作者：Tan, Yuan

各类隔离器是我们在做系统设计时常常会谈及的话题，这篇文章将从以下三个方面展开介绍：

1. 为什么需要隔离？
2. 不同的隔离技术有什么不同？
3. 有哪些隔离器件选型参数？

为什么需要隔离？

答案是隔离与可靠保护有关。电隔离是一种电路设计技术，允许两个电路进行通信，可消除在它们之间流动的任何不需要的直流电。  

隔离常用于：

• 保护操作人员和低压电路免受高电压影响。
• 防止通信子系统之间的地电位差。
• 改善抗噪性能。

图1  隔离跨电介质隔离层阻止不需要的直流电和交流电

不同的隔离技术有什么不同？

绝缘技术三个要素是：绝缘材料、结构和数据传输方法。设计人员之所以引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。然而，隔离会带来延迟、功耗、成本和尺寸等方面的限制。数字隔离器的目标是在尽可能减小不利影响的同时满足安全要求。

我们先看看绝缘材料的影响：

表1 …

德州仪器 (TI) 推出业内超精确的 3D 霍尔效应位置传感器。借助 TMAG5170，工程师能够在高达 20 kSPS 的速度下无需校准即可实现超高精度，从而在工厂自动化和电机驱动应用中进行更快速、更精确的实时控制。该传感器也提供集成的功能和诊断特性，可更大程度地提高设计灵活性和系统安全性，同时功耗比同类器件至少低 70%。TMAG5170 是 TI 全新 3D 霍尔效应位置传感器系列中的第一款器件，可满足包括超高性能应用和通用应用在内的各种工业需求。

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“智能工厂拥有越来越多的高度自动化系统，这些系统必须在更加集成的制造流程中运行，同时同步收集数据以控制流程，”…

德州仪器 (TI) 推出业内先进的 70W 无刷直流 (BLDC) 电机驱动器，用于提供无需编程无传感器的梯形和磁场定向控制 (FOC)。新发布的器件使工程师能够在 10 分钟内启动 BLDC 电机，为工程师设计各种工业系统（如大型和小型家用电器）和医疗应用（如呼吸机和持续气道正压通气机器）减少了数周的设计时间。通过集成实时控制功能和包括 MOSFET 在内的多达 18 个分立式元件，新驱动器加快了系统响应，并缩小高达 70% 的布板空间，同时提供出色的声学性能。

Omdia 高级研究分析师 Noman Akhtar 表示：“由于电源效率提高和自动化等各种趋势以及设计更低噪声电机的需求，人们对实时电机控制的需求比以往任何时候都更为迫切。越来越多的工业系统正在从交流感应电机过渡到更节能的 BLDC 电机，但需要复杂的硬件和优化的软件设计才能提供高性能…

德州仪器 (TI) 扩充了其高速数据转换器产品系列，推出了一系列全新的逐次逼近寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC)，它们可在工业设计中实现高精度数据采集。ADC3660 系列在超低功耗下可实现出色的动态范围，包括八款分辨率为 14、16 和 18 位、采样速度为 10-125 MSPS 的 SAR ADC，可帮助设计人员提高信号分辨率、延长电池寿命并增强系统保护功能。

提高高速数据采集精度满足了工业系统对实时控制日益增长的需求。在高速数字控制环路中，ADC 在复杂系统中监控电压或电流的快速变化并对其作出响应，有助于防止电源管理系统中的关键元件受损而浪费成本。随着工业系统中数据密集型任务数量的增加，系统需要通过快速决策来防止出现系统故障…

随着工业4.0的先进制造工艺席卷全球市场，高度自动化系统的需求急剧增长，这些系统既需要在集成的制造流程中运行，又需要不断收集流程控制数据。大多数此类系统（包括机械臂中的磁性编码器、接近传感器、传动器、压力变送器、线性电机和自主移动机器人）均需要先进的位置感应解决方案来控制性能并收集工厂级数据，从而做出更明智的决策并提高设备运行的安全性和可靠性。

图1中所示自主移动机器人可以自动执行简单的任务，例如在仓库内运输物料。这类工业机器人可帮助优化制造流程、增加生产量并提高生产率。要在工厂车间或仓库实现安全高效导航，自主移动机器人的轮子必须内置位置感应和速度控制等高精度系统控制功能。 

图 1：自主移动机器人横穿仓库

可控制运动的高性能自动化系统几乎都需要位置感应，并且位置感应技术的选择直接影响整个系统的成本和性能。在评估出色的位置感应解决方案，需要考虑传感器精度…

全球都在致力降低功耗，且势头愈来愈烈。许多国家/地区都要求家用电器（如图 1 所示）满足相关组织（如中国标准化研究院 (CNIS)、美国能源之星和德国蓝天使）制定的效率标准。为了满足这些标准，越来越多的系统设计人员在设计中放弃了简单且易用的单相交流感应电机，转而采用更节能的低压无刷直流 (BLDC) 电机。为了实现更长的使用寿命和更低的运行噪音，扫地机器人等小型家电的设计人员也转而在他们的许多系统中使用更先进的 BLDC 电机。同时，永磁技术的进步正不断简化 BLDC 电机的制造，在提供相同扭矩（负载）的同时减小系统尺寸，还可以提高效率和降低系统噪音。

图 1：常见家用电器

设计使用 BLDC 电机的系统具有挑战性，因为通常需要复杂的硬件和优化的软件设计来提供可靠的实时控制。加快设计周期的一种选择是采用专业供应商提供的 BLDC 电机模块…

作者 :Brandon Li   李占鹏

（一）高速光模块的市场概况

近些年，高速光模块市场迎来快速增长。5G基建建设的持续推进和互联网时代数据市场的需求爆发持续刺激着对50G/100G/200G/400G高速光模块的需求。全球100G/200G/400G的光模块在未来3到5年预计会以30%的CAGR持续增长。

图1：高速光模块的市场出货量（Y16-Y22F）

5G基站建设架构从RRU+BBU进化到AAU…

作者：Vijay Ceekala

人工智能 (AI) 正在从根本上改变机器视觉和成像应用的功能。AI 使高分辨率成像数据实时分析的精度和灵敏度变得更高，并且能够快速检测模式或异常。这些功能正在为机器人辅助外科手术、基于 3D 成像的安全和监控平台以及工厂自动化环境中基于视觉的工业机器人提供帮助。

随着传感器技术的进步以及采用微型模块化封装的超高清或 4K 视频图像传感器的实现，这种向基于 AI 处理的转变成为可能。

机器人辅助内窥镜平台和机器视觉摄像机等应用需要传输来自安装在极小的探针尖端上的传感器的高分辨率图像数据，而该探针尖端通过极细的电缆与视频采集和分析系统相连。来自视频采集系统的控制信息同时流回到探针尖端，从而提供了一种通过倾斜和缩放等控制手段来控制探针尖端位置的方法。

图1展示了工业移动机器人这类基于视觉的控制系统…

具有空腔的相对湿度(RH)传感器专门用于测量空气中存在的水蒸汽。存储环境中湿度过高会直接加剧腐烂程度，空气中的湿度会直接影响系统可靠性（腐蚀）或产品寿命，因此，相对湿度是一项重要的测量指标。

相对湿度传感器面临的难题之一是其暴露的感应元件会随着时间的推移而老化。持续暴露在潮湿空气和环境中的挥发性有机化合物，例如在传感器材料上沉积的苯或乙二醇，会导致传感器的精度偏离其规格。这需要停用系统以更换或校准传感器，从而增加总拥有成本。在本文中，我将讨论相对湿度传感器的精度和长期漂移，以及这些参数如何影响终端设备的性能和寿命。

长期漂移和精度是湿度传感器的一些重要规格。在当今的湿度传感器中，尤其是电容式传感器，通常具有2%到3%的相对湿度精度和最大3%到4%的相对湿度精度。这种精度就是所谓的传感器在投入现场实际使用之前的初始精度，并且不包括长期漂移。

电容式传感器的…

高压电路设计需要通过隔离来保护操作人员、与低压电路进行通信并消除系统内不必要的噪声。数字隔离器提供了一种简单可靠的方法，可以在工业和汽车应用中实现高压隔离通信。

要保持信号通过隔离栅的完整性，需要隔离电路初级侧和次级侧之间的所有耦合路径，包括电源。虽然数字隔离器的次级侧通常需要很少的电源，但系统设计者常常会增加额外的电源余量，以便为多个设备供电。

在本文中，我将分享在隔离信号和电源设计时经常出现的问题，并简要概述可用的分立式和集成式器件。

问题1：为什么要隔离数字隔离器的电源？

数字隔离器的内部架构由两个独立的数字集成电路 (IC) 组成，位于分离式引线框上，它们之间有一个高压隔离电介质屏障，如图1所示。每个IC都需要为设备的初级侧和次级侧提供单独的电源和接地，它们之间没有物理连接。此要求与器件支持基本隔离还是增强型隔离无关，适用于数字隔离器以及具有集成接口的隔离器件。

图1：数字隔离器的内部架构包括一个分离式引线框，需要独立…

作者：Joyce Li

第五代移动通信技术（即5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE、WiMax）、3G（UMTS、WCDMA）和2G（GSM）系统之后的延伸。相比于4G技术，5G 有三大突出优势：1. eMBB Enhanced Mobile Broadband，即增强型移动宽带，比4G具有更高的上传、下载速率，可以进一步满足用户对于极致网速的要求。2. uRLLC Ultra-Reliable Low latency， 即超可靠低时延通信，在此场景下，连接时延要达到1ms级别，而且要支持高速移动（500km…

“龟兔赛跑”这个故事给我们的启发是“有时保持稳定和进行周全地策划是有意义的”。消费者对无线数据的高带宽和高速度需求日益迫切，这给半导体制造商带来了巨大的挑战，他们需要设计出满足上述要求的系统——这与兔子专注于最快达到终点很像。然而，乌龟告诉我们，确保系统坚实可靠从而稳定地实现目标也同样重要。

由于无线电单元和有源天线等通信设备主要位于室外，因此，确保无论在何种环境因素下内部元件都能可靠运行至关重要。与龟兔赛跑这则伊索寓言相似，系统必须具有高性能（如兔子），同时又要坚固耐用（如乌龟的壳），才能保护内部电路免受外部故障条件的影响。确保实现保护功能的一种方法是使用模拟多路复用器来保护内部功率放大器 (PA) 级。

为什么是PA级？

放大器集成电路…

在电机驱动的楼宇自动化和电网基础设施应用（例如智能电表、智能锁、互联网协议(IP)网络摄像头和可视门铃）中，有多种设计低压系统的方法，如图1所示。

图1：电池供电系统：可视门铃、智能电表和电子智能锁

为这些应用设计电机驱动系统时，常见的挑战包括：满足持久、弹性和安全的电机运行需求；不断缩小的印刷电路板(PCB)空间；以及满足各种系统要求。在考虑电机驱动器电流消耗时，需要特别关注：集成电路(IC)和必要的元件板尺寸；设计简化、灵活性和可扩展性，以满足多种平台类型的需求。

降低功耗

对于智能锁、可视门铃、煤气表和水表等电池供电和电机驱动的系统，设计的一个重点在于通过在不主动驱动电机时保持低电流消耗来降低整体功耗，使得消费者不必经常更换电池。如果您对这些应用的实现感兴趣，TI提供了适用于电子智能锁和IP网络摄像机红外截止滤光器的参考设计。

（Gavin Bakshi是本技术文章的合著者）

技术文章《智能数模转换器科普》介绍了智能数模转换器(DAC)及其如何为诸多应用带来价值。智能DAC可减轻软件开发的负担从而提高设计效率，还能提供很多有用的功能，若没有这些功能，则需要使用性能较低或类似但成本更高的外部元件。智能DAC的集成特性能以低成本实现高精度。

在本文中，我们将讨论智能DAC如何通过器件的反馈引脚产生直接由模拟信号控制的脉宽调制(PWM)信号。本示例中使用的DAC53701采用非易失性存储器(NVM)，后者经过初步编程，即使在下电上电后，也可以存储所有寄存器配置。

 对于汽车照明和工业应用中的远程控制和故障管理，可以将智能DAC用作PWM发生器，以提供可配置的模拟至PWM转换、占空比转换以及通用输入(GPI)至PWM转换，与同类竞争解决方案相比成本更低且性能更高。让我们从简单的PWM生成开始…

工程师们一直在努力寻找更有效、更高效且成本更低的解决方案。当需要对模拟输出进行非常精确的控制时，系统设计人员通常使用精密数模转换器(DAC)。需要精确控制辅助功能的设计通常还需要结合使用分立式模拟元件和微控制器(MCU)来控制DAC的输出。

选择合适元件、编写软件并确保系统可协调工作的过程不必非常复杂，即使在实现基本功能时也是如此。在本文中，我将探讨如何使用智能DAC这一新型器件在降低成本和缩短开发时间的同时提高系统性能。

智能DAC是出厂可编程的精密DAC，具有集成的非易失性存储器(NVM)、可编程状态机逻辑、脉宽调制(PWM)发生器和内置的自定义波形发生器。由于智能DAC无需使用软件，因此可以填补DAC电路、MCU电路以及使用精密电阻器、电容器和电感器等元件构建的离散型电路之间的差距。图1显示了智能DAC如何提供独特的常规实施方法。

图1：智能D…

每辆汽车中都有一个包含传感器、电机和开关的庞大车载网络。这些网络不断发展以适应车辆上日益增加的连通性，总功耗也随之增加，因此可能会对车辆的排放产生负面影响。 

根据所使用的网络协议，有几种方法可以降低功耗。本文将重点介绍经典控制器局域网(CAN)设计，工程师和原始设备制造商(OEM)可以借助一个局部联网架构来降低功耗和相应的排放。

内嵌CTA：要详细了解如何配置可通过CAN收发器实现选择性唤醒的网络，请阅读应用报告《选择性唤醒配置指南：TCAN1145-Q1和TCAN1146-Q1》。

根据国际标准化组织(ISO)11898-5标准，局部联网功能可以控制CAN总线发送唤醒信号时应激活的网络节点或节点集群，同时使剩余节点处于低功耗睡眠模式，从而提高网络性能并限制车辆功耗。

图1展示了一个简化的汽车总线架构，每个圆圈代表一个在车辆运行期间执行特定操作的CAN或CAN灵活数据速率…

作者：Zhou, Jimmy

在室内低压调光应用中，母线电压小于60V，一般会选用降压调光驱动器。对于调光方式，存在模拟调光和数字PWM调光两种方式。数字调光通过调整脉冲和信号周期的比率，实现调光功能；模拟调光调整输出电流的幅值，实现调光目的。相比数字PWM调光方式，模拟调光方式的线性度更好，可以实现无极调光。

图1：数字PWM调光方式和模拟调光方式

TPS92513HV是集成MOS的LED 调光芯片，输入电压支持4.5V – 60V，输出电流最高支持1.5A。同时TPS92513HV支持模拟调光和数字PWM调光模式，适用于大多数调光应用。

图2：TPS92513HV典型应用电路

对于模拟调光，由于调光IC内部集成电路的工艺，存在失调电压，即便模拟给定是0，芯片仍然会存在微弱的输出…

作者：Zhou, Jimmy

在低压调光应用领域，通常会采用Buck降压调光驱动器，具有高效率、高集成度和低成本等优势。对于Buck降压调光驱动器，存在High-side Buck和Floating Buck两种输出拓扑。如图1所示，Floating Buck中，灯串和电源输出并联；High-side Buck中，灯串直接连接输入，和滤波电感串联。相比Floating Buck，High-side Buck对于灯串短路到地的工况，可以完成有效保护，可靠性更高。

图1：High-side Buck 和Floating Buck拓扑

同时，在High-side Buck拓扑，为了驱动高侧的MOSFET，线路中存在BOOT电容。在每次二极管导通过程中，芯片内部路径会对BOOT电容充电。在输入和输出压差较低、调光频率较低和调光占空比较低的条件下…

作者：Zhou, Jimmy

在精密测量应用领域，为了实现多通道数据测量，广泛地使用了MUX（多路复用器）芯片。在多通道的模拟量测量电路中，往往会采用MUX用于多个通道模拟量的切换，从而节省调理电路、参考电路和ADC成本，实现整体成本的最优化。

图1：典型的模拟采样应用电路

常用的MUX的通道数是2路、8路和16路，在一些特殊应用，需要更多路的采样通道，比如64通道。对于64通道的模拟信号采样，如果采用8通道的MUX，方案整体上的资源需求如表1。可以看出，如果采用传统的结构，考虑了ADC、参考芯片和运放调理电路，整个系统成本比较高。

表1：使用8通道MUX实现64通道模拟采样的系统资源

作者：Chen Yan

随着近年来工业互联网蓬勃发展，智能化信息化进程逐步加快，而EtherCAT技术由于其具有通讯的高性能，硬实时性能，灵活的拓扑结构，简单、低成本及充分的开放性，以EtherCAT为代表的工业以太网的发展势头远超现场总线，逐渐成为未来工业互联网的主流应用。

EtherCAT是使用100Mbit/s 全双工的Ethernet通讯。通常由EtherCAT从站控制器（EtherCAT Slave Controller，ESC）和物理层接口PHY实现EtherCAT的应用。ESC通常会支持PHY使用MII，RMII和RGMII接口，由于RMII和RGMII接口包含TX FIFO，会增加EtherCAT从站设备的传输延时，同时也会引入抖动，所以一般不建议在EtherCAT应用中使用，本文主要讨论PHY的MII接口的硬件配置。

下图是ESC和PHY MII之间的连接关系的示意图。ESC和PHY之间的时钟必须保持一致。LINK_STATUS是一个LED输出信号…

TI现场应用工程师苏智超

近年来，中国心血管病患病率及死亡率仍处于上升阶段，而实时的便携式心电监测能够及时地发现异常心电信号，提醒人们提前就医，避免危险病情的发生，因此近年来心电监测市场十分火热。TI在心电监测领域耕耘多年，从心电采集ADC，低功耗的电源到无线传输，均有相应的解决方案。所以，本文将为您介绍TI在ECG应用中的相关产品，帮助您快速完成硬件设计。

一.心电导联数量与ADC选型之间的联系

TI心电信号检测相关的ADC有很多…

作者：Issac Hsu

制造商制造轻混电动车(MHEV)的最终目标是减少温室气体(GHG)排放。轻混电动车包含一个连接到车辆变速器系统的48V电机驱动系统。为了减少温室气体排放，轻混电动车中的内燃机(ICE)会在车辆滑行时关闭，同时该48V电机系统会为48V电池充电，以便为车辆供电。在本文中，我将讨论48V电机驱动器的一种设计方法，该设计可提供大功率的电机驱动，实现功能安全并且尺寸更加小巧。

大功率电机驱动的注意事项

对于汽车动力总成应用，典型的48V电机驱动系统需要10kW至30kW的电功率。传统的12V电池系统无法满足该功率水平，因此必须采用48V架构来支持大功率电机驱动。

阅读白皮书《如何构建功能安全的小型48V、30kW轻混电动车电机驱动系统》，详细了解如何解决电机驱动系统驱动电路中的重大设计难题。

如图1所示，48V电机驱动器控制外部金属…

作者：Jenson Fang

逐次逼近型（SAR）ADC是在在工业，汽车，通讯行业中应用最广泛的ADC之一，例如电机电流采样，电池电压电流监控，温度监控等等。

通常工程师在设计SAR ADC时，通常需要注意以下三个方面：ADC前端驱动设计，参考电压设计，数字信号输出部分设计。本文将介绍ADC的前端驱动所需要的注意的一些要素。

如图所示是一个常见的SAR ADC的驱动电路包括驱动放大器和RC滤波。接下来将从如何设计RC滤波器，以及如何选择合适的运算放大器展开。

图1.  SAR ADC驱动电路基本架构

如何设计RC滤波网络

首先我们来看一下RC网络的设置，对于RC网络，它的主要作用分为以下两个方面：

1：对ADC的Csh进行充电，由于ADC采样保持阶段需要输入给采样保持电容Csh充电。如图所示，开始采样时，Csh的电荷由输入部分（Q_frm…

作者：Howard Zou

运算放大器是指一类专门通过改变外围器件可以实现不同算数运算的放大器。任何一颗运放都集成了非常多的晶体管，这些晶体管除了构成基本的工作电路，同时也会有实现输入输出电压钳位等保护功能。但是因为生产工艺的原因，在制造这些保证运放正常工作的晶体管的过程中，不可避免地会引入寄生晶体管和二极管。当运算放大器工作在规格书指定的工作范围内时，这些寄生晶体管不会对芯片的工作造成影响。然而，如果运放工作在超规格书的范围时，可能使得芯片的输出异常，进入输出钳位状态，从而影响电路的正常工作。本文以LM358为例，介绍其进入输出钳位状态的机理，同时提出避免芯片被钳位的解决办法。

一、运算放大器进入钳位状态的原理（以LM358为例）

        虽然各家厂商推出的运算放大器性能与规格互有差异，但是一般而言标准的运算放大器都包含下列三个部分。

1.差动输入级…

作者：Hardy Zhou

本文主要参考了TIDA-010031参考设计，分析下ADC采样积分方波无感控制的原理，方便大家更好地完成类似的方案设计。

1.下面是典型的三相BLDC电机控制框图.

三个半桥驱动BLDC无刷电机，检测低边总线电流

2.典型的BLDC电机相电流和反电动势波形图分析

从波形上看，每60度电角度，只有两个半桥有驱动电压输出，另外一个半桥上下管全关，这个相电压是悬浮态。

BLDC电机运行后，相线都有反电动势。

电机反电动势来源于电机转子旋转引起磁通的变化，而磁通的变化在定子绕组上会产生感应电压。

对同一个电机来说，反电动势峰值跟电机转速几乎是固定的比例。

3.反电动势过零点到峰值的反电动势电压和时间的积分

根据上面对反电动势峰值跟转速(电频率)几乎成固定比例的描述，设定 。Vm为反电动势峰值, 对于同一个电机，我们可以…