概述开源硬件Arduino的生态是越来越丰富了，基于各种微控制器的Arduino开发板已经无法满足广大开源硬件爱好者的开发欲望，Arduino官方推出了基于FPGA的Arduino开发板——ArduinoMKRVidor4000，前一段时间，SeeedStudio也推出了Spartan边缘加速ArduinoShield，与官方的ArduinoMKRVidor4000相比，SpartanEdge加速器板具有类似的性能，而价格不到一半！Arduino使用简单，有着丰富的软件开源资源，而FPGA灵活且功能强大，可轻松处理复杂的计算，如音频和视频处理，SpartanEdge加速器板使用了Xilinx低成本高性价比的Spartan7XC7S15FPGA作为主控，既可以作为Arduino扩展板做硬件加速使用，又可以作为单独的FPGA开发板使用，另外，板上还集成了一片ESP32，支持2.4GHzWiFi和蓝牙4.1协议。如此神奇的跨界产品，下面我们来一探究竟。硬件特性SpartanEdge加速器板符合ArduinoUNOShield的尺寸规格，围绕XilinxSpartan-7XC7S15FPGA构建，有着12.8K逻辑单元，360KbBlockRAM，运行频率达到100Mhz，灵活的IO可以配置为PWM、SPI、I2C、UART等外设。开发板具有丰富的外围设备和接口，具备强大的可玩性。例如8位ADC，6轴加速度计，2个RGBLED，MINIHDMI接口，CSI摄像头接口，两个Grove接口等，支持802.11b/g/n2.4GHzWiFi以及带有BLE的蓝牙4.1。参数指标：FPGA芯片-Spartan-7XC7S15逻辑单元-12,800Slices-2,000CLB寄存器-16,000最大的分布式RAM（Kb）：150块RAM/FIFOw/ECC（每块有36Kb）：10块块RAM总计：360Kb时钟管理（1MMCM+1PLL）：2DSPSlices：20无线芯片-EspressifESP32-D0WDQ6WiFi-802.11b/g/n2.4GHz蓝牙-Bluetooth4.1withBLE外设视频：MiniHDMIx1照相机：CSI/MIPI接口x1(兼容RaspberryPiCameraV1-OV5640)SD卡：MicroSD/TFcardslotx1FPGAGPIO：10pinsheader(IO9~IO0)ArduinoGPIO：32pinsheader(Arduinoformfactor)同Grove外设的连接：GroveConnectorx2(I2C/D2)LED2个单色LED2个3色RGBLED按键1个Boot1个Reset1个FPGAReset2个用户按键开关1个电源模式开关1个5通道DIP开关供电工作电压：5VIO电压：5V供电方式USBTypeC5VVIN8-17VArduinoMicroUSB5V其他外设8位ADC117315MSPSADC加速度计和陀螺仪：6轴LSM6DS3TR上手体验SpartanEdge加速板有两种工作模式，ArduinoShield模式和FPGA独立模式。即使开发者对FPGA理论一无所知也没关系，官方提供了完整的ArduinoFPGAAPI，可以帮助开发者使用FPGA资源来控制ArduinoIDE的FPGAI/O，为Arduino提供曾经无法想象的功能，如边缘技术，图像识别，信号采样和处理等。ArduinoShield模式SpartanEdge加速板作为Arduino的扩展板配合ArduinoIDE或SeeeduinoV4.2使用。通过板子上的ESP32，将FPGA配置Bitstream从SD卡导入到FPGA中。操作步骤：（1）在Arduino中安装ESP32的板子支持包在ArduinoIDE中选择File-Preferences-AdditionalBoardsManagerURLs，添加第三方的板子下载链接https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json，通过板子管理器添加ESP32平台，安装完成后，选择tool->board->DOITESP32DEVKIT。（2）下载ESP32Boot库Seeed官方提供了ESP32Boot库的下载https://github.com/sea-s7/spartan-edge-esp32-boot/archive/master.zip01LoadDefaultBitstream，这个例子的功能是将/overlay/default.bit文件从SD卡导入到FPGA中。02LoadConfigBitstream这个例子会读取SD卡中的一个ini格式文件/board_config.ini，将bitstream中overlay_on_boot的关键值写入到FPGA。（3）准备SD卡将SD卡格式化为FAT32格式；在SD卡中新建一个名为overlay的文件夹；将bitstream文件放入到overlay文件夹中。（4）运行例子如果要运行第一个例子01LoadDefaultBitstream，将overlay文件夹中的bitstream文件重命名为default.bit.如果要运行第二个例子02LoadConfigBitstream,将board_config.ini放入SD卡中的根目录下。将SD卡插入SpartanEdge加速板中（5）使用IO例子官方提供了SpartanEdge加速板的IO示例，可以控制板子上的GPIO/ADC/DAC/RGB-LED，首先需要下载SpartanEdgeIOExampleLibrary，将库安装到ArduinoIDE中。（6）下载运行使用USBType-C线连接板子和PC，按住板子上的'BOOT'键1持续1s以上进入Bootloader模式，点击'Upload'下载程序到ESP32。确定DIP开关K5打到ON状态，按住'RST'复位板子后，FPGA就可以运行了。FPGA独立模式SpartanEdge加速板可以作为普通的FPGA板使用，这时需要使用XilinxFPGA开发软件Vivado。关于vivado使用的教程这里就不做过多介绍了。总结SpartanEdge加速器板将Arduino和FPGA结合到一起，为开发者提供了更多有意思的玩法，既有Arduino简单易上手的特点，也有FPGA灵活、并行加速的优势，可以说这是一块非常有意思的开发板。版权申明：电路城原创内容，未经允许，不得转载！

仪表是汽车业持续实现数字驾驶舱变革中的一个重要部分。新的数字解决方案将支持更加复杂的内容、更大型的显示屏和新的人体工学设计，包括用于增强现实的抬头显示系统(HUD)。随着显示屏价格的下降，数字仪表解决方案较模拟/混合仪表具有更好的成本竞争力，同时也比传统仪表拥有更多关键优势。这些优势包括向驾驶员提供更多相关内容（包括媒体、更大尺寸的地图等），还能基于驾驶模式（正常、运动、越野等）提供定制的显示内容。而且，数字仪表解决方案能够在所有车厂(OEM)车型上提供一致的外观和风格。也能够帮助OEM集成HUD和驾驶员监控等新功能，并且允许在使用相同的仪表硬件系统时，在软件上对各种车型进行区别配置。随着数字仪表图形内容的增加和显示分辨率的提高，基于微控制器(MCU)的解决方案无法再满足系统要求。只有功能强大的应用处理器才能应对日益提高的要求。德州仪器(TI)JacintoTM6处理器(SoC)系列提供可扩展的解决方案，从入门级到高端数字仪表皆适用，而且满足了仪表系统对图形、安全性和快速启动的要求。本白皮书将描述基于Jacinto6SoC的数字仪表系统和软件解决方案，探讨相关软件和生态系统的支持，介绍在Jacinto6处理器上验证的各种数字仪表概念原型。数字仪表系统要求数字仪表解决方案对系统提出了许多重要要求，因此从模拟仪表过渡到数字仪表的过程中，经历了许多独特的困难和挑战。第一个要求是图形性能和高分辨率显示支持。数字仪表解决方案代替模拟仪表后，OEM和驾驶员期望的是能够以平滑、逼真的图形性能呈现具有针对性的图形内容。速度和转速指针需以60fps的帧率呈现出来，以保证平滑流畅的运动。对显示分辨率的要求在不断提高，使得高分辨率支持变得十分重要。目前，通常使用12.3英寸的1920x720像素分辨率显示屏，但一些OEM计划在下一代型号中将分辨率提高到2880x1080像素，以提供更高的图像质量和更出色的驾驶员体验。要以高帧率在如此高的分辨率显示屏上呈现图像，这要求应用处理器具有强大的图形和内存吞吐量性能。第二个系统要求是安全。尽管不是所有的图形内容都与安全有关，但信号警报灯（如检查发动机和制动器故障警告）都与安全有关。因此，仪表系统要求信号灯呈现符合ASIL-B级安全认证。而且，安全组件中的音频警告（如“车门未正确关闭”警报或安全带提示音）可能要求符合仪表系统中的音频驱动程序的ASIL-A等级。第三个系统要求是快速启动系统。驾驶员希望在打开点火开关后，所有测量仪表都能尽快进入工作状态。这要求整个系统（包括显示和图形）在冷启动后1秒内进入正常工作状态。OEM目前正在不断将新特性集成到数字仪表系统中，包括仪表SoC直接驱动的HUD功能以及驾驶员监控功能。同时，将音响主机中的内容流畅地集成到仪表显示屏中也变成一项必需的功能。具体而言，需要通过车载网络（如以太网音视频桥接技术(eAVB)）传输音响主机中的数据，并将这些数据在仪表屏幕上呈现和显示出来。该视频流传输的数据将会要求仪表SoC具备解码功能。最后一点，还需优化数字仪表系统成本(BOM)。针对这方面，通常需要一个软件平台兼容的可扩展SOC解决方案，使OEM/一级制造商能够在价格和性能上可上下扩展；能够提供多显示和多摄像头支持；并且集成大量汽车外设，如CAN网络和eAVB。另外，尽管功率和热性能是经常被忽略的系统参数，但它们实际上也对系统BOM有所影响，因为数字仪表组系统可能需要风扇等附加组件。数字仪表组系统方框图上图是基于TIJacinto6SoC的数字仪表解决方案的总体系统框图。在典型的数字仪表系统中，应用处理器运行一个高级操作系统（如Linux、QNX或Integrity），并管理所有系统组件。除应用处理器外，方框图中还包括许多其他系统组件，如：管理系统供电的电源管理集成电路(PMIC)。存储引导映像的闪存和文件系统。Jacinto6上的两个常用的闪存接口是四路串行接口存储芯片(QSPI)和嵌入式存储芯片(eMMC)。车载MCU,管理输入/输出信号、全系统唤醒，可能还包括CAN协议栈。同时，应用处理器也有需要处理CAN和eAVB等网络栈协议。影音娱乐主机的图像接入接口、后视摄像头或驾驶员监控摄像头的输入接口。用于远程显示的(FPD)链路串行器/解串器。

汽车抬头显示器(HUD)在驾驶员的视线高度向驾驶员显示信息，这样可以让驾驶员在获取速度和其他信息的同时能够继续观察道路。HUD显示器既可以将图像投射在部分挡风玻璃上，也可以投射在驾驶员和挡风玻璃之间的透明表面上。更复杂的HUD用于在道路上创建覆盖道路的外观，以便进行路线规划导航。HUD信息通常由仪表组提供。下方是一个基于DLP技术的汽车抬头显示器的基本解决方案，其中涉及到哪些器件，都有什么作用？一起来看下。这套解决方案主要是基于德州仪器的DLP技术，其硬件系统框图架构如下图所示：本参考设计提供了一种旨在驱动汽车增强现实(AR)抬头显示(HUD)模块的电子子系统。TIDLP®技术可实现明亮、清晰且高度饱和的HUD，该HUD可将关键驾驶信息投射到汽车的挡风玻璃上，从而减少驾驶员分心并提高环境感知度。本设计采用了DLP3030-Q1芯片组，其中包括DLP3030-Q10.3"DMD、DLPC120-Q1汽车DMD控制器和Piccolo™TMS320F28023微控制器（作为LED驱动器和照明控制器）。该设计可实现高亮度、宽视场(FOV)、AR显示以及低功耗。其主要的特性包括：当与光学系统搭配使用时，本参考设计可以通过7.1瓦输入功率输出高达90流明调光比超过5000:1运行温度范围：–40°C至105°C紧凑型PCB布局12V输入3.3ALED驱动输出可在10°FOV下实现超过80像素/度(ppd)的HUD分辨率降低了系统成本WindowsGUI可使开发工作更轻松其中，从上面的硬件原理框图中我们可以看到方案中3个主要的器件：DLP3030-Q1、DLPC120-Q1以及TMS320F28023。DLP3030-Q1汽车DMD主要针对具有很大视野或增强现实功能（需要长焦距）的汽车抬头显示(HUD)应用。该芯片组能够与LED或激光器配合使用，以生成具有125%以上NTSC色域的深度饱和颜色并支持24位RGB视频输入。此外，该芯片组可以凭借宽动态范围和快速开关功能（不随温度的变化而变化）实现高亮度（15,000cd/m2典型值）HUD系统。当用于TI参考设计中时，能够实现超过5000:1的极高动态范围，以满足汽车HUD系统针对明亮的白昼和黑暗的夜晚驾驶条件的工作范围要求。DLP3030-Q1汽车DMD可应用在增强现实抬头显示、汽车透明窗口显示等应用上。

十多年前iPhone的推出，昭示着我们日常生活中的多个重要领域将发生翻天覆地的变化。这款变革性手持设备在塑造我们与技术的即时交互方式（即使用触摸方式）方面发挥着关键作用。尽管在此之前触摸屏已存在多年，但正是iPhone产品（以及其他制造商随后推出的产品）的问世，让触摸屏最终获得了全球追捧。如今，触摸屏极大改变了整个社会的运作方式，可以说人们已经离不开它了。传统的人机接口(HMI)过去主要由机械按钮、旋钮、开关以及7段式LED显示屏或字符矩阵显示装置组成，现已逐渐由全彩色TFT-LCD屏幕所取代，融合了声音、视频、动画，当然还有触摸功能。虽然应用处理器的处理速度一直在与时俱进地不断提升，但在普通电子器件中承担大部分繁重工作的微控制器单元(MCU)的计算能力却一直没有得到显著提高。现今的大多数MCU由经典的8051内核或Arm®Cortex®-M系列内核支持，主要设计用途是执行控制和传感任务。这些MCU与更昂贵且功能更强大的应用处理器姊妹产品不同，并未配备图形处理单元(GPU)。由此带来了一个脱节问题：人们在习惯了智能手机的高水平触摸交互体验后，现在期望在使用其他设备（无论是零售、医疗还是工业设备）时也能获得相同水平的触摸、手感和响应体验。然而，MCU并不能提供这种水平的用户体验。它们需要“帮手”。如果系统MCU要担负HMI任务开销，则势必会占用用于其核心任务的部分处理能力，因此将影响到整体性能。此外，由于显示屏需要逐个像素进行呈现和刷新，因此需要使用帧缓冲区，以及大容量闪存来存储所有图形数据。若要包含这些组件，将会占用空间，增加功率预算，并提高物料清单成本。Bridgetek获奖的嵌入式视频引擎(EVE)系列IC采用面向对象的创新方法，专门为解决HMI领域的技术差距而设计。每个器件中都封装有功能强大的GPU、显示命令处理器、JPEG解码器、LCD控制器、音频处理器和触摸处理器。当EVE芯片与任何标准的MCU配对使用时，系统的用户体验可以达到非常接近于先进智能手机的水平。EVE能够简化HMI系统的工作，方法是以大量具有预定义特性（圆形、方形、蜂鸣等）的组成对象形式，来处理需要的所有图像和音频内容。这意味着不必获取HMI中所包含图形或声音的所有细节，而只需为每个元素分配一个简单的标识符。因此，这会极大减少所需的数据传输，从而减少MCU的工作压力，且无需使用帧缓冲区或大容量闪存。当需要更复杂的对象（如滑块、开关、时钟和量表）时，便可从全面的预编程库中获得。第三代BT81X系列EVE芯片借助自适应可扩展纹理压缩(ASTC)功能，实现了强大的独立即时模式呈现功能。该系列可以支持高达1280x720像素的显示屏分辨率、最大11英寸的面板对角线尺寸，并支持具有多达5个触控点检测能力的电容式触摸屏。EVE有能力通过大幅更新HMI特性，为传统的电子硬件注入新的生命力。很多应用都能从这项技术中获益，包括：收银机(PoS)、家用电器、血压监测器、电表、机顶盒、科研仪器、电梯控制、安全系统、工业控制、GPS导航设备、心率监测仪、自动售货机和家庭自动化系统。图1显示了在以下应用中实现EVE（通过SPI接口与MCU连接）的示例：a)一款先进洗衣机的HMI，和b)葡萄酒专卖店的智能货架。另一个应用更先进HMI的巨大机会存在于汽车行业。EVE已经在电动汽车(EV)和售后汽车配件方面赢得了大量市场份额。在其他方面，EVE可以应用于仪表板仪表组、信息娱乐系统、侧视镜和后视镜、平视投影仪和后座娱乐系统等等。目前，业界正在设计大量的车内辅助显示屏，作为中央信息娱乐系统的补充，旨在让乘客的旅行体验更加愉悦，并提供更高的个性化程度。这些显示屏可以用于导航、多媒体娱乐和连接目的。在这种应用中，EVE在用作集成的HMI引擎时，可以与成本相对较低的MCU配对使用，以取代昂贵的应用处理器、闪存和DRAM内存子系统。最终，这种解决方案简易小巧，价格也更有竞争力。图2显示了EVE技术在汽车仪表板单元中是如何使用的。基于显示屏的而不是机械的HMI实现，可带来高得多的设计灵活性。驾驶员可以根据个人喜好，轻松地在现代与复古风格间切换，还可以从标准驾驶模式转换为运动模式。此外也可以根据驾驶员的个性品位，改变颜色方案。此外，在车辆诊断方面也有很大的应用可能性。图3显示的是用于电动汽车仪表板中的EVE。在该应用中，MCU从相关ECU获取输入，使EVE能够通过视频播放功能，以醒目的动画形式将关键参数（如车速、剩余航程、电机速度、电池电量水平、能量再生等）实时呈现在显示屏上。图4显示的是座位调节HMI。在该应用中，EVE负责处理图形表示、在显示屏上的呈现和用户触摸输入。用户可以配置首选设置，如座椅位置、靠背位置、靠背高度等。这些配置可以存储在预设设置中，在需要时再调用出来。为帮助工程师开发EVE项目，还提供了一款全面的开发套件来支持该平台。该套件由EVEScreenDesigner(ESD)、EVEScreenEditor(ESE)和EVEAssetBuilder(EAB)组成。ESD提供了最高的抽象级别，为工程师提供了支持整个EVE开发周期的完整工作流程。它采用可视化编程模式，更方便HMI的快速构建。ESE是一款直观的HMI应用，目标用户是初级/中级EVE用户。该工具的作用是帮助用户理解EVE命令的用法。用户可以构造一个静态屏幕，方法是拖放对象，或者直接键入EVE命令，以在屏幕上实例化对象。内置的EVE仿真器可按照所选的屏幕尺寸和分辨率，精确传达显示命令的效果。EAB应用的作用是让用户转换所有HMI资产（如图像、音频、视频、字体数据等），以便可以将它们组合成兼容EVE的格式。EVE生态系统（及其芯片和支持工具链）可用于构建生动、多彩而丰富的触控型HMI，从而实现更满意的用户体验。而且，这也不需要使用昂贵的应用处理器IC来实现。如今，这项技术的应用范围正在获得越来越多的行业的认可，包括在汽车行业的日益普及。文章来源网络

使用CANScope测量CAN总线信号，在干扰很严重的情况下会出现CAN总线波形解码与CAN报文解码不一致的情况，具体表现为某些正确报文对应的波形解码却是错误的，或者收到的错误报文对应的波形解码却是正确的，如图1中，帧ID为0x721的正确报文对应的波形解码却为CRC错误。本文将对这种现象产生的原因及其存在的意义进行详细的说明。图1报文解码与波形解码不一致一、解码差异错误的主要原因CANScope对CAN信号的处理包含2部分：报文处理部分和波形处理部分。报文处理部分通过CAN收发器将总线上的CANH和CANL差分信号转成单端的数字信号RXD，再使用专用的CAN控制器接收RXD信号并进行CAN协议解码，最后将解码后的报文进行接收存储；波形处理部分通过信号调理电路将CAN总线信号进行隔离等必要的处理后通过ADC电路将模拟信号数字化后顺序保存，完成对波形信号的采集。图2CAN总线信号处理如图2所示，报文处理和波形处理两部分的电路和控制是完全独立的，CAN信号经过这两部分电路之后会有所差异，主要的不同在于：1、经过收发器之后的信号延时和经过信号调理电路的延时不同，但这个不同对解码的影响比较小，本文不做讨论；2、CAN收发器内部有迟滞比较器，具有相当于低通滤波器的功能，能通过的信号带宽不高，而波形采集由于需要观测高频干扰等信号，要求信号调理电路的带宽比较高，所以带宽的差异对后续解码的差异影响比较大。如图3所示，带有高频尖脉冲干扰信号的总线信号CANH和CANL，在经过低带宽的收发器后，其携带的干扰信号被滤除（输出的RXD信号是无干扰的数字信号）；而同样的CANH和CANL信号，在经过高带宽的信号调理电路后，其携带的干扰信号依然保留（波形采集模块采集到有干扰的CANH和CANL信号后，经过软件差分后，得到的差分信号依然存在干扰，所以软件转换后的逻辑信号依然存在干扰）。图3波形差异根据以上分析，干扰信号的存在使得后续的CAN波形解码会出现与报文解码不同的情况。我们继续往下深究：是否有干扰信号就一定会导致波形解码与报文解码不同呢？其实也不然，这还得从CAN总线的采样规则说起。二、CAN总线采样规则CAN控制器先将高频时钟进行预分频，生成较低频率的时钟信号，这个时钟信号的周期定义为1个时间份额，1位CAN信号的码元宽度包含有数倍的时间份额，如控制器时钟频率为16MHz，预分频为8MHz的时钟，则1个时间份额为125ns，对于1M波特率的CAN信号，1位CAN信号的码元宽度即为8个时间份额。以1个时间份额为最小单位，将1位CAN信号码元分为3段：同步段、相位段1、相位段2。同步段固定为1个时间份额，相位段1和相位段2可设置成不同参数，控制器在相位段1和相位段2之间对CAN总线进行采样。图4采样点位置当干扰信号出现的位置不在采样点位置时，解码是不会因为被干扰而出现错误的，只有当干扰信号刚好位于采样位置时，解码才会因为干扰而出现错误。图5干扰位置CAN总线通常工作在比较恶劣的环境中，常常有干扰信号的存在，CAN总线组网时为了保证解码的一致性，要求所有节点的采样点位置设置应该一致。CANScope中的报文处理和波形处理两部分电路可看成2个CAN节点，CANScope的波形解码的采样点位置设置是跟报文解码的采样点位置保持一致的，然而，当高频干扰信号出现在采样点位置时，即使是在相同采样点位置进行采样，因为波形处理和报文处理电路的带宽差异，还是有较大概率出现波形解码和报文解码不一致的现象。三、软件逻辑滤波CANScope采用软件滤波的方式，即对采集到的CAN总线模拟波形信号经过软件差分和逻辑化后的数字信号进行软件滤波，滤波后允许通过的信号带宽随着波特率的不同而不同，波特率越小，滤波后允许的信号带宽越小；通过这样的滤波处理，最大程度提高了对干扰信号的容忍度，甚至在报文解码出现错误的情况下仍然能对波形做出正确的解码。这样，在干扰很严重的情况下就可能会出现文章开头所说的报文解码正确而波形解码错误或者报文解码错误而波形解码正确的现象。四、解码差异存在的意义使用过CAN卡的人可能会有这样一个印象：在使用CAN卡的过程中，几乎遇不到有些节点收到正确报文而有些节点收到错误报文的现象，因为只要一个节点（处于错误主动状态的节点）收到错误报文，其它所有节点都会收到错误报文，最多就是错误的类型不同而已。这一点跟CANScope的报文解码和波形解码的差异现象是不同的，那这又是何原因呢？这是因为正常的CAN网络中，当某个节点解码到有错误时，会向总线发出错误帧破坏当前报文，从而导致所有节点都接收到错误报文。与之不同的是，CANScope作为测量设备，只对CAN总线进行监听和采集，不影响CAN总线，将总线上的波形细节（包括波形细节导致的解码差异）尽可能地展示出来，这正是解码差异存在的意义。图6解码错误不影响总线如图6所示，CAN总线被严重干扰，CANScope的报文解码出错，但这时CANScope并不会向总线发出错误帧，而其它节点没有解码出错，当前帧被正常应答并正常完成传输，这些情况可通过波形及波形解码全部展现出来且不影响CAN总线网络。总结使用CANScope测量CAN总线信号，在总线信号干扰很严重的情况下会出现CAN波形解码与CAN报文解码不一致的情况，这是由于CANScope独立两路的报文处理和波形处理所导致，而CANScope作为测量设备，只对CAN总线进行静默监听，不影响CAN总线，并将总线上的波形细节（包括波形细节导致的解码差异）尽可能地展示出来，这正是CANScope的价值所在。

一、微功率隔离电源现状ZLG早前产品产品均在当时的技术条件下，为客户提供高可靠性的产品，但随着市场发展，需求的升级，产品不足开始凸显。比如产品无输出短路保护功能，容性负载小，在客户应用过程中得不到满意的体验。我们积极倾听客户需求，再次进行产品升级，通过改善产品制造工艺实现产品自带短路保护功能，产品在用户端得到良好的反馈，不用担心因后级电路短路而损坏前级电路。随着时代发展，我们没有满足于现状，而是选择了与时俱进。二次升级的产品在客户应用过程中虽然口碑不错，但DC-DC电源需求多样性发展，部分行业用户对该产品的容性负载能力有所要求，这是二次升级产品的短板，也是行业DC-DC方案的瓶颈。该方案主要是采用独立器件的推挽电路结构，容性负载受限于短路功率。短路功率小，容性负载能力就小；短路功率大，容性负载能力就大。但如果短路功率大，产品就有可能实现不了持续短路，而且产品长时间短路的时候器件可能会损坏。ZLG为了打造解开容性负载和短路保护的解决方案，历时三年，终于研制出了这把钥匙——自主芯片ZLG1001，它以激式方案代替独立器件推挽方案。二、原有方案VS自主IC电源容性负载原有产品的最大容性负载只能做到220uF，如果超过这个容性负载，产品可能就会出现两种情况，触发短路保护，产品无输出；另外一种情况是，启动瞬间冲击电流大，可能会损坏器件。ZLG自主IC电源产品用了自主芯片方案，容性负载最大可以做到4400uF，较原有方案产品提升了20倍，自主芯片通过调制内部工作模式，完美解决了原有方案产品容性负载小的问题。原有方案产品的短路功耗，如图2所示，高达0.35W。ZLG自主IC电源产品可以把短路功耗做到很小，如图1所示，是因为通过芯片内部，检测短路电流，然后进行打嗝式保护。ZLG自主IC电源产品短路功率做小的情况下容性负载能力又可以做得很大。ZLG自主IC电源产品带容性负载启动因芯片内部有软启动，瞬间冲击电流小，对器件应力冲击小，产品可靠性高。图1ZLG自主IC电源产品输出短路图2原有方案产品输出短路原有方案产品容性负载小，带负载的时候是带纯阻测试，电子负载的CC模式是启动不良的，ZLG自主IC电源产品可以带电子负载的CC模式启动，如图3所示，P0503BS-1W带电子负载的CC模式启动，带的容性负载已经有4400uF。图3CC模式带容性负载启动三、其他提升当然ZLG自主IC电源产品不单单解锁了短路保护和容性负载的相互牵制，其他性能也得以大大提升，比如满载效率、轻载效率、EMC性能。ZLG自主IC电源产品完全可以兼容一原有方案产品，且性价比更高，可靠性更高。图4自带短路保护、容性负载能力强的微功率隔离模块图5自带短路保护、容性负载能力强的微功率隔离模块文章来源于网络

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ADIRadioVerseADRV9008/ADRV9009这一款全新的高功率硅开关十分适合大规模MIMO设计。它们依靠单5V电源供电运行，偏置电流小于1mA，并且不需要外部组件或接口电路。基于FET的电路可采用低偏置电流和低电源电压工作，因而将功耗拉低至可忽略的水平，并可在系统级上帮助热管理。除了易用性之外，该器件架构还可提供更好的隔离性能，因为在RF信号路径上纳入了更多的并联支路。ADI公司ADRV9008/ADRV9009硅开关示意图通过并排对比了单层PCB设计上基于PIN二极管的开关和新型硅开关的印刷电路板(PCB)原图。与基于PIN二极管的开关相比，硅开关所占用的PCB面积不到其1/10。ADI专家告诉笔者，这样可以大大简化电源要求，且不需要高功率电阻器，这也是采用ADI硅开关带来的好处之一。基于PIN二极管的开关设计与硅开关的并排比较事实上，ADI的高功率硅开关能够处理高达80W的RF峰值功率，这足以满足大规模MIMO系统的峰值平均功率比要求，并留有裕量。下图罗列了ADI专为不同的功率级别和各种封装类型而优化的高功率硅开关系列。这些器件继承了硅技术的固有优势，而且与替代方案相比，可实现更好的ESD坚固性和降低部件与部件间的差异。ADI公司已推出高功率硅开关系列产品，轻松应对5G挑战大规模MIMO系统将继续发展，并将需要进一步提高集成度。ADI的新型高功率硅开关技术很适合多芯片模块(MCM)设计，将LNA一起集成，以提供面向TDD接收器前端的完整、单芯片解决方案。另外，ADI还将调高新设计的频率，并将引领针对毫米波5G系统的相似解决方案。随着ADI将其高功率硅开关产品系列扩展到了X波段频率和更高的常用频段，电路设计人员和系统架构师还将在其他应用(例如相控阵系统)中受益于ADI新型硅开关。文章来源网络

如今，越来越多的汽车制造商涉足电动汽车(EV)开发，但是电动汽车的驾程过短却始终是个问题。尽管采用空气动力学设计、更轻质的材料、更高效的功耗等方法确有成效，但这还远远不够。汽车电力电子设计人员还需要使用先进的宽带隙半导体(WBG)材料来满足能效和功率密度要求。这些材料主要由氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)组成，是对硅(Si)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等现有半导体技术的改进。因而，由这些材料制成的半导体损耗更低、开关频率更快、工作温度更高、击穿电压更高，并且在恶劣环境中更坚固耐用。随着汽车行业转向使用容量更高、充电时间更短、总损耗更低，并且可在高电压下工作的电池，WBG材料变得尤其有用。本文将简要概述WBG技术及其在汽车EV电子领域发挥的作用。此外，还将介绍由ROHMSemiconductor、STMicroelectronics、Transphorm和InfineonTechnologies推出的GaN和SiC适宜解决方案，并对其应用予以指导。WBG半导体的优势先来回顾一下，带隙是将电子从材料的价带激发跃迁至导带所需的能量，而WBG材料的带隙明显宽于硅（图1）。Si的带隙为1.1eV，而SiC的带隙为3.3eV，GaN则为3.4eV。图1：Si半导体导带和价带之间的带隙比SiC和GaN窄，因此后两者才获得“宽带隙半导体”的命名。（图片来源：STMicroelectronics）相比传统硅半导体，WBG半导体器件可在更高的电压、频率和温度下工作。更重要的是，开关和传导损耗都更低。WBG材料的导通和开关特性约为Si材料的十倍。这些能力促成了WBG技术与电力电子技术的天作之合，特别适用于EV业界，原因在于SiC和GaN元器件的尺寸更小、响应更快、能效更高。然而，WBG器件虽优势尽显，设计人员却不得不将其与制造的复杂性和大批量生产的高成本进行利弊权衡。尽管WBG元器件的初期成本可能更高昂，但其整体呈下降趋势，并且通常可降低系统总成本。例如，在EV中使用SiC器件可能会额外增加数百美元的前期成本，但由于电池成本和空间要求的降低以及冷却措施的简化（如采用小型散热器或对流冷却），最终降低了总成本。SiC应用于主逆变器在EV中控制牵引电机的牵引逆变器是EV关键系统受益于WBG元器件的范例。逆变器的核心功能是将直流电压转换为三相交流波形以驱动EV电机，然后将再生制动产生的交流电压转换回直流电压来为电池充电。由于逆变器将存储在电池组中的能量转换为交流以驱动电机，因而能量转换损失越低，系统能效越高。与硅相比，SiC器件的电导率更大、开关频率更快，从而功耗更低，因为以热量形式损失的能量更少。最终，SiC逆变器能效更高，从而体现为EV的里程更远。大电流功率模块通常采用IGBT类型，将SiIGBT与Si快速恢复二极管(FRD)相结合，是汽车逆变器模块的常用配置。然而，与现有的SiIGBT器件相比，SiC器件的工作温度更高、开关速度更快。这些功能无疑使其成为是牵引逆变器的最佳选择，因为牵引逆变器需要传输大量能量流入和流出电池。原因如下：由于IGBT是开关元件，开关速度（导通时间、关断时间）是影响能效（损耗）的关键参数之一。对于IGBT而言，可实现高击穿电压下的低电阻却得以牺牲开关性能为代价；器件关断期间存在“耗散时间”，而这会增加开关损耗。因此IGBT的能效相对较低。若逆变器模块用MOSFET替代IGBT，则可以实现更高的能效，因为MOSFET的关断时间更短、工作频率更高。然而，SiMOSFET也存在问题，其“导通”电阻大于SiIGBT。SiCMOSFET则充分利用了SiC的有利特性，芯片尺寸几乎只有IGBT的一半，同时具备电源开关的四个理想特性：高电压低导通电阻开关速度快低开关损耗（特别是关断损耗）此外，带隙更宽意味着SiC器件一般工作温度范围为150℃至175℃，若封装恰当即可达到200℃或更高。对于SiC肖特基势垒二极管(SBD)，在SiCSBD中会利用SiC半导体-金属结形成肖特基势垒。但与硅FRD不同，在电流和工作温度范围较宽的情况下，SiCSBD的优势也不会发生显着变化。另外SiC元器件的介电击穿场也是硅器件的十倍。因此，目前额定电压1200V的SiC产品正投入大规模生产，成本相应下降。此外，额定电压1700V的产品正在开发中。SiC二极管也没有正向和反向恢复损耗，只是少量的电容充电损耗。研究表明，SiCSBD的开关损耗比Si快恢复二极管降低90%，后者的结温会影响恢复电流和恢复时间。因此，与Si二极管相比，SiC二极管的品质因数(FoM)(QcxVf)相当低。FOM较低意味着功耗较低，因而电气性能更出色。碳化硅材料存在一些缺点。其中之一便是热系数为正值，即温度越高，正向电压(Vf)越高。通过二极管的电流越大，正向电压也就越大。二极管承受大电流时，这种传导损耗会导致热击穿。然而，结合SiCMOSFET与SBD使系统设计人员能够提高能效，降低散热器的尺寸和成本，提高开关频率以减小磁性元件尺寸，从而降低最终设计成本，缩减尺寸和重量。相比Si基器件，使用SiC器件的EV逆变器可以小5倍、轻3倍，功耗降低50%。例如，ROHMSemiconductor开发的BSM300D12P2E001半桥SiC功率模块，将SiCMOSFET与SiCSBD集成封装，最大限度地降低了先前由IGBT尾电流和FRD恢复损耗引起的开关损耗（图2）。图2：与IGBT模块相比，集成SiCMOSFET和SBD的全SiC功率模块损耗更低，即使高速开关操作亦是如此。（图片来源：ROHMSemiconductor）与IGBT相比，ROHMSemiconductor的SiC基MOSFET损耗明显降低了73%。该公司推出的MOSFET系列耐压高达1700V，导通电阻范围为45mΩ至1150mΩ，采用TO-247N、TO-3PFM、TO-268-L和TO-220封装。此外，ROHM推出的SiC肖特基势垒二极管通过了AEC-Q101汽车级标准鉴定。该器件恢复时间短、开关速度快、温度依赖性小、正向电压低，可耐压650V，电流范围为6至20A。SiC器件在EV应用中发挥的作用作为首家主逆变器集成全SiC功率模块的电动汽车制造商，特斯拉(Tesla)在特斯拉3型轿车中采用了这项技术。S型和X型等此前特斯拉车型，均采用TO-247封装的IGBT。特斯拉与STMicroelectronics合作，将SiC功率模块组装在逆变器的散热器上。1与STMicroelectronics的SCT10N120一样，这款MOSFET额定电压为650V，采用铜基板进行散热。EV的充电设备在工厂已安装就绪，称为“车载充电器”(OBC)。通过家中或个人/公共充电站的插座，EV或插电式混合动力EV(PHEV)的OBC即可利用交流电源为电池充电。OBC使用AC/DC转换器将50/60Hz的交流电压（100至240V）转换为直流电压，为高压牵引电池充电（通常约为400V直流电）。此外，还可根据电池要求调整直流电平，提供电流隔离和AC/DC功率因数校正(PFC)（图3）。图3：例如典型EVOBC应用中，SiC二极管可作为升压二极管用于PFC级，或与N沟道IGBT并联构成图腾柱PFC。（图片来源：InfineonTechnologies）GaN凭借高能效广受青睐OBC的设计要求最大限度地提高能效和可靠性以确保快速充电，同时满足EV制造商对空间和重量的限制要求。使用GaN技术的OBC设计可以简化EV冷却系统，缩短充电时间，降低功耗。在汽车市场份额方面，商用GaN功率器件较SiC器件略微逊色，而如今却凭借其出色的性能而迅速抢滩。与SiC器件一样，GaN器件的开关损耗更低、开关速度更快、功率密度更高，并且能够缩减系统尺寸和重量，降低总成本。例如，Transphorm的TP65H035WSQA通过了AEC-Q101汽车级标准鉴定。这款GaNFET在鉴定测试时的温度高达175℃（图4）。该器件采用标准TO-247封装，导通电阻典型值为35mΩ。与其前代产品49mΩ的第II代TPH3205WSBQA一样，该器件适用于插电式混合动力电动汽车和电池EV的AC/DCOBC、DC/DC转换器和DC/AC逆变器系统，进而实现AC/DC图腾柱无桥PFC设计。图4：Transphorm的TPH3205WSBQA650V、49mΩGaNFET通过了汽车级标准鉴定和汽车级分立式半导体器件的AEC-Q101压力测试。（图片来源：Transphorm）虽然SiMOSFET的最大额定dV/dt典型值为50V/ns，但TP65H035WSGaNFET的切换dV/dt为100V/ns或更高，从而最大限度地降低开关损耗。在这种情况下，甚至连布局也会严重影响系统性能。布局时，推荐最大限度地简化栅极驱动回路，缩短开关节点之间的印制线长度，以实用的最短返回走线将电源总线接地。电源接地平面的横截面积要大，从而实现整个电路的接地电位均匀。布局时务必将电源地和IC（小信号）地分开，两者仅在FET的源极引脚连接，以此避免任何可能的接地回路。Infineon的AIDW20S65C5XKSA1是该公司第五代CoolSiC汽车肖特基二极管系列产品之一，同样是为混合动力和电动汽车的OBC应用而开发，是该公司IGBT和CoolMOS产品系列的补充，可满足650V级汽车应用的要求。得益于全新的钝化层概念，此产品成为市场上最耐用的汽车器件之一，具有耐湿性和耐腐蚀性。该器件基于110μm薄晶圆技术，因此在同类产品中FOM表现突出，这体现为更低的功耗，从而实现更出色的电气性能。与传统的SiFRD相比，Infineon的CoolSiC汽车肖特基二极管在所有负载条件下均可将OBC能效提高一个百分点。使用SiC和GaN器件除了上述的精心布局外，SiC元器件的另一个潜在问题在于驱动要求与IGBT器件截然不同。虽然大多数晶体管的驱动通常使用对称电源轨（如±5V），但SiC器件需要较小的负电压以确保完全关断，因此需要不对称的电源轨（如-1V至-20V）。此外，虽然SiC具有出色的散热特性，与硅相比导热特性亦出类拔萃，但是SiC元器件常使用为Si器件设计的封装，例如芯片键合和引线键合。虽然这种封装方法与SiC配合良好，但仅适用于低频电路（数十千赫）。一旦应用于高频电路，寄生电容和电感就会相应增大，从而阻碍基于SiC器件充分发挥全部潜力。同样，要充分利用GaN器件的优势，封装就必须具有极低的寄生电感和出色的热性能。嵌入式芯片封装（类似于多层印刷电路板）等全新封装方法，以低成本实现了所需的性能，同时还消除了引线键合以避免器件自身的可靠性问题。栅极驱动器这一关键元件主要用作控制器与功率器件之间的接口。对于采用新器件的电子设计人员而言，栅极驱动设计始终是个难题，因此了解SiC和GaN功率器件的驱动方式就显得尤为重要。具体要求是：供电电压高，通过低传导损耗实现高能效驱动强度高，实现低开关损耗快速短路保护传播延迟和变化较小，实现高能效和快速系统控制dv/dt抗扰度高部分早期的GaN器件需要特殊的驱动器来防止栅极过压。目前市面上推出具有大Vg容差的新一代E-HEMT，只需改变栅极电压，即可由许多标准MOSFET驱动器来驱动。GaNFET是横向器件，因此所需的最佳驱动电压相对较低。总而言之，GaN器件的栅极驱动要求与SiMOSFET和IGBT类似。具体要求包括：栅极电荷较低-驱动损耗较低，上升和下降时间较短栅极电压较低负电压以提高栅极驱动的稳健性使用栅极电阻以控制压摆率其优势在于，许多SiC和GaN解决方案供应商都在封装内添加了其他电子元件，因此可以直接替代当前的设计。总结为了满足逆变器和车载充电器等EV系统的能效和功率密度要求，汽车电力电子设计人员现在可以使用更先进的WBG半导体，如SiC和GaN。与传统硅器件相比，WBG半导体的损耗更低、开关频率更快、工作温度更高、击穿电压更高，并且在恶劣环境中更坚固耐用。GaN和SiC可在更高的温度下工作，预期使用寿命却与Si器件无异；或是在同等温度下工作，使用寿命却更长。这为设计工程师提供了不同的设计方案，具体取决于应用要求。此外，使用WBG材料让设计人员能够从多种策略中选择适合设计目标的方案：使用相同的开关频率，提高输出功率；使用相同的开关频率，降低系统的散热要求和总成本；或者提高开关频率，但保持相同的开关功耗。文章来源网络

消费者对于健身跟踪器和其他个人移动设备具备“始终开启”运动跟踪功能的需求不断增长，在过去，这意味着设计人员需要在这些功能与电池寿命之间做出取舍。若是尝试降低功耗，势必会牺牲跟踪功能或分辨率，因而会使用户的体验受到影响。不过，随着内置运动检测功能的低功耗传感器的出现，将有助于开发人员消除这一设计局限性。本文将介绍并展示如何使用STMicroelectronics推出的智能运动传感器，该传感器集成了精密的运动处理功能，能提供更有效的解决方案来实现低功耗、始终开启的运动跟踪。传统的电源管理实践在典型的低功耗移动系统设计中，主机微控制器在正常有源模式下所用功耗占系统总功耗的绝大部分。因此，开发人员会寻找一切机会让微控制器在低功耗休眠模式下运行，并将处理器的唤醒时间控制在仅仅足够让处理器完成传感器数据处理或通信等任务的程度内。多年来，开发人员一直通过使用可独立收集主机处理器数据的传感器实现这一目标。在对传感器输出数据速率要求不高的应用中，传感器可能会将一系列测量数据填入片载缓冲区，甚至执行直接存储器访问(DMA)事务以将数据传输到系统内存中，然后再发出中断信号唤醒处理器以使其完成处理任务。由于传感器的集成式信号链可以执行信号调节、转换和滤波，因此处理器可以立即开始处理经过预处理的数据，并寻找对于应用意义重大的事件。在这些传感器中集成了阈值检测功能之后，开发人员可以进一步延长处理器持续处于低功耗模式的时间。传感器不需要处理器识别重要事件，传感器仅在测得超出开发人员所设定阈值的事件时发出唤醒信号。例如，设计人员可以对这种高级温度传感器进行编程，让它只在测得的温度超过指定的最大阈值或低于指定的最小阈值时发出唤醒信号。这种降低功耗的方法对于比较简单的需求虽然有效，但用来检测更为复杂的事件时，它的效果却要大打折扣。再加上对始终开启感测的要求，检测这些复杂事件意味着处理器的有效占空比变得更高，这样会导致个人可穿戴设备中常用的容量相对较小的充电电池电量很快耗尽。因此，随着用户对始终开启检测和更长电池续航时间的需求越来越高，以往使用主机微控制器执行检测的这一做法变得难以为继。如果传感器能够执行更复杂的检测算法，那么开发人员就可以沿用目前的最佳实践，通过低功耗工作模式和处理器休眠状态来降低系统功耗。与此同时，这种更加智能的传感器还需要为开发人员提供高度灵活性。仅仅将几种特定的算法硬写到传感器中并不能满足人们对于更新颖、更出色产品特性的需求。STMicroelectronics的LSM6DSOXiNEMO(LSM6DSOXTR)惯性传感器可提供这一灵活性，还有内置在该器件内的多种信号处理功能和灵活计算能力。传感器架构LSM6DSOXiNEMO是一个系统级封装(SiP)，在一个接点栅格阵列(LGA)封装中整合了微机电系统(MEMS)传感器、专用的信号链、滤波器和专用的计算引擎，体积仅为2.5x3.0x0.83mm。该器件还具有内置的三轴加速计和三轴数字陀螺仪MEMS传感器，因此可以将其配置为一个传感器中枢，用来通过专用的中枢寄存器单独安排最多四个外部传感器的运行。LSM6DSOX采用与以前的STMicroelectronicsLSM6DSO相同的架构，可提供早期器件的所有功能和特性（请参阅“IMU：通过板载机器学习让主机休眠”）。不过，LSM6DSOX让STMicroelectronics在早期的器件中提供的有限状态机(FSM)具备了机器学习(ML)内核，可通过最多8个决策树对数据集进行分类。即使不激活FSM和ML内核能力，开发人员也可以实现高级运动检测能力，这要归功于用于预处理MEMS传感器数据的高级信号链。与很多高级传感器一样，LSM6DSOX架构也具有多级信号链，可以将模数转换器(ADC)与多个滤波级组合在一起。陀螺仪信号链将ADC级与一系列可选择的数字滤波器（包括高通滤波器(HPF)、低通滤波器(LPF1)和第二个低通滤波器(LPF2)）配合使用，这些数字滤波器在器件的高性能模式下运行，但在正常模式或低功耗模式下会被绕过（图1）。由于很多集成式功能都需要加速计，因此在这种架构中显著增强了加速计信号链。它的初始级提供了大多数高级传感器都具备的基本信号调节和转换能力。例如，模拟抗混叠低通滤波器提供了基本信号调节能力，一个16位ADC会对调节信号进行数字化处理，并通过数字低通滤波器传输数字化的结果。该器件与其他器件的不同之处在于，它采用精密的复合滤波器块来跟踪此初始转换级（图2）。通过将处理块与滤波器配合使用，加速计的复合滤波器部分能够自主检测多种迄今仍然要用处理器来唤醒和运行专用事件检测代码的那些复杂事件。而现在，开发人员可以对滤波器参数进行编程，以自动检测多种复杂运动事件并发出中断信号，这些事件包括单抽头或双抽头、自由落体、活动/非活动、六自由度(6D)方向或者通常用来检测器件运动的4D方向。例如，从纵向到横向模式。复合滤波器的高级检测器综合了来自处理块和滤波器的结果来执行检测。例如，单抽头检测功能采用内置的斜率滤波器，此滤波器会为当前的加速计样本acc(tn)连续生成斜率，如下所示：slope(tn)=[acc(tn)-acc(tn-1)]/2(等式1)对于单抽头事件，相比更宽的冲击事件，斜率会升至某个阈值以上，然后快速回落（图3）。使用开发人员设置的抽头阈值和冲击窗口持续时间值，器件可以自动检测单抽头事件，并向主机微控制器发出中断信号。双抽头检测功能在这种方法的基础上增加了另一个参数，以指定两个单抽头事件之间所需的等待时间。该器件能够生成衍生数据（例如斜率），因此在集成式FSM和机器学习(ML)内核的更高级功能中发挥着核心作用。由于前面提到的文章中已经讨论了FSM功能，因此本文的其余部分将侧重于LSM6DSOX的ML内核及其如何检测复杂得多的运动事件，包括运动序列甚至复杂的健身活动，例如特定的锻炼。决策树LSM6DSOX的ML内核提供了基于传感器的处理，且其处理能力远远超过很多高级智能传感器中常用的参数化阈值设置。使用ML内核，开发人员可以在该器件中实施复杂的检测算法，以便在无需唤醒微控制器的情况下始终开启复杂运动事件检测。为此，ML内核利用决策树，基于输入数据的模式来识别事件。决策树已经在决策支持系统中使用多年，其会对照预定义的条件测试输入数据或属性，以便将复杂的决策分解成一系列选择。从初始节点或根开始，对属性的值进行测试，并根据结果确定是否继续前往特定的子节点（图4）。例如，在每个更新周期都会调用决策树，以使决策树通过它的节点确定可用于此更新的数据表示无运动、向前运动还是某种其他的运动，如下所示：测试加速计测量幅度1.1.如果值低于某个预定值（条件），则终止1.2.否则，前往某个分支的子节点，以测试在同一个时间窗口中取得的陀螺仪测量结果1.2.1.如果陀螺仪测量结果低于某个预定值，则终止，或者1.2.2.继续前往更深的子节点，以测试在同一个时间窗口中测得的其他属性，或者对照另一个条件测试同一个属性。重复此过程，直到测试达到终端节点，在这种情况下对应于一个特定的复杂运动事件或类。在这个简单的示例中：终端节点1.1可能表示应将数据或特性集归类为“无运动”终端节点1.2.1可能表示应将特性集归类为“向前运动”节点1.2.2下面的终端节点可能表示运动转向或者更复杂的方向变化当然，要用到决策树的现实世界问题要复杂得多，需要采用大量包含许多不同属性和条件的特性集。事实上，LSM6DSOX为开发人员提供了丰富的可用特性，以使他们能够开始处理来自加速计、陀螺仪以及在传感器中枢连接模式下安装的任何外部传感器的相关数据（图5）。根据这些主要传感器数据，该器件会生成大量的特性，这些特性是根据滑动时间窗口内的主要数据计算得出，包括：范数V=Ö(x2+y2+z2)和V2均值方差能量峰峰值零交叉点正零交叉点负零交叉点峰值检测器正峰值检测器负峰值检测器最小值最大值对于特定特性，例如零交叉点检测器和峰值检测器，开发人员还可以指定一个阈值，分别用于改变零交叉点轴或峰值阈值。受监督的学习工作流利用这些特性对LSM6DSOX的ML内核实施决策树时，需要遵循一个大多数机器学习模型开发工作都会用到的典型受监督学习工作流。一般而言，此工作流会首先识别相关的活动，并收集与这些活动相关的数据样本。在这种情况下，开发人员只需使用LSM6DSOX来收集数据，并执行最终应用需要检测的一组特定运动活动。对于这一开发阶段，开发人员可以利用STMicroelectronics提供的板和软件构建一个数据采集平台。对于硬件平台，开发人员只需将STEVAL-MKI197V1的LSM6DSOX适配器板插入到STEVAL-MKI109V3评估主板中。对于软件，开发人员可以使用STMicroelectronics免费提供的Unico软件工具，此工具具有Windows、MacOSX和Linux版本。Unico需要与STEVAL-MKI109V3主板配合使用，它利用一种简单的方法来收集LSM6DSOX生成的数据。要收集数据，开发人员可以将此主板与Unico配合使用。为此，开发人员或助理需要紧紧握住主板，并反复执行其中一种特定的相关运动活动，同时利用Unico来收集LSM6DSOX运动数据。在多次反复执行同一个活动期间从LSM6DSOX收集的数据可以为相应的类（例如上一个示例中的“向前运动”）提供训练集。由于在此运动期间收集的数据都对应于同一个类，因此这种主动收集数据的方法不需要单独的数据标记阶段，此阶段有时会拖慢受监督的学习工作流。在收集每个相关运动事件类的运动数据之后，开发人员需要使用Unico来查看数据和类标签。Unico除了用于查看数据以外，还允许开发人员配置所需决策树的多个方面、定义滤波器、设置时间窗口持续时间以及选择要在构建决策树时使用的特定特性。在实践中，开发人员通常会根据经验和试验尽可能减少用于检测特定一组活动的特性。即使只有极少的特性集，能否高效地实施决策树这一任务也主要取决于：确定要在决策树的各个节点测试那些特性或属性中的哪一些。选择要在每个节点测试的“最佳”属性对于尽可能减少决策树的大小非常重要，而决策树的大小对于资源有限的器件（例如传感器）尤其重要。读者须知：到目前为止，您可能对特性(feature)与属性(attribute)的使用感到疑惑。难点在于，对于ML模型，我们探讨的是“特性”，但谈及决策树时，这些特性被称为“属性”。我们曾尝试在某一部分内容中只使用其中一个术语，但在这里，我们会在随后的决策树讨论中从“特性”改为“属性”。毫无疑问，您会注意到在其他地方，这两个术语会互换使用，不过在这里以及随后的“arff”部分，我们将使用“属性”。尽管概念简单，但在每个决策节点选择要使用的最佳属性却并不直观，因为决策树具有大量属性，其中每个属性都由各种数据值表示。要确定要在每个节点测试的最佳属性，首选方法是利用下面的等式2计算每个属性在此节点的香农熵：entropy(p1,p2,...,pn)=-p1log2(p1)-p2log2(p2)...-pnlog2(pn)（等式2）概率pn表示每一个与此属性相关的n个可能类。结果是信息内容，显示为0到1之间的位值，而不仅仅是人们更熟悉的数位定义中的0或1。随后，每个属性的信息“增益”会成为此信息值与基线信息值之间的差异，而基线值是根据在不使用决策节点的情况下做出正确决策的概率，并针对属性计算得出。尽管本文无法就这一计算进行详细探讨，但要直观地解读这一计算，需要比较哪种方法更有可能更高效地取得所需的结果：是根据此属性的值（“基线”）对数据集进行强力自下向上分割来取得结果，还是根据此属性的特定值范围进行自上向下选择来取得结果。自上向下选择采用“各个击破”方法，这种方法通常能够比自下向上方法更快地减少可能的结果数量。快速部署幸运的是，开发人员几乎不需要亲自考虑信息增益详细信息以及如何优化属性的选择。相反，他们可以利用免费的第三方机器学习工具（例如Weka）来自动执行必要的计算，以生成最佳决策树。事实上，Unico和Weka可以密切协同工作，以提供一个用于快速实施决策树的工作流。特定决策树开发工作流中的关键步骤通常是前面提到的数据收集步骤，具体而言是指利用LSM6DSOX来为每个相关的活动类收集具有代表性的数据集，然后利用Unico来细化这些数据集并定义决策树配置。完成后，这两个工具会相互结合来加速执行此过程的最后阶段。在Unico中细化了数据和决策树配置之后，开发人员可以使用此工具将所选的特性集转换为一种称为属性-关系文件格式(arff)的标准格式。arff文件具有一个标题部分，其中会列出所选的属性（特性）和可能的类，还具有一个数据部分，其中会列出所收集的每一组数据和相关的类（列表1）。在此示例中只使用了很少的几个特性，而且只使用了很小的一组数据实例来识别有限的一组类，包括二头肌弯曲训练、侧举和深蹲。使用Weka，开发人员可以在Preprocess（预处理）窗口中加载arff文件并查看整个特性集的图形化概览（图6）。要构建决策树，开发人员需要切换到Weka的Classify（分类）窗口并选择WekaJ48分类器（Weka的决策树分类器），然后单击Start（开始）。在其输出窗口中，分类器会列出汇总的输入数据，并同时以图形格式（图7）和文本格式（图8）提供决策树。在此示例中，生成的J48决策树规格只需要几行代码。复制J48树文本并将其保存到文件中之后，开发人员将此文本文件加载到Unico中，以生成一个寄存器配置文件。最后，开发人员使用Unico的Load/Save（加载/保存）选项卡完成此工作流，以便将此配置文件加载到LSM6DSOX中。此时，开发人员可以持续使用上文所述的STEVAL-MKI109V3主板执行支持性的运动，并利用Unico从所配置决策树的LSM6DSOX输出寄存器中读取决策树分类结果。在定制设计中，开发人员可以利用决策树输出寄存器中发生的变化向微控制器发送信号，将其唤醒并执行代码以通知用户、增大锻炼计数器或者酌情执行应用所需的其他高级操作。尽管此示例极其简单，但LSM6DSOXML内核可以利用更多的上述各种特性对复杂得多的运动事件进行分类。例如，STMicroelectronics为这种简单的应用描述了一个更高级版本：使用更多的特性将健身房的活动分类为多种锻炼，包括二头肌弯曲训练、开合跳、侧举、俯卧撑和深蹲。除了这个简单的示例中使用的均值和峰峰值特性以外，这个复杂的示例还增加了为一个两秒钟的时间窗口计算出的方差、最小值、最大值和零交叉点特性。在LSM6DSOXML内核中运行的这个更先进的应用会消耗大约569μA的电流（当电压为1.8V时），其中只有13μA的电流是ML内核本身所消耗的电流。如此低的功耗能够让开发人员放心大胆地执行始终开启的运动检测，而且只会对电池的充电状态产生轻微的影响。机器学习注意事项机器学习的实际应用取决于受监督的学习工作流，这些工作流会不可避免地导致最终机器学习模型出现某种形式的偏差，无论此模型是非常复杂的卷积神经网络还是相对比较简单的决策树。特别值得一提的是，基于运动的数据还在很大程度上取决于身体形态和运动机能，因此从开展活动的某一个人那里收集的数据可能明显不同于从另一个人那里收集的数据。因此，使用基于ML的活动检测功能的开发人员面临着这样一个持续的挑战：在数据特异性与普遍性之间找到平衡点。过高的特异性通常会限制普遍性，而过高的普遍性通常无法精确地检测不同的个人做同一个动作时的独特变化。尽管这些问题并不是这个具体的实施所独有的，但由于面临着如何在个性化运动检测器件中找到这个平衡点的挑战，因此需要能够利用用户的特定数据来更新决策树。但在仔细考虑这些对于机器学习数据科学的各种要求之后，开发人员已经能够利用LSM6DSOX和现有的工作流将始终开启精密运动检测功能整合到功率受限的设计中。总结用户需要始终开启运动跟踪和更长电池续航时间，这为健身设备和其他小型可穿戴设备的开发人员带来了似乎无法克服的冲突。尽管很多高级传感器都能提供一定水平的独立于处理器的运动检测，但由于用户需要始终开启对更复杂运动的检测，因此一些新兴的应用抛弃了这种方法。不过，使用STMicroelectronics的LSM6DSOX运动传感器提供的机器学习能力，开发人员可以解决始终开启跟踪与更长电池续航时间之间的冲突，从而构建更加高级并能够感知活动的健身腕带和其他可穿戴设备。

在过去的十年中，全世界无线发射器的数量急剧增加。物联网（IoT）推动了对低成本，易于实现的芯片组的需求，以实现无线连接。蓝牙、ZigBee和WiFi（802.11）等无线技术使连接无处不在，家庭、车辆和企业中广泛使用。这些技术拥有不断更新完善的标准，也无需无线频谱牌照许可，而且还有参考设计已经获得监管部门的批准，因而被工程师广泛采用。毋庸置疑，2.4GHz中的频谱是这些无需牌照的经济型应用最流行的工作区域。为促进频谱共享，无线标准必须采用先进的硬件和软件功能，包括时域多址、空闲信道评估、自适应频率控制等。工程师发现，即使他们使用“经过认证的”解决方案，他们在建立无线电链路和保持通信方面仍然面临许多问题。随着物联网技术的飞速发展，问题只会越来越严重，将有越来越多的信号要争夺频谱空间。甚至有人把IoT重命名为“物扰（InterferenceofThings）”，这个说法并非滥用。虽然物联网在实践中可以共享无需牌照的频谱，而它带来的挑战确实不可小觑。物联网在数量庞大的电子设备中，比如智能系统、汽车及各类家电，增加了非常复杂的RF控制芯片。每台设备都可能会产生更多的噪声和干扰。尽管设计工程师可以在产品中增加额外的屏蔽及其他降噪功能来降低噪声数量，但这会提高消费者承担的成本，而且信道数量相对很少，很难应付数量无穷无尽的电子设备。解决这些问题的另一个挑战是没有完善的系统来检测噪音。与郊区或乡村相比，尝试在城市中找到问题尤其困难，因为使用的电子设备实在太多了。此外，噪声会随着各种问题而变化，比如位置和天气，这使问题变得更加复杂。物扰已经成为一个挑战，而且随着时间推移，必然会日益变糟。表征无线链路调试和表征无线连接要求一些基础知识，必需了解分析的无线电类型，包括：工作的频率或信道，以便了解查找频谱中的哪些频段。无线连接类型(蓝牙、WiFi、Zigbee、NFC)，以便确定预计是哪类频谱签名。这还会表明特殊模式，如TDMA、跳频、FDMA操作等。发射机功率电平，这可以了解预计的干扰水平。最低接收机灵敏度，这指明了接收机对干扰信号的灵敏程度。有了这些信息，我们可以使用频谱分析仪，在一定程度上了解无线链路，表征RF环境。频谱分析仪是在无线频谱中进行测量时必备的工具。图1是传统扫频分析仪简化的方框图，可供参考。图1:这是传统扫频分析仪简化的方框图。超外差频谱分析仪(SA)已经使用了许多年。使用这类仪器的挑战在于其工作的“扫频”特点。频谱画面上测量的东西在时间上不连贯，可能无法准确地表示频谱信息(特别是对TDMA信号)。即使是最快速的扫频分析仪，在查看采用跳频技术的发射机时，能力也是有限的。除基本频率相对于幅度关系画面外，某些制造商还提供了三维频谱图信息。在扫频分析仪中，这些信息从多次扫描中推导得出，因此在本质上，定时信息只能近似于脉冲式或频率捷变发射机中可能发生的情况。实时频谱分析仪(RTSA)提供的功能基本上与传统频谱分析仪相同，只是增加了部分关键功能。图2是基本实时频谱分析仪的方框图，可供参考。图2:这是基本实时频谱分析仪的方框图。RTSA和基本信号分析仪之间的主要差异之一是RTSA带宽指标。对最大实时频宽以下的任何频宽，RTSA不一定要扫描频率，但能够连续捕获频谱信息。RTSA也不限于一次一个画面。它可以同时分析频谱、三维频谱图和调制信息，因为这些信息来自连续采集，所以这些信息实现了时间相关。RTSA特别适合分析采用TDMA协议的系统，比如WiFi、蓝牙、ASK/FSK。对使用无需牌照的频段的设备来说，最大的问题之一是管理共享相同频谱的多台收发机所产生的效应。几乎所有法规都要求，在无需牌照的频段中工作的设备不能产生干扰，且必须接受存在的任何干扰。RTSA特别适合量化干扰效应，因为它能够连续捕获频谱信息。重要的RTSA功能包括快速频频谱速率（每秒采集10,000~3,000,000次）、能够连续记录频谱数据及整个RF环境随时间变化。其他主要功能包括时间、频率和幅度触发及时域、频域和调制测量相关。图3是实时频谱分析仪的数字荧光频谱显示画面。与典型频谱分析仪一样，画面显示了频率相对于幅度关系信息。此外，画面中的像素增加了颜色，告诉我们RF能量在该像素下测量的频次(像素占用度)。通过数字荧光频谱测量，用户可以指定衰落功能，提供一种荧光效应，模拟基于CRT的示波器中使用的显示器效果。它在显示画面中增加了周期性维度，显示了信号在关心的频段中实际被测量的频次。图3:RTSA的荧光效果模拟基于CRT示波器的效果，可以查看信号在被测频段中被测量的频次。通过这种形式的实时频谱显示画面，我们可以“看到”接收机“看到”的东西，并且更深入地了解关心的频段中具体发生的情况。但是，它不能提供与干扰信号的潜在效应有关的足够信息。基于这种特点，频谱显示画面并不能显示信号的时间交织。采用“零频宽”测量可以提供与脉冲幅度和持续时间有关的足够细节，但没有频率信息。三维频谱图测量正是为解决这类问题而设计的。与频谱显示一样，它在左侧显示低频率，在右侧显示高频率。与基本频谱显示不同，它用颜色表示幅度，所有这些信息都相对于Y轴的时间绘制。三维频谱图本质上是一种条码记录仪，显示了频谱活动随时间变化。在扫频分析仪中，这种三维频谱图在时间上是不连贯的，因为仪器正在扫描频率。分析仪扫描频率，意味着频宽左侧的轨迹点发生的时间要早于右侧的轨迹点。因此，扫频分析仪捕获的三维频谱图中没有时序关系。但是，RTSA创建的三维频谱图由连续记录的频谱数据构成，而不是扫描。RTSA还有一个好处是整域相关，所以三维频谱图中的信息可以直接与其他测量相关，比如调制、功率、CCDF。图4是数字荧光显示及三维频谱图实例。本例中的数字荧光显示画面显示了存在的信号的大量细节。画面中心是较弱的宽带信号，其波峰因数很大。考虑到颜色很亮或“很暖”，这个信号的信道占用度很高(接近连续)。画面中还可以看到一个Wi-Fi信号，看上去工作频率在2.437GHz(WiFi信道6)。画面中还有另外十几个信号，频率和功率各异。考虑到频谱形状和使用的频率，这些信号可能来自蓝牙设备。图4:RTSA实现了整域相关，左面三维频谱图中的信息可以与其他测量直接相关。尽管许多不同的服务采用上面测量的频谱，但这些信号是时间交织的，因此使用有源频谱共享技术时，链路质量没有损耗或几乎没有损耗。日常频谱分析日益要求实时频谱分析仪技术，来检验链路的工作方式是否达到预期。在历史上，RTSA一直局限于小众应用，而现代无线设计明确需要实时频谱分析的处理能力和灵活度，来调试系统级问题，表征工作模式。文章来源于网络

当我第一次光顾德克萨斯的一家烧烤店时，菜单上各式各样的肉让我感到非常惊讶，以至于我不知道要选哪一种。但幸运的是，烧烤店提供了三种肉的拼盘，因而我可以尝一下不同种类的肉。其实，作为一个寻求运算放大器(opamp)的设计工程师，您也可以有很多选择。另外，随着如今生产周期不断缩短，您需要快速做出决定。选择了错误的运算放大器可能会耗费时间和金钱。TI丰富的产品组合由48个独特的放大器组成（包括新的TLV9001、TLV9052、TLV9064），提供了16种不同的封装，其中包括业内最小的单通道和四通道封装。在此技术文章中，您将了解到此新的运算放大器系列如何满足各种项目需要，减少印刷电路板（PCB）的空间，并提供多种带宽选项，为您的信号链提供更多增益。我们拥有丰富多元的产品组合可以帮助您选择准确的通道数量、速度以及确定您的系统需求。通过出色产品性能，实现设计功能多元化图1概述了全器件系列，顶部突出显示了相似之处。这三种子系列可以互换，因为它们使用的电源电压、输入和输出电压范围以及偏移电压均相同。此外，其相似的低电阻输出阻抗可最大限度地减少稳定性问题。图1：放大器系列对比然而，每个子系列都具有独特的性能优势。例如，如果您为了感测电机电流，最初在带输出摆幅至GND电路的单电源低压侧、单向电流传感解决方案中使用TLV9002，但后来，为了处理大型电机电流瞬变，确定需要更高的增益和更快的转换速率，那么您可以轻松切换到更高带宽、引脚对引脚兼容的TLV9052，无需再重新进行设计。这是可以实现的，因为每个子系列都有相同的16个封装选项，涵盖所有三种通道配置。封装灵活性图2详细列出了各种封装方案的详细信息。“行业标准”（IndustryStandard）一列确定了封装是否可从其他供应商处获得，以作为第二次采购的选项。“关闭”(Shutdown)一列突出显示了具有关闭功能的封装。关闭功能有助于降低总能耗。虽然大多数的小封装选项都是四方扁平无引线（QFN）封装，但我所强调的封装选项不属于上述类型。双通道、小外形晶体管（SOT）-23-薄封装采用单通道SOT-23封装体，但它有8个引脚，而不是传统的5或6个引脚。这对于那些更大的引线封装来说是一个非常好的选择，如小外形集成电路(SOIC)、薄小外形封装(TSSOP)或极薄小外形封装(VSSOP)。如要多源采购8引脚SOT-23和传统的引线封装，也可以采用双布局技术。如要了解更多详情，请阅读模拟设计期刊文章，“小封装放大器的二次采购选项”。但是，如果您想最大限度地减少PCB空间的话，我建议采用QFN封装选项。图2：放大器系列封装选项尺寸的突破这三种放大器子系列采用业界最小的单通道和四通道封装。相比同类小尺寸器件，TI单通道的0.8mmx0.8mm超小型无引线(X2SON)封装的尺寸要小13%，其2.0mmx2.0mm超小型QFN（X2QFN）封装的尺寸还要小7%。这些封装加上双通道1.0mmx1.5mmX2QFN封装，能提供多种选择来帮助您减少PCB面积。您可以在图3的右侧看到这3种封装。图3：逐步实现更小的封装由于间距较小的缘故，制造技术可能会限制采用超小型QFN封装，因此，TI还可以提供不同间距的多种小型封装选项。应用报告“使用TI的X2SON封装进行设计和制造”提供了这些封装的布局和走线指南。总结有人说选择太多会导致无从下手。但我认为，不管是在德克萨斯州决定吃什么烧烤，还是设计工程师选择放大器，选择当然是越多越好。当您下次开始设计时，可以选择如下运算放大器系列：有三款不同的性能水平可供选择；16个独特的封装选项之一；采用业界最小的单通道和四通道封装并可在您需要时节省PCB面积。其他资源1.通过订购小型放大器双行内封装评估模块，评估8个小封装选项。2.请参阅TLV9002、TLV9052和TLV9062规格之间的详细比较。3.使用TLV9002,TLV9052和TLV9062TINA-TI™softwareSpice模型进行模拟设计。4.浏览放大器产品组合。本文作者：HaydenHast–系统工程师文章来源于网络

为工业自动化系统提供可靠的通信对开发人员提出了独特的挑战。这些系统依赖于多种通信协议，以便在工业环境中使用的各种子系统之间维持可靠实时连接。在工业环境中，常规通用处理器在执行应用软件时，可能无法始终如一地满足实时通信要求。开发人员需要一个能够轻松适应工业应用多样化需求的开发平台。本文介绍开发人员如何使用德州仪器提供的现成开发工具包来加速工业通信解决方案的开发。该套件的核心是德州仪器的Sitara处理器，其集工业应用所需的计算资源和专用通信能力于一体。工业通信需求作为先进制造战略的关键推动力，工业通信系统在将各组传感器、电机、执行器与可编程逻辑控制器(PLC)、人机界面(HMI)连接起来时，面临着日益严苛的实时响应和可靠性要求。除了子系统的多样化集合之外，工业应用可能还涉及性能需求、专用设备和旧有系统的组合，因而需要支持多种联网技术和协议。其结果是，单个环境可能需要支持多种现场总线协议，例如控制局域网(CAN)、Modbus、Profibus以及Profinet、EtherCAT、SercosIII等工业以太网协议。与现场总线标准一样，每种工业以太网标准都是为了解决一组特定需求而出现的。每种标准都提供了常规以太网所不具备但工业通信却需要的某种实时性能。不同工业以太网标准实现这种能力的方法可能迥然不同。例如，Profinet允许主控制器与网络中的所有设备通信。从设备可以反过来与控制器交换帧，但与其他设备只能进行非周期性通信。对于通信，此协议为常规非实时数据交换提供了标准的传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)信道。对于实时数据交换，Profinet实时通道支持控制器和从设备之间的周期性或非周期性交换（图1左）。图1：Profinet（左）和EtherCAT（右）的不同工业以太网堆栈可能会提供类似的服务，例如常规以太网，但在较高级协议以及底层媒体访问控制(MAC)和数据链接层(DLL)服务方面，其支持实时通信的方法明显不同。（图片来源：德州仪器）在EtherCAT中，当主机与从机通信时，帧中包含针对每个从机的命令和数据，并从一个节点传输到另一个节点。随着帧的传递，每个从机节点读取指定的命令和数据，并将自己的数据添加到帧上，然后帧继续传递。与Profinet一样，EtherCAT既有常规TCP/IP信道来支持以太网兼容通信，又有实时信道来支持对时间敏感的通信（图1右）。尽管不同工业以太网标准依赖于明显不同的机制，但它们都有能力来提供常规以太网所缺少但工业通信所必需的实时性能。然而，当实施这些标准时，开发人员可能会陷入进退两难的境地，因为典型设计选择的性能存在局限性，无法满足其应用的实时性能要求。实时应用依赖于低延迟响应，在提供命令、输入或其他驱动激励信号之后，响应必须在固定时间内作出。在工业系统所用的基于周期的进程中，低延迟系统可确保进程尽可能在每个周期开始后尽快执行。这些系统中的抖动或其他因素会导致周期发生不可预测的变化，从而侵蚀系统以可靠、一致的方式处理高周期速率进程的能力。过去，开发人员常常发现自己不得不自行设计硬件解决方案，以应对与工业连接相关的实时挑战。令大多数方法复杂化的原因是，为通用计算而设计的软件和硬件着重于优化应用执行的整体性能，而不是解决实时性能需求。在软件层面，工业应用开发人员需要低延迟、确定性的响应能力，这通常由实时Linux提供，更严格地说是由实时操作系统(RTOS)提供。最终，延迟和确定性性能取决于底层硬件平台中使用的处理器。诸如Arm®Cortex®-A内核之类的通用处理器，非常适合执行负责应用的较高级别任务（包括工业自动化相关任务）的软件。典型通用处理器利用多级高速缓存架构和多级指令流水线来加快处理速度（图2）。图2：ArmCortex-A等通用处理器的架构使用多层互连和资源来优化应用执行中遇到的各种工作负载的执行。（图片来源：德州仪器）对于工业通信开发人员来说，那样的架构特性会使事情复杂化，难以实现一般工业自动化和实时以太网系统所需的实时性能。每一层的高速缓存、内存和互连都会延长满足基于周期的进程所需的时间（延迟）。因为处理器通过这些层必须达到的程度可能随每个周期而变化，所以响应时间可能会有巨大差异。过去，面对这一问题的开发人员采用专用硬件、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现系统中时间和性能至关重要的部分。例如，为了支持实时以太网，这种方法意味着要在FPGA或ASIC中实现MAC和其他实时功能。尽管定制硬件在性能方面可提供非常有效的解决方案，但最终设计的成本和复杂性会大大提高，故该方法仅适用于性能需求超越所有其他考虑因素的应用。对于工业通信，德州仪器通过充分利用其Sitara处理器系列的多处理器架构，提供了一种更实用、更具成本效益的解决方案。工业通信子系统Sitara处理器系列集高性能ArmCortex-A应用处理器与一个或多个可编程实时单元和工业通信子系统(PRU-ICSS)实例于一体。当Cortex-A处理器执行主应用程序时，PRU-ICSS提供工业以太网协议和其他控制功能所需的实时处理和IO能力（图3）。图3：德州仪器的Sitara处理器系列产品集通用ArmCortex-A处理器与专门优化的专用可编程实时单元于一体，提供实时应用所需的低延迟、确定性性能。（图片来源：德州仪器）每个Sitara可编程实时单元(PRU)子系统包含两个200兆赫(MHz)实时内核（如图3所示的PRU0和PRU1），每条指令的运行周期时间为5纳秒(ns)。内核设计有一个小指令集，其处理无需指令流水线，以确保确定性的单周期指令执行。为减少外设操作的延迟，内核通过专用32位互连访问共享资源，该互连将其直接与多个外设连接，包括实时以太网所需的管理数据输入/输出(MDIO)和介质无关接口(MII)。此外，每个PRU内核通过自己的多达30个输入和32个输出直接连接到器件的外部引脚（图4）。图4：德州仪器的Sitara处理器中集成的PRU可直接访问输入和输出引脚以及其他硬件资源，从而减少工业应用中的延迟。（图片来源：德州仪器）利用这种紧密耦合的外设架构，实时内核可以独立运行，避免了典型通用处理系统中须经历多个互连和层所带来的延迟。快速单周期执行和直接访问外设相结合，使子系统能够确定性地执行基于周期的进程，并对外部事件做出快速且可预测的响应。因此，与配套的通用处理器相比，PRU子系统可以更有效地执行IO操作并到达外部引脚（图5）。图5：凭借单周期指令执行和直接访问器件引脚，TISitara处理器内置的可编程实时单元(PRU)子系统读写器件引脚信号所需经历的层数要少得多（右），外设操作的速度比配套ArmCortex-A处理器所能达到的速度更快（左）。（图片来源：德州仪器）PRU内核的高速IO和5ns周期时间相结合，提供工业通信所需的低延迟、确定性性能。在更高层次上，此架构提供的灵活机制可优化ArmCortex-A和PRU子系统的协调使用，进而最大限度地提高工业应用的性能。通过酌情使用专用和共享资源，各个内核可单独以最高性能运行，或共同执行复杂的实时任务。适合单个内核的任务可以在该内核上独立运行，而要求更高的实时任务可以在紧密耦合的不同内核之间分担处理负载。PRU内核直接访问Cortex-A内核资源的能力，有助于确保在任何一种工作模式下高性能地执行实时操作和外设交互。为了在紧密耦合的执行中优化资源分配和管理，Sitara系统架构在硬件和软件中均提供了协调机制。在硬件级别，包括基于硬件的邮箱和资源锁定寄存器在内的处理器间通信特性有助于确保Cortex-A处理器和PRU-ICSS的同步。在软件级别，对Linux多处理服务的支持为协调紧密耦合操作中的任务执行提供了标准操作环境。在运行时，ArmCortex-A内核上运行的操作系统内核使用标准RemoteProc（远程进程）控制和rpmsg（远程进程消息）服务，以及自己的驱动程序和PRU固件中的匹配驱动程序，来协调PRU系统操作。RemoteProc服务处理PRU固件加载和后续处理，而rpmsg框架使用virtio虚拟化接口支持应用程序到PRU的消息交换（图6）。图6：德州仪器的Sitara处理器支持一组标准服务，用于ArmCortex-A主处理器和PRU子系统的应用交互与协调。（图片来源：德州仪器）从串行外设接口(SPI)等串行通信接口到复杂的工业以太网协议，这种架构能够简化工业连接方案的开发并提升性能的优势变得尤为明显。通过在Cortex-A处理器上运行协议软件堆栈，并结合PRU固件处理实时服务，TISitara处理器可以高效执行Profinet等实时以太网协议（图7）。图7：通过协调ArmCortex-A主处理器中的软件执行和PRU子系统中的固件执行，德州仪器的Sitara处理器可以同时满足Profinet等工业以太网协议的通用处理和实时需求。（图片来源：德州仪器）这种方法提供了一种简单的解决方案，可在单个应用中支持多种协议。开发人员只需在Sitara处理器中同时运行每种协议所需的堆栈和固件（图8）。图8：PRU的固件执行效率和ArmCortex-A处理器的软件执行性能，使得德州仪器的Sitara处理器能够为多种工业通信接口和协议提供并发支持。（图片来源：德州仪器）TI为几种不同的串行通信协议、现场总线协议和实时以太网协议（包括EtherCAT、Profinet和SercosIII）提供了完整的协议栈。通过同一Sitara系统上的协议栈组合，开发人员可以支持典型PLC或工业交换机需要支持的多样化连接要求，例如主机侧的工业以太网（如Profinet）和外设侧的现场总线（如Profibus或IO-Link）。标准工业以太网软件包以黑盒二进制文件的形式提供，但TI为开发人员提供了许多工业通信服务的示例。对于应用开发，系列专用的TI处理器软件开发套件（处理器SDK，例如用于AM437xSitara处理器的处理器SDK）为相应处理器系列提供了应用程序编程接口(API)。加速开发除了TI为在Sitara处理器上实现工业通信协议所提供的代码和工具之外，开发人员还可以使用TI和第三方协议栈提供商的附加软件包中的协议、驱动程序和PRU固件来加速自己的工业通信软件的开发。类似地，TI的TMDSIDK437X工业开发套件(IDK)为工业应用提供了基于Sitara的全面硬件平台，可加快开发速度（图9）。图9：德州仪器的TMDSIDK437XIDK集Sitara处理器、存储器和全面的外设、接口、通信通道组合于一体，为开发人员提供一个评估工业通信协议和快速开发工业自动化应用的平台。（图片来源：德州仪器）TI的TMDSIDK437XIDK板包括1GB的双倍数据速率3(DDR3)随机存取存储器(RAM)、四通道SPINOR闪存和TI的AM4379Sitara处理器。AM4379处理器集ArmCortex-A9处理器和两个PRU子系统于一体，每个子系统包含两个PRU内核。在典型的工业自动化网络中，SitaraAM4379可以扮演多个角色。SitaraAM4379处理器集成了图形和显示子系统，因而除了用于PLC、交换机和网关等多协议系统外，还可用于需要HMI支持的终端设备。除了多个外设和通信端口之外，IDK板还有以太网接口芯片，包括德州仪器用于工业以太网连接的TLK10510/100MbpsPHY收发器和MicrochipTechnology用于常规以太网连接的KSZ9031RNXIA-TR千兆位(Gb)收发器PHY。使用该套件实现工业通信应用非常简单，仅需24V电源并将以太网电缆连接到开发系统。TI的PRU-ICSS工业软件组合为前面提到的工业通信协议提供了软件包。利用TI的CodeComposerStudio集成开发环境(IDE)，开发人员可以快速加载、构建、运行随软件包一起提供的示例应用作为起点，或在生产过程中将其用于自己的应用。利用TI软件和PRU-ICSS工业软件包，开发人员可以快速实现复杂的工业自动化系统，例如以太网连接的电机驱动控制器（图10）。图10：德州仪器的TMDSIDK437XIDK和德州仪器软件相结合，可提供一个特别有效的开发平台来快速实现工业系统，例如此处所示的以EtherCAT连接的电机控制器。（图片来源：德州仪器）对于电机驱动控制器应用，PRU子系统会使用TMDSIDK437X板的模数转换器(ADC)接口或EnDat数字双向编码器接口来收集电机位置数据。利用此数据，ArmCortex-A处理器执行磁场定向控制(FOC)算法来创建一组新的电机控制参数，并通过Sitara脉宽调制(PWM)通道进行传送。最后，TMDSIDK437X板上包含的TIDRV8313电机驱动器将输出调整后的电机参数。使用带TI软件的TMDSIDK437XIDK硬件板，开发人员可以快速实现通过各种接口和通信协议连接的工业自动化应用。对于定制应用，该套件可用作全面参考设计，以帮助加快硬件开发。结合此硬件基础，TI处理器SDK和PRU-ICSS工业软件包形成一个开发平台，能够满足基于多种工业通信协议构建的新兴应用需求。总结在越来越多的需求当中，高性能执行工业通信协议对于实现先进工业自动化系统至关重要。虽然这些系统需要通用处理器来执行算法和较高级的处理，但通常也需要专用设备来提供低延迟、确定性性能，以支持现场总线和工业以太网连接所采用的实时工业通信协议。如本文所述，德州仪器的Sitara系列提供了满足这些多样化要求所需的通用和实时处理单元。通过结合使用基于德州仪器的Sitara工业开发套件与预构建的通信协议栈，开发人员可以快速部署复杂的工业自动化应用来支持众多工业通信方案。文章来源网络

Arm全新AI技术为物联网终端设备带来空前智能合作伙伴证言Alif半导体“要让分布式智能发挥效果，每个终端就必需具备更强的处理能力，以降低云端流量、运行AI推理、提升安全性，并及时响应。我们已经采用全新的Cortex-M55，因为它具备高效涵盖各式任务的能力。这一全新的处理器，从超长的电池寿命到最大处理性能，表现都可圈可点。”Alif半导体总裁兼联合创始人RezaKazerounianAu-Zone“OEM厂商已充分了解将AI工作负载从云端移至移动设备与嵌入式物联网设备后，对降低迟延与提升隐私与安全性的好处。这一趋势将影响各类市场，但转型成功的关键在于具备能够支持这类工作负载的运算群集(computeclusters)的能力，如Arm全新Cortex-M55与Ethos-U55等，以及生产等级的ML开发工具。”Au-Zone首席执行官BradScott恒玄科技“影响AI部署的因素包括成本、功耗、性能和软件支持等限制。Arm推出的这一新技术，将加速在恒玄科技的蓝牙音频片上系统中的AI创新：我们能够在严苛的成本和功耗预算下实现更强的数字信号处理和机器学习技术，从而为智能设备提供更自然的语音交互，例如在真无线耳机上实现语音助理功能。”恒玄科技首席执行官张亮赛普拉斯“赛普拉斯公司的解决方案协助设计人员创造智能、安全的物联网边缘设备。随着ML环境的快速演进，我们明确看到了实时、灵活的终端解决方案所具有的机会。全新的ArmCortex-M55处理器提供ML工作负载所需的高效计算平台，同时也能适应这些应用所具有的功耗与尺寸限制。”赛普拉斯ICW事业单位资深副总裁VikramGupta杜比“外型小巧的扬声器，例如智能音箱，要提供沉浸式的音效体验，信号处理极为关键。ArmCortex-M55处理器拥有更高的数字信号处理性能与能耗效率，能够协助杜比为娱乐带来革命性的进展，并让芯片制造商与OEM厂商将DolbyAtmos导入至他们旗下更多的产品中。”杜比音讯事业部副总裁MaheshBalakrishnanGoogle“Google持续与Arm携手合作，在Arm架构上完全优化TensorFlow，并为需要极度省电、成本敏感且往往被部署在缺乏网络环境的嵌入式设备带来机器学习能力。来自Arm的这一全新IP，进一步推进了我们通过在终端设备上实现ML，以达成数十亿个具备TensorFlow功能设备的共同愿景。仅依靠电池，这些设备就能运行神经网络模型达数年之久，并可直接在终端设备上实现低迟延的推论。”Google微控制器用TensorFlowLite部门产品经理IanNappier恩智浦半导体“在全新的AI典范、以及云端处理所面临的成本、低迟延、可靠性与隐私等挑战的推动下，‘强化边缘计算’已经变成新的大趋势。Arm的全新终端ML技术，将协助恩智浦半导体众多的微控制器开发人员，在体积与电量受限的设备上加速边缘推理的研发。”恩智浦半导体边缘处理资深副总裁GeoffLeesQeexo“我们的QeexoAutoML平台可以自动打造‘TinyML’解决方案，这种轻量级的机器学习解决方案可为各种小型设备赋予智能能力。Arm全新的Cortex-M55与Ethos-U55处理器，让Qeexo能够结合空前的高性能和低迟延，更轻松地为微控制器开发机器学习功能，从而进一步为终端设备推出创新的嵌入式ML解决方案。”Qeexo首席执行官SangWonLeeShorelineIoT“Arm的Cortex-M55与Ethos-U55处理器带来的灵活性、性能提升与开发便利性，将让ShorelineIoT能够直接为终端设备提供使电池寿命显著提升且具备更复杂、更快速、更先进的ML算法的解决方案。”ShorelineIoT联合创始人兼首席执行官KishoreManghnani意法半导体“全新的ArmCortex-M55技术为意法半导体的下一代微控制器带来所需的ML性能与效率提升。它对STM32Cube.AI工具与生态系统的支持，意味着这一全新技术对于STM32开发人员在使用上将极为简单、快速且更优化，从而进一步提升他们已经能够广泛使用的各项AI应用。”意法半导体微控制器部门总经理RicardoDeSaEarp–完–关于Arm作为计算及互联革命的核心，Arm技术正改变着人们生活及企业运行的方式。Arm先进的低功耗处理器设计已应用于超过1,500亿颗芯片的智能计算，Arm的技术安全地为电子设备提供支持，覆盖从传感器到智能手机乃至超级计算的多样化应用。结合我们的物联网设备、连接与数据管理平台，Arm技术帮助客户从互联设备中获得强大且可执行的洞察，从而赋能真正的商业价值。Arm携手超过1,000家技术合作伙伴，为从芯片到云端的整个计算领域提供设计、安全和管理方面的技术，并在该技术领域处于业界领先地位。

AI正在改变我们生活中的所有事物AI结合物联网，能够触及、改造并优化我们身边的所有设备，举例而言：更易触及的智慧医疗工业4.0从自动化到自主化的变革以数字助理将日常事务简单化智慧城市中的人类生活Arm为超过十亿的终端设备赋予AI性能AI的发展从云端到边缘端，现在也逐渐延伸到终端设备为推动设备的智能转型，Arm为其AI平台新增重要生力军，包含Arm®Cortex®-M55处理器与ArmEthos™-U55微神经网络处理器(NPU)，并搭配既有完整的硬件IP、软件框架和生态系统，以极大化物联网终端设备的机器学习表现，让更多组织与企业可以轻松地将AI整合到最小的终端设备面对物联网的多元性，Cortex-M55与Ethos-U55具备可配置性与延展性，让世界上每个终端设备都能被纳入AI的应用范畴，为人们带来更多AI的便利与智能体验Cortex-M55结合Ethos-U55，加倍智能赋能终端设备：o极致的性能：为微控制器带来480倍的机器学习性能飞跃o简化且一致性的开发软件：为开发人员提供更简单与快速的开发路径o具备领先业界的生态系统基于此IP的芯片预计在2021年年初上市并实际投入使用ArmCortex®-M55:Arm人工智能性能最强大的Cortex-M处理器首款基于Armv8.1-M架构、内建ArmHelium向量技术的CPU：o大幅提升终端数字讯号处理(DSP)与机器学习性能，并高效节能o基础机器学习与神经网络推理的多元能力先进的内存接口，能以更快的速度获取机器学习所需的数据与权重具备ArmTrustZone安全技术，加快PSA认证的通过速度ArmEthos™-U55:Arm针对Cortex-M推出的第一个microNPU提升体积受限的嵌入式与物联网设备的机器学习推理能力具备先进的压缩技术、减少电力消耗并显著地缩小机器学习模型尺寸得以搭配以下Cortex-M系列处理器：oCortex-M55oCortex-M33oCortex-M7oCortex-M4了解开发人员需求，简化的软件为开发人员提供所需的AI功能一致性的开发流程：Cortex-M软件开发工具完整支持Cortex-M55与Ethos-U55无缝整合的开发体验与性能表现：针对先进机器学习框架进行特定的整合与优化，并通过任何Cortex-M与Ethos-U55的组合配置，获取最高性能Arm建构最广泛的AI生态系统，加速物联网AI终端设备的成长与其他开发工具厂商兼容，打造一致性开发流程全面地获得算法、软件与OS伙伴的支持，以及广大半导体伙伴的背书Arm致力于以AI赋能开发者、企业及产业，以创新的方式帮助改善人类生活：o在手杖上添加360o环景相机，解放视障者的行动限制o以耳道式设备进行远程健康监控o以声控或动作控制进行机器操控o利用铁路上的传感器预测与防止故障，并渐少误点的可能性

Arm全新AI技术为物联网终端设备带来空前智能新闻重点：•Arm推出业界首款搭配Cortex-M使用的微神经网络处理器(microNPU)，搭配最新的Cortex-M处理器，可使机器学习性能提升480倍•全新的IP可让无处不在的数十亿个下一代更小型、低功耗的设备具备更强的机器学习处理能力•软件开发流程针对提高开发人员的生产力进行了优化，并针对这些全新处理器的各种配置将机器学习性能最大化(2020年2月11日)Arm今天宣布其人工智能(AI)平台新增重要生力军，包括全新机器学习(ML)IP：Arm®Cortex®-M55处理器和ArmEthos™-U55神经网络处理器(NPU)，后者也是针对Cortex-M平台推出的业界首款微神经网络处理器(microNPU)。这样的设计(Cortex-M55结合Ethos-U55)为微控制器带来480倍的机器学习性能飞跃。全新的IP与搭配的开发工具，能够让AI硬件与软件开发人员以更多的方式进行创新，从而为数十亿个小型、低功耗的物联网与嵌入式设备带来前所未有的终端机器学习处理能力。Arm资深副总裁暨车用与物联网事业部总经理DiptiVachani表示：“要让AI无所不在，设备制造商与开发人员必须在数十亿、乃至数万亿个设备上实现终端机器学习能力。我们的AI平台增添这些生力军后，即便在最小的设备上，终端机器学习也将成为新常态，不会再有遗珠之憾，从而让AI的潜力可以在范围宽广的、正在改变我们生活的应用当中得以安全、有效地发挥。”随着物联网的发展与AI和5G的发展相互交织，更多的终端智能意味着更小型且成本敏感的设备会愈来愈智能、功能也愈来愈强，同时因为对云端与网络的依赖较小，也将具备更高的隐私性与可靠度。Arm通过新的设计为微处理器带来安全的智能，为想要有效提升终端数字信号处理(DSP)与机器学习能力(ML)的产品制造商降低芯片与开发成本，同时加快他们的产品上市速度。ArmCortex-M55:Arm人工智能能力最强大的Cortex-M处理器Cortex-M处理器已经成为开发人员运算平台的最佳选择，Arm的合作伙伴已经出货超过500亿片基于Cortex-M的芯片，用于各种客户应用。新增的Cortex-M55是Arm历来AI能力最为强大的Cortex-M处理器，也是首款基于Armv8.1-M架构、内建ArmHelium向量处理技术的处理器，它可以大幅提升DSP与ML的性能，同时更省电。与前几代的Cortex-M处理器相比，Cortex-M55的ML性能最高可提升15倍，而DSP性能也可提升5倍，且具备更佳的能耗比。此外，客户也可以使用ArmCustomInstructions(Arm自定义指令集)延伸处理器的能力，对特定工作负载进行优化，而这也是Cortex-M处理器的全新功能。Ethos-U55:Arm针对Cortex-M推出的首款microNPU针对需求更高的ML系统，可将Cortex-M55与Ethos-U55搭配，后者是Arm首款微神经处理器(microNPU)，与现有的Cortex-M处理器相比，两者结合后可使产品ML性能提升480倍。Ethos-U55具有高度的可配置性，旨在加速空间受限的嵌入式与物联网设备的ML推理能力。它先进的压缩技术可以显著节省电力并缩小ML模型尺寸，以便运作之前只能在较大型系统上执行的神经网络运算。简化的软件使得所有开发人员都能获取安全的AI功能Arm非常清楚，开发人员的经验对于推动AI革命是至关重要的。因此，Cortex-M55与Ethos-U55得到了Arm业界领先的Cortex-M软件开发工具链的全力支持。如此一来，我们针对传统DSP与ML等工作负载，有了一致的开发流程；同时从TensorFlowLiteMicro开始，针对先进机器学习框架进行特定的整合与优化，确保开发人员拥有无缝的开发体验，并能够在任何一种Cortex-M与Ethos-U55的配置上，获取最佳性能。Arm认为安全不应该是事后弥补措施，它对于物联网的普及极为重要。为了确保最安全的设计并顺利通过PSA认证，这些处理器和搭配的Corstone参考设计都可以与ArmTrustZone一起工作，以确保安全性可以更为简易地整合到完整的片上系统中。赋能生态系统全新的Cortex-MCPU与EthosmicroNPU凸显了Arm对推动物联网发展的承诺：致力于协助芯片设计人员与设备制造商，即便在最小的终端设备上，也能利用Arm架构进行创新，并为物联网点燃新一波创造力与创新性。这一技术正获得生态系统合作伙伴与业界的广泛支持，其中包括亚马逊(Amazon)、Alif半导体(AlifSemiconductor)、恒玄科技(Bestechnic)、赛普拉斯(Cypress)、杜比(Dolby)、Google、恩智浦半导体(NXP)、三星(Samsung)、意法半导体(STMicroelectronics)等。您可以通过Arm资深副总裁暨车用与物联网事业部总经理DiptiVachani的这篇博客，了解此新技术如何带给数十亿设备AI体验。您也可以点击以下链接，获取更多有关Cortex-M55与Ethos-U55的技术细节。关于Arm作为计算及互联革命的核心，Arm技术正改变着人们生活及企业运行的方式。Arm先进的低功耗处理器设计已应用于超过1,500亿颗芯片的智能计算，Arm的技术安全地为电子设备提供支持，覆盖从传感器到智能手机乃至超级计算的多样化应用。结合我们的物联网设备、连接与数据管理平台，Arm技术帮助客户从互联设备中获得强大且可执行的洞察，从而赋能真正的商业价值。Arm携手超过1,000家技术合作伙伴，为从芯片到云端的整个计算领域提供设计、安全和管理方面的技术，并在该技术领域处于业界领先地位。

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

树莓派（RaspberryPi）作为一部多功能且可可改造性强的微型计算机，自面世以来就受到大受欢迎，而树莓派的几个操作系统同样也是愈来愈受到关注，其中一个操作系统是Raspbian。简单来说Raspbian是一款基于Debian优化及移植而成的操作系统，并且它还带有3万多个软件包。根据树莓派官网显示，Raspbian的最新版本Buster这个星期迎来了一波重大的更新。其中，Raspbian的文件管理员的改变最大。更新过后，文件图标变得更加容易一眼就能辨认出来，“扩展箭头”现在只会在拥有子目录的目录旁边出现，否则它们将会是隐藏起来的。除此之外，树莓派团队还联系了一个名为AbilityNet的无障碍慈善团体，请他们帮忙评估树莓派的桌面应用环境以作出相应改进。Raspbian目前支持Orca屏幕阅读器，而Orca是与大部分使用GTK或者Qt工具包的软件应用都确定是兼容的，不过其他工具包则不一定能够兼容。另外，现在树莓派设置菜单上也新增了一个像素倍增功能，可以提高屏幕对于视障人士的能见度。来看EbenUpton新书《经典代码（CodetheClassics）》的Python游戏也已经可以从推荐软件区中下载。音频爱好不再在主菜单中列为APP应用，它们可以从任务栏中的音量插件中找到。如果用户不想屏幕经常性变黑的话，现在他们终于可以在树莓派设置菜单中关闭这个功能了。除了以上提及的更新外，在这里可以查看其他几项的更新。如果用户想升级到最新版本的话，可以从终端更新或者从Raspbian的下载页面直接下载最新的版本。文章来源网络

楼宇安保系统在许多系统拓扑结构中都有应用，从简易警报系统到复杂的传感器网络，所有这些都报告给作为枢纽的主安全面板。根据其部署模式，这些系统可能是有线的，也可能是无线的；无线系统会利用不同类型的连接模式以实现特定的应用。一些应用程序（如摄像头）使用Wi-Fi®进行与云的本地连接，而某些智能应用程序（例如门锁）使用低功耗蓝牙（Bluetooth®LowEnergy）连接到手机和平板电脑。基于传感器网络的安保系统，例如烟雾探测器、运动探测器、门/窗传感器、温度/湿度传感器和玻璃破碎探测器，可从Sub-1GHz网络中受益。Sub-1Ghz技术在设计楼宇安保系统时具有诸多优势，如实现比2.4Ghz技术更长的距离和更好的墙壁穿透力。这可以实现全楼宇覆盖，无需中继器，也无需复杂的多跳网络拓扑。Sub-1Ghz的功率也极低，使远程传感器可依靠一粒纽扣电池工作10年。此优势使系统无需在天花板和墙内布线，从而使设计具有灵活性。设计楼宇安保系统时，一个基本要点是通信必须可靠。Sub-1Ghz系统通过利用比2.4Ghz频段更空闲的Sub-1GHz频段，提供了高鲁棒性。很明显，Sub-1Ghz在构建安保设计方面具有许多关键优势，但安保系统和传感器通常必须具有云连接或需要Wi-Fi和低功耗蓝牙(Bluetooth®LowEnergy)的智能设备接口。但是，设计一个通过Sub-1GHz星形网络发送和接收传感器数据、连接到云并提供智能设备接口的系统非常复杂。借助双频段功能以及CC1352P无线微控制器（MCU）和Sub-1GHzLinux网关解决方案的灵活无线电功能，您可轻松开发可无缝连接到智能设备和云的产品，同时仍可在更长的距离中利用Sub-1GHz技术集成的低功率20dBmPa的优势。Sub-1GHzLinux网关软件开发包可扩展到许多不同的应用程序。例如，假设要设计一个楼宇安保系统，包括覆盖整个楼宇的烟雾探测器、运动探测器、门/传感器以及玻璃破碎探测器，并且所有这些都与中央安全面板进行通信。系统设计要求消费者能够在互联网或智能设备上查看传感器数据。Sub-1GHzLinux网关解决方案可帮助实现这一案例，同时支持快速上市，并能灵活地启用各类解决方案体系结构。图1：家庭安保系统示例如图1所示，外围传感器（烟雾探测器、运动探测器、门/窗传感器和玻璃破碎探测器）都通过Sub-1Ghz星型网络与中央安全面板通话。该安保系统充分利用了Sub-1GHz的远距离和墙壁穿透能力，可覆盖整个楼宇。此外，您可将无法接入交流电源的传感器（如门/窗传感器）远程放置；它们可依靠一粒纽扣电池运行10年。使用CC13152P双频MCU的烟雾探测器可通过低功耗蓝牙（Bluetooth®LowEnergy）连接到手机或平板电脑，并在这些智能设备上向用户发送警报。这些警报可报告电池寿命或检测到的任何危险，而烟雾探测器则通过Sub-1GHz网络与主安全面板通信。安全面板可从所有传感器收集数据，并使用Wi-Fi连接到云以向安保公司报告或使互联网数据可视化。用户还可通过低功耗蓝牙（Bluetooth®LowEnergy)连接到面板或从云中接收更新信息来更新系统固件。面板可随后将这些更新推送到外围设备，并通过Sub-1GHz网络更新每个节点的固件。该楼宇安保系统示例只是德州仪器Sub-1GHz网关解决方案支持的一个用例。网关体系结构灵活，可连接到多个云供应商，其设计也基于SimpleLinkMCU平台上成熟的硬件和软件，从而缩短了产品的开发时间和上市时间。利用这一解决方案的优势，现在就开始你的设计吧。文章来源于网络

当涉及到开关稳压器及其电磁兼容性(EMC)时，总是会提到热回路。尤其是优化印刷电路板上的走线布局时，更是离不开这个话题。但热回路到底指的是什么？开关稳压器中需要不断开关电流。这些电流通常比较大。每当电流流动时，会产生磁场。如果快速开关大电流，就会产生交变磁场。此外，如果开关电流时，路径中存在寄生电感，就会产生电压失调。电流会容性耦合到相邻的电路部件中，并增加电源的噪声辐射。综上所述，我们可以说开关电流是导致开关模式电源产生噪声的主要原因。图1显示了简化的降压转换器拓扑结构。所有存在连续电流的线路都用蓝色表示。所有快速开关电流的线路都用红色表示。图1.具有连续电流的线路用蓝色表示，存在开关电流的线路用红色表示。图1中的红色线路是关键线路。它们看起来像一个电流回路，因此被称为回路。热回路意味着这个回路特别关键，因为它涉及到快速开关电流。如果我们仔细观察这个回路，可以看到图1中的红色回路从来没有真正的电流流过，这个因为两个开关从来不会同时打开。它只是单条线路的组合，在特定时间会有电流流过，在其他时间则没有电流流过。在图2中，各连接线路旁的箭头表示电流流动的方向。同时，通过指定的符号表示电流流过的时间。在其他时间，没有电流流经该导体。表1显示图2中的每条红色线路何时传导电流，何时不传导电流。在降压稳压器占空比周期的开启时段，高压侧开关开启，低压侧开关关闭，我们看到电流从输入电容流出，通过高压侧开关，但是没有电流流经低压侧开关。在占空比周期的关闭时段，电流通过低压侧开关（从地到开关节点），其他三条红色线路则没有电流流过。表1.高压侧和低压侧开关状态与降压稳压器占空比周期之间的关系降压稳压器占空比周期图2中的符号高压侧开关低压侧开关开启时段开关关闭时段关开从图2中很容易看出，热回路并不是一个独立的电流回路，而是由两个真实的电流回路组成的虚拟电流回路。图2.热回路中电流方向不同的各个线路。图3显示电路所基于的实际电流回路。一个电流回路显示为蓝色，另一个显示为绿色。在这些完整的电流回路之间，确实会反复出现开关操作；但是，在某些线路中，两个电流回路中的电流流动方向相同，因此会叠加形成连续电流，就EMC而言影响不大。这些线路不会被称为热回路。图3.会导致所谓热回路的实际电流回路。开关稳压器的热回路因开关稳压器的拓扑结构而异。其设计应尽可能窄小紧凑，以减少噪音产生和传播。ADI公司提供的SilentSwitcher®2技术通过将输入电容集成到IC封装，尽可能缩小关键热回路。同时，将热回路分成两个对称的形状，可以产生两个极性相反的磁场，从而大幅抵消辐射噪声。PowerbyLinear提供的LT8609S就是™采用这种技术的开关稳压器。作者简介FrederikDostal曾就读于德国纽伦堡埃尔兰根大学微电子学专业。他于2001年开始工作，涉足电源管理业务，曾担任各种应用工程师职位，并在亚利桑那州凤凰城工作了4年，负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司担任电源管理现场应用工程师。文章来源于网络

随着物联网(IoT)逐渐需要执行更为复杂的任务，物联网端点的存储器需求随之增加，尤其是执行高级边缘计算的端点。不过，片上微控制器闪存的上限约为1兆位(Mbit)，而许多高端物联网端点的存储器需求通常是其数倍之多。传统的解决方案是利用外部闪存芯片扩展微控制器的程序存储器，但是存储器要求高达8Mbit或更大时，往往就必须使用片外存储器。因此，在许多情况下，设计人员最好干脆忽略片上闪存，而使用无闪存微处理器（即无ROM微控制器），搭配外部高速八线SPI芯片内执行(XiP)闪存芯片，从而显著降低微控制器成本，同时加强可扩展性以提高设计保障。由于增加了高速八线存储器接口，因而无需再担心存储器访问时间。本文介绍了无ROM微控制器和外部存储器，探讨了在需要大容量程序存储器的物联网端点和嵌入式系统中如何使其成为可行选择。此外，本文还以NXPSemiconductors的无ROM微控制器和AdestoTechnologies的八线SPIXiP闪存芯片为例，介绍了如何应用这一概念。物联网边缘端点的存储器扩展中低性能的物联网端点大多使用微控制器来管理端点，固件存储在片上闪存中。由于增加了额外的应用代码、无线IP通信堆栈和增强安全代码，因而固件也需扩展。代码扩展可以在开发阶段进行，也可在现场更新时实现。如今，部分物联网端点需要执行更多计算功能。这些物联网端点需要执行传感器融合算法、数据插值、模式或图像识别，以及日益复杂的人工智能(AI)计算等复杂任务，而非只是通过网络将原始或部分处理的传感器数据传输至中央计算机进行处理。因此，中央计算机仅仅只接收物联网节点的本地处理结果，而非原始传感器数据的所有字节，从而减少无线网络流量。射频发射器可能是物联网端点中功耗最大的组件，因此边缘计算往往可以延长电池供电端点的电池续航时间。除此之外，需要现场更新的系统还面临其他存储器挑战。常规系统的存储器需求至少是预估程序存储空间的两倍，以便处理现场更新。这样既能包含现有的程序存储器，又可处理所有无线(OTA)更新。某些系统可能需要预估程序存储空间的三倍，剩余的存储器分配给只读出厂固件镜像。若检测到黑客攻击或出现固件镜像损坏等特定类型的系统故障，系统则可以加载出厂固件镜像以恢复系统。对于某些应用，存储器扩展很快就会超过1Mbit的嵌入式闪存上限，因而必须扩展外部存储器。过去采用的解决方案是添加外部并行闪存芯片。不过，这一方案的缺陷是会占用微控制器约36个外部引脚，否则这些引脚就可用于应用I/O。此外，这也浪费了印刷电路板空间，增加了电路板电磁干扰(EMI)的可能性。SPI程序存储器扩展除了使用并行总线外，还可使用串行外设接口(SPI)扩展程序存储器。传统SPI只用一条数据线路进行半双工单比特传输，但是近年来，该接口已发展为支持两条和四条数据线路，从而使数据吞吐量相应增加，最终使得连接大容量外部SPI闪存芯片成为可行之举。对于程序存储器应用，传统的双线或四线SPI使用阴影闪存配置，将外部数据闪存复制到嵌入式静态随机存取存储器(SRAM)，再映射至程序存储空间。这样既能轻松扩展程序存储器，又可由高速SRAM运行以提高执行速度。虽颇具优势，却也不乏缺点。由于闪存将根据需要复制到内部SRAM，而内部SRAM容量有限，因此存储器需以分页模式访问。尽管增加片上SRAM能克服这一瓶颈，但对于任何半导体而言，SRAM都是最昂贵的模块之一，因而此举的缺点在于会显著增加微控制器成本。近来，SPI已经演变成XiP。SPIXiP允许微控制器CPU直接通过外部SPI闪存执行固件代码。在SPIXiP接口添加缓存可大幅提高程序执行速度。最近，SPIXiP的广泛应用促使演化出支持八条数据线路的接口。这种八线SPIXiP接口的吞吐量显著提高，运行速度远高于片上闪存，高达100Mbit/s以上。SPI存储器革命这引发了一场倒退30年的不寻常演变。试想一下，某系统具有1Mbit的片上闪存，以及可由八线SPIXiP接口访问的32Mbit外部程序闪存。容量如此小的片上程序存储器引出了一个问题：若移除片上微控制器闪存，仍算是高性价比的系统吗？一直以来，人们普遍认为相较于具有外部闪存芯片的无闪存微控制器，使用闪存微控制器的中等性能系统性价比更高。直到近年，这一观念才有所转变。如果移除片上闪存，自然会降低微控制器成本。经深入研究调查表明，若不再需要片上闪存，则仅用于闪存的工艺技术特性也可舍弃，从而降低制造工艺成本，进一步降低微控制器成本。于是，大约30年前推出的“无ROM”微控制器又重现于世。现如今，我们称之为无闪存微控制器。（重新）引入无闪存微控制器NXPSemiconductors的MIMXRT1052DVL6B(RT1052)是一款能够充分利用闪存速度的高性能无闪存微控制器。RT1052是NXP的i.MXRT1050处理器系列产品之一，基于600MHz的Arm®Cortex®-M7，具有32KB的指令缓存和32KB的数据缓存。这款微控制器移除了闪存，采用高速CMOS工艺技术不受内部闪存限制，从而实现600MHz的时钟速度。RT1052具有高达512KB的大容量SRAM，可分区作为程序或数据存储器使用。该微控制器具有各种高端外设，包括LCD接口、支持高端相机的数码相机传感器接口(CSI)和像素处理流水线(PXP)、用于数字音频的SPDIF接口、两个USBOTG接口、两个eMMC/SD闪存卡接口、两个20通道模数转换器(ADC)和一个加密模块。完整的外设列表如框图所示（图1）。另一个选择是NXP的MIMXRT1051DVL6B(RT1051)。这款微控制器的功能与RT1052完全相同，但不具备LCD接口、CSI和PXP。RT1052具有FlexSPI接口，可使用双线、四线或八线SPIXiP闪存接口执行代码。为了增加固件的安全性，该微控制器支持通过SPIXiP连接加密程序存储器，AdestoTechnologies的ATXP032-CCUE-T就是一个典型的加密存储器实例。新型XiP闪存操作Adesto的ATXP032-CCUE-T是一款32Mbit八通道闪存芯片，八条数据线路支持双通道传输速率(DTR)模式下数据传输高达266MB/s，远高于片上微控制器闪存。该闪存由1.8V单电源供电，典型八线模式待机电流为35µA，支持的最高SPI时钟速度为133MHz。在有效读取闪存期间，ATXP32电流消耗为142µA/MHz，外加1mA电流开销（典型值）。八线模式下，最高SPI时钟速度为133MHz，电流消耗仅为19.9mA。此外，ATXP032-CCUE-T还支持标准SPI模式0和3，以及四线SPI模式。256字节的安全寄存器包含128字节出厂设置的唯一标识符，以及128字节的一次性可编程(OTP)存储器，后者可用于存储以太网介质访问控制(MAC)地址或安全密钥等设备信息。ATXP032-CCUE-T的存储器布局值得注意，共分为四个存储体，单个容量为8Mbit。内部逻辑已预先配置，因此主机微控制器可在某个存储体中执行代码，而在另一个存储体中编程或擦除。这项操作对主机微控制器是透明的，无需特殊配置设置。此外，ATXP032-CCUE-T还有三个状态和控制寄存器，可用于配置低功耗模式等器件工作参数，启用或禁止DTR模式，以及设置标准、四线或八线SPI模式（默认为标准SPI）。通过读取状态寄存器，可以指示编程或擦除操作状态、低功耗状态，以及是否有任何存储器设置为写保护。将无闪存微控制器与外部XiP连接在一起将RT1052与ATXP032-CCUE-T连接在一起相当简单（图3）。上电后，RT1052开始在96KB的片上引导ROM中执行代码。引导ROM读取14个引导模式配置引脚的状态，这些引脚可用于选择RT1052多个外部存储器接口之一以连接程序存储器。可选接口包括外部eMMC卡、microSD卡、常规外部并行接口和SPIXiP（本例中使用Adesto的ATXP032-CCUE-T）。RT1052引导选项还包括从USBOTG或UART下载代码并由SRAM执行。此外，在制造过程中，也可通过熔断RT1052的内部保险丝来设置引导模式选项，而非使用引导模式配置引脚。只要RT1052的引导ROM启用八线SPIXiP接口用于程序存储器执行，程序就会立即执行。接着，Arm内核会从AdestoATXP032-CCUE-T执行固件，其方式与从外部并行闪存设备或内部闪存相同。由于涉及高速数据传输，八通道串行闪存应放置在印刷电路板上尽可能靠近微控制器八线SPIXiP端口的地方。为了减少干扰，印制线长度不应超过120mm。与时钟信号的距离应至少是印刷电路板印制线宽度的三倍，并且远离其他信号以避免干扰。I/O[0:7]双向数据信号间距应保持在10mm以内，以避免偏移。总结鉴于对边缘计算、OTA更新及相关存储器扩展性的需求，物联网端点的存储器需求随之增加。在某些情况下，设计人员可能会发现在这些端点设备中使用无闪存微控制器是不错的选择。如上所述，无闪存微控制器、高速接口和八线SPIXiP闪存芯片的进步，为开发人员提供了构建高性能、高性价比的物联网端点或嵌入式系统的新选项，从而替代传统基于闪存的微控制器方法。文章来源网络

许多行业都需要进行功能安全认证，但认证通常是一个耗时且昂贵的过程。认证还需要对特定开发工具的使用进行广泛的论证，除非工具本身已经通过权威功能安全专业机构的认证，比如位于德国慕尼黑的TÜVSÜD认证机构。MicrochipTechnologyInc.（美国微芯科技公司）近日宣布其MPLAB®XC编译器已获TÜVSÜD功能安全认证，这将大大简化Microchip旗下PIC®、AVR®和SAM单片机（MCU）及dsPIC®数字信号控制器（DSC）的功能安全认证流程。为进一步简化测试和诊断流程，Microchip还推出了MPLAB代码覆盖许可证，新工具以一种对应用程序影响最小的方式确定软件各部分是否已经进行了测试。经TÜVSÜD认证的MPLABXC功能编译器可满足ISO26262汽车安全标准、IEC61508工业应用标准、IEC62304医疗软件标准和IEC60730自动电气控制标准中规定的验证和确认要求。MPLABXC功能安全编译器附带用于对MPLABX集成开发环境（IDE）及MPLAB调试器和编程器进行认证的其他文档。由于不收取年度续订费用，MPLABXC功能安全许可证是市场上成本最低的解决方案。将MicrochipMCU与功能安全许可证配合使用可降低应用成本，同时缩短产品上市时间。使用代码覆盖工具来确保嵌入式软件的高测试覆盖，通常需要大量硬件修改、昂贵的软件及投入大量精力搜索大型数据文件以获取相关信息。MPLAB代码覆盖许可证避免了这种情况，对测试时间的影响不到1%。通过获得专利的流程，MPLAB代码覆盖许可证可以不将代码分块而一次完成代码测试，既节省了时间，又无需筛选大型数据文件。由于应用认证时通常需要此代码测试数据，因此该新的代码覆盖许可证能够进一步为认证过程提供支持。Microchip开发系统高级总监RodgerRichey表示：“目前，许多MCU产品的功能安全工具成本非常高，Microchip推出的功能安全产品的价格仅为某些竞争性解决方案的三分之一，而且提供卓越的全球技术支持，助力客户加快产品上市并进一步简化开发流程。”将融入功能安全设计的器件与经TÜVSÜD认证的MPLABXC编译器和MPLAB代码覆盖工具相组合，可简化汽车、消费电子、航空航天、医疗和工业应用的功能安全认证。除了提供开发工具以更便捷、更经济地符合功能安全标准外，Microchip还提供许多功能安全就绪的PIC、AVR和SAMMCU及dsPICDSC。对于所有功能安全就绪的器件，Microchip提供达到ISO26262至ASIL-B安全级别的失效模式影响与诊断分析（FMEDA）报告和安全手册，部分产品更是达到ASIL-D安全级别。Microchip8位和16位单片机业务部的高级副总裁SteveDrehobl表示：“作为汽车应用领域的长期供应商，我们了解并积极回应客户的需求，以帮助客户缩短开发时间和优化安全产品的成本。我们将继续扩大针对安全应用的单片机产品线，实现功能与价值的完美匹配。”供货与定价MPLABXIDE5.25版可在Microchip网站免费获得。MPLAB代码覆盖工作站许可证现已上市，售价799美元。MPLABXC8、XC16和XC32++功能安全工作站许可证现已上市，售价均为2995美元。如需更多信息，请联系Microchip销售代表、全球授权分销商或访问Microchip网站。如需购买本产品，请访问Microchip直销网站或联系Microchip授权分销商。有关Microchip功能安全就绪的PIC、AVR和SAMMCU及dsPICDSC的信息，请访问Microchip功能安全设计中心网页。

领先的移动SoC设计人员多年来一直在其SoC中集成专用NPU。去年底，Arm也带来了EthosNPU系列。此举是Arm拓展AI市场的最新举措。该公司在新的EthosNPU系列下推出了三个初始IPEthos-N37，Ethos-N57和Ethos-N77。这三个初始IP旨在覆盖相当多的设备。顾名思义，每个功能都比前一个功能越来越强大。三个NPU使用相同的微体系结构构建，但配置稍有不同，您将在稍后看到。下面的Arm可视化图描绘了NPU正在工作的各种市场和约束。在低端是Ethos-N37，其目标是工作负载最轻的设备，其峰值计算性能高达大约1TOPS，而需要很少的DRAM带宽（约为3GB/s或更低）；Ethos-N57涵盖了更复杂的设备，例如大多数智能家居设备以及一些主流智能手机SoC。N57设计为具有更高的内存带宽，并可以提供大约2TOPS的性能；最后是Ethos-N77。这是系列中最强的产品，目标是性能高达4TOPS的市场，并且具有约5TOPS/W的较高功率效率。N77专为高级和中端AR/VR设备而设计，尽管它具有性能增强功能，但您仍需要更强大的功能。为了获得更高的性能，需要更高的内存带宽（内存带宽需要高达8GB/s甚至更高）。值得指出的是，这三个IP之间有很多重叠。N57可以覆盖N37范围的上部以及N77范围的下半部分。与N77相同。这为SoC设计人员提供了一些摆动空间，使其可以进行自己的设计。值得指出的是，这三个IP之间有很多重叠。N57可以覆盖N37范围的上部以及N77范围的下半部分。与N77相同。这为SoC设计人员提供了一些空间，使其可以进行自己的设计。文章来源网络

通过检测门窗打开等事件，家庭安防传感器能够为居民们带来安全感。工业泵上的传感器发出的数据可以帮助工厂所有者及早检测到警示信号，从而防止出现故障并降低随着时间的推移而产生的维护成本。来自基于分布式网格的传感器网络的数据甚至可以用来应对地质事件，让应急人员有更多的时间采取行动。在大多数情况下，必须将系统中记录的这类数据发送给中央节点，用于处理、分析和制定决策。要维持这个恒定的数据流，需要耗费大量的能源和时间。通过加入局部智能功能将单个传感器转换为智能传感器节点，便可借助更先进的局部处理或边缘处理技术缩短整个系统的响应时间，提高效率。也可以将在系统边缘执行的推理计算传达给中央节点。这样可以减少所需的无线传输次数，并在发生关键系统事件时实时做出决策。例如，当驱动系统内某个齿轮的轮齿出现磨损和断裂时，该系统的频率特征即会发生变化。通过检测并分析这些变化，系统可以确定是否关闭电机，直到能够检查电机并在必要时让技术人员进行维修为止。如今，这一智能功能通常作为低端数字信号处理器(DSP)或高性能微控制器(MCU)实施。这两种选项各有利弊，不过即便是低端DSP，通常也能轻松提供传感器节点所需的性能。很多低端DSP需要利用外部模数转换器(ADC)或外部存储器来收集和存储数据。这些额外的组件导致总应用成本和功耗的无谓开销迅速增加。如前所述，考虑到很多楼宇的门窗数量数不胜数，家庭安防系统是一个很好的示例。尽管添置多个昂贵的玻璃破碎检测系统非常有用，但很多消费者并不愿意为此买单。这些基于DSP的系统利用快速傅里叶变换(FFT)来执行声音振动数据分析，以确定窗户是否破损。此外，这些系统的功耗也相对较高，因此除非每个传感器都永久连接到电源，否则需要定期更换电池。而对于微控制器，边缘处理通常是一项挑战，因为它们的计算能力非常薄弱。例如，执行通过C代码实施的FFT时所花费的时间要比使用具有专用硬件外设的DSP长得多。由于MCU较长时间内都在活动模式下运行，此时间差值不但会造成效率低下，更为重要的是，还可能导致在时间紧急的情况下无法及时得到结果。这一固有的时间间隔降低了物联网(IoT)的可行性，因为此概念以两个理念为基石：1.中央枢纽能够与所连接的数十亿个设备通信并处理来自这些设备的数据2.所连接的设备足够智能，能够提供简单的最终用户体验电池寿命也是一个关键的考虑因素，因为每天充电一次以上会导致消费者失去兴趣。如今，通过允许便携式设备只监听特定的代码字或短语，以使系统能够开始将数据传输到中央服务器进行高级分析，并将分析结果回传到所连接的设备，这一问题已经解决。这是这些类型的高级处理应用常用的一种技术，但电源的低效让我们不得不考虑用户可以接受的充电间隔是多长。根据具体的应用，每天充电一次是可以忍受的，不过消费者明显更喜欢充电一次即可连续使用一周甚至更久的解决方案。我们再来考虑一下玻璃破碎检测器和电机监控器。在一家拥有数千个电机的大型工厂中，哪怕每隔一周为电池充一次电也是一个不切实际的解决方案。最终，将MCU的低功耗优势与DSP的增强性能相结合，可让推理边缘计算的智能程度和数据处理能力实现重大突破。但这需要更先进的硬件。老问题，新办法想象一下，如果MCU具备数字信号处理引擎和专用硬件加速器的某些预处理能力。这些MCU可以迅速唤醒以筛选数据或执行FFT，但也可以在待机模式下利用比较器和ADC来了解何时唤醒。这样不仅可在各种工业和消费性应用中获得实时结果，还能降低系统功耗，让电池寿命达到数年之久，而不是数天。尽管如今的某些MCU支持多种DSP加速器，但它们倾向于将中央处理单元(CPU)的能力发挥到极致，这样就导致会消耗大量的能源。MCU中新加入的使能DSP协处理器（例如MSP430™MCU平台上引入的低功耗加速器(LEA)）以节能和具有成本效益的方式提升了性能水平，从而弥补了MCU与低端DSP之间的差距。专用硬件中具有LEA模块的MCU可执行DSP功能，因此允许硬件进入低功耗模式，从而降低系统总体功耗并执行更复杂的推理计算。这样，应用将：A.更多地处于低功耗模式下，从而有效降低总体应用功耗；或者B.专注于计算，以提高应用的频率。C.允许应用执行其他功能，例如在IoT应用中与主节点进行无线通信。随着时间的推移，为使互联设备越来越普及，特别是考虑到更加智能的MCU能够以低成本、高能效的方式让互联设备快速、方便地为用户提供数据，所有这些选项都变得至关重要。基于FFT的应用，使用LEA模块LEA模块是位于各个MSP430器件内的矢量数学引擎。此模块可执行信号处理、矩阵乘法以及在应用程序运行时通常需要耗费大量时间和能源进行计算的其他运算。LEA模块是一个低功耗协处理器，在运行时无需任何CPU干预，可执行运算并在执行完功能后触发中断。LEA模块基于在配置期间提供的命令运行，这些命令根据配置用作内存输入或输出缓冲器和运算类型的指针。专门为MSP430MCU打造并优化的MSPDSP库让这些命令变得简单易用，能够让程序员实现所选DSP应用。当器件上具有LEA模块时，编译器除了使用已实施的MSPC代码优化技术以外，还会自动使用此模块来优化性能。MSP430F599x微控制器是采用这种新型LEA模块外设的领先器件。这些高性能的16位MCU具有屡获殊荣的超低功耗架构、最大256KB的嵌入式铁电随机存取存储器(FRAM)以及多种灵活高效的外设，构成了一个适用于很多数字信号处理应用的绝佳MCU平台。文章来源于网络

NVIDIATuring(图灵)架构带来了全新的光线追踪，堪称GPU历史上的一大革命，而经过两代产品的迭代，下一代Ampere(安培)架构也是呼之欲出，最早有望在3月份的GTC图形大会上公布。美国印第安纳大学将在建校200周年之际打造全新的超级计算机“BigRed200”，其中就会部署基于下代架构的NVIDIAGPU！据悉，这台超算将分两期建设，一期已经上线，包含672个双路节点，处理器是AMD的最新旗舰级霄龙7742，64核心128线程，整套系统总共86016个核心、172032个线程。二期则会加入NVIDIA的下一代GPU。其实，印第安纳大学原本计划采用NVIDIA现有的高性能计算GPUTeslaV100，Volta(伏特)架构，但他们现在准备多等一等，显然NVIDIA的新架构有着致命的吸引力，而升级GPU也正是项目变成两期建设的原因。根据印第安纳大学提供的数据，BigRed200超算最初规划计算性能为5.9PFlops(5.9千万亿次浮点计算每秒)，但是升级下代NVIDIAGPU后可达8PFlops，而所需的GPU数量更少，因为新架构GPU可带来70-75％的性能提升！当然，这里说的提升对比对象是TeslaV100，而且指的肯定是专业计算性能变化，但如此幅度仍然是惊人的，来到游戏卡上怎么也得有50％左右吧，更何况此前已经有传闻称，安培架构的性能会提升50％，能效则两倍于图灵。AMD方面今年也会推出下一代的RDNA2GPU架构，但不知道能否和安培一战呢？文章来源网络

美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市–全球创新的定制化光电解决方案技术领导者埃赛力达科技有限公司（ExcelitasTechnologies®）近期推出了新型PYD2592SMD（表面贴装）DigiPyro数字型热释电探测器。这款双元件PYD2592和Excelitas最近发布的PYD2792SMDDigiPyro一样，具有两个并联的标准感应元件，其光学窗口为5x7mm的紧凑型SMD封装外壳。作为ExcelitasDigiPyro产品的最新成员，PYD2792和PYD2592均具有极宽的视场角（FOV），可为复杂的运动检测应用提供所需的灵活性，包括智能家居、物联网（IoT）、汽车照明和安防等应用领域。Excelitas的PYD2592SMDDigiPyro探测器的工作电压为1.8-3.6V，可与TO封装的DigiPyro探测器兼容，并能简化标准PCBA的处理和操作。PYD2592还可以另外配置参数设置（带通，阈值），并支持链接的微处理器（µP）/微控制器（MCU）的睡眠/唤醒功能。产品特性包括：•市场上最宽的视场角（FOV），可用于灵活的光学设计•完全SMT兼容性（可在标准化PCBA流程中自动处理和组装）•高度最低封装外形，z高度在市场上最低，可进行浅层光学设计•低电压电源工作•低功耗•电池供电“我们很高兴宣布新的PYD2592传感器成为我们创新DigiPyro探测器系列的最新成员，”Excelitas红外传感部产品经理FredPlotz表示。“PYD2592和PYD2792探测器的独特设计简化了与主机系统的集成，显著缩小了外形尺寸，并内置了将探测器输出信号转换为14位数字输出信号的内部集成电路。因此，OEM客户可以开发出更出色的新产品，并在从智能家居到IoT等更多应用领域获得更具竞争力的市场优势。”DigiPyroPYD2592和PYD2792探测器将于2020年2月1日至6日在美国西部光电展（PhotonicsWest）中展出。

一、汽车大灯发展过程首先我们来看一下汽车大灯的发展历程：煤油灯->乙炔灯->白炽灯->卤素灯->氙气大灯->LED大灯->激光大灯。尽管氙气大灯依旧是现今最主流的汽车大灯配置，但是LED大灯已经开始越来越多地进入人们的视野，而且应用速度非常之快。二、前大灯内部功能组成前大灯其实是由很多个功能组成的，其中包括远光功能，近光功能，日行灯功能，转向灯功能和角灯功能等等。那么LED大灯顾名思义，就是说每个功能都是由LED组成的。三、如何选择合适的LED大灯驱动芯片？首先我们要保证驱动LED的电流要恒定；其次LED大灯的功率是比较大的，尤其是远光和近光，LED的电流大多在1A左右，输出电压由客户LED的颗数和Vf值决定。综合以上两个原因，我们要考虑选用能输出较大功率的恒流DC灯驱来设计。如果客户选择自主研发一整个大灯，而如果每一个功能都选用一个DC电路来驱动，这不仅会增加外围器件的成本（比如电感、防反、续流二极管、mosfet等等），还不利于客户进行平台方案的延伸和后期维护。下面给大家介绍一种大灯方案，这种方案适合客户进行平台化管理和降成本。大灯方案介绍1.框图2.方案组成部分：1)mcu：随着车灯效果的多样化，mcu越来越普及，mcu可用于控制灯光逻辑。2)灯驱：先boost升压，再多路buck恒流的灯驱解决方案。根据具体的LED负载大小来选择合适的boost和buck。如果客户负载比较小，则推荐集成单相boost+2路buck与一体的灯驱，如果负载大并且灯的种类比较多，可以把灯驱并联。同时，客户也可以考虑多相boost和多路buck的方案。我们可以推荐2相/3相/4相boost，和1路/2路/3路buck。3)SBC：集成ldo、CAN收发器和看门狗于一体。于分立器件相比，除了可以满足客户的基本需求以外，还可以减少PCB面积和提高系统的可靠性。4)外围：电感、续流二极管、mosfet等5)防反：如果客户的负载比较大，那么电源的输入电流可能会比较大，这时如果选择用Rdson小的pmos防反会减少损耗。如果输入电流不大，可以考虑用二极管防反。文章来源于网络

RS-485总线是具有结构简单、通信距离远、通信速度高、成本低等优点，广泛应用于工业通讯、电力监控以及仪器仪表等行业。若总线上接有终端电阻，则在总线空闲状态时，RS-485总线AB差分电压可能处于门限电平（±200mV）之内，这时可能会导致通信出错，那么，出错的原因是什么？MCU接收到的数据会发生什么样的变化？1、数据出错的原因如图1所示为8位数据位无校验位的UART时序图，当使用UART进行通信时，MCU在检测到起始位后开始接收其后的数据。图1无校验位，8位数据位，串口时序图如图2所示为STM32串口外设检测到起始位的条件，当检测到下降沿（3个高电平+1个低电平）并且采样序列1和采样序列2均为0时，STM32检测到一个起始位。每个位采样16次，采样点的间隔时间为tbit/16，tbit为每个位的时间，例如通信波特率为115.2kbps，则tbit=1/115.2k=8.68us，则采样点的间隔时间为8.68us/16=0.5425us。图2STM32串口外设检测到起始位的条件下面以RSM485PCHT的门限电平为例进行说明，当AB差分电压处于±200mV之内时，模块RXD引脚输出状态不确定。当总线变为空闲时，若RXD引脚输出低电平，则可能导致MCU接收到错误数据或MCU在正常数据后误接收1个0x00。图3RSM485PCHT门限电平2、数据发生了什么变化?如图4所示，收发器1在AB差分电压处于±200mV门限电平之内时输出高电平，收发器2在AB差分电压处于±200mV门限电平之内时输出低电平，可以看出，收发器2可能导致MCU接收到错误的数据，并且在数据后误接收到1个0x00数据。图4数据后多0x00如图5所示，若总线上持续存在数据信号或连续发送多个字节数据，在数据之间存在的空闲状态可能会被收发器2识别为1个起始位，从而导致数据连续错误。图5数据连续错误3、解决方案总线空闲时若AB差分电压处于门限电平之内，则可能导致数据出错，可以使用如下方法避免总线空闲时AB差分电压处于门限电平之内。方案一：在总线组网距离偏长时，为避免因为总线信号反射而导致通讯异常的情况，都会增加终端电阻来解决总线反射问题，但此时总线电平会被拉低，从而增大总线空闲时AB差分电压处于门限电平之内的风险，具体入下图6所示。面对此类应用可使用致远电子RSM(3)485PCHT模块，RS-485接口设计时可通过外置一个较小值的上下拉电阻调节空闲状态时的电压值，使电平处于门限电平外，具体的幅值变化如下图7所示。图6终端电阻对总线电平影响图7RSM(3)485PCHT实物及应用连接图方案二：组网中增加终端电阻后，同样可使用致远电子RSM(3)485ECHT模块，RSM(3)485ECHT具备极高的总线兼容性门限电平为-40mV~-20mV，具体如下图8所示，在总线电平被终端电阻拉低时（最坏情况总线高电平幅值为0V）仍可识别总线电平，保证通讯的稳定性。图8RSM(3)485ECHT实物图及门限电平参数文章来源于网络

以创造、维护和发布物联网(IoT)全球开放标准为己任的有数百家企业会员的行业协会ZigbeeAlliance于1月9日宣布，横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,简称ST;纽约证券交易所代码:STM)加入Zigbee联盟董事会。意法半导体将与Zigbee联盟的其它促进者成员一起，在Zigbee应用推广与发展方面发挥重要作用，为企业简化应用开发，为消费者提高设备兼容性。意法半导体无线微控制器市场部负责人HakimJaafar表示：“在消费和工业两大市场上，对可靠物联网连接技术的需求在快速增长，无论是在智能家居解决方案、资产跟踪生产工具，还是楼宇控制领域，无线通信技术应用呈现迅速上升趋势。作为OEM大厂和大众市场上领先的值得信赖的Arm®Cortex®-M供应商，ST承诺在2.4GHz产品开发规划中推广Zigbee技术，支持Zigbee联盟的使命。ST加入联盟董事会，分享我们的专业知识并帮助延续联盟的成功。”意法半导体在微控制器产品组合中引入无线技术后给客户带来的重要好处是，可提高设备架构的灵活性，方便大众市场快速转型，增加连接功能。随着通信连接技术和物联网市场的发展，STM32MCU/MPU产品集成了强大的内部安全机制，为IP资产和隐私保护提供保障。意法半导体加入Zigbee联盟董事会，旨在于提高这项技术的市场曝光率，改进设备间协同性和跨技术兼容性，加快新产品开发周期。“意法半导体在为下一代物联网设备提供动力方面发挥着重要作用，在我们共同努力开发可跨洲使用的通信和连接标准的过程中，ST的领导地位将在董事会和工作小组中发挥巨大的增值作用，”Zigbee联盟总裁兼首席执行官TobinRichardson说。“随着我们进入2020年，看到像ST这样的全球技术公司有兴趣合作并加入Alliance联盟，这是非常令人振奋的。”文章来源网络

这些年AMD在处理器市场的成绩有目共睹，为了直观，AMD晒出了来自MercuryResearch统计的市场份额最新数据。在不包含半定制/IoT等在内的x86市场，AMD截至去年第四季度的最新份额达到了15.5%，环比增长0.9个百分点，同比增长3.2个百分点。上一次AMD取得这样的成绩还要追溯到7年前（2013年Q4）。细分领域来看，桌面市场，AMD的市场地位最高，为18.3%。笔记本市场的增幅最大，同比上扬了4个百分点。利润最高的服务器市场，AMD的表现也可圈可点，同比增加1.4个百分点，来到4.5%。去年中旬，AMD开始发货第二代EPYC霄龙，四季度是AMD“Matisse”即7nm锐龙3000系列处理器和锐龙线程撕裂者上市的时间点，数据表现证明，它们受到了客户和消费者的欢迎。此前，AMD全球营销高级副总裁RuthCotter曾表示，他认为AMD很有机会回到当年26%的服务器市场份额顶点，公司目标在今年二季度结束后先达成两位数，也就是10%。回到榜单中，Intel依然占据市场绝对主导，桌面份额高达81.7%、笔记本份额高达83.8%、服务器份额更是95.5%。有趣的是，Mercury还指出，中国的兆芯（威盛x86授权）在桌面处理器市场也有0.1%的份额占比。

无论怀疑论者怎么说，科学界都认为我们的气候正在发生变化。要衡量和量化这一变化，需要对基础指标和生命体征进行精确监测，为我们提供准确的数据，从中预测将要发生的事情。本文着眼于传感器技术，这些传感器技术可以用来衡量和报告发生的微妙（而不是那么微妙）的气候变化。这包括用于测量实时条件的系统以及旨在跟踪预示长期趋势的缓慢移动指标的系统。这里引用的所有技术，部件和开发系统都可以在Digi-Key网站上找到。二氧化碳分析大气中的热量捕集二氧化碳水平与平均全球温度之间的相关性已被充分记录。冰芯样本可以追溯到80万年已使研究人员能够测量CO的相对量溶解在冰面上时，它冻结指示大部分气体是如何在当时的气氛。科学家指出，象树的年轮，CO的层状冰和相对量的厚度2测量可被用来确定平均温度（有，然而，改变CO之间的时间延迟水平和变化在温度）。虽然历史地质数据（图1）示出了具有相对高含量的CO的异常周期2而温度在统计学上低于预期，已知的是，轨道模式，黑子周期，相对冰川表面积，火山活动等负反馈因素有影响了这些数据。看着二氧化碳，从1950年的水平，以本很显然，二氧化碳水平比显著高于以往，因此，强烈怀疑我们生活在的滞后时间在宽限期前全球气温开始飙升。传感器方案这意味着用于实时测量二氧化碳水平的传感器对于确定当前水平和预测该温室气体即将对温度产生的影响至关重要。虽然可以使用光谱和射频技术从轨道卫星进行测量，但是特定位置的地面和大气传感器对于帮助积累可以研究的数据库非常有用。在大雾霾也影响健康的大城市尤其如此。在非常适合这些任务的二氧化碳传感器中，SeeedTechnologies的Grove101020067。它是一种高灵敏度，高分辨率（1ppm分辨率，0-2000ppm范围）设备，使用非色散红外技术通过不同的湿度水平（相对湿度从0％到90％）测量空气中的二氧化碳含量。集成的温度传感器允许Grove传感器补偿温度变化，简单的UART输出可轻松连接到几乎任何基于微控制器的系统。其他竞争解决方案也值得考虑用于此应用，例如AmphenolT6713气体传感器也提供0-2000ppm范围并使用I2C串行接口代替UART（图2）。Amphenol提供的相应T6713-EVAL套件也可随时发货，以便对该技术进行快速，低风险的测试。甲烷：一个更大的罪魁祸首甲烷是导致全球变暖的第二大流行气体。在我们的有生之年，释放到大气中的大约60％的甲烷将来自人类活动，例如基于化石燃料的设施，农业，废物管理等的泄漏（图3）。而在总体百分比，甲烷陷阱在大气CO比的100倍以上的热下部2在5年的时间和在20年的期间它可以捕获72倍更多的热量。可喜的是，该甲烷具有较短的半衰期比二氧化碳（7岁甲烷，19至49岁的二氧化碳与合理的平均值为31年有人估计高达90岁）。2虽然一些较早的研究倾向于得出人造甲烷水平总体下降的结论，但最近的检查表明，有争议的压裂技术（水力压裂或“压裂”）的过度渗漏是钻井和注入流体的过程。为了破碎页岩和释放天然气，高压可能会释放出更多的甲烷-因为天然气主要是甲烷-进入大气。更重要的是，观测结果显示，世界各地的海洋都在释放大量的甲烷。3这意味着如果我们要有机会，监测和控制甲烷是我们应对全球气候变化战略的必要组成部分。如二氧化碳监测，地面以及基于空间的传感器技术将需要找到并消除甲烷释放尽可能许多来源。这里的好消息是，已建立的基于传感器的技术以及新的MEM传感器技术正在产生可用的解决方案，允许大量部署传感器阵列以准确收集必要的数据。随时可用的基于加热器的传感器，如Parallax605-00008，使用三氧化铝管中的二氧化锡层，根据气体浓度提供电阻变化（图4）。必须监控温度和湿度并将其作为感应算法的一部分应用，以更准确地识别气体水平并使这种类型的传感器有效工作，但一旦设计，该解决方案提供快速响应时间，高灵敏度，并使用相对简单的界面电路。虽然适用于许多基于地面的设计，其尺寸和功率可能不受限制，但加热器所需的160mA驱动电流可能对基于气球和环境隔离的设计有害，这些设计可能需要某种形式的能量收集以允许长时间期限监测。从好的方面来说，这个传感器也可以偏向监测液化石油气，丁烷，丙烷，酒精和硫酸氢盐。可以提供良好解决方案的另一种挥发性气体传感器来自ams，并且基于更新的MEM技术。在IAQ-芯部C是一个较小的，功率较低，和表面安装的挥发性气体传感器，其主要是针对室内空气质量的测量，但可以适用于空气中测量系统以及（图5）。该传感器可以监测二氧化碳，以及使用MEMS金属氧化物传感器技术挥发性气体的浓度。传感器本身由塑料盖和滤膜保护。传感器模块可以通过边缘连接器直接焊接到主电路板上，通过选择性或回流焊接。它受膜（不应被除去）保护。该传感器系统使用I2C作为串行通信机制，允许工程师指定几乎任何低成本微控制器直接连接到它。在连续模式下，它耗散67毫瓦，但可以使用低得多的9毫瓦功率以脉冲模式工作。小结我们都在一起，在没有相关数据的情况下，对温室气体对全球气候的来源，原因和影响的争论毫无意义。每个人应该能够达成共识的是需要监测这些气体的所有来源，包括天然来源。正如我们在本文中所展示的那样，必要的传感器解决方案可供从事开发设计的工程师使用，这些设计旨在测量实时条件以及决定长期趋势的缓慢移动指标。文章来源网络

开发人员早已能够访问处于低功耗工作状态的MCU，从而通过关断外设甚至是内核本身来降低系统功耗要求。但是对于有些应用来说，开发人员需要更直接地控制功率消耗，以确保部分系统仍处于通电状态，从而满足某些关键性功能要求。过去，设计人员要使用独立的电源管理器件来构建精确的功率控制。与此相反，ADIADuCM3029MCU提供的是集成式解决方案，可帮助开发人员更轻松地实现最高的性能，同时最大限度地减少为传感器数据采集、可穿戴电子设备和其他物联网(IoT)应用所构建的设计的功耗。MCU解决了电源管理问题对于低功耗设计，工程师可以找到各种各样设计有节能选择的高级MCU。面向功耗敏感型应用的器件通常具备诸如频率调节之类功能，让工程师能够以性能为代价换取更低的功耗。通常，低功耗模式通过关断越来越多的MCU子系统来逐渐降低功耗，直到只有唤醒MCU所需的极少电路保持运行。超低功耗MCU添加了特殊的工作模式，可以单独管理器件内核及其外设的电源，从而进一步改进了电源管理。即使在这些情况下，这些特殊模式有时会将外设作为一个整体关断，或者使用给开发人员授予极少功率分配细节控制权限的自动化机制。虽然MCU电源管理通常提供一系列低功耗工作模式，但转换为低功耗模式通常会导致功能急剧下降。在许多情况下，应用可以在有限期限内容忍功能损失。然而，在某些情况下，精确控制功耗对维持运行来说至关重要。ADIADuCM3029处理器专为支持超低功耗应用中更复杂的电源管理要求而设计。ADuCM3029基于ARM®Cortex®-M3内核构建，提供了256KB的纠错码(ECC)闪存和64KB带多奇偶校验位保护功能的可配置SRAM。该处理器的变型版ADuCM3027则具有128KB闪存，而其他特性和功能与ADuCM3029相同。除了集成的硬件加密加速器之外，这些器件还包括一个8通道、12位模数转换器(ADC)以及多个数字外设，包括SPI、I2C、UART、GPIO、同步串行端口(SPORT)和25通道DMA控制器。即便具有广泛的功能，该器件在活动模式下的功耗通常仍低于30μA/MHz。而且借助ADuCM3029，设计人员可以进一步微调功能性能与功耗之间的平衡。功耗性能微调与大多数高级MCU一样，ADuCM3029具有多种功耗模式，旨在降低低活动期间的功耗。在休眠模式下，该器件会关闭处理器内核和大多数外设，而保持对程序选择的SRAM区域供电，通常功耗低于750nA。在应用处于非活动状态时，该器件的关断模式仅需要60nA。然而，开发人员经常会遇到在处理器处于非活动状态时需要某种程度的外设活动的情况。为了解决这一问题，ADuCM3029提供了另一种功耗模式，称为灵活休眠(Flexi)模式。Flexi模式可将功耗降至300μA，同时提供了处于活动模式和休眠模式之间的功能。在Flexi模式下，器件内核保持休眠模式，而开发人员指定的特定外设保持活动状态（表1）。开发人员只需将器件的PMG_PWRMOD寄存器中的MODE位设置为0并执行WFI（等待中断）指令，即可将MCU置于Flexi模式。在处理器内核处于非活动状态时，开发人员可以通过向MCUCLKG_CLK_CTL5寄存器中每个外设的相应位写入0来保持特定的外设功能。虽然该器件不能在这种模式下执行指令，但是它可以继续在外设到存储器之间执行像DMA传输这样的活动。Flexi模式提供了保持外设运行的能力，为传感器应用中的一个普遍问题提供了节能的解决方案，即需要先在一段时间内对一个或多个传感器进行采样，然后才需要处理器处理。在这种情况下，开发人员可以使用集成式ADC的自动循环模式在选定通道上执行一次或多次转换，并将DMA控制器设置为自动传输样本至SRAM。经过程序员指定次数的转换和相关DMA传输后，DMA控制器将发出中断来唤醒内核，以进行后续的采样数据处理（图1）。高速缓存和时钟在以功能为代价换取性能方面，Flexi模式和其他低功耗模式为设计人员提供了一个强大的机制，可显著降低其设计的功耗。然而，对于许多像电池供电型系统这样的应用来说，设计人员通常需要更好地控制功耗。借助ADuCM3029，设计人员可以利用传统方法和新方法组合来进一步降低功耗。在典型的传统方法中，使用指令高速缓存可以减少对片外存储器或高能耗片载存储器（如Flash）的访问。在基于ADuCM3029的系统中，开发人员可以分配多达4KB的SRAM来充当高速缓存。实际上，具体功耗节省取决于高速缓存命中率，但是ADI指出，在一些典型的基准应用中使用高速缓存可以显著降低功耗（表2）。频率调节是另一种降低功耗的长期性方法。较低的处理器时钟速率会减慢执行指令的速度，但同时也会降低功耗（图2）。然而，与许多其他方法不同，ADuCM3029允许开发人员单独为处理器和外设动态修改时钟频率。在此处，器件使用由26MHz内部振荡器或外部晶体驱动的锁相环和时钟分频器，为片载资源（包括处理器、存储器和接口）生成时钟。一个32kHz内部振荡器或外部晶体用于驱动器件的实时时钟(RTC)和看门狗定时器。开发人员可以修改器件运行时期间相应的时钟寄存器，以改变时钟频率，使之满足不断变化的应用要求，或匹配功耗降低的机会。增强的电源路径除了支持更传统的功耗降低方法之外，ADuCM3029还基于专用设备硬件特性提供了更新颖的方法。ADuCM3029的电源路径中设计有一个片载降压转换器，用于缩小器件的电源电压范围（VBAT，1.74V-3.6V）与内部数字域工作电压(1.2V)之间的差值。正常工作时，由集成式低压差(LDO)稳压器提供此内部电压。与任何典型的LDO一样，当LDO的电源电压与负载电压之间的差值很大时，默认的电源路径只会消散多余的能量，从而导致功率浪费。然而，凭借此款MCU，设计人员只需使用少量的外部电容器，即可在更高电源电压下减少这种损耗（图3）。在软件方面，开发人员只需对降压控制寄存器(PMG_CTL1)进行写入操作，即可启用降压转换器。通过一种高效的基于电容器的充电泵拓扑，该转换器就可以降低提供给LDO的电压电平。因此，MCU可显著降低VBAT高端电压电平下的功耗（图4）。当电平低于约2.3V时，降压转换器进入旁路模式并跟随VBAT。功率优化的采样诸如高速缓存、频率调节和片载DC-DC转换等功能可在系统级别操作，来帮助降低功耗。在应用级别，诸如Flexi模式等功能有助于降低外设操作（如传感器采样）的功耗。然而，即使是采用这些方法，在某些应用中也可能是不够的。例如，电池供电的IoT器件通常负责以极低的采样率对传感器进行采样，或者定期监控某个外部进程。对于周期活动较慢的应用，开发人员通常依靠MCU的RTC来保持一致的时基，以及驱动用于在精确的预定时间唤醒MCU的倒数定时器。因此，高级MCU通常具有即使在极低功耗模式下也能保留RTC功能的功耗模式。借助ADuCM3029，开发人员可以访问两个独立的RTC（RTC0和RTC1），从而为平衡功耗与性能提供更多选择。如表1所示，这两个RTC均支持在活动、Flexi和休眠模式下操作，但在最低功耗关断模式下只有RTC0保持可用。但在其他模式中，这两个时钟之间的明显差异使开发人员可以灵活地实现更复杂的定时应用。例如，RTC0以秒为单位计算时间（1Hz时），将其限制为仅以秒为单位指定的唤醒时间。RTC1可以在较宽的范围内预分频，并提供低至30.7μs的唤醒时间。每个时钟的功耗也不相同。RTC0由主电源(VBAT)供电，而RTC1由内部1.2V电源域供电。因此，使用可选的降压转换器可进一步降低RTC1的有效功耗。也许更重要的是，RTC1支持AnalogDevice的SensorStrobe机制，这是ADuCM3029中内置的一种独特的低功耗采样功能。SensorStrobe是一种特殊的RTC1报警，可在MCU的RTC1_SS1引脚上产生输出脉冲。开发人员可以将ADuCM3029的SensorStrobe输出连接到外部多传感器器件（如ADIADXL363），这样只需少量的元器件，即可创造出一种较低功耗的采样解决方案（图5）。ADI作为其ADuCM3029EZ-KIT开发套件ADZS-UCM3029EZLITE的一部分提供了该特定子系统（如图5所示）。除了简单的硬件配置之外，此方法只需几行代码，即可设置相关的器件寄存器并启动SensorStrobe机制。在SensorStrobe运行期间，开发人员可以将ADuCM3029置于休眠模式，以确保在扩展采样过程中产生最低的MCU功耗。当MCU保持休眠模式时，RTC1将一直计数到在SensorStrobe设置期间建立的寄存器值中指定的所需值。满足SensorStrobe计数条件时，SensorStrobe信号会被施加到ADXL363的中断输入引脚，以唤醒该器件。ADXL363随即会运行其自己的数据采样例程。完成后，ADXL363将在MCU的中断引脚上发出一个信号，使MCU从休眠模式中唤醒并开始处理采样数据。过去，开发人员通常使用外部RTC、定时器甚至简单的振荡器来实现这种扩展采样设计。除了增加设计复杂性之外，使用外部时钟源还会中断采样数据与MCU自己的时基之间的时间同步。因此，使用过去的方法时，开发人员需要有效地对其数据进行重新采样，以将其时间戳标准化为MCU的时间戳。但在SensorStrobe模式下使用RTC1后，开发人员可以确保采样时间戳与基于ADuCM3029的系统本身保持同步。开发人员可能会发现可采用许多分立式机制，来实现接近ADuCM3029的集成式电源管理能力。但是，通过发挥该器件的内部能力，工程师也可以轻松地在功耗与性能之间实现更好的匹配。总结人们对较低功率系统的需求持续挑战着开发人员在更小的节能设计中实现最高性能的能力。而且，每种应用都需要在功能性能与功耗之间达到独特的平衡，这益发增加了开发的难度。ADIADuCM3029MCU的集成式电源管理功能使开发人员可以更轻松灵活地实现平衡。使用该器件，开发人员可以兼顾每个特定应用独特的高性能与低功耗需求。文章来源网络

人们现在越来越多地要求设计人员为当前网络系统和新产品添加图像和视频分析功能，特别是针对安防应用。人脸和车辆识别功能非常受用户欢迎，能够带来可观的价值，但是，了解基于微控制器的系统的人脸识别模型细节并对其进行编程，可能耗费大量时间，而且非常复杂。通常情况下，开发人员必须尽可能快地开展试验和开发。本文将展示开发人员如何利用硬件和软件的现成组合，加快将人脸识别功能整合到嵌入式系统中的速度，从而节省时间。人脸识别的基础知识大多数开发人员对人脸检测已经非常熟悉了。这个过程就是分析图像，确定人脸出现的位置。很多智能手机都提供这种功能。人脸识别是人脸检测的下一个阶段。这个过程就是分析人脸，利用从人脸特征的相对距离得出的数据，开发一个数学模型。这些数据包括双眼之间的距离，以及眼睛与鼻子、下巴、耳朵和颧骨的相对位置。另外还要确定人脸相对于人脸识别摄像头的位置，因为这对于确定相对距离非常重要。也可以检测肤色并用于识别。然后，再将该模型与数据库中存储的已知人脸数学模型进行比较，由算法确定最佳匹配。检测的人脸与存储的人脸有一定的匹配机率（百分比）。也有可能两者不匹配，那么检测的人脸就是未知的。人脸识别硬件为了实现人脸识别，设计人员需要挑选并组合摄像头传感器、视频和图像前端信号调节装置、GPU、控制处理器、存储器及相关软件和固件。当然，这需要花费时间，可能是一段很长的曲折学习过程。或者，您可以利用现成的硬件和固件，构建人脸识别系统。来自OmronElectronics的B5T-007001摄像头传感器是很好的入手点，它是经过测试的硬件和固件的交钥匙解决方案（图1）。B5T-007001带有USB2.0接口，可将摄像头电路板连接到运行Omron评估软件的Windows®PC。另外还有UART接口。使用USB或UART接口都可将摄像头电路板连接到主机，可以是微控制器或PC。USB和UART都支持用于配置摄像头的命令API。Omron的板载摄像头固件会分析视频并执行检测处理，然后将视频发送到主机。从主机发送到B5T-007001的命令按顺序执行。主机固件向摄像头发送命令之后，必须等待摄像头返回该命令的结果，然后才能发送另一个命令。如果主机检测到超时（取决于应用要求），主机固件可以重新发送命令，或者通过发送RESET命令来复位摄像头。配置摄像头以实现人脸识别启动B5T-007001之后，首先必须对其进行配置，让它能够在将要使用它的物理环境下工作。命令是通过USB或UART接口发送的，遵循指定的命令结构（表1）。每个命令的第一个字节始终是0xFE，称为同步码。B5T-007001支持20个命令。有关这些命令的完整描述，请参见表2。该摄像头非常灵活，可通过连接到微型USB2.0端口的电缆轻松配置。要识别的每个人被称为用户，以2字节的用户ID进行标识。所有用户ID数据首先由主机写入B5T-007001，其中包括用户的灰阶图像。用户集合称为相册。每个相册支持最多100个用户。B5T-007001将所有相册数据及其他配置数据存储在摄像头电路板上的RAM中。工作过程中，设备使用存储在RAM中的相册数据来进行检测。摄像头有板载闪存，用于相册备份存储。将相册保存在闪存上命令可将存储在RAM中的所有用户相册数据写入闪存。闪存数据仅在摄像头启动时加载到摄像头RAM。如果在工作过程中，主机固件需要将摄像头闪存数据重新加载到摄像头RAM，则它必须通过硬件电源开关来复位B5T-007001。执行检测命令(04h)用于根据“命令数据”字段的内容，执行各种内置检测算法。对于在摄像头的视野中检测到的每个人，可以执行以下一个或所有十个检测命令：人体检测命令-检测人体的上半身部分，按人体中心的坐标进行标识。手部检测命令-检测打开的手掌，按手部中心的坐标进行标识。人脸检测命令-检测最多100张人脸，按中心点坐标粗略值进行标识。人脸方向估计命令-估计受检测人脸的方向，表示为偏航角（左，右）、俯仰角（下，上）、翻滚角（逆时针，顺时针）。年龄估计命令-估计受检测人脸的年龄，从0到75岁。性别估计命令-估计受检测人脸的性别（男性，女性）。注视点估计命令-估计受检测人脸的眼睛注视方向，表示为偏航角（左，右）和俯仰角（下，上）。眨眼估计命令-估计受检测人脸每只眼睛的眨眼程度，1=眼睛全开，1000=眼睛全闭。表情估计命令-估计受检测人脸的表情，结果表示为平和、快乐、惊讶、愤怒和悲伤。人脸识别命令-识别受检测人脸，与存储的人脸进行比较。结果返回最可能与受检测人脸匹配的人脸的用户ID。所有位置都以[x,y]坐标进行标识，其中图像左上角的坐标为[0,0]。对于每个结果，都有从0%到100%的关联可信度，以0-1000的十进制数表示。摄像头支持图像输出功能，主要用于开发人员设置摄像头和对准方向时的调试辅助。它的分辨率为320x240，还不足以用作安防监视器。如果需要流媒体视频，建议安装另一个高清摄像头。在应用中，放置摄像头之前，首先必须在开发环境中进行配置。B5T-007001附带有软件，允许PC通过USB端口与设备连接。该PC软件也与B5T-007001配合使用，识别和注册相册中的用户。正如我们此前在人脸识别基础知识中所述，用户的脸部照片应该清晰地显示鼻子、眼睛、耳朵和下巴的主要特征（图2）。为微控制器系统添加人脸识别功能B5T-007001能够通过USB或UART接口连接到微控制器。UART接口支持921600位/秒的最大波特率，USB2.0接口支持480MB/秒。请注意，摄像头不支持同时使用这两种接口。微控制器只需支持基本输入/输出，即可用于B5T-007001，而更高级的开发可能需要图像处理或多摄像头管理功能。对于此类应用，来自STMicroelectronics的STM32F469Arm®Cortex®-M4F微控制器支持四个标准UART，带有一个具板载物理层(PHY)的USB2.0接口，以节省电路板空间和减少元件数（图3）。微控制器还带有片载MIPI®AllianceD-PHY，以支持MIPI®CSI-2和DSI-2。对于视频处理，STM32F469Arm内核在180MHz频率下运行。它还通过单独的Chrom-ARTAccelerator™，支持硬件图像处理。该图形加速器能够加快颜色转换，同时还执行快速块存储器移动操作。STM32F469带有一个128位接口，连接2MB的闪存，还提供指令预取队列和分支缓存，在180MHz的CPU速度下，实现0等待状态的闪存访问。STM32F469能够通过两个USB2.0接口中的一个接口连接到B5T-007001。在STM32F469主机和摄像头之间读取和写入相册数据时，USB2.0接口的速度尤其突出。STM32F469带有四个UART接口、四个USART接口、两个USB2.0端口，能够连接最多十个B5T-007001。STM32F469还带有SDMMC外部存储卡接口（图4）。该接口适用于多种闪存卡，例如商用microSD和MMC卡，可用于传输相册数据。例如，可以使用连接到PC的B5T-007001，提取需要识别的所有用户的照片。然后，PC将相册数据存储在闪存卡上，您即可将该闪存卡插入STM32F469单板计算机，用作更新的相册数据。使用表2中所列的命令，STM32F469和B5T-007001能够用作自主型安防监控系统。通过执行人脸识别命令，STM32F469能够识别摄像头采集区域中的已知或未知人员。微控制器固件可将返回的已识别人员的用户ID与存储在微控制器中的内部人员表格进行比较。如果与已知用户ID匹配，STM32F469可以使用其多个外设中的任何一个来执行操作，例如发出提示音或开门。微控制器带有一个以太网端口，可将设备连接到网络，因而能够根据匹配的用户ID发送电子邮件。STM32F469微控制器还带有LCDTFT控制器，用于控制外部彩色LCD显示屏。但是，要进行更多视频扩展，可以使用MIPI®DSI兼容接口，连接到带有MIPI®多媒体接口的视频摄像机。这样可添加其他摄像机来进行视频串流和其他处理，从而实现后期的视频扩展。虽然这样可能大幅增加复杂性，但可以真正扩展安防系统的功能。STM32469I-EVAL评估板支持该微控制器，从而可实现对所有微控制器功能的快速评估。评估板还带有LCD显示屏，可用于显示来自B5T-007001的视频。总结借助现成的交钥匙硬件，我们可以通过将所需的算法集成到摄像头电路板固件中，轻松为嵌入式系统项目添加人脸识别功能。通过简单的命令界面，我们可以快速开发微控制器固件，用于与电路板进行交互，而无需了解图像处理的细节。文章来源网络

工业物联网：不仅是云计算工业物联网(IIoT)通常与大数据和云相关联，收集来自分布广泛的海量传感器数据，将信息转化为洞察力。在某些工业流程中，获取洞察力所需的时间至关重要，而在将数据发送到云并收到响应的过程中，可能出现过度的延迟。在其他情况下，数据安全性可能受到威胁，或者无法快速可靠地连接到互联网。为了克服这些挑战，边缘计算可为云的大数据处理功能提供补充。它能够执行需要瞬时响应的计算密集型任务，并对数据进行存储和筛选，以便在适当时传输至云。边缘计算可包含诸多要素，例如简单数据筛选、事件处理甚至机器学习，并可在任何连接的设备上运行，从小型嵌入式计算机或PLC到工业PC或本地微型数据中心。关键要求是必须与在同一平台上运行的其他流程分开，并且只占用少量资源。最大程度地发掘数据的价值工业物联网的主要价值在于它能够整合来自多个来源的数据，帮助企业总揽全局：如何改进流程、优化维护活动、减少浪费和能耗以及消除不必要的成本。以云为中心的工业物联网视图可提供不同的数据流，这些数据流使用重量级软件应用程序，在远程数据中心进行组合和分析。这种模式假定了几个前提条件：可随时使用可靠的互联网连接；有足够的带宽来处理推送至云的数据；延迟–即生成数据与收到云分析结果之间的时间–是可接受的。但是，其中任何一个关键条件都可能无法满足。远程站点可能依赖于蜂窝网络来提供互联网连接，但蜂窝网络覆盖可能不完全或不可靠。大量传感器可能生成大容量数据，将这些数据传输到云的成本非常高昂，特别是在包括高清图像或视频的情况下。出于安全原因，或者为了保持高效运营，可能需要实时进行复杂决策。另一方面，对于某些公司而言，数据安全也可能是一大问题，他们可能不希望通过互联网将数据传输至云，从而暴露敏感信息。在上述任何一种情况下，将从流程或设备采集的原始数据传输至云可能都是不切实际的。但是，我们需要在单个机器或流程控制逻辑级别之上的某些智能和决策功能，以帮助企业确定最佳行动方案。这正是边缘计算的角色。边缘计算提供性能提升作为工业物联网的一部分，边缘计算变得日益重要。在靠近设备或流程的位置部署第一层计算能力，可以实现智能或协调的事件响应，并有助于降低云的数据处理负担。在包含数十个、数百个甚至数千个传感器的系统中，来自这些传感器的很多数据可能没有太多价值，只是报告“正常”工作状况。智能网关可以对这些数据进行筛选、丢弃或更高效地对其进行重新组合，以便传输至云进行存储和分析。当发生值得关注的事件时，智能节点可以快速确定正确的响应，向互联设备发出适当的指令，并在适合云使用的报告中总结该事件。与针对来自少量传感器的信号的高度局部化响应不同，边缘计算能够采取更加协调的行动，评估来自更多数量的传感器的数据，在更高的级别上进行决策。以采矿应用为例，我们假定检测到钻机平台的过度振动。对于从振动传感器收到的错误信号，标准的响应可能是停止钻进，从而导致生产损失，而且还产生意外停机时间，用于检查和修理设备。凭借更出色的计算能力、更大数量的传感器输入和存储历史数据，更强大的边缘计算设备能够评估振动对整个系统的影响，确定几种可能的响应，计算其后果，并采取最佳的行动方案，或者告知操作人员最佳选择。边缘计算设备具有板载数据聚合和处理能力，而简单的传感器/报警组合不具备它的全局视角，边缘处理引擎能够处理从所有互联传感器接收的数据，并基于预先确定的优先级做出最佳决策。在生产情况下，经过产品测试或检测后，发现装配线末端的故障率突然增加，这可能导致需要暂停生产以调查起因。连接到所有机器的智能边缘设备可在装配线上的所有设备之间协调此类响应行动。或者，它可以通过分析来自多台机器的感测数据确定变化的原因，并且自动应用修复，或者指导操作人员修正错误，让生产能够快速高效地重新启动。此外，边缘计算能够支持预测性维护，将感测的测量结果与历史数据或预设阈值进行比较，以计算更换设备的最佳时间，以此协助实现数字化转型。在互联网访问不可靠、网络覆盖不佳的某些地理区域，它也可以实现对部署在这些地区的设备的智能管理。如果网关设备暂时无法连接至云，可将数据存储在本地存储器中，直至能够重新建立连接。然后，设备可自动与云重新同步，确保远程应用能够始终访问完整的最新信息。另一方面，通过边缘设备中的更多智能，还可以增强能效管理，即利用感测的数据，根据高级别能源管理策略来调节和优化设置。实施：硬件与软件边缘处理的原则是让分析智能的位置尽可能靠近互联设备。对于边缘计算及其与云的关系，人们正在制定相关规范，因此定义和架构仍然不太确定。由于用户可能没有部署专用边缘服务器的物理空间或资源，因此智能可能需要嵌入现有基础设施中，例如网关、PLC、工业PC，或者位于工厂端的连接至云的其他各种设备（图1）。实质上，边缘计算存在于单个机器控制系统的级别之上，在本地运行，以辅助在云中托管的重量级应用的工作。边缘应用可以执行简单的任务，例如接入和存储来自多个渠道的数据并对数据进行筛选，然后将数据转发至云。更复杂的可视化将分析甚至机器学习也纳入边缘计算范围，以实时生成智能响应。实现这种高级构想所需的基本组件包括数据接入、事件处理引擎、互联设备管理、用户应用以及数据向云的安全传输（图2）。从基本原理构建完整的智能边缘处理平台是一个巨大的挑战。一种替代方法是使用硬件独立的软件框架，以提供基本构建模块，例如事件处理引擎、设备管理，以及使用多种协议（例如MQTT轻量级消息传输协议或安全HTTPS）的安全流式传输。很多此类框架正在应用于工业物联网领域，例如GE的Predix、Cisco的IOx以及FogHornSystems的照明平台。除了功能组件之外，这些框架还提供各种软件开发套件(SDK)来允许用户运行自己的自定义应用，并提供开发环境来帮助配置系统和定义分析功能。这些框架还提供管理边缘设备的工具，包括监控、控制和诊断。节省资源的轻型单板计算机，例如树莓派Foundation提供的树莓派3，可为此类设备奠定基础。实际上，GE已经演示了面向在此类平台上运行的边缘设备的PredixMachine软件。另一方面，能够在网关设备或自动化系统中使用更强大工业PC的工程师可以充分利用额外的资源和计算性能来执行更复杂的应用。采用PC/104等成熟外形尺寸的模块现在可以提供台式机级别的性能，例如VersaLogicLiger板，它采用可选的Inteli3、i5或i7(KabyLake)双核处理器，在最高2.8GHz的频率下运行。这些板极其坚固耐用，具有MIL-STD标准级别的耐冲击和耐振动性能，能够在部署于恶劣环境中的设备上使用。这些板具有多达八个本地数字I/O通道、用于进一步扩展的MiniPCIe端口和高速SATA存储接口，能够执行复杂的自动化任务，并可处理边缘处理工作负载。千兆以太网接口便于其通过企业网关连接到互联网和云。此外，该板还包含信任平台模块(TPM)，该模块能够实现硬件加密加速，并提供安全的密钥存储，因而非常适用于需要很高黑客攻击防御能力的自主设备。软件容器要在与自动化控制器或PLC相同的硬件上运行边缘计算引擎和应用，这些引擎和应用必须与其他软件隔离运行。使用容器已经成为一种流行的方法，这种方法可提供与虚拟机类似的隔离，但更适合资源受限的设备。容器镜像包括了软件运行需要的全部资源。但与虚拟机不同，容器对操作系统而不是硬件实现虚拟化，从而产生更轻便的解决方案。还可将容器与虚拟机结合使用，以便更加灵活地部署和管理应用。Docker框架被物联网解决方案开发人员广泛用于实施容器（图3），它已将代码捐献给支持容器生态系统开发的开放容器计划(OCI)。要创建边缘计算解决方案，可使用C/C++或Java开发基于Docker的Linux应用程序，以捕捉所需的数据，并通过选定软件平台中提供的SDK，以集成分析引擎等边缘处理资源。合适的软件平台还提供便利的仪表盘，用于管理互联边缘设备，让开发人员能够专注于自定义他们的应用，以捕捉他们需要的数据，并对检测到的事件做出响应。随着软件开发平台和交钥匙边缘计算设备进入市场，边缘计算已成为新产品开发的主题。边缘计算是工业物联网的附属品，可随时与云结合使用，为运营商和企业管理者提供灵活性，让他们在适当时获得需要的洞察力。据GE估计，传统自动化系统仅使用3%的机器数据来产生有意义的结果。如果将边缘计算和云计算结合使用，可以增强实时自动化并为长期决策提供指导，从而释放剩余97%数据的更多价值。总结人们经常把工业物联网想象为小型智能设备的组合，这种组合将比较有限的资源连接至具有强大计算能力的云。随着更多企业在更多情况下需要依赖工业物联网，一种更加先进的架构在不断演进，该架构在网络边缘提供智能，为云的能力提供补充。现在进入市场的软件解决方案让企业能够充分利用网关和传统工业计算平台，来实时响应紧急事件、保持安全性以及高效利用连接和带宽。文章来源网络

为了保证CAN总线物理层的一致性，CANDT系统参考ISO11898-2标准及主流车企标准对CAN节点相关的参数进行测量，本文主要对CANDT的测试项—总线输入电压限值测试进行解读。一、主要参考来源总线输入电压限值测试项的评估包括隐性输入电压限值和显性输入电压限值测试，其参考ISO11898-2标准的原理如下：1、CAN节点隐性输入电压限值一个CAN节点集成电路协议设置为总线空闲时，可检测到的隐性位输入限值应通过图1的电路测量。其中I的值是指可以产生使节点在隐性状态下检测到隐性位的最大差分输入电压的电流值。电压源U的电压为：V=VCAN_H在隐性状态下最小的共模电压或V＝VCAN_H在隐性状态下最大的共模电压最大值—Vdiff在隐性状态下的最大值图1ISO11898-2隐性输入电压限值原理2、CAN节点显性输入电压限值一个CAN节点检测到显性位输入限值的测量方法见图2，此节点应该循环发送数据。其中I的值是指可以产生使节点在隐性状态下检测到显性位的最小差分输入电压的电流值。电压源U的电压为：V=VCAN_L在显性状态下最小的共模电压或V＝VCAN_L在显性状态下最大的共模电压最大值—Vdiff在显性状态下的最大值图2ISO11898-2显性输入电压限值原理二、CANDT测试原理CAN总线输入电压限值即DUT接收报文过程中能正常识别的差分电压范围，按照ISO11898-2的定义，隐性电平上限值为0.5V，当总线出现等于0.5V的差分电平时，DUT应能正确识别为隐性状态而正常发送报文；显性电平的下限值为0.9V，当总线出现等于0.9V的差分电平时，DUT应能正确识别为显性电平状态而停止发送报文。即使总线存在一定范围内的共模干扰，也能正确进行以上识别。CANDT测试原理框图如图3、图4所示，其中框图中的U1是DUT供电电压、U2是共模电压、U3是差分电平。图3CANDT设备隐性输入电压限值测试原理框图图4CANDT设备显性输入电压限值测试原理框图注：ISO11898-2标准中，要求增大差分电压值的是电流源，由于电流源本身的输出电容较大，系统响应较慢，不适合来模拟电流源，这里使用电压源串联电阻的方式来等效电流源。三、CANDT测试流程1、隐性输入电压限值测试①如测试原理框图图3连接状态，DUT和CANDT需正常通信；②断开电压源U3，调节电压源U2，逐步将共模电压调到6.5V或-2V，在此期间DUT应能正常发送报文；③调节电压源U3，逐步将差分电平调到隐性电平上限值0.5V，判断DUT是否能够正常发送报文，若能，则表示测试通过；2、显性输出电压限值测试①如测试原理框图图4连接状态，DUT和CANDT需正常通信；②断开电压源U3，调节电压源U2，逐步将共模电压调到6.5V或-2V，在此期间DUT应能正常发送报文；③调节电压源U3，逐步将差分电平从隐性电平上限值0.5V调到显性电平下限值0.9V，判断DUT是否停止发送报文，若停止，则表示测试通过；四、CANDT测试结果根据测试流程，CANDT软件的测试结果如图5所示：图5总线输入电压限值测量结果五、波形细节查看这里以隐性输入电压上限值测试为例。隐性输入电压上限值测试，即当电压源U2在CANH上加入6.5V的共模电压，且电压源U3的电压调节到0.5V时，DUT应仍能正确识别为隐性状态而正常发送报文，其结果对应的报文视图如图6所示：图6隐性输入电压上限值测试对应的波形视图其加入6.5V共模电压及差分电平为0.5V后的波形细节如图7所示，当总线处于空闲状态时，CANH和CANL的电压由正常被拉高到共模电压附近，当总线处于驱动状态时，CANH和CANL的电压近似显、隐性状态时的正常电压，在驱动状态过程中，电平转换时由于一直受到共模电压的影响，隐性电平或显性电平会有些坡度。图7共模电压6.5V，隐性电平0.5V总结：总线输入电压限值测试的目的是，在共模干扰下，DUT能正确识别到限值的总线输入电压，验证该参数是否符合参考标准。当然，为了保证CAN总线物理层的一致性，我们还需要测量其它的参数，后继会陆续地为大家介绍CANDT的其它测试项。文章来源于网络

在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此在机械惯性比较大的系统中，需要采用制动电阻，如升降机、数控机床、提升机等。使用率制动电阻使用率规定了制动电阻的使用效率，以避免制动电阻过热而损坏，它会影响制动单元的制动效果。制动电阻的使用率设置越低，电阻的发热程度越小，电阻上消耗的能量越少，制动效果越差。同时，制动单元的容量也没有得到充分利用。理论上讲，制动电阻使用率为100%时，对制动单元容量的利用最充分，制动效果也最明显，然而这需要较大的制动电阻功率的代价，使用者应综合考虑。在制动电阻阻值和功率都已经确定的前提下，对于减速较慢的大惯性负载，选取较低的电阻使用率会取得较好的效果。对于需要快速停机的负载，宜选取较大制动电阻使用率。非重复制动所谓非重复制动，是指拖动系统在一个相当长的时间内只有一次减速制动过程，因此制动电阻在该段时间内只有一次消耗能量的过程，制动电阻的功率也因此可以进一步减小，减小的幅度决定于制动电阻的耐冲击能力和单次减速制动的动作时间。重复制动有些机械是需要反复制动的，如起重机械和龙门刨床等，在重复制动且制动时间较短的情况下，制动电阻的选用功率P选用与制动占空比（每次制动时间tb与每两次制动之间的时间间隔tc之比tb/tc）有近似线性关系。制动占空比越小，制动电阻功率的降额使用的幅度越大（P选用/P额越小）。变频器在哪些情况下需要配制动电阻？变频器配制动电阻，主要是想通过制动电阻来消耗掉直流母线电容上的一部分能量，避免电容的电压过高。理论上如果电容存储的能量多，可以用来释放出来驱动电机，避免能量浪费，但是电容的容量有限，而电容的耐压也是有限的，当母线电容的电压高到一定程度，就可能会损坏电容了，有些还可能损坏IGBT，所以需要及时通过制动电阻来释放电，这种释放，是白白浪费掉的，是一种没有办法的做法。母线电容是个缓冲区，容纳能量有限三相交流电全部整流后，接入电容，满载运行时候，母线正常的电压大约是1.35倍，380*1.35=513伏，这个电压当然会实时波动的，但是最低不能低于480伏，否则会欠压报警保护。母线电容一般是两组450V电解电容串联而成，理论耐压是900V，如果母线电压超过这个值，电容会直接爆掉了，所以母线电压是无论如何都不能达到900伏这么高压的。实际上，三相380伏输入的IGBT的耐压值是1200伏，往往要求工作在800伏以内，考虑到电压如果升高，都会有个惯性问题，也就是你马上让制动电阻工作了，母线电压也不会很快降低下来，所以很多变频器，都是设计在700伏左右就通过制动单元让制动电阻开始工作，让母线电压降低下来，避免往上继续冲。所以制动电阻设计，核心就是考虑到电容和IGBT模块的耐压问题，避免这两大重要的器件被母线的高电压冲坏掉了，这两类元件如果坏掉了，变频器也就无法正常工作了。快速停车要制动电阻，瞬间加速也需要变频器母线电压之所以会变高，很多时候是变频器让电机工作在电子制动状态，让IGBT通过一定的导通顺序，利用电机是大电感电流不能突变，瞬间产生高压来往母线电容充电，这时候让电机快点降低速度下来。如果这时候没有制动电阻及时消耗掉母线的能量，母线电压将会持续变高而威胁变频器的安全了。如果负载不是很重，也没有什么快速停车要求，这种场合是不需要使用制动电阻的，即使你装了制动电阻，制动单元的工作阀值电压没有被触发，制动电阻也不会投入工作。除了大负荷减速场合需要增加制动电阻和制动单元来快速刹车外，实际上如果符合比较重，启动时间时间要求非常快那种，也需要制动单元和制动电阻来配合启动的，以往我试过用变频器带动一种特殊的冲床，要求把变频器的加速时间设计成0.1秒，这时候满负荷启动，虽然负荷并不是非常重，但是因为加速时间太短了，这时候母线电压波动非常厉害，也会出现过压或者过流的情况，后来增加了外置的制动单元和制动电阻，变频器就能正常工作了。分析起来，是因为启动时间太短，母线电容的电压瞬间被掏空了，而整流器瞬间有大的电流充进来，引起母线电压突然变高，这样母线的电压波动太厉害，瞬间可能会超过了700伏，加上了制动电阻，就可以及时消除这个波动的高压，让变频器工作在正常状态。还有一种特殊的情况，是矢量控制场合，电机的扭矩和速度方向相反，或者工作在零转速百分百扭矩输出的场合，比如吊机掉了重物停在半空中，收放卷场合需要力矩控制，都需要让电机工作在发电机状态，源源不断的电流会反充到母线电容中，通过制动电阻，就可以及时消耗掉这些能量，保持母线电压平衡稳定了。很多小变频器，比如3.7KW的，往往都内置了制动单元和制动电阻，应该是考虑到母线电容调小的缘由吧，而小功率的电阻和制动单元并没有那么贵。