪表连接到家庭网络之后，便能提供关于消费习惯的实用信息，这样就能了解某个洗衣循环的能耗、浇灌花园所需的用水量、每日供暖所需的用气量等等。多项研究表明，仅凭加强节能意识一项，就能节省20%或更多的能源。消费者如果有机会通过减少能源使用来节省资金，并获得可降低能耗的技术，他们愿意采取行动，并因此实现高达50%的能源节约效益。智能仪表能够减少用户一端所耗用的基础资源，降低公用事业公司一端的损耗，最终有助于实现“减少碳排放、让地球更环保”的目标。智能仪表的结构智能仪表的总体框图如图1所示。根据、水、电、气计量等具体应用，可以包含一个或多个与前端电子装置连接的传感器、电源，以及相关的电源管理电路、通信节点和系统管理微控制器。可以使用多种技术实现网络化的计量系统，然而，其中两种技术占据主导地位，即无线短程(SRD)和电力线通信(PLC)。PLC作为免费提供的电力线载波，特别适用于电能计量；对于水、气计量，由于缺少适用的电力线载波，SRD成为当仁不让的选择。此外，水表和气表采用电池供电，因此功耗是一个至关重要的因素。为了在功耗和通信范围之间达成最佳平衡，北美的仪表设计师选择sub-GHz频段（如915MHz）的无线电，而在欧洲，目标频段为868MHz和433MHz，同时169MHz频段也日益受到关注。此外，大多数仪表制造商纷纷考虑2.4GHz全球免费频段；然而，在给定功耗下，这些频率的无线电通信距离短于sub-GHz无线电。水表和气表由于安装在恶劣的环境中进行RF传播（如地下室和地下坑洞），因此获得较宽的通信范围至关重要。水计量—SmartMetering开发的MultiReader系统无线短程传输技术的进步实现了对配水网的监控。过去，监控用水情况依靠的是数学模型，以及在配水网的输入端和用户接口进行零星的测量。如今，有了适用的硬件，便能执行同步多次测量，进而能够妥善管理配水网。该仪表实现了AMR（自动抄表），不仅能够用于计费，还能检测网络中的损耗。由于可以在输入端和输出端进行同步而频繁的测量，公用事业公司得以执行每月、每周，甚至是每天的水量预算。如此一来，就能更轻松地监控由于故障或非法用水造成的网络损耗。公用事业公司还可以为客户提供更多的服务，例如通过监控夜间或非高峰时段的使用情况来检测用户网络中的损耗。通过电池供电式无线网络进行水资源监控是一项棘手的任务。仪表需要在恶劣的环境中连续工作多年，甚至长达10年或15年，而且电能来源也非常有限。带外干扰信号（如无线电和电视广播、GSM基站）或带内干扰信号（如遥控）会带来电磁干扰，降低接收机的灵敏度，有时还会造成接收机本身的阻塞。另外，天气条件和金属物体（如排水管和停泊的车辆）也会影响天线性能和无线电波传播。较高的湿度和热循环则会产生机械应力或影响电池性能。上述因素都会影响系统的总体可靠性，并使维护成本难以保持低水平。从上述工作条件明显可以看出，设备应具备极高的灵敏度、稳定的抗干扰能力以及较低的功耗。SmartMetering对一系列短程设备进行了对比分析，最终决定选择ADI公司的ADF702x系列无线收发器，因为该系列产品在满足上述严苛要求方面具有冠绝市场的表现。MultiReader系统SmartMetering开发了基于ADF702x系列的MultiReader系统（图2），以满足公用事业公司的水资源监控需求。该系统由水表MultiReader-C、中继器MultiReader-R和集中器MultiReader–G组成。MultiReader-C是一个电池供电计数器，最多可连接三个脉冲发射极器件。该仪表可提供实时用水情况、根据固定日历存储的数据，以及应用特定算法处理的测量数据。上述功能实现了多项服务，例如不同位置的同步测量、按规定时间间隔提供耗水数据，以及报告其他有价值的信息，如回流、计数器关闭和最终用户损耗等等。MultiReader-R是一个电池供电中继器，通常安装在电线杆上，用于扩展单个仪表的通信范围。该中继器能与仪表、其他中继器以及集中器实现通信。MultiReader-G收集来自仪表的数据，并能够通过GSM网络与中央交换局实现通信。要对可靠的无线水计量网络进行安装和维护，需要具备硬件、软件和系统管理能力，而SmartMetering已在长期实践中发展了这种能力。图3所示为MultiReader-C单元装置，其中每个单元与三个脉冲发射极器件相连。图4所示为安装在电线杆上的中继器。ADI的ISM频段收发器技术ADI的SRD收发器可以覆盖75MHz至1GHz的频段。最受欢迎的器件包括ADF7020中频收发器（100kHz至200kHz，数据速率最高可达200kbps）、ADF7021窄带收发器（9kHz至25kHz，数据速率最高可32kbps）及其衍生产品。灵活性是这些器件的主要特性之一。为了在性能和功耗之间达成最佳平衡，可以对多种参数进行编程。这些收发器提供了ASK、FSK、OOK、GFSK、MSK调制方案、-16dBm至+13dBm范围内的可编程输出功率，以及许多适用于低噪声前置放大器(LNA)的编程选项，可在灵敏度、线性度和功耗之间进行权衡取舍。差分LNA输入级、功率放大器(PA)斜坡控制以及高斯和升余弦数据滤波均可保证器件在复杂的电磁环境中正常工作。同一系列中的ADF7023嵌入了一个8位通信处理器，以提供数据包处理、无线电控制和智能唤醒模式功能。该通信处理器通过集成一个典型通信协议堆栈的低层，减轻了配套处理器的处理负担。文章来源网络