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关键词 : 开发工具, 方案

问：成为绝地武士的第一步：制造光剑

你是否和我一样，是看着星球大战长大的——痴迷狂热的那种。在我眼中，绝地武士是最酷的英雄，我只想成为其中一员。现在我已经长大了，我决定完成我的使命，和卢克、尤达、欧比-旺一起加入骑士团。

但从哪里开始呢？每个绝地武士都有什么？一件长袍！没错，不过你爷爷也有。但你爷爷没有什么？一把光剑！有史以来最伟大的武器！每个绝地武士都有一把自己亲手制作的光剑，所以我也会沿着这条真理之路去打造一把我自己的光剑。当然，你可以买到非常逼真的电影周边，一把带声音和灯光的光剑，但如果你可以自己制作的话又为什么要买呢？

我的光剑里需要具备这几样东西：

• 一个可拆卸的刀体，可以抵御攻击并进行攻击（我了解我自己，我肯定会用它来对付谁）；
• 多种颜色、音效，以及打击东西时发出的碰撞效果。

我用了一些现成的板子，因为我不想自己动手设计和蚀刻。我用了以下物料：

• 1568-1443-ND — Teensy 3.5单片机
• 1528-1900-ND — 来自adafruit的LSM9DS1加速度计/陀螺仪板
• 1528-1492-ND — 来自adafruit的音频放大器板
• 668-1592-ND — 3W扬声器
• 1528-1834-ND — 3.7V 4.4AH锂电池
• 1528-1996-ND — 电池充电器
• 1568-1870-ND — 可寻址RGB LED灯带
• 679-1070-ND — 防破坏按钮（2个）
• CP-1040-ND和CP-1140-ND — 用于安装刀体的M/F连接器
• 毛坯刀体来自Ultrasabers.com

Teensy 3.5是一款具有多种功能和特性的小型开发板。它与Arduino IDE兼容，并且拥有很多可直接使用的现有库。该开发板基于120MHz ARM Cortex M4，内置512K闪存、192K RAM和4K EEPROM，它有40个数字I/O引脚（全部可配置为中断，且一半左右可配置为模拟引脚），几乎可为芯片处理能力范围的任何项目提供充足的空间。我对其音频能力特别感兴趣，因为它有4通道数字音频输入和输出。由于我的剑需要同时播放多种音效（例如，碰撞声和背景声），因此找到具有这种能力的载板将大有裨益。另外，它还配备了额外的microSD卡插槽，可用于存储我的声音文件。Teensy 3.5的特性和速度均足以处理运行光剑的任务。

Teensy板有若干不同的版本，其能力也各不相同。在购买前请务必仔细查看相关文档，以防买错所需的功能。

接下来是动作控制。由于Teensy 3.5没有任何内置的运动控制功能，因此我选择了1528-1900-ND。这是一款九自由度传感器，包括加速度计、陀螺仪和磁力计。我其实根本用不着磁力计功能，而是利用陀螺仪来确定剑的摆动，并用加速度计来确定碰撞的力度。实际上，我可以将这块板叠在Teensy上。这两块板的排针序列都是一样的。但这会造成正确的引脚彼此不对齐的问题。而且最大的问题在于电源和接地。在深入研究了1528-1900-ND规格书后，我发现该板在满功率时的电流不到1毫安。由于这完全在Teensy 20mA I/O限值的范围内，我可以简单地将与陀螺仪电源相连的I/O分配为高输出，并将接地的I/O分配为低输出。通常我不建议这样做，但这次碰巧能行。实际的I2C通信引脚已经排好了，因此没有问题。下图是我所使用的板子，但我还没移除接头，并将它们堆叠起来。

我同样将音频放大器（1528-1492-ND）也进行了堆叠，只是安装在了板的底部，因为Teensy上没有足够的空间在同一侧堆叠两颗零件（它可是TEENSY！）。然而，由于该放大器需要大量的电流，所以无法与陀螺仪一样使用I/O电源/接地技巧。在这种情况下，我只为它安装了几个未使用的引脚，而所需的连接则通过跳线来实现。以下原理图：

以下是在封装和灌封之前焊接到连接器上的刀体LED：

下图中，连接器已完成了组装和灌封并粘到3D打印的垫片上，以打造完美的贴合效果。

电池的电力通过刀体后向上供应，然后回到单片机。这意味着当刀体拔出时，电池会完全断开，防止电池在不使用时耗尽电量。按钮1用于控制刀体上电/下电，按钮2用于改变颜色。如果按住按钮2，光剑将进入“交叉冲突”模式。也就是不断的闪烁和火花效果，如同刀体与另一个刀体碰撞一般。请点击以下链接，查看完整的代码：GitHub – Oldspicy/lightsaber

说到电池，它可以牵引很大的电流；通过它的125个LED的电流高达5安培。不过标准AA电池并不会截断很长时间。1528-1834-ND是一款4.4AH锂电池组，到目前为止还能满足功率的要求。在处理这个电池组之前，我注意到了很多小故障、重启情况和奇怪的事情，我把它们归咎于单片机的低电压检测。为了给电池充电，我为充电器和刀体上相同类型的连接器（CP-1040-ND）设计了一款3D打印支架。将该支架插入剑柄末端的刀体槽和5V电源中，以便为内部电池充电。

声音则通过连接到音频放大器的668-1592-ND（扬声器）播放。所有的声音文件都存储在Teensy上安装的SD卡中（抱歉，我没法帮你找到这些文件。网上有大量的无版权限制和开源文件，你可以通过自行进行搜索）。扬声器粘贴在3D打印的剑柄内，并压合到剑柄的底部。

说到剑柄…我不打算告诉你如何制作。这其中充满无限种可能，你可以尽情发挥想象去制作你认为好看的，以及可以容纳这些电子产品的剑柄。我用的是一根落水管、我在车库里找到的一根管子，还有我在兴趣商店和五金店找到的各种东西，再加上一些3D打印物品，以便把所有东西都装在一起。这就是荣誉之光剑。

组装前：

安装了刀体。我在客厅里和西斯作战时，这个翼型螺钉能够紧紧地固定住刀体，防止它飞出去。

利用你手边的东西打造属于自己的剑柄吧，让你的光剑和你一样独一无二，即便与电影里的内容不一样也没有关系。记住，星球大战内容丰富、背景复杂，每一位绝地武士都有自己的故事！

下面是一些随机的构建过程和测试图片：

超酷画面！

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• 环氧树脂安装的MLCC电容

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本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——Hammond MFG 1552系列ABS塑料外壳和Omron EMC B5W-LB聚光反射式传感器。

产品一：Hammond MFG 1552系列ABS塑料外壳

电子产品的开发除了核心的性能和功能，产品外壳的设计也很重要，它不仅要有“颜值”，更重要的是在易用性和功能性上要能够满足用户的要求。Hammond MFG 的1552系列手持式ABS塑料外壳就是一款“内外兼修”的优秀产品，它不仅可以提供优雅、现代的外观和舒适感，还可通过一系列附件增加丰富的功能。

1552外壳手感舒适、可长时间使用，在诸如机械或电动葫芦控制等应用中可将操作者的疲劳度降至最低。外壳的两个端板均可拆卸，易于加工，并且可以与集成的TPU线夹端板互换。内置电缆夹可将内部布线的电缆牢牢固定在适当位置，确保其不受损坏。

该外壳产品的内置功能还包括：内部印刷电路板支架、顶部的凹口（用于无缝安装键盘膜），以及耐轻度刮擦或指纹的光泽表面。该外壳有黑色或灰色可选，采用搭接结构，满足IP54的防侵入要求。

了解 Hammond MFG 1552 系列 ABS 塑料外壳的更多信息，请看以下视频：

产品二： Omron EMC B5W-LB聚光反射式传感器

以往在物体感测系统的设计中，对发亮、黑色或透明物体的感测往往不稳定或不可靠，为了达到设计要求，开发者不得不在产品研发和生产中投入更多的时间和精力。

Omron推出的B5W-LB系列聚光反射式传感器很好地解决了这一设计痛点，它不受背景影响，可以对发亮，黑色或透明的物体提供可靠的检测。B5W-LB系列具有宽感应范围，可以对移动物体进行感测，从而使其距离性能更稳健。

B5W-LB系列传感距离从55mm到10mm，提供模拟电压输出和数字输出型号，数字输出型号还提供IP50等级的耐恶劣环境性。而且得益于其简单的开关输出，B5W-LB系列传感器可以很容易地连接到PLC等控制设备，是实验室和分析设备、包装设备、自动售货机、手检测和卫生设备等的理想之选。

了解Omron EMC B5W-LB 聚光反射式传感器更多信息，请看以下视频：

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作者：Majeed Ahmad

关键词 : 电容

从物联网 (IoT) 的数据服务器到电动汽车 (EV)，电源系统设计人员总会面临的共同压力是如何实现更高的功率密度和转换效率。尽管人们将更多精力放在实现这些改进目标的半导体开关器件上，但多层陶瓷电容器 (MLCC) 的固有特性意味着它们也可以在帮助设计人员满足设计要求方面发挥重要作用。这些特性包括低损耗、高电压和纹波电流处理能力、高耐压能力以及极端工作温度下的高稳定性。

本文介绍了MLCC的结构以及陶瓷电容器如何增强DC和AC供电轨的功率处理能力，同时还对快速开关模式半导体进行了补充说明。本文还阐明了I类和II类电介质，以及这些材料如何使微型MLCC能够用于诸如缓冲器和谐振转换器之类的电力系统。

MLCC是如何制造的？

MLCC是由陶瓷介电层和金属电极的交替层构成的单片器件（图1）。MLCC中的叠层是在高温下制成，以生产出具有高体积效率的烧结电容器件。接下来，在器件的裸露端集成一个导电性端接隔离系统，从而完成连接。

陶瓷是非极性器件，容积效率更高，可以在更小的封装尺寸内实现更高的电容。此外，这种器件在高频工作时更可靠。这使得MLCC可以将电介质、端接系统、外形和屏蔽性能正确地组合在一起。

尽管如此，在为高功率密度应用选择陶瓷电容器时，设计人员仍然需针对一些问题进行严格评估。首先，工作温度、所施加的DC偏置和上次加热后经过的时间都会影响电容。例如，上次加热后经过的时间会引起电容变化，并导致电容器老化（图2）。

更重要的是，由于每个电容器都有一定的阻抗和自感，因此快速开关IGBT或MOSFET半导体器件产生的纹波会影响到性能。因此，当逆变器之类的设备偶尔需要大电流时，就必须通过电容器限制波动，这需要较高的纹波电流承受能力。

然后是电容器的有效串联电阻 (ESR)，该特性至关重要，表示在给定频率和温度下规定的内部总电阻。通过最小化ESR，设计人员可以减少发热造成的功耗。

接下来，低有效串联电感 (ESL) 会增加工作频率范围，并使陶瓷电容器进一步小型化。低ESR和低ESL共同提高电容器的功率处理能力，并使器件寄生效应最小化。而且，它们有助于降低损耗，从而使电容器能够在高纹波电流水平下工作。

另一个关键的设计考虑因素是电介质材料的选择。这将确定电容随温度变化的性能（图3）。虽然I类电介质材料（例如C0G和U2J）提供了更高的温度稳定性电介质，但它们的介电常数(K)较低。另一方面，II类材料（例如X7R和X5R）具有中等范围的稳定性以及K值，而且还具有更高的电容值。

然而，对于快速开关电源系统，工作频率越高，输送功率所需的电容越低。这使得K值较低的陶瓷电容器可以代替笨重的高电容薄膜电容器，从而显著提高功率密度。这种陶瓷电容器的基底面较小，因此可以安装在更靠近快速开关半导体的位置，而且在高功率密度应用中所需的冷却最少。

I类电介质材料MLCC

KEMET的KC-LINK电容器，例如CKC33C224KCGACAUTO（0.22微法拉(μF)，500V）、CKC33C224JCGACAUTO（0.22μF，500V）和CKC18C153JDGACAUTO（15纳法(nF)，1000V）便是很好的例子。这类电容器使用1级锆酸钙电介质材料，有助于实现极其稳定的工作，而不会因开关频率、所施加的电压或环境温度而引起电容损失。因为电容不会随时间发生变化，因此低损耗锆酸钙电介质材料还能最大程度减少老化效应。

KC-LINK电容器利用C0G电介质技术实现了非常低的ESR并能够管理非常高的纹波电流，而这恰恰是高功率密度设计所必需的。高机械强度使这些I类陶瓷电容器在安装时无需使用引线框架，这也导致了极低的ESL。

这种陶瓷电容器可以在非常高的纹波电流下工作，且电容与DC电压相比没有变化，而电容在-55°C至150°C工作温度范围内的变化可忽略不计。它们的电容值范围为4.7nF至220nF，额定电压范围为500V至1,700V（图4）。

此处值得注意的是，基于1类电介质材料的KC-LINK电容器提供的片上电容要比同等大小的2类电容器低。因此，如果需要更多的电容，则可以将多个KC-LINK电容器结合在一起，形成一个整体结构，以形成具有更高密度的封装。

电容器合并的结果是一种类似于KC-LINK的低噪声解决方案，但电容增加多达125％。KEMET的KONNEKT表面贴装电容器也基于I类电介质材料，可提供100皮法(pF)至0.47µF的较高电容。这种电容器在额定电压下仍可保持其99％以上的标称电容，且非常适合对时序要求严格的应用、受温度循环和电路板弯曲限制的应用。

通过叠接MLCC获得更大电容

KONNEKT陶瓷电容器（包括C1812C145J5JLC7805、C1812C944J5JLC7800和C1812C944J5JLC7805）是通过垂直或水平叠接两到四个陶瓷电容器而成，同时保持了各个器件的完整性。C1812C944J5JLC7800陶瓷电容器通过叠接两个器件可提供0.94µF电容，而C1812C145J5JLC7805陶瓷电容器通过将三个器件叠接在一起将电容提高至1.4µF。

这些MLCC利用瞬态液相烧结 (TLPS) 材料将组件端接部分粘结在一起，从而构建出一种无铅多片解决方案。无铅多片解决方案使电容器与现有的回流工艺兼容。TLPS是一种由铜锡材料制成的金属基复合材料粘接剂，用于替代焊料。这种材料在两个表面（此处为U2J层）之间形成冶金结合。

鉴于电容器可以在两个方向上集成这一事实，设计人员可最大限度减少组件基底面并最大限度增大堆叠式MLCC器件的总电容（图5），从而使KONNEKT陶瓷电容器能够达到以前只有II类电介质材料时（例如X5R和X7R）才能实现的电容范围。

在沿低损耗方向上，只有较少的电能转化为热量，从而提高了能效并进一步增强了电容器的功率处理能力。沿低损耗方向还降低了ESR和ESL，从而提高了陶瓷电容器处理纹波电流的能力。

TLPS材料与超稳定电介质相结合，使陶瓷电容器能够处理数百个千赫兹范围内的极高纹波电流。例如，对于1812C145J5JLC7805 U2J 1.4μFKONNEKT电容器，沿标准方向安装时ESL为1.6纳亨（nH），而在沿低损耗方向上安装时则降低至0.4nH。同样，在沿低损耗方向上，ESR从1.3毫欧 (mΩ) 降低至0.35 mΩ，从而降低了系统损耗并限制了温升。

KEMET的U2J KONNEKT表面贴装电容器在–55°C至+125°C范围内将其电容变化限定为–750±120 ppm/°C。这使得U2J陶瓷电容器的电容相对于DC电压的变化可忽略不计，并且电容相对于环境温度的线性变化可预测。

AC线路陶瓷电容器

以上各节中提到的陶瓷电容器可稳定并平滑DC电源轨上的电压、电流，从而防止因快速开关操作而导致去耦尖峰。但是，陶瓷电容器也用在交流线路滤波、交流/直流转换器和功率因数校正 (PFC) 电路中。

在此，请务必注意，AC线路陶瓷电容器有安全和非安全级格式。尽管安全级电容器可以抑制电气噪声并保护设计免受过电压、瞬变的影响，但这些通过安全认证的MLCC却无法提供更高的电容/电压 (CV) 等级。

具有各种尺寸和CV值的非安全级AC陶瓷电容器可在AC线路条件下连续使用。KEMET的 CAN系列陶瓷电容器符合50/60Hz线路频率、250V_AC交流线路条件和其他非安全应用的要求。

AC线路电容器在较高频率下具有低泄漏电流和低ESR（图6）。该系列既适用于线对线（X类），又适用于线对地（Y类）应用，并且符合IEC 60384标准中的脉冲规定。

CAN系列陶瓷电容器均采用了X7R和C0G电介质材料。如DC链路电容器所示，C0G电介质相对于时间和电压均未出现电容变化，而且相对于环境温度而言电容变化可忽略。另一方面，在诸如CAN12X153KARAC7800和CAN12X223KARAC7800等的陶瓷电容器中，X7R在相对于时间和电压时，电容变化可预测，而且由于环境温度而导致的电容变化最小。

CAN12X153KARAC7800陶瓷电容器的电容为0.015µF，而CAN12X223KARAC7800器件的电容为0.022µF。这两种MLCC器件的容差都是10％。

总结

随着功率传输系统的体积不断缩小以及将更多功率器件封装在更小的尺寸内，MLCC在从服务器电源到无线充电器，再到逆变器的设计中发挥着至关重要的作用。它们可平滑DC和AC电压、稳定电流纹波，并确保寻求提高转换效率的电源设计具有热管理性能。如本文所示，通过选择I类或II类电介质材料，设计人员能够根据特定应用需求来调节MLCC的电容和其他关键参数（如ESR和ESL）。

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关键词: 质量, 认证

问：湿度卡和一般烘烤准则

湿度指示卡可通过明显的颜色变化（由蓝色变为粉色）来指示湿度过大的情况。打开包装袋时，可借助这张卡片来检验袋内是否适度干燥。如果颜色发生变化，可能需要在回流焊工艺制程之前先行烘烤，以去除塑料封装中的任何水分。烘烤条件取决于封装厚度、MSL和烘烤温度。

有关烘烤准则相关的参考信息，详见以下图标：

更多有关包装技术的信息, 请查看：

• 湿度卡变成粉红色。防潮包装内的芯片，是否失效?
• 真空密封包装
• Digi-Key包装与保护
• MSL（湿度敏感等级）说明
• IPC JEDEC J-STD-033B防潮包装

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关键词 : 开发工具, 方案

问：在Arduino中轻松实现脉宽调制（PWM）

脉宽调制（ PWM ） 信号基本上是一个方波，可在导通（高）和关断（低）状态之间切换。PWM信号的占空比和频率用于确定PWM信号控制目标的动作。

PWM信号的 占空比 是指信号处于高电平（导通）状态的时间与完成一个周期所需的总时间之比，通常用百分比或比率来表示。

50%的占空比意味着，高电平状态占据一半的时间，低电平状态占据另一半时间。这与理想的方波相同。如果该比率大于50%，则逻辑高电平信号在周期中占用的时间比逻辑低电平多，反之亦然。因此，100%占空比表示信号始终处于导通状态（满量程），0%占空比表示信号始终处于关断状态（接地）。

可在Arduino上通过各种方式轻松实现PWM。下面这款Seeeduino板就是很好的学习和评估板。它基于ATmega328P单片机且与Arduino相兼容。

该板上包含6个引脚（即引脚3、5、6、9、10、11），可以输出带有 analogWrite() 函数的PWM波。调用 analogWrite() 函数，即可在PWM引脚上生成具有指定占空比的稳定方波。一般来说，这些引脚的频率在490Hz左右，而Seeeduino或类似板的引脚5和6的频率为980Hz。

Arduino引脚的输出电压为5V，不同的占空比输出的电压电平各不相同，具体如下所示：

占空比	输出电压电平
0%	0V
25%	1.25V
50%	2.5V
75%	3.75V
100%	5V

应用示例：调节LED的亮度

在下面这个应用示例中，我们将借助PWM技术，利用Arduino来控制LED的亮度。

• 硬件连接

• 软件

analogWrite()函数语法：

analogWrite ( pin , value ) ;

该值代表占空比，数值介于0（关断）和255（导通）之间。

int ledPin = 9; // LED connected to digital pin 9

void setup () {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the pin as output
}

void loop () {
analogWrite(ledPin, 255); //set duty cycle to always on
}

你可以针对不同的输出将“255”更改为0~255之间的任意数字，也可以修改代码以连续更改该值。

更多与Arduino开发技术相关的信息, 请查看

• Arduino扩展板
• Arduino睡眠模式示例
• 如何选择适用于Arduino的IR、UV和可见光放射体
• 如何用电池为Raspberry Pi/Arduino供电
• Arduino插座更换

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作者：Alan Yang

关键词 : 汽车, 电源管理, 方案

随着我国低碳经济时代的到来，电动汽车必将成为今后我国汽车工业和新能源产业发展的重点。现在很多电动汽车充电桩，通过实际消耗的电量来计费。因此，如何精确的测得直流电能非常重要。

本文将讨论：
1. 电动车充电桩的直流电能计量。
2. 如何设计直流电能表。
3. 通过分析ADI直流电能表设计实例，来看看电动车充电桩直流电能表设计应该如何实现。

电动车直流和交流充电桩的差异

对于有电动车的朋友，最直观的感受是，直流充电快（快充），交流充电慢（慢充）。这是由于一般电动车的电池需要靠直流充电，而外界交流电，最终大多要转换成直流才能充电。

更加根本的原因是：直流电相对于传统的交流供电可以显著提高效率。特别是在碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等材料的新型功率开关技术出现后，转化效率进一步提高。

电动车充电桩的直流电能计量

下图是典型的电动车充电桩应用。

电动车充电桩的能量来源可以是清洁的能源（如光伏发电），也可以是电网。通过直流转直流（DC-DC）或者交流转直流（AC-DC），转化成合适的电压给电动车充电。

一些传统的电动车充电是在交流侧计量的，其缺点是无法测量交流到直流转换过程中损失的能量，导致最终客户的计费不准确。

最好的方式是在交流直流转换的两侧同时测量，其好处是，通过两侧的能量测量，我们能即时得知是否出现故障或者是否存在故意篡改检测能力的情况。

如何设计直流电能表

下面是一个典型的直流电能表的基本结构：为了测量负载消耗的功率（P=V×I），至少需要一个电流传感器和一个电压传感器。

• 电压测量

电阻分压：电压通常用电阻分压测量，电阻分压用于按比例将电位降低到与系统ADC输入兼容的水平。然而，必须注意所选元件的温度系数和电压系数，以保证整个温度范围内所需的精度。

对于一些应用，对应的电压特别高，这个时候可以选择Digi-Key高压电阻。

对于电压测量，由于输入信号的大幅度，用标准元件可以很容易地实现精确的电压测量。

• 电流测量

电流测量主要有直接测量和间接测量两种。

直接测量（基于电流检测电阻）：根据欧姆定律，电流通过一个已知阻值的电流检测电阻，通过测量电流检测电阻的电压来精确计算电流值。

这种方式经济、准确、有效，理论上具有无限的带宽。然而，对于大电流的情况，电流检测电阻发热严重。这意味着当电流很小的情况和电流很大的情况，受到电阻温度系数影响，会有较大误差。因此，需要超低的温度漂移的电流检测电阻。

电流检测传感器	分流电阻（Shunt Resistor）
电流较小的时候使用	由特定的金属合金制成，如锰铜或镍铬合金，这些合金抵消了其成分的相反温度漂移，从而导致几十ppm/°C左右的整体漂移。

电动势（EMF），即两个不同的导电体或半导体之间的温差会在两者之间产生电位差。热容量的任何差异，例如传感器阴极连接到更大的铜质量（接地层），都会在温度分布中产生不匹配，从而导致由热电动势效应引起的测量误差。

因此，必须注意电流检测器的连接和所产生热量的分配。

间接测量：通电导线周围会产生磁场，电流传感器可以通过检测磁场，来得知电流的大小。从而实现间接测量。

Digi-Key电流传感器主要有下面几种类型：

开环霍尔传感器 vs 闭环霍尔传感器vs磁通门

• 开环霍尔传感器是由一个高磁导率磁环构成，被测电流线通过该磁环。
• 闭环霍尔传感器在磁环周围多了一组线圈，通过测量补偿电流，提高了线性度，没有磁芯磁滞现象，从而具有更好的温度漂移和更高的精度。但额外的补偿电路使传感器更昂贵，带宽上有时也会有限制。
• 磁通门是一个复杂的开环或闭环系统，通过监测饱和磁芯的磁通变化来测量电流。它提供了良好的温度稳定性和精度，但是价格更贵。

	开环霍尔传感器	闭环霍尔传感器	磁通门
图片	图片来源： Honeywell CSLA2DGI	图片来源： CR Magnetics CR5220-150	图片来源： LEM CKSR 75-NP
结构			复杂的开环或闭环系统
特点	价格有优势; 体积小; 功耗低;	磁环周围多了一组线圈; 线性度高; 没有磁芯磁滞现象; 良好的温度漂移; 良好的精度;	良好的温度稳定性更高的精度; 价格更贵;

ADI直流电能表设计实例分析

对于电压测量，由于输入信号的大幅度，用标准元件可以很容易地实现精确的电压测量。对于电流测量，往往需要加一个放大器，来放大信号。

对于信号链芯片，在设计时有两个最重要的考量点：

1. 各级的精度要求是否满足整体的精度要求。
2. 在不同环境温度下，温漂系数是否满足整体的精度要求。

下面是ADI给出的直流电能表方案：

• 放大器的选择

假设80A电流，电流检测电阻75μΩ。要求精度1%，即在电流检测电阻上产生60μV的小信号，也就是放大器的偏置电压（误差）至少要小于这个值。

比如ADI ADA4528的最大偏移电压为2.5μV，最大偏移电压漂移为0.015μV/°C。基本可以满足要求。

这里需要注意的，不管是电流传感器还是分压电阻，尽量使用4线法测量，从而进一步减少线缆中电阻对于测量的影响，进一步提高精度。

• ADC采样芯片选择

对于ADC采样芯片，24位AD7779可以直接连接到放大级，且具有5nV/°C的输入偏置漂移。

通过分压电阻1000:1的比例，可以准确地测量出高直流电压，然后连接到AD7779 ADC输入。

最后，连接到微控制器MCU计算。瞬时功率（P=I×V），累积瞬时功率，就是消耗的能量。

当然，后续可以设计接一些外围设备，如RS-485、LCD显示器和按钮等。

本文小结

我国提出2030年前碳达峰和2060年前碳中和目标，对更有效和更环保的电力的需求前所未有。电动汽车必将成为今后发展的趋势，直流测量除了在电动汽车充电桩上会有广泛的应用，在可再生能源发电、微电网、数据中心等领域也会有很好应用。

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• 修理丰田（Toyota）Sienna电动滑门
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关键词 : 电源管理

问：什么是限功率电源（LPS）额定值？

有LPS（或限功率电源）字样的电源在最大允许输出电压、输出电流和额定功率上有一定的限制。这些要求在IEC标准IEC 60950-1中均有描述。

• 了解IEC 60950-1，点击此处IECEE 搜索 | 网站搜索

使用LPS产品的优点在于，由于其在操作、处理或故障情况中降低了火灾或触电的风险，因此限制较少。LPS所使用的材料无需满足与某些其他类别电源相同的额定值，因此生产成本往往较低。

LPS精确规格（限值）的描述会因厂商的不同而略有差异，但它们的数值均相同。下面展示了两个示例。

• TDK-Lambda Americas

• CUI Inc.

这些信息有何用处？知晓电源具有LPS额定值这一情况有助于降低成本，或者在具有不同机构认证的多个产品之间抉择时可以有更多的购买选择。某种指定应用可能并不需要某些认证。

要查找具有LPS额定值的电源，可在Digi-Key的网站上找到电源类别，并在“认证机构”筛选条件（或类似标题）下查找“LPS”。例如：AC-DC台式、壁装式适配器（点击此处查看），产品索引>电源 – 外部/内部（板外）>AC-DC台式、壁装式适配器>“LPS”

更多电源产品可从Digi-Key网站的首页上进行搜索（点击此处进入）。

更多有关限功率电源技术的信息, 请查看：

• （CUI）限功率电源（LPS）要求概述
• （TDK-Lambda Americas博客）什么是限功率电源？
• 明纬（Mean Well）电源专家

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关键词 : 电容, 质量

问：为什么我的电容丝印上列出了两个电容值？

在更换电容时（通常是电机启动电容或电机运转电容）可能会出现异常情况。有时电容外壳上会列出两个不同的容值，如下示例所示：

大家可能会认为这款电容既是540μF又是648μF，因此可能会造成困扰。然而，该电容中缺少一个关键值——容差。

此电容的电容额定值为540μF，容差为-0%/+20%。如果较高值不是较低值的120%，则公差可能等于正负（+/-10%）。在这种情况下，电容的真实值直接等于所列值的中间值。只需将两个值相加再除以2即可。

电机启动电容不需要像电机运行电容那样精确，因此它们会标出两个值，意味着电容值介于这两个值之间，这也是没有容差额定值而只有容差范围的另一个原因。

更多与电容技术相关的资讯, 请查看：

• 电容的测量
• 如何选择ESD保护电容
• 如何测量MLCC SMT电容的电容值
• 为何电容标记为mFd或MFD，但我只能找到μF电容值？
• 环氧树脂安装的MLCC电容

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关键词 : 智慧城市, 物联网

随着大数据、物联网、人工智能等技术的日渐普及，传统农业也已经在推行数字化的同时，我们身处的城市发展也在面对人口持续增长、运输系统和基础设施的保养以及升级等方面的挑战，智慧城市的落地势在必行，这有助于优化整合各种资源，让我们城市生活更便捷，为人类争取更多福祉。

在迈向数字化城市的过程中，你有哪些期待？更重要的是，有哪些技术可以推动这一进程，让你对数字化城市的创想，早日“美梦成真”？在Digi-Key最新推出的《数字化城市》系列视频中，将与你一同探究这些问题。

现在就随我们一起来
踏上数字化城市之路

【第1集】

智慧城市之路

在《数字化城市》系列专题视频第一集中，我们将探讨技术正在如何改变城市生活的方方面面——从自动送货到其所赖以运转的路线等等。 我们通过与电动汽车和物联网领域的几位专家座谈，深入探讨这些技术创新背后的核心组件和硬件。

《数字化城市》系列视频
更多的精彩内容即将推出
先来剧透一下，敬请持续关注
↓↓↓

【第 2 集】

驱动智慧城市

在第二集中，我们将探讨可再生能源在小型城镇迈向更智慧的未来的过程中，作为次要或补充电力来源的作用。 从浮动太阳能板到电池技术和能源管理，通过在诸多方面的创新，我们正在寻求既可靠又可持续的解决方案来满足不断增长的能源需求。

【第 3 集】

回归智慧城市

随着员工回归办公室，企业重新聚焦于建立员工对公共卫生的信心，这将定义更智慧的工作场所。 通过使用高效的建筑管理和独特的安全解决方案，企业可以确保当员工下一次重返工作岗位时，工作场所既干净又高效。

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作者：Jacob Beningo

关键词 : 存储器, 选料

对于所有基于微控制器的嵌入式系统而言，存储器都是其中的主要元件。例如，开发人员需要足够的RAM以存储所有易失性变量、创建缓冲区以及管理各种应用堆栈。RAM对于嵌入式系统相当重要，同样，开发人员也需要一定空间用于存储应用代码、非易失性数据和配置信息。

然而，问题在于非易失性存储器技术不断扩展，选择众多，使选择适合应用的存储器颇具挑战性。

本文对各种存储器技术进行了介绍，并以ON Semiconductor、Adesto Technologies、Renesas、ISSI、Cypress Semiconductor、Advantech、GigaDevice Semiconductor和Silicon Motion等供应商推出的产品为例，帮助开发人员了解各种存储器类型的特性。此外，本文还探讨了各种类型存储器的最佳应用，以便开发人员有效使用。

嵌入式系统中的EEPROM和FRAM

EEPROM往往是开发人员最先、最常考虑用于嵌入式系统的存储器件。在嵌入式应用中，这类非易失性存储器通常用于存储系统配置参数。例如，连接至CAN总线网络的设备可能会将CAN ID存储于EEPROM。

EEPROM的以下特性使其成为嵌入式系统开发人员的理想之选：

• 小封装尺寸
• 相对实惠的价格
• 100kbps至1000kbps的典型比特率范围
• 标准化电气接口
• 通常支持I²C和SPI接口

目前，在Digi-Key网站上快速搜索EEPROM可以发现，共有9家EEPROM供应商提供的5,800多款EEPROM。例如，ON Semiconductor的CAT24C32WI-GT3是一款32Kb (4KB) EEPROM器件，采用8引脚SOIC封装，连接I²C总线时速度可达1MHz（图1）。

值得注意的是，某些微控制器中也包含EEPROM。例如，Renesas的R7FS128783A01CFM＃AA1 32位微控制器，具有4KB板载EEPROM可供开发人员使用。

因此，配置需求不能超过4KB，否则，开发人员就需要使用外部存储器件，或使用微控制器的闪存来模拟EEPROM以扩展容量。

尽管EEPROM深受青睐，却也存在一些潜在缺陷：

• 擦/写操作寿命通常为1,000,000次
• 写周期约为500ns
• 写入单个数据单元需要多条指令
• 数据保存期为10年以上（近期的产品可达100年以上）
• 易受辐射和高工作温度影响

EEPROM适合的应用众多，但对于汽车、医疗或航天系统等可靠性要求较高的应用，开发人员则希望使用FRAM等更可靠的存储器解决方案。

FRAM是“铁电随机存取存储器”的缩写，相较于EEPROM存储器，颇具优势：

• 速度更快（写周期小于50ns）
• 写操作寿命更长（高达1万亿次，EEPROM仅为100万次）
• 功率较低（工作电压只需1.5V）
• 辐射耐受性更强

FRAM的存储容量与EEPROM相当。例如，Cypress Semiconductor的FRAM系列容量范围从4Kb至4Mb。其中，FM25L16B-GTR容量为16Kb（图2）。该器件采用8引脚SOIC封装，工作频率可达20MHz。

针对高端产品，Cypress Semiconductor推出CY15B104Q-LHXIT，容量为4Mb，支持的接口速度高达40MHz（图3）。这款FRAM存储器具有以下特性：

• 151年数据保存期
• 100万亿次读/写
• 直接替代串行闪存和EEPROM

正如您所猜想，FRAM的价格比EEPROM昂贵，因此选择适合应用的存储器时，务必仔细权衡器件的各种工作环境因素。

嵌入式系统中的闪存、eMMC和SD卡

嵌入式系统中的闪存具有多种不同用途。首先，外部闪存可用于扩展内部闪存，从而增加应用代码的可用存储器空间。常用解决方法是：使用GigaDevice Semiconductor的GD25Q80CTIGR等SPI闪存模块（图4）。如果微控制器支持SPI接口，则可通过该接口使用GD25Q80CTIGR将内部存储器扩展8Mb。

其次，外部闪存可用于存储配置信息或应用数据，而非使用EEPROM或FRAM。为了降低BOM成本或扩展内部存储器以存储应用数据，可以改用外部闪存芯片。微控制器外设和存储器映射可以配置为加入该外部闪存，以便开发人员能够更轻松地进行访问，而无需专门对所需的驱动程序进行自定义调用，来连接EEPROM或FRAM。

Adesto Technologies的AT25SF161是一款适用于该用途的外部闪存器件范例（图5）。该器件使用队列式SPI (QSPI) 接口。QSPI是对常规SPI协议的扩展，提高了系统数据吞吐量。对于单一事务需要存储或检索大量数据的应用，开发人员可留意这类器件。

QSPI免除了CPU对QSPI外设的干预，并将接口由标准的4引脚（MOSI、MISO、CLK和CS）变更为6引脚（CLK、CS、IO0、IO1、IO2、IO3）。因此，其中4个引脚可用于输入和输出，而传统SPI只用2个引脚。

最后，闪存可用于存储应用数据和有效载荷信息。例如，GPS系统往往不会试图将所有GPS地图存储于本地处理器，而是使用SD卡或eMMC器件等外部存储器件。这些存储介质可通过SPI或专用SDIO接口连接微控制器，从而有效连接外部存储器件。

例如，ISSI推出的IS21ES04G-JCLI eMMC可直接连接微控制器的SDIO接口，为其扩展32Gb的闪存（图6）。

就电气接口而言，SD卡与eMMC器件别无二致。换言之，二者虽采用不同的封装，但都具有通用引脚可用于连接微控制器。不过，这两种存储器类型却截然不同。相较于SD卡，eMMC通常具有以下差异：

• 更坚固耐用，不易出现物理损坏
• 交互更快
• 价格更昂贵
• 须焊接至电路板，不可拆卸

如果用户无需拆卸存储器，那么使用eMMC可以提供更可靠的解决方案，但仍取决于最终应用。无论哪种情况下，开发人员都需要仔细选择存储器，因为每款存储器的特性各不相同。

例如，车载子系统可能要求存储器经过可靠性验证，标准往往高于标准闪存器件。在这种情况下，开发人员需要选择通过汽车级鉴定的存储器，例如Silicon Motion的SM668GE4-AC 4GB eMMC模块。

选购SD卡时，开发人员必须慎重考虑，因为与eMMC一样，每款SD卡的特性各不相同。开发人员需仔细检查存储卡的速度等级和工作温度。例如，多数SD卡的额定温度范围为0至70 ℃，适用于消费类电子产品。

此外，每款存储卡都具有相关速度等级，用于描述预期最大接口速度。例如，在需要存储图像的应用中，使用Class 2存储卡则速度较慢，远不如专为高清视频设计的Class 10存储卡，例如Advantech推出的SQF-MSDM1-4G-21C SQFlash 4GB microSD卡。

存储器选择技巧与诀窍

为嵌入式产品选择合适的存储器类型和接口颇具挑战性。选择适合应用的存储器时，开发人员可以参考以下“技巧与诀窍”：

• 明确存储器工作条件，例如：

1. 预期擦/写次数
2. 温度、振动和辐射等环境条件和因素
3. 数据加载要求

• 记录应用中存储器正常工作的最小比特率、所需比特率和最大比特率
• 选择最接近记录中所需比特率的存储器接口类型
• 对于汽车或航天系统等恶劣环境条件，须选择通过汽车级鉴定或辐射耐受性较强的存储器
• 使用分线板将所选存储器件连接至微控制器开发套件以测试其性能

上述技巧有助于确保开发人员找到适合嵌入式应用的存储器。

总结

如今，可供开发人员选择的非易失性存储器件种类繁多，可用于存储各种数据，从应用代码到配置信息，不一而足。如上所述，开发人员需仔细评估应用需求，慎重选择存储器类型和接口，以期取得这些需求与成本之间的平衡。

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