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作者：Rich Miron

关键词：开发工具, 解决方案

“苦干不如巧干”——这句古老的格言也适用于电子行业。在电子领域，“智能”是一个行业热词。从汽车、家庭照明到工厂的运营方式，一切都趋向于“更智能”。这种“智能”技术正在迅速成为第四次工业革命进程的推动力。

随着物联网 (IoT) 和大数据的兴起，设备和基础设施之间的通信水平得到提高，使得实时决策成为现实。如今，似乎每一项新技术前面都有“智能”这个词。从智能手机到智能电表，再到智能手表——一切都变得智能起来。

在去年的纽伦堡嵌入式世界大会上，“智能”主题是Texas Instruments (TI) 展台的焦点。TI展台重点展示了四个不同应用领域，演示了适用于智能汽车、智能建筑、智能工厂和智慧城市的一系列技术。本文将探讨一系列TI精选产品，可用于帮助设计能满足未来解决方案需求的产品。

MSP-EXP432P4111 – SimpleLink MSP432P4111 LaunchPad 开发套件

该套件（图1）支持开发高精度的传感器节点应用，这些应用可以受益于集成的高精度 ADC、低功耗运行和2 MB集成闪存，以便无缝附加多个无线连接选项。特色产品MSP432P4111微控制器 (MCU) 具有如下特性：48MHz Arm^® Cortex^®-M4F，2MB 闪存和256kB SRAM，低功耗运行（有功功率低至120μA/MHz，待机功率850nA），16位性能的SAR精密ADC，以及320分段LCD。

LAUNCHCC3220MODASF – SimpleLink Wi-Fi CC3220MODASF LaunchPad开发套件

LAUNCHCC3220MODASF的亮点是CC3220MODASF，这是一款经过认证的单芯片无线微控制器模块，带有板载天线。该MCU具有集成的1MB闪存、256KB RAM和增强的安全特性。该开发套件具有现成的板载仿真和传感器。

BOOSTXL-CAPKEYPAD

BOOSTXL-CAPKEYPAD评估模块 (EVM) 是一种易于使用的平台，适用于采用CapTIvate 技术的MSP430FR2522电容式触摸感应MCU。该EVM有三种不同的使用方式：

1) 配合LaunchPad开发套件使用；
2) 配合CapTIvate开发套件 (MSP-CAPT-FR2633) 使用；
3) 配合CapTIvate编程器板 (CAPTIVATE-PGMR) 使用。

CAPTIVATE-METAL

CapTIvate金属触摸面板（图2）是CapTIvate开发套件 (MSP-CAPT-FR2633) 的扩展板。它让工程师和设计人员能够评估金属触摸技术。这是另一种电容式触摸感应技术，允许使用黄铜、青铜、不锈钢和铝合金设计出精巧的触摸模块。

TI的MSP430 MCU采用CapTIvate触摸技术，可以将灵活、创新、可靠的电容式触摸金属输入赋予各种应用中，应用范围从家用电器到便携式电子产品。

EVM430-FR6047

为了帮助评估和使用针对超声波感应应用（例如智能水表）而设计的MSP430FR6047 MCU，TI提供EVM430-FR6047评估套件。超低功耗MSP430FR6047 MCU是一款集成了超声波感应模拟前端的器件，支持高精度和准确的超声波测量。

MSP-EXP430FR2433 – LaunchPad开发套件

LaunchPad开发套件是一种易于使用的EVM，基于MSP430FR2433超值系列感应MCU。如果计划在超低功耗MSP430FR2x超值系列感应MCU平台上进行开发，那么该套件非常合适，它包含了所需的一切，其中的板载调试探头可用于编程、调试和能量测量。

MSP-CAPT-FR2633 – MSP CapTIvate MCU开发套件

该套件是一个全面、易用的平台，用于评估采用电容式触摸技术的MSP430FR2633微控制器。它含有：一块基于MSP430FR2633的处理器板、一块采用EnergyTrace技术的编程器/调试器板（搭配Code Composer Studio IDE使用可测量能耗），以及一些传感器板（用于评估自电容、互电容、手势和接近感应功能）。

LDC1314KEYPAD-EVM

该EVM（图3）采用非接触式16 按钮多功能键盘封装，用于评估LDC1314的电感式检测能力。这种降低成本的解决方案使用标准PCB技术和易于制造的元器件，不仅可以使用LDC1314，还可以与LDC1312、LDC1612和LDC1614一起使用。

LDC1614EVM

LDC1614 EVM包括两个示例PCB传感器线圈，这些线圈连接到LDC1614的四个通道。MSP430微控制器用于将LDC连接到主机。利用该EVM可以展示：如何通过电感式检测技术，来检测和测量导电目标物体的存在、位置或组成。

TMP116EVM

TMP116EVM让用户能够轻松开始使用TMP116系列。TMP116器件是高精度数字温度传感器，并且集成了EEPROM。该系列具有16位分辨率，在20°C至42°C范围内精度高达±0.1°C，在0°C至85°C范围内精度为0.2°C。

TMDSECATCNCD379D

该评估板具有Beckhoff ET1100 EtherCAT从控制器 (ESC) 和800MIPS Delfino微控制器，集C2000 MCU实时控制和实时EtherCAT通信于一体。该板可用作独立硬件以便用户熟悉软件项目，也可与DesignDRIVE IDDK一起用于伺服示例应用。如果TMDSECATCNCD379D和DesignDRIVE IDDK一起用作双板硬件解决方案，用户将会发现其中带有用于ET1100的软件驱动程序和用于C28x的从机堆栈适配层。

TIDA-01476 – TI参考设计

使用此参考设计可展示如何创建工业传感器到云端节点，该节点可连接到物联网网关和云数据提供商。此设计采用了TI的毫微功耗运算放大器、比较器和SimpleLink超低功耗Sub-1GHz无线MCU平台。所有这些共同展示了一个超低功耗传感器到云运动检测器，其电池寿命极长，无需任何布线。

TIDA-01477 – TI参考设计

与TIDA-01476相似，使用此参考设计可展示如何创建工业传感器到云端节点，该节点可连接到物联网网关和云数据提供商。此设计采用了TI的毫微功耗系统定时器（用于电源选通）、低I_q升压转换器、SimpleLink超低功耗Sub-1GHz无线MCU平台和湿度检测技术。所有这些共同展示了一种实现占空比传感器端节点的超低功耗方法，最终使电池寿命得到延长。

除上述 TI 产品外，TE Connectivity (TE) 也提供了一系列智能连接解决方案。

板级屏蔽罩 (BLS)

应用中需要零件来最大限度地减少串扰和降低EMI影响，而使用TE的标准BLS产品组合，设计人员可以快速获取所需零件，并解决问题（图4）。TE提供两种选择：标准冷轧钢材料和重量为前者1/3的铝质材料。

防水USB Type-C™连接器

TE的USB Type-C插座可提供这样一种解决方案：数据传输速度高达10 Gbps、传输功率高达100W，以及通过单一连接提供音频/视频输入。USB Type-C是当前和未来USB应用的新一代解决方案。TE的防水USB Type-C连接器达到真正的IPX8等级，能够在1.5米水深下保持可靠连接至少30分钟。

就让事物变得“更智能”而言，上述各种产品和解决方案可以发挥什么作用？对于智慧城市，TI提供广泛的模拟和混合信号产品组合、高性能信号处理和微控制器器件，以及覆盖完整信号链的产品，包括传感、信号调节、处理和通信，所有这些都有助于整合城市系统，使城市运行“更智能”。智慧城市依赖于传感器、网关、控制中心，以及通过网状网络与各级元件进行高效的云通信。所有数据收集、聚合和/或决策点都有自己的要求，因此需要灵活可扩展的半导体解决方案。为此，TI产品支持协同工作，以便实现智慧城市网络。

在汽车行业，无线技术对汽车从简陋的内燃机转变成真正的智能汽车发挥着举足轻重的作用。正因为如此，自120多年前汽车发明以来，汽车行业正在经历着最大的变革之一。TI提供系统级创新、可扩展能力和安全专业知识，使客户的行车速度更快，并优化驾驶体验。就汽车行业而言，TI的产品在高级辅助驾驶系统、信息娱乐、混合动力/电动汽车、动力总成、车身电子和照明解决方案中发挥着重要作用。

对于第四次工业革命或工业4.0，TI的嵌入式和模拟产品、系统专业知识以及易于使用的设计工具支持对系统和流程进行数字化，从而实现更智能、更高效、更安全的工厂。实时数据分析、大数据云、预测性维护、分布式智能、OPC UA TSN、网络物理生产系统和以产品为中心的制造都是使能技术，对连接、功耗、安全性、可靠性和安保大有裨益。

最后，TI提供差异化解决方案，使建筑更加智能化。通过这些解决方案，工程师能够监测和控制智能建筑，创造高效、安全、愉快的环境。为了帮助将能量收集和预测性维护等功能引入楼宇自动化系统，TI提供各种器件和参考设计来支持设计和评估解决方案。其他智能建筑应用包括更智能的无线检测，用以改进 HVAC 和照明控制。智能建筑解决方案还能带来其他好处，例如：优化能效以使建筑更加节能环保，以及提高系统可靠性等。

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您所认识的Digi-Key是怎样的？

是否只是一家选择多、正品多的电子元器件电商吗？您又知道除了卖电子元器件外，我们还在致力于为工程师提供最多的信息和资源，让设计开发更便利吗？

之前通过对Digi-Key应用工程副总裁Randall Restle先生的采访，令我们对美国的工程师进阶成长之路，以及Digi-Key为工程师提供的支持有了更深入的认识，这不禁让我们产生了更大的好奇心——作为工程师，好奇心很重要吧——希望进一步追访Digi-Key的全球学术计划主任 YC Wang先生，更深一层去了解工程师专业教育相关的信息，以及在这方面他们可以从Digi-Key得到的支持。

美国电气电子工程系大学一瞥

中国日渐强大，很多基建、创新项目也在中国各地蓬勃发展，因此对工程师的需求也在不断增加，仅中国的大学、专科学院每年都会将数以十万计的毕业生投入市场，这个市场也在不断吸引“海归”们从世界各地的顶尖学府凯旋而归，同时也有不少学生会选择前往海外进行深造。

美国的媒体每年都会对美国的高等教育学院做评估和排名，比如美国新闻U.S. News（点击查看）、华尔街日报（点击查看)和福布斯（点击查看）公布的榜单。在榜单中的各大学府中，排名的电气电子工程系大学有不少是为人所熟悉的。

U.S. News 2019年美国国立大学最具创新性的排名TOP 20

U.S. News 2019年德国大学电气电子工程系的排名TOP 6

华尔街日报高等教育学院排名2020：美国TOP 20电气电子工程系大学

福布斯美国大学综合排名2019

Digi-Key的全球学生计划主任YC Wang解释说：“美国的顶尖大学通常都拥有在许多研究领域都名列前茅的院系，因此，您可能会发现类似的名字一遍又一遍地重复。 另一个因素是地理位置及其与大公司的距离。 例如位于圣地亚哥的Qualcomm，促使加州大学圣地亚哥分校成为该地区的一流学校。 另一间名列前茅的‘常客’斯坦福大学，因为它是硅谷顶尖的研究学校，会不断开发出许多技术。”

YC特别梳理了在不同的科技领域中，比较为人所关注的几所大学：

• 人工智能：麻省理工学院，斯坦福大学，加州大学伯克利分校，哈佛大学
• 加密技术：斯坦福大学，普渡大学
• 自动驾驶汽车：卡内基·梅隆（Carnegie Mellon），斯坦福大学，密歇根大学
• 绿色能源：麻省理工学院，加州理工学院，斯坦福大学
• 无线技术：加州大学圣地亚哥分校，斯坦福大学，麻省理工学院，加州理工学院

Digi-Key在过去多年中，不间断地与美国许多顶级大学紧密合作，提供多样化的支持，与很多著名的加州大学系统的学园、亚利桑那州立大学（ASU）、亚利桑那州立理工大学（ASU Poly）、宾夕法尼亚大学都有着良好的关系，为硅谷提供最多工程师的圣何塞州立大学也是Digi-Key的好伙伴。

Digi-Key还在全国25所——这个数字还在不断增长——的顶尖大学中设有学生大使，这些学校包括：麻省理工学院、加州理工学院、加州大学伯克利分校、乔治亚理工学院、普渡大学……等等，通过这些学生大使，Digi-Key把市场上的最新的信息、最酷的分享、最便利的工具等等技术资源快速传递到校园。

理论与实践的平衡

通过Digi-Key应用工程副总裁Randall Restle的视频，我们了解到美国工程师成长之路上重要的里程碑节点和所需要花的时间，YC则提出了另一个现今教育经常被讨论的一个要点：理论与实践。

开设以项目为本的工程课程的包括传统的4年制学院（提供学士学位和/或更高学位的大学）和2－3年制学院（例如初级学院、理工学院和社区学院）。传统的课程编制是基于一个学期（学期：15周或季度：10－12周）内能完成的步伐去制定的。同样地，教学实验室因要满足教授核心概念所需的时间，所以没法传递太多行业所需的实践知识。反之，学生们必须在工程师圈子里自己学习实践技能，就像Digi-Key探访的其中一所大学的学生一样，他们的嵌入式课程完全聚焦于在微控制器架构中切换寄存器和定时器的抽象概念，而在实践技能方面就只好让学生自食其力去完成了。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校是解决这一问题的最具前瞻性的大学之一。 他们实施了完整的动手课程，可以让学生灵活运用，发挥创造力，并通过向行业开放，让学生更多地从不同企业学习。他们的课程会在第一年向学生介绍基本的电子产品，吸引他们的兴趣，令其欲罢不能，这样到毕业的那一年他们就已拥有大量的项目经验和行业经验。 这种教育途径使学生能够学习最先进的概念，与产业界的公司进行互动，并提升其实操能力、创造力和业务能力。

对发展迅速的亚洲来说，尤其是中国，这点是非常有意义的。中国拥有广阔和多样性的供应链和制造能力，有些地区如深圳，本身就有生产消费品的电子公司聚集的蓬勃发展的生态系统。精英制的教育体系能使学生对工程概念有很好的掌握，但近年来鼓励动手实践的教育形式使学生对自己的能力有更好的认识，这也能赋予雇主更多的信心。 那些极富冒险精神的学生甚至可以在上学期间构思产品，成立初创公司。

Digi-Key与您同行

Digi-Key愿意与各国各地的大学一起建立这种教育道路。 实践课程只是一个开端。从YouTube上的“内容创建者”，我们学会了“共享”的概念。当有能力去创造产品的学生（以及创客）遇上一个专业的销售平台（例如DK + Marketplace^##)时，他们能够将产品创造的概念提升到一个全新的水平。实际上学生们已经在这样做了，他们有专门的博客和网站来介绍自己的产品。Digi-Key可以作为催化剂，让他们以自助的形式制造一些更有意义的产品。

美国有越来越多的黑客马拉松赛事，Digi-Key也一直参与其中，为他们服务。这些活动一般都是24到48小时的折磨人的赛事，学生们在压力和缺乏睡眠的情况下测试他们的创造能力。学生们渴望自我表达，许多风投也在关注这些活动。即使这样的活动不会立即产生有价值的产品，但对于初创公司来说，这是一个很好的人才来源，有时学生团队最终会创作一个产品并成立一个公司。这些学生非常有上进心，也非常聪明，Digi-Key在服务这个群体过程中也受益匪浅。

Arduino和Raspberry Pi的设计令我们看到板上系统的概念正在深入人心。这产生了两种不同的新细分市场——一种来自半导体公司，另一种来自Arduino这样的公司。第一种途径是，半导体公司提供将Arduino设计转换成可以在他们的处理器本地运行的代码的途径——例如Microchip公司试图通过AVR产品实现“创客到市场”的转变，但不管这种方法功能上有多强大，对学生来说都是“不方便的”，需要时间才能掌握。而方法二是像Raspberry Pi这样的公司，把他们的硬件缩小成一个小的模块系统概念（SOM），整个处理系统将在他们的平台上，而不是作为一个小的模块放在一个更大的母板上。这也是Arduino正在缩小他们布局的另一个原因，道理是一样的。也许在未来，我们会看到一个产品的开发在高层次上由产品设计师负责，而在基本层上（接近硅Die）由相关专家负责。这种势头只会越来越明显。

有见及此，Digi-Key大学生计划项目兼顾了这两个方面。我们与自己生产原材料的原厂密切合作。比如，ST公司与加州大学洛杉矶分校合作建立了一整套物联网课程，并在课堂上使用。这种材料可以随时被扩展或压缩去配合教学需要，Digi-Key网店也提供Arm的材料，方便自学或下载去作课堂的例子。

同时，Digi-Key也为学生提供方便快捷的信息，如eeWiki、The Circuit博客、参考设计库等等。一个称为Academic Program Components Guide 的大学生计划项目正在建立，涵盖教授可能没有时间与学生深入研究，但学生需要了解的主题，并收录写得非常精准的eeWiki内容，制作成为小册子形式，方便学生打印。预告一下——第一期的内容将涵盖RLC、经典的电阻、电感和电容三种无源元件。有关FPGA的期目也会在不久后与大家见面。

此外，Digi-Key一直提供不少的实用工具，如Scheme It、KiCad、BOM物料管理清单，以及更多的资源，帮助学生创建他们自己的项目。 

^##DK+ Marketplace（https://dkplus.digikey.com/）是Digi-Key在2019年以美国为首发市场的B2B电子市场，向供应商和分销商开放，可在DigiKey.com上提供其产品和服务。

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作者：Barry Manz

关键词：物联网, 无线网络, 射频

由于技术不断创新，现在物联网 (IoT) 应用中存在多种不兼容的无线选择。尽管有选择总是一件好事，但是这也使无线网络的部署复杂化——特别是对于旧工业物联网 (IIoT) 装备，其中可能已经部署了多个无线网络，而现在需要在多个设施中加装成百上千个传感器。

为了解决这个问题，物联网收发器制造商开发了低成本、低功耗的片上系统 (SoC) 解决方案，可在单个器件中跨多个射频频段支持多种协议。

本文简要介绍了广泛使用多种短程无线通信标准和规范所带来的设计挑战。随后介绍可让设计人员灵活应对多种射频接口的NXP、Texas Instruments、Silicon Labs和Analog Devices片上系统 (SoC)，并探索这些器件的功能及其支持的无线协议。

无线选择的挑战

仅仅在几年前，都很少有支持多种无线协议的物联网收发器或微控制器SoC，因此边缘设备的制造商就会选择一种协议，并在整个产品线中使用。例如，在家庭自动化中，这是第一种有实际意义的物联网应用，一家“智能”照明产品制造商可能使用 Zigbee，另一家可能使用Z-Wave，而又一家则可能使用Wi-Fi，使本来就很复杂的新技术对消费者而言更加令人困惑。

工业物联网市场现在面临着同样的挑战，但在规模上要大得多。与地理上界限明确的家庭不同，大型制造商的厂房设施可能遍布全球，需要支持各种设备和法规要求。多协议、多频段收发器和微控制器SoC的出现，让工程师能够更轻松地部署此类设备、系统和网络架构。随着这些SoC越来越多地用于边缘设备，使用来自单个供应商的SoC在边缘设备中配置支持多种无线协议的网络将成为可能。

典型的物联网SoC特性

物联网的典型SoC包括一个基带和一个基于IEEE 802.15.4物理层 (PHY) 无线接口的射频部分，用于低速率无线个人局域网 (LR-WPAN)；一个Arm主处理器和协处理器；某种程度的加密，例如 AES-128；以及一个真随机数发生器 (TRNG)。此外，还包括电源和传感器管理电路、多个时钟和计时器，以及多个I/O选择（图1）。由于Zigbee已成为工业应用中非常流行的协议，因此在这些设备中几乎得到普遍支持，这种情况还有类似的低数据速率协议，例如Thread。

此实例中还包括低功耗蓝牙（版本4），并且越来越多的产品支持蓝牙5（版本5.1）。在5.1版蓝牙中采纳了网状网络，使得成蓝牙也成为大规模物联网中的另一个有力竞争者。但是，并非所有SoC都支持此版本，因此确定工业物联网的备选器件是否支持5.1版本非常重要。

一些器件还支持IPv6低功耗无线个人局域网 (6LoWPAN)，这是互联网工程任务组 (IETF) 基于802.15.4 PHY定义的开放标准。6LoWPAN加入了实现IPv6所需的IP报头压缩 (IPHC)、802.15.4 PHY和媒体访问控制 (MAC) 层上的标准TCP/UDP，并可在900兆赫 (MHz)（或更低）以及2.45 GHz的频率下工作。

到互联网的上行链路通过IPv6边缘路由器来处理，该路由器还连接了多台PC和服务器（图2）。6LoWPAN网络本身使用自己的边缘路由器连接到IPv6网络路由器。

6LoWPAN与众不同的一个特征是，它能够在使用标准互联网协议的任何地方提供端到端的数据包传递，这使得设计人员能够在所有应用中使用MQTT、CoAP和HTTP等高级消息传输协议。

像本文提到的其他协议一样，除了2.4 GHz，该协议也可在“Sub-1GHz”无线电上运行，因此具有良好的传播特性。例如，6LoWPAN的相关演示表明，使用射频输出功率为 +12 dBm的收发器时，在900 MHz下的覆盖距离长达四英里。低频率在室内特别有用，因为它们具有更好的穿墙能力。经过适当配置并使用合适的网桥，6LoWPAN可与任何其他IP网络（例如以太网、Wi-Fi或蜂窝数据网络）互操作。

基本协议

目前，尚无SoC支持物联网中使用的所有无线协议。对于工业物联网网络的设计人员而言，这并不是特别重要，因为某些协议（例如Thread和Z-Wave）已在消费市场中被广泛采用。这减少了Zigbee（迄今为止工业物联网中的最流行协议），以及6LoWPAN和蓝牙的竞争者。这就是说，任何支持802.15.4标准的SoC都应能够与Zigbee、LPWAN、Thread，以及可在相同频段工作的可能专有解决方案一起使用。

对于使用微型电池供电的低功耗边缘设备应用，多协议SoC通常不包含Wi-Fi，因为其功耗较高。在物联网中，Wi-Fi的主要使用之处是功耗非关键因素的回程和网关到互联网的接入。但是，由于具有高数据传输速率且几乎无处不在，因此当城市升级照明、监控和其他基础设施时，Wi-Fi是必不可少的。

对于这些应用，片上Wi-Fi SoC已经问世了多年，并且由于该技术是众多需要高数据速率的物联网应用中必不可少的一部分，因此其应用正在不断增长。仅支持Wi-Fi的SoC之一是Texas Instruments的CC3100R11MRGCR Wi-Fi网络处理器，它具有2.4 GHz Wi-Fi无线电和网络处理器以及片上Web服务器和TCP/IP堆栈。与来自TI或任何制造商的微控制器结合使用时，该SoC可在两个小型器件中形成完整的Wi-Fi解决方案。

即便如此，相当多的SoC同时支持Wi-Fi和蓝牙协议，因为这两种协议非常流行且互补。例如，Texas Instruments的WiLink 8 Wi-Fi/蓝牙组合模块系列中的WL1831MODGBMOCR就支持蓝牙和低功耗蓝牙。对于Wi-Fi，该产品包括IEEE 802.11b/g/n（最大数据传输速率为每秒100兆比特 [Mb/s]）以及 Wi-Fi Direct。该模块具有2 x 2 MIMO能力，覆盖范围是单天线设备的1.4 倍，并且在Wi-Fi模式下耗电量不到800微安 (µA)。蓝牙功能符合蓝牙4.2安全连接标准，还包含用于通过UART传输蓝牙数据的主机控制器接口，以及支持蓝牙高级音频分发规范 (A2DP) 子带编解码器的音频处理器。

在13.3 × 13.4 × 2毫米 (mm) 的封装中，包含了射频功率放大器和开关、滤波器和其他无源元器件，以及电源管理和其他资源，例如4位SDIO主机接口。

Silicon Labs的Mighty Gecko EFR32MG13P733F512GM48-D多协议SoC采用了一种有趣的方法，将微控制器与在169 MHz和2.450 GHz之间的关键频率下工作的收发器结合在一起。这使之兼容低功耗蓝牙和蓝牙5.1、Zigbee、Thread，甚至是802.15g。802.15g是设计用于智能电网网络中超大型公用事业应用的标准变体，这种网络可能在广泛分散的区域中具有数百万个固定端点。

在Mighty Gecko系列中，某些器件支持在1 GHz以下工作的网络，允许针对特定应用进行定制，从而支持各种调制方案，例如OOK、整形FSK、整形OQPSK和DSSS调制。

Texas Instruments的SimpleLink平台包括了多种硬件，支持低功耗蓝牙和蓝牙5.1、Thread、W-Fi、Zigbee和“Sub-1 GHz”解决方案（如6LoWPAN），以及以太网、CAN和USB等有线标准。根据型号，此类器件可支持两种或三种无线协议。该系列中的每个型号均可在单个软件开发环境中得到支持。

例如，CC2650F128RHBR SimpleLink多标准无线MCU包括对蓝牙、Zigbee和6LoWPAN的支持，以及对Zigbee消费电子射频 (RF4CE) 等远程控制应用的支持。后一种协议是IEEE 802.15.4的增强版，具有网络层和应用层来创建多供应商可互操作解决方案。CC2650使用32位Arm Cortex-M3作为主机处理器，用以搭配功率传感器控制器使用，即使整个系统处于休眠模式，该传感器也可以自主运行。蓝牙控制器和802.15.4 MAC使用单独的Arm Cortex-M0处理器，从而释放内存以支持应用。

NXP Semiconductors的MKW40Z160VHT4 SoC支持低功耗蓝牙及用于Zigbee和Thread的802.15.4标准，工作频率在2.36 GHz和2.48 GHz之间，并采用Arm Cortex-M0+ CPU、蓝牙链路层硬件和802.15.4分组处理器。除了主要作为一个完整的子系统来使用外，该SoC还可充当调制解调器，以将蓝牙或802.15.4连接添加至现有的嵌入式控制器，或者在无需主机控制器的嵌入式应用中用作独立无线传感器。

Analog Devices的LTC5800IWR-IPMA#PBF多协议SoC同时支持前文所述基于802.15.4的协议，以及另一种拥有有趣历史的协议，名为SmartMesh。该协议由美国加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学教授Kris Pister在1990年代后期开发，并得到了DARPA的Smart Dust项目的资助。该项目的目标是创建一款可由电池或通过能量收集供电的微型、高度可靠的无线电设备。主要客户将是广泛分布的管道公用事业部门，工作环境条件通常非常恶劣。

为了使这项技术商业化，Pister联合创办了Dust Networks，以打造称为SmartMesh的网状无线传感器网络。2011 年，该公司被Linear Technology收购，Linear Technology自身于2017年又被Analog Devices收购，SmartMesh便在这里存续下来，现在也应用于工业物联网中。

SmartMesh 包含一个自我形成的多跳节点（称为尘埃）网，用于收集和中继数据；以及一个网络管理器，负责协调性能和安全并与主机应用交换数据（图3）。由于可靠性是DARPA项目的核心要求之一，因此即使在恶劣的环境条件下，SmartMesh仍能够保持99%的正常运行时间。其通信协议是一种扩频变体，称为时隙信道跳变 (TSCH)，可将网络中的所有尘埃同步到几微秒内。

网络中的所有尘埃能够同步到不到1毫秒 (ms)，并且电池寿命可以超过10年。仅需电源去耦、晶体和天线，即可创建一个完整的无线节点。当使用全向2 dBi增益天线时，LTC5800-IPM的典型覆盖范围为室外300米 (m) 和室内100m。

总结

由于无线协议有很多变型版本，再加上还有一些遗留系统可能需要支持，因此在部署工业物联网时很难选择到合适的无线接口和协议。如上所述，跨多个射频频段支持多个短程无线协议的物联网SoC通过为设计人员带来更大的灵活性，而大幅简化了工业物联网的部署。

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关键词：电容, 无源元件, 纹波电流

电容的规格书中经常包含“纹波电流”规格。这个规格对我们的产品设计有什么影响吗？

纹波电流（I）是流过电容的交流电流。由于电容中存在内阻（ESR），因此纹波电流会产生热量§以影响电容寿命和功能。过多的热量可能会导致超过电容的最大允许核心温度，从而损坏电容。

P = I² x ESR

由于纹波电流随交流电压频率而变化，因此规范中的纹波电流值仅供参考。请注意，不同的厂商会使用自己特定的测试条件和标准——某个厂商会在100kHz下测试其物料，而另一个厂商则会在120kHz下进行测试。

如果你想了解纹波电流，请查看纹波电流图（如果厂商提供的话），或根据给定的纹波和ESR数值进行反向计算，以确定电容可处理的最大“P”值。

更多有关电容的技术信息, 请参阅：

• 电容器的等效串联电阻(ESR)
• 电容的测量
• 电容常见问题解答：纹波电流和绝缘电阻
• Kemet 氮化镓(GaN)电容在充电头应用 常见问题
• 陶瓷电容老化

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关键词：电路保护, 爬电距离, 电气间隙

问：电气间隙、爬电距离和额定电压

有时，在查找针对个人或系统保护的电气操作电压的相关信息时，你可能会感到困惑。一般来说，设备的最小绝缘距离即可为保护提供最佳信息，特别是在设备发生故障时。适当的电气间隙和爬电距离有助于确定额定电压。

电气间隙

电气间隙是指两个导电元件之间穿过空气的最短距离。

下面我们以HARTING的物料（料号为09031966921）为例，逐一解释这一问题。

确定电气间隙距离，需要：

• 确定安装类别
• 确定预期的污染程度
• 从表1中选择额定冲击耐压
• 从表2中选择所需的最小电气间隙

爬电距离

爬电距离是指绝缘材料表面上两个导电元件之间的最短距离。

确定爬电距离，需要：

• 确定安装类别
• 确定预期的污染程度
• 根据标称电压和供电系统类型，从表3中选择额定电压

对于爬电距离的长度而言，必须考虑绝缘材料的漏电起痕形式。如果没有更多注释，绝缘材料的CTI值应<400，且隔离组为III a/b。

CTI （相对漏电起痕指数）

该指数表示绝缘材料的导电性，并会影响指定的爬电距离。CTI值对爬电距离的影响如下：

• 指数值越高，爬电距离越短。

可根据CTI将塑料分成不同的绝缘组：

绝缘组	CTI
I	600≤CTI
II	4000≤CTI<600
IIIa	175≤CTI≤400I
IIIb	100≤CTI≤175I

以下是一个示例计算：

如果爬电距离、绝缘类别、污染程度已知，则可以确定使用何种电压：

如何确定电压额定值

1. 定义安装类别
2. 确定预期的污染程度
3. 从表2中选择额定冲击耐压（以kV为单位）
4. 选择源自表1中的额定系统电压的对地电压相位
5. 从表4中选择电压额定值
6. 确定相位数以及表3是否与应用相关
7. 从表3中选择供电系统的标称电压
8. 选择上述步骤4到步骤7中的较低电压

表1

表2

 表3

• 单相，三线或双线交流或直流系统

三相，四线或三线交流系统

表4

例如，09031966921连接器Harting的电压额定值是多少？答案是：09031966921在正常使用情况下为50V额定电压，因为：

1. 1.2mm爬电距离
2. 安装类型为II
3. 污染程度为2
4. 隔离组III a/b
5. CTI值<400

欲了解更多爬电距离和电气间隙的信息，请参阅HARTING的操作说明书Voltage – Creepage and Clearance (002).pdf

更多有关连接器的技术信息, 请参阅：

• 连接器的引脚间距
• 连接器中的端子定位条
• 圆形连接器的术语说明
• 测量平软线、带状跳线的间距
• D-Sub连接器的名称和外壳尺寸

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作者：Ryan Smoot，Technical Support Engineer，CUI Devices

关键词：音频, 接口, 电路设计

音频插孔是一种行业标准连接器，除了可提供基本音频连接外，还有很多潜在用途。通过了解各种可用配置，包括芯数和开关选择，设计人员能够充分利用好这种熟悉、小巧且可靠的互连解决方案。

2.5 mm或3.5 mm音频插孔在智能手机、媒体播放器、高保真音响设备及其他许多设备中都很常见。对于富有想象力的设计人员来说，它不仅可用于方便地连接外部扬声器或耳机，还可用来连接各种配件以控制设备的其他功能。其中一个示例就是配备相机快门释放按钮的智能手机自拍杆。要了解如何充分利用这种构造简单但功能多样的端口，首先要详细了解其内部信号连接和开关机构。

音频插孔可作为简单的无开关连接器使用，也可包含一个或多个通过插入插头来触发的开关。开关式连接器适用于多种用途，例如在插入耳机时断开内部扬声器的连接、检测配件的插入，或使用调音台等。如果使用的是无开关连接器，则可以使用专用音频插孔开关 IC 实现配件检测。虽然这类 IC 会增加物料清单和开发成本，但可以提供更多的功能，如开关去抖和按钮按下检测。

音频插孔规格书提供了可用的导线与开关组合，并说明了如何搭配。例如，CUI Devices SJ2-2531X-SMT音频插孔是一款纤薄型表面贴装连接器，有二芯或三芯可选，并可按无开关、单开关或双开关配置进行订购。

基本音频插孔连接

图1所示为无开关型三芯基本插孔。想象一下，将插头由左向右插入插孔，完全插入后，头、环和筒与插孔中的相应触头对齐。

图2显示了如何在2号端子位置添加开关，并通过插头尖头激活。规格书中将其称为尖头开关。此外，也可以在环端子位置布置类似的开关。稍后将说明多环插孔如何支持复杂的开关阵列。

参考图2，没有插入插头时，端子2和端子10连通，因此该开关属于常闭型。当插头完全插入而且尖头与端子2接合时，弹簧连接器受挤压，端子10与2之间的电路断开。

更复杂的配置

图3显示了如何布置更多芯数和开关。显然，插头上环形导体的数量和位置，必须与插口中的触头相匹配，以便根据预期的顺序触发开关。

到目前为止，我们介绍的开关都是简单的常闭型。不过，还有其他可用配置，例如常开、单刀双掷 (SPDT) 和双刀双掷 (DPDT)（图4）。这些开关可以与音频信号隔离，因而可用于控制其他各种电路。

一些实例

不同的连接器可用配置让设计人员拥有多种选择，以实现各种信号切换、插入检测和系统控制功能。主要的示例包括扬声器与耳机之间的音频切换（如图5所示）、插头插入检测以及电路中其他部分（与音频信号无关）的控制。

在图5的第一个示意图中，当没有插入耳机插头时，音频通过内置扬声器播放。该连接器包含尖头开关和环开关，插头插入后就会断开，如第二个示意图所示。这将断开音频信源与扬声器的连接，同时将耳机接入到电路中。

图6显示了如何使用常闭型尖头开关来检测插头插入并激活警告指示灯。

图7所示为包含SPDT开关的连接器，通过插入或拔出插头，使设备在两种工作模式之间切换。该连接器包含普通的尖头触头和环触头，但是端子4-6与端子1-3的音频信号相隔离。未插入插头时，端子4与5连通。插入插头后，端子4与5断开，而端子5与6连通。这种切换可实现主系统在不同工作模式之间的切换。

总结

行业标准音频插孔尺寸小巧、功能多样，不仅实用可靠，而且对于设计人员和设备用户而言也简单易懂。设计人员只需对各种可用功能稍加了解，即可利用这种插孔来支持新产品中的各种新增功能。不然，则需要添加更多分立开关或配件端口。因此，巧妙地使用音频插孔可以缩减物料清单成本，简化硬件设计，并加快产品功能更新的上市速度。

CUI Devices 的音频连接器产品组合包含采用各种配置和开关类型的2.5 mm和3.5 mm插孔和插头。产器覆盖表面贴装或通孔技术，以及防护等级达到IP67的防水连接器。此外，还提供采用电缆安装和通孔配置的2.5 mm和3.5 mm插头。

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关键词: 电路保护, 过压保护, OVP, MOV, TVS

问：为交流线路应用选择TVS/MOV值

在选择与标准交流公用电源搭配使用的过压保护（OVP）物料（最常见的是MOV或TVS二极管）时，一定要选择具有合适额定电压的物料；如果额定值过高，则无法提供有效的保护，而额定值过低，则会导致物料迅速烧坏并/或成为火灾隐患。

就交流线路功率而言，最常讨论的是RMS值，而非峰值。美国标准120VAC功率的峰值振幅实际上约为170伏——正弦波的RMS和峰值之间的转换因数约为1.414（2的平方根）。

此外，标准公用事业的RMS值是标称值且具有公差；对开发完善的基础设施而言，公差通常为+/-10%。因此，为了避免在常规高压线条件下的AC波形峰值处出现意外传导，应选择OVP物料，因为这些物料不会在低于标称交流线路值1.56倍的电压下激活。对于北美的标称120V服务而言，该数值相当于约188伏，但建议采用略高于此值的电压。

由于OVP物料的特征不尽相同，因此必须了解给定规格指的是峰值还是RMS值；如果参数并未注明“交流”，则假设其指的是直流或峰值，因此应基于1.56*RMS的规则来选择电压。例如，在选择用于典型的120V线路的TVS二极管时，所选物料的反向工作电压应不低于188V。但建议电压可以略高一些，以防止不必要的失效。

有关基于MOV的物料的全面选择标准，请阅读此帖。

就一般的OVP物料而言，请注意以下几条一般性原则：

• 这些物料并不精确：需要在标称OVP致动值和受保护系统的耐压电压之间设置大范围保护带。
• 这些物料不提供短路保护，因此务必在上游提供过电流保护，避免在电流过大时烧坏电路。
• 温度和阈值电压往往呈负相关，物料的温度越高，其启动电压就越低，这意味着它会变得越来越热……换句话说，千万不要选择标称值过低的OVP物料。

更多有关电路保护的技术信息, 请参阅：

• 电路保护器件的差异
• 压敏电阻规格说明：TVS – 压敏电阻, MOV
• 断路器浅谈
• 防止浪涌电流的元器件

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关键词: 裂纹, 功率电感, 无源元件，质量问题

问：模压功率电感上的裂纹

有时，你收到的一些来自Digi-Key的功率电感上可能带有可见的细纹。这是质量问题吗？这些电感是因何原因以这种方式受损的？其实在大多数情况下，它们根本没有损坏。

有些功率电感芯（如来自Würth Elektronik的WE-LHMI系列）并不是单一的铁氧体固体块，而是模压功率电感。这意味着原厂在工艺上是将铁粉和树脂粘合剂的混合物压在电感线圈的周围。

虽然我们都希望收到的物料表面干净整洁，但是由于模塑物料所涉及的制造工艺，芯材保持完美外观的能力存在一定的限制。模压功率电感无论是否存在外观缺陷，均通过了所有行业标准测试（包括针对热冲击、机械冲击、端子强度、振动、湿度、耐湿性、使用寿命等的测试）。此外，这些缺陷也不会影响产品的可靠性或性能。

下面列举了一些常见的外观缺陷的例子。

发丝裂纹

电感芯周围的裂纹几乎不可能消除，因为模塑工艺涉及同时固化树脂粘合剂和铁粉。在此过程中，在出料时会因壁面摩擦而产生小裂纹。与铁氧体功率电感不同的是，这类电感可能会出现轻微到中等及较大的裂纹，但它们不会影响产品的性能。

发丝裂纹的长度应小于端子左右两侧“H”长度的三分之一，否则将被视为缺陷。“H”表示焊接端子与物料侧面之间的距离，如上图所示。

端子上的目视裂纹

此图展示了端子左侧的一处可接受的轻微裂纹。

此图展示了端子右侧的一处可接受的较大裂纹。

以上两图均展示了目视裂纹，但这两处裂纹在规格范围内且仍然可以使用，因为裂纹长度小于高度“H”的1/3。所有其他裂纹都必须小于高度H才被视为可接受。

带标记表面的裂纹

任何出现在电感顶面的裂纹都被视为不可接受

焊盘表面裂纹

在靠近焊盘表面的底面也可能出现裂纹。如果裂纹长度小于2mm，则认为该物料是可接受的。

欲了解更多信息，请查看Würth Elektronik的应用笔记：ANP020: 模压功率电感上的裂纹 

更多有关电感的技术信息, 请参阅：

• 电感—额定电流与饱和电流
• 电感器选型时，别忘了这个重要参数: 直流电阻
• 电感（线圈）的Q值
• 自谐振频率 ( SRF )
• TDK电感/线圈常见问题：物料标识

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作者：Hoop

关键词：开发板, 程序设计, MKRzero, Arduino

最近在网上购买了一款进阶版的Arduino开发板MKRZERO。Arduino的MKRZero将Arduino Zero的功能缩小到了Arduino MKR1000外形尺寸，MKRZero开发板是学习32位应用程序开发的绝佳教学工具。

它具有一个板载SD连接器，带有专用SPI，允许用户使用Arduino Sound库和I²S库与音乐文件交互，无需额外硬件。该板带有Microchip的SAM D21 MCU，采用32位ARM Cortex-M0+内核，工作在3.3V逻辑电平。该板上包含支持该微控制器所需的各种元器件；仅需通过一根micro-USB电缆与电脑连接，或者由一块锂聚合物电池供电即可开始工作。电池电压也可以监控，因为电池与电路板的模拟转换器之间存在连接，并且电路板包含充电电路，可以从5V电源轻松为锂聚合物电池充电。

话不多说，直接上图。

这次测试过程大致如下：借助红外遥控器，控制红外接收器。只有当红外接收器接收到指定信号（遥控器指定键值）时，通过MKRZERO开发板点亮板载LED灯或熄灭LED灯。所需实验器材如下图所示。

我在上次测试Arduino UNO时已经安装了IDE开发环境，故这次只需选择对应相关硬件及开发版的端口号即可。将开发板通过micro-USB电缆连接到PC机，这时便可以在设备管理器中查到对应的端口号，具体设置如下图方框所示。

由于要用到红外遥控函数库IRremote，故需要在库管理器中搜索安装该库，安装过程如下图所示。安装成功后，该库后面显示INSTALLED。

程序清单如下，需要注意的是MKRZERO板载LED是32号引脚，接受红外信号输入为7号引脚，同时需要打开串口显示器，以便知道按键的具体键值。我们这里使用1号按键对应键值为0xFFB04F，通过1号键点亮LED；2号按键键值为0XFF9867，通过2号键熄灭LED。

程序清单

#include <IRremote.h>
int LED = 32;
int PIN_RECV = 7;
IRrecv irrecv(PIN_RECV);
decode_results results;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  irrecv.enableIRIn();
  pinMode(LED,OUTPUT);

}

void loop() {
  if (irrecv.decode(&results)) {
    Serial.println(results.value,HEX);
   switch(results.value)//通过这个循环，比对
    {
      case 0xFFB04F://注意红外遥控器距离不能太远，否则键值不一样。
        digitalWrite(LED,HIGH);
        delay(500);
        break;
      case 0XFF9867://注意红外遥控器距离不能太远，否则键值不一样。
        digitalWrite(LED,LOW);
        delay(500);
        break;
    }
    irrecv.resume();
  }
  delay(100);
}

实验具体结果如下图所示：

1号按键点亮LED灯。

2号按键熄灭LED灯

结论

Arduino的MKRZero为用户带来了一款较小格式的采用 MKR 外形尺寸的 Zero 开发板，非常适合嵌入式系统设计。其简单的IDE环境，丰富的库函数使得开发者可以将注意力集中在功能的开发上。避免了繁琐的代码编写，提高了开发系统的效率。

Digi-Key工程师有话儿说

感谢hoop大神分享基于MKRZero的板载LED红外控制测试，小小的测试可以看到这块板子易于上手，是学习32位应用程序开发不错的教学工具。

Arduino的MKRZero另一大特点是具有一个板载SD连接器，带有专用SPI接口，无需额外硬件，即可播放音乐文件。由于用户允许使用Arduino Sound库和I2S库与音乐文件交互，可以考虑创建一些简单、音乐文件交互的小玩意。喜欢的可以浏览这两个库一下。

• Arduino Sound库的参考资料: 基于SAM D21的板上使用Arduino播放和分析音频数据的简单方法。
• I2S库的参考资料: 基于SAMD21的板上使用I2S协议。I2S是用于连接数字音频设备的电子串行总线接口标准。

对于新手用户，可能需要注意MKRZero是以3.3V工作。若果高于3.3V的电压施加到任何I / O引脚上，都可能会损坏此块板子。

作者简介

Hoop
安徽工程大学电气学院教师，主讲课程电子创新设计、嵌入式系统设计原理与应用。

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# 关键词: 5G天线, 天线, 无线通信, 射频, 选型

随着通信技术的迭代和发展，无线通信正在从4G跨进5G时代。近些年来，随着IoT概念的持续升温，诸如智慧城市、智能家居等应用场景逐渐兴起，更是对无线通信的技术升级换代进一步推波助澜。

但是在技术更迭中，不可避免的，我们会遇到新的技术问题。比如天线选择的问题，就是一个看上去简单，但却让很多开发者有些摸不到脉络的议题，尤其到了5G时代，天线产品和方案又呈现出了不少新的特点，在5G天线选型的过程中，也会被一些问题所困扰，比如：

• 天线匹配电路的设计
• PCB布板时关于天线类产品净空区的设计
• 不同类型天线的适用场景以及研发过程中的切入时间点
• 不同类天线类产品的优劣点

在最新一集的《大咖在DK》专题视频讲座中，我们有幸邀请到了天线行业优势品牌Molex公司的专家，他将通过深入介绍Molex天线产品及其选型中的小技巧，全面系统地梳理5G天线选型关键的知识点，为大家答疑解惑。

本期《大咖在DK》专题视频讲座分为两个部分。

第一部分视频着重讲述5G的应用场景，以及在5G天线产品选型中需要考虑的主要参数。

点击观看↓↓↓

第二部分视频详细讲解了Molex在5G场景下的优势产品，以及天线设计中的常见问题和对策。

点击观看↓↓↓

为了帮助大家快速进行5G天线的选型，我们将Molex相关天线产品梳理如下：

• 209142
• 146234
• 207901
• 208485
• 214429

了解更多Molex相关技术资源，请浏览得捷电子网站：

• Molex产品专页
• Molex 天线专页
• MolexGNSS 天线系列

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