工业

新兴的新太空领域更令人兴奋的一件事是发射大量近地轨道(LEO)卫星，这些卫星体积较小且经济可行，同时还具有抗辐射性和可靠性，增强了世界范围内的通信和连接。在以前的卫星领域，大多数任务都在距地球高达22,236英里的地球同步轨道上执行，并且预计持续时间超过10年，与之不同的是，LEO卫星的轨道距离地球更近，不超过1,300英里。由于这些卫星相对容易更换，因此其工作寿命通常不到七年。

在符合严格预算并保持竞争力的情况下，LEO卫星电子设计所面临的主要挑战是：

• 使用更小、集成度更高的元件来减小电路板尺寸
• 为短周期设计找到交货周期短的器件
• 使用能承受太空恶劣条件的电子元件

全新的耐辐射产品系列（航天EP）

我们的全新耐辐射产品系列中的IC可满足LEO卫星需求

除了包含250多款合格制造商列表V级(QMLV)密闭空间级器件的现有产品系列之外，TI最近还推出了全新的耐辐射产品系列（航天EP）。航天EP产品系列包含专为工作寿命较短的LEO卫星设计的塑料器件…

2021年秋冬的“限电”让人们猝不及防，重拾久远的停电点蜡烛记忆的同时，开始重新审视电这项资源。事实上，“缺电”一直存在，我国国土辽阔，而传统及新能源的资源端和用电需求端在地理上又分处西东，就像南水北调一样，需要西电东输。因此满足大规模、远距离、高效率的电力输送方式——特高压曾是中国旧基建的代表之一。

顾名思义，特高压就是特别高的电压，指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上的交流电。对于特高压，人们除了能看到穿梭于天际的架空线之外，对其了解少之又少。然而2019年，在发展清洁能源的双碳背景之下，特高压又被赋予了新基建的属性，重新担负起了“国家顶梁柱”的战略使命，成为关注的热点。

根据赛迪数据，2020年我国特高…

1956年，当斯坦福大学的麦卡锡提出“人工智能”时，他一定没有想到这个概念会在几十年后的中国如火如荼。人工智能不仅仅在引发新的产业革命方面被寄予厚望，更是融入到了每个人的日常生活中，并且正在触发社会变革。事实上，2020年4月，国家发改委在确定新基建的3个方面时，在信息基础设施、融合基础设施中均提及人工智能，也只不过是把正在发生的变革明确地告知大众。

伴随算力、数据、互联网的发展，人工智能正处于从量变到质变的节点，尤其边缘端呈现出爆发式的发展。Gartner预测，到2025年，至少会有75%的数据处理将会在云端或者数据中心之外的地方进行。人工智能大潮对于半导体企业是机遇也是挑战。和云端不同，边缘侧对芯片的最主要需求依然回到了性能、成本和功耗这3个芯片永恒的话题，而且必须同时具备，产品才能胜出。此外由于边缘人工智能产品的开发周期较短…

如果说成为制造强国对于中国来说是别无选择，那么被看成第四次工业革命重要基石的工业互联网的建设则是必由之路。

产业的提升需要具体的路径，工业互联网的价值不仅在于通过基础设施的建设来降低企业生产成本，更是在数字化转型、网络化协同、智能化生产中改变企业思路，迈向现代产业体系。从2012年“工业互联网”概念首次被提出，到5年后国家出台工业互联网顶层规划，之后2019年工业互联网更是被写入《政府工作报告》，2020年3月工信部则发布了20项措施推动工业互联网加速发展，工业互联网毫无悬念地成为新基建七大方向之一。

随着近几年的不断发展，工业互联网的建设已经从最初发展基础架构升级为围绕业务场景，应用聚焦基于设备物联的数据价值挖掘和特定场景深度优化。快速的发展并不能掩盖背后的隐忧，德州仪器（TI） 区域销售经理Vincent表示，对于大多数企业来说，主要仍面临3方面的困难和1个方面的担心。

首先是工业互联网平台的能力仍然不足…

似乎是在印证国家新基建政策的正确性。2020年新冠疫情暴发以来，远程办公、在线教育、生鲜电商、无人配送等大量新商业模式得到了飞速发展，而这些业务模式背后显然带来了更大量的数据产生和流动——大数据中心作为新基建七大领域之一的重要性进一步提升。

然而，目前全球40%的数据中心集中在美国，这几乎是中国的五倍。很显然，中国互联网用户的数量是远高于美国的，这意味着中国有着潜力巨大的大数据中心市场以及发展前景。但是，大数据中心建设是典型的重资产项目，建设周期和投资回报周期非常漫长，具有一条很长的产业链，包括服务器、路由器、交换机、光模块，还有电源、软件、网络、机房等。显然这是一个门槛相当高的领域。

与庞大的建设成本相比，之后的运营成本更让运营者头疼，其中电费占到了50%

短短十几年间，中国铁路实现了从步入到引领世界高铁发展，已成为当代的“经济大动脉”。从2008年基建狂飙期的“四横四纵”到2017年的“十横十纵”，高铁将中国经济送上了快车道，如今当产业结构的调整使发展城市群和城市圈成为国家战略时，“经济毛细血管”的城际高铁、城际轨道交通理所当然被纳入了新基建的范畴。

城际间的列车和高铁相比，只是外形稍有不同。但由于城际间交通变得更加公交化，运营频次更高、上下站点更多，这意味着要实现更多的重联重组，对安全性有着更高要求，而且要确保列车通信网的准确高效。另一方面，由于高铁的速度已经基本满足需求，人们更关注乘坐的舒适性、娱乐性，无线充电、按摩椅甚至投影等技术都会用到列车中。这些新的发展方向需要新技术的支持，大数据分析、人工智能、无线传感器、以太网等将越来越多导入到轨道交通设施中。

从1879年第一台电力机车诞生起…

由于执行太空飞行任务的卫星一旦发射就无法接触，因此获取准确的遥测数据以监测卫星子系统的运行状态有助于设定指示系统正常工作的基线，而波动则可能指示发生故障。例如，射频功率放大器和热电冷却器就是需要准确监测电压、温度和电流的两个敏感器件。在这两个应用中，性能会随温度和辐射效应而波动，并且需要调整施加的电压和电流以确保高效和安全的运行。遥测电路会监测关键的系统电源轨和元件，也收集性能数据（这些数据对现在和未来的卫星设计都很有价值）并相应地调整系统设置。

遥测电路（如图1所示）最重要的模块是检测电源轨和温度的模拟前端(AFE)、用于分析数据的主处理器和调整不同系统参数所需的输出信号。

图1.遥测电路方框图：AFE（绿色）、处理（红色）和输出信号（蓝色）

AFE电压、电流和温度检测

AFE监测遥测电路的三个重要值：电压、电流和温度。为了测量和分析这些值，使用模数转换器(ADC)将这些值数字化并发送到处理器。ADC128S102QML-…

当今的太空竞赛不仅仅是登陆新星球，还是通过由超级星座，又称近地轨道(LEO)卫星，提供支持的全球宽带连接，从而与地球更好地通信。与地面应用一样，LEO卫星需要信号和电源隔离来防止接地电势差同时提高抗噪性能，从而增强系统完整性和性能。

以前，设计人员采用光耦合器和脉冲变压器等隔离技术来隔离航天器应用中的信号和电源，不过，这些技术的局限性会给隔离式子系统带来挑战。对于光耦合器，这些限制包括较差的抗辐射性能、有限的电气性能和每个封装的通道数有限，同时脉冲变压器的尺寸较大，可能难以用于设计。

作为一种替代方案，采用塑料封装的耐辐射SiO₂数字隔离器（如ISOS141-SEP四通道数字隔离器）可通过具有以下特性的单粒子锁定(SEL)和单粒子绝缘击穿(SEDR)抗扰度来满足LEO应用子系统的抗辐射性能和抗干扰要求：LET=43MeV⋅cm^2/mg，电离辐射总剂量…

几家商业卫星公司的加入给航天领域带来了深远的影响，彻底改变了这个曾受到政府大量资助的航天活动。有些公司认为每年需要发射更多卫星，从而开发在近地轨道、中轨道和地球同步赤道轨道运行的电信超级星座、强大的雷达网络和增强型光学成像平台。鉴于上述任务，设计人员在卫星设计中从使用运算放大器或晶体管等简单的分立式元件改用更多集成度更高的电路，以便节省设计、组装和测试时间。

电流检测放大器(CSA)非常适合整个卫星电子系统中的各种应用。在本文中，我将论述CSA如何通过实现电源轨电流监测、负载点检测和电机驱动控制等功能，来监测卫星配电系统和电机的运行状况和功能。

卫星电流监测

CSA在卫星中的一个常见用途是通过监测主电源轨输入电流来检测单粒子瞬变。由于CSA可检测高于其输入引脚电源电压的施加电压，因此与传统的运算放大器或其他分立式解决方案（其共模输入引脚电压受放大器电源电压的限制…

耐辐射低压降稳压器 (LDO) 是许多航天级子系统（包括现场可编程门阵列 (FPGA)、数据转换器和模拟电路）的重要电源元件。LDO 有助于确保为性能取决于干净输入的元件提供稳定的低噪声和低纹波电源。

但是，市场中有如此多的LDO，如何为子系统选择合适的耐辐射器件呢？让我们看看一些设计规格和器件特性，以帮助您做出这个决定。

航天级LDO的压降

LDO的压降是输入电压和输出电压之间的电压差，在该电压差下 LDO 停止调节输出电压。压降规格越小，能够实现的工作电压差就越小，从而使功率耗散和热耗散更少，并从本质上提高最大效率。这些优势在更高的电流下会变得更加显著，如公式 1 所示：

LDO 功率耗散 = (V_IN - V_OUT) x I_OUT                 (1)

在耐辐射方面，很难找到在辐射、温度和老化方面提供强大性能的真正低压降稳压器。例如，TI 的耐辐射 LDO…

传感器、可穿戴式监护仪及数据等经济、易于获取的技术正在为老年人护理创造新机遇。

设想这样一种情景：你的妈妈或奶奶住在一个独立的老年生活社区，但一夜未眠。她的护理人员能从智能电视的数据知道这件事，因为该数据显示她整晚都在来回切换电视频道。运动传感器显示，她待在自己的公寓里，而且处于活动状态。但她的床铺传感器没有工作，说明她并没有上床。护理人员还能看到她没有使用自己的助行器。而且，她服用的药物有催眠作用。

结论：她跌倒的风险很高。护理人员给她打电话，但无人接听。这样一来，可推断她非常有可能已经跌倒，于是护理人员立即去她的公寓进行检查。

这并不是一个未来才会见到的场景，以上技术如今已可以使用，无论你的亲人是住在家里还是一个独立的生活社区，无论是通过生活辅助设施得到照顾，还是在拥有不间断护理的退休社区中养老。

科技的进步不仅有助于提高老年群体的生活质量，还可以帮助他们减少去医院的频率…

4G改变生活，5G改变社会，只是这个改变并没那么容易。

2020年是ITU所定义的全球5G商用元年，而中国则还要早一年。据中国信息通信研究院，2021年1～4月国内5G手机出货量为9126.7万部，占市场总体的72.7%，同比增长38.4%。这在一定程度上反映了5G通信在个人用户层面的推进速度。

但5G不止于手机，在万物互联时代，必须提前搭建好一条条高速路，5G因此无可争议地成为新基建之首。相比4G，5G在初始阶段就明确规划了三大应用场景：增强移动宽带，其峰值速率将是4G网络的10倍以上；海量机器通信，将实现从消费到生产的全环节、从人到物的全场景覆盖；超高可靠低时延通信，通信响应速度将降至毫秒级。

由此衍生出的针对各个垂直行业应用的美好畅想就像一部科幻小说，而支撑这部小说实现的前提则是一座座看上去并不那么浪漫的高耸的基站。

5G基站建设…

当充电桩在2020年被列入新基建的七大项目之中时，人们似乎看到了一个万亿元的市场即将被撬动，随之超过26个省市密集出台了50余项与充电设施相关的政策。但现实是，根据智研咨询提供的数据显示，在过去的一年里充电桩的出货量虽有明显上升（从12万到近30万），却未出现期望中的井喷。

市场的发展未能尽如人意，固然有各方利益协调的问题，但是从技术的角度来看也存在着各种阻碍因素，其中最亟需解决的是对于用户的充电体验至为重要的充电时间，此外则是充电桩信息的实时交互问题，而这些都聚焦于大功率直流充电桩。

焦虑的充电进行时

为了解决电动汽车的充电焦虑问题，更快的充电速度成为快充站的明确要求，实现充电5分钟，行驶200公里会成为行业的普遍要求。充电桩的直流模块可以通过提高功率密度和提高充电电压两个方向升级，前者需要高性能实时微控制器和支持更高开关频率的功率器件，而后者需要的是功率器件更高耐压以及更高的转换效率…

每种工业以太网协议都有其独特的历史和不同的工业应用效益。本文将简述以下三种主要协议及其优势：Ethercat、Profinet 和Multiprotocls 多协议方案。

工业以太网

工业以太网用于工厂自动化、楼宇自动化和许多其他工业应用。与标准以太网相比，工业以太网的主要优势在于确定性的实时数据交换和小于1 ms的同步循环时间。

用户不能使用标准以太网介质访问控制（MAC）来实现大多数工业以太网标准；相反，需要专用的应用特定型集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA），因为以太网帧作为“直通”接收，指在首个以太网端口正在接收帧的同时，一个专用的工业以太网MAC硬件模块已在处理该帧并将其传输到第二个以太网端口。快速转发的方式可实现以太网帧小于1 µs的端口至端口延迟。

以太网控制自动化技术

Beckhoff…

为帮助更大限度地提高安全性，工业、办公室和住宅建筑的监控基础设施正在稳步增加。在过去十年中，摄像头技术在图像传感器、视频处理、连接性和通过人工智能进行视频分析等方面取得了巨大进步。大多数摄像头都使用移动行业处理器接口(MIPI)将图像传感器连接到视频处理器，从而使用各种分辨率的图像传感器来升级摄像头。图1展示了组成视频监控摄像头系统的各种元件。

图1：基本互联网协议(IP)监控摄像头

人们对高分辨率图像和视频的持续需求推动了图像传感器的改进和创新，使分辨率从320 x 240像素提升至4,096 x 2,160像素甚至更高，增幅约达十倍。像素数的增加也意味着需要通过MIPI接口将更多数据从图像传感器传输到视频处理器。为了支持高质量的视频传输，IP摄像头中的以太网物理层(PHY)也需要从10Mbps提高到1Gbps。正因如此，视频处理器运行视频压缩算法的能力变得很重要…

随着环境保护的呼声日益高涨，全世界很多国家和地区都提出了关于未来碳中和的目标，中国也在联合国大会上承诺：2030年碳排放达到峰值，2060年达到碳中和。此目标对能源结构的调整提出了更高的要求，而储能则是其中至关重要的一环。展望“十四五”规划，储能不仅是新能源建设的重要方向，也是新基建不可或缺的重要保障。储能技术可将间歇性和波动性的能源形式，转换成更加稳定可靠的形式，广泛应用于融合新能源、城市应急供电、5G 基站后备电源等诸多方面。

一直以来，德州仪器（TI）都非常重视中国市场。从1986年在国内建立第一间办公室起，TI已在中国市场耕耘了35年，聚焦模拟和嵌入式处理系列产品创新，对储能领域发力已久。随着我国储能发展进入了快车道，TI深度参与到这一进程中，与广大合作伙伴精诚合作，助力中国储能领域发展。

近日，为期三天的储能国际峰会暨展览会（ESIE）在北京国家会议中心盛大开幕。TI全球技术专家组成员徐继红携其储能系统解决方案出席现场…

可穿戴式患者监护仪市场发展迅速。远程患者监护仪帮助医生实时监护患者，由此可预见医疗保健领域物联网的未来。

远程患者监护系统为患者和医生节省了时间，可在门诊的基础上提供患者的关键信息。患者移动性也已成为趋势，通过与无线网络的安全连接，远程患者监护仪可缩短患者就诊时间并避免过多电缆的干扰。如今的可穿戴医疗产品不仅可以测量生命体征，而且还可用作个人应急系统。由于这是一种复杂的终端设备，致使患者监护仪将面临五大常见的主要设计挑战：功耗（或电池寿命）、便携性（或大小）、患者安全、数据安全传送和集成。

图1所示为可穿戴式患者监护仪的高级框图，重点介绍了电池管理、非隔离式DC/DC电源、隔离和无线接口等子系统。

图1：可穿戴式患者监护仪的高级框图

下文将为您讲述设计可穿戴式患者监护仪时面临的五大挑战及解决措施：

电池寿命

便携式和可穿戴式患者监护仪通常由电池供电。对于消费者而言…

锂离子电池既可应用于小型电子器件，也可应用于电动汽车、电网等较大的应用，其可轻松满足各种尺寸、电压和外形的要求。但这种应用广度意味着电池制造商不得不购买和维护每种电池类型的测试方案，从而造成巨大的相关资金投入，直接占电池最终成本的20％。

显然，需要一种可处理不同电压、容量和外形尺寸且成本效益好、多量程的电池测试解决方案。本文介绍了数字控制回路电池测试仪的优势，并提供了一个灵活且具备较高性价比的电池测试设计示例。

数字控制回路的优势

电池测试仪的主要功能是控制和监控电池的充放电情况。图1所示为开关式电池测试仪的原理框图。可在模拟或数字模式下实现控制部分。在模拟实现中，脉冲宽度调制（PWM）控制器可调节流经高压和低压电源的输出电压或电流。保护电路集成在PWM控制器中。恒定电流和恒定电压反馈回路驱动PWM控制器的参考输入，以精确控制输出电流和电压。连接到反馈控制器的16位数模转换器（DAC）设置输出电流和电压。最后由一个精密的16位模数转换器…

若您曾在重症监护病房（ICU）或者在电视节目或电影的医院场景中听到过患者监护仪刺耳的警报，您可能会记得这些警报具有特定的模式。这些特定的模式可帮助护理人员从远处区分紧急警报和非紧急警报。

患者的生命通常取决于ICU中使用的医疗设备的正常功能。这些医疗设备必须符合如国际电工委员会（IEC）等各类标准机构所定义的基本的安全和性能要求。大多数情况下，医疗设备的“基本”性能包括发出视觉警报和听觉警报，以提醒护理人员采取纠正措施。因此，医疗警报器在这类医疗设备中起到了不可或缺的作用。

多参数患者监护仪、产妇和新生儿护理监视器、麻醉给药系统、透析器、输液泵、呼吸机 和外科手术设备都是需要警报的医疗设备。

医疗警报系统必须具有针对所有预期用途的功能，以及能够识别特定设备的可预见的误用和单一故障情况。它需要实现冗余，且在ICU内部必须可听到，且无需进行音频谐波消除。一些如新生儿保温箱等医疗设备标准，也要求在与医疗设备的特定距离处有最低声压级…

作者： Yuan Tan

全球因为偷电和非技术性损失巨大，大大影响了供电部门和用户的利益。拆表是一种常见的非技术性损失，通过停表和减慢表等方式来少交电费。为了尽量杜绝这种现象的发生，防拆检测功能十分重要。

图1 表壳外观

传统的拆表检测可以用机械设计来完成。在表壳上做一个向下突起的部分，再在PCB对应的位置上放置一个按钮，使表壳突起的部分压住按钮，按钮的输出和MCU的input口链接。当有人打开了表壳，表壳和按钮分开，改变了MCU的输入，MCU报警。这种传统做法成本低，能耗小，但是使用上有很多限制。首先是可靠性的问题，因为按钮下压的不同高度可能会在运输安装途中误触发防拆检测。另外，如果按钮被卡住，防拆检测会直接失效。为了防止这种情况出现，需要使用高可靠性的开关和复位芯片，这会加大系统成本。

这里为大家介绍基于霍尔传感器的高可靠性…

以太网已成为楼宇自动化中控制金字塔顶端的主流通信协议。电气和电子工程师协会（IEEE）最近定义了一种新型以太网标准——IEEE 802.3.cg，用于10 Mb/s的操作以及通过一对平衡导体进行的功率传输。由于单对电缆现在可同时支持数据和电源，因此采用此标准可节省大量成本，并更易于在楼宇自动化应用中进行安装。

将以太网带到边缘器件需要付出诸多努力。当前，楼宇自动化中存在多个通信网络——例如暖通空调（HVAC）应用使用Modbus、访问控制使用BACnet、照明使用LonWorks、消防安全使用以太网。此类网络碎片化需要使用网关来执行协议转换，以将合并网络联合到楼宇自动化控制金字塔的顶端。最终用户必须依次管理复杂的系统。

各种通信网络存在的原因包括需要更长的距离、多点连接、电源方案以及对约束性协议的支持，单对以太网可以解决上述问题。将以太网连接到边缘器件可带来以下优点：可直接访问控制系统…

物联网（IoT）和工业物联网（IIoT）已成为互联工厂的代名词，它们使传统工厂更加智能化，以获得更高效率所带来的收益。如今，工厂监控设备配置越来越普遍，诸如化学品储罐、泵设备、检漏设备或火灾防控设备等。IIoT的下一阶段会涉及工厂连接，并扩展到工厂范围之外。

将传统工厂车间之外的资产经济有效地集成到工厂控制基础设施中，无线电池供电的感测和控制起着至关重要的作用。当超出工厂原有范围时，为何电池供电的感测和控制具有重要意义？答案很简单：工厂通常会随时间（有时甚至是几十年）的推移而发展，电池供电的感测和控制功能则可将节点不受限制地置于工厂最初设计中可能从未想到的位置。电池供电的感测和控制节点无需专用的电源和通信线路，而传统情况下，扩展到原有工厂车间基础设施之外，需要电源和通信线材，从而导致部署困难和成本高昂。

为使电池供电的感测和控制切实可行地集成到工厂环境中，感测和控制节点必须能够在更长的时间范围内可靠运行，且无需更换电池或为电池充电…

传感器在测量工厂环境的过程中，会通过可编程逻辑控制器（PLC）控制整个系统的状况。典型的测量包括温度、压力、流量和液位。在使用流量变送器设计时可以采取不同技术，但在此我们来先了解一下PWM技术。以下讨论的PWM技术是否可以用于实现诸如稳定时间迅速且能耗低的功能？

随着新的应用要求环路变送器具有更高的分辨率、更低的噪声和更低的功耗，这使PWM方法面临挑战。

下载此技术说明，了解HART支持下的PWM至4~20mA环路的实现方法和测试结果。

其他资源：

• 探索流量变送器的设计资源，包括7种交互式框图变形
• 查找液位变送器的子系统级交互式框图
• 查看电阻、电容、LVDT和硅压力变送器的专用框图

随着智能电网的快速发展，越来越多的住宅终端设备中，诸如智能电表和数据集中器，开始出现了各种智能分析功能。因此，智能电网越来越多的需要依赖各种通信方式来实时的获取、分析电网状态，及时发现问题并报告问题。数据集中器在智能电网中作为终端用户数据的集中器单元，发挥着非常重要的作用。如今，随着终端设备数量的不断增加和大量数据交换需求的增长，对于数据集中器而言，在性能和接口方面将面临新的需求和挑战。因此，为数据集中器选择核心处理器单元时，需考虑其支持各种通信接口，并能够提供可靠且精确的数据处理的能力。

电网通信的多接口支持

数据集中器通常需要功能强大的、集成多种外设的Arm®处理器，可与诸如电表、气表和水表等各类终端设备或电网基础设施中任何其他类型的监控设备进行通信。

RS485作为一种广泛使用的通信标准，广泛用于数据集中器中，因此，

与一次性或N95口罩相比，佩戴电动口罩（也称为E口罩或数字口罩）可提高舒适度。电动口罩类似新风系统：内部有一个风扇吸入外界空气，而外界空气会经过过滤芯过滤后进入内部，用来解决长时间佩戴口罩的憋闷问题。同时，循环换气功能也能让即使戴眼镜也佩口罩时镜片起雾问题得到改善。

表1 不同形式的口罩

表1：一次性口罩、N95口罩和电动口罩对比

TI针对电动口罩市场，提供了一整套完整的解决方案。常见电动口罩的系统框图如图1所示。