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关键词：EMI滤波，连接器

Molex EMI 滤波 D-sub pi 适配器和连接器提供了可靠的解决方案，可减轻苛刻环境中的电磁干扰 (EMI)，例如军用和商用飞机中的发动机控制、机载无线电、成像设备、过程设备等。

这些连接器采用紧凑的设计，增强了信号完整性 (SI) 并符合监管标准，简化了实施，同时提高了整体性能和可靠性。

产品特性

• EMI 滤波器内置于连接器中，以便在 PCB 上提供额外的空间
• 能够承受高达 DO160 IV 级的雷电和交流瞬态环境条件（可提供瞬态选项）
• 一体式压铸连接器外壳带有接地平面屏蔽接口，可增强高频性能
• 通过单一封装中的电源和信号滤波实现一致的性能
• 提供节省时间的垂直整合
• 实现卓越的性能和最小的阻抗
• 提供多种机械配置，提供设计多功能性
• 接地线和绝缘线位于同一连接器内，以节省 PCB 空间

适用范围

• 军用和商用飞机

飞行控制

发动机控制

导航系统

• 军事（国防）

战术武器

无人机 (UAV) 飞行控制

目标采集系统

夜视传感器

机载雷达

• 医疗技术

电子装置

成像设备

• 电信

蜂窝基站

移动/蜂窝中继器

• 商业

外围及终端设备

图形系统和工作站

• 工业自动化

工艺设备

气体监测器

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作者: Lashley Wang

关键词: PLC

敲黑板

1. Crouzet 为用户提供了哪几种预设热敏电阻类型？
2. Crouzet-Soft 软件的设计理念是什么？
3. 在Crouzet 提供的预设热敏电阻类型之外，是否可以选用其他热敏电阻进行替代？

几位客户询问了与Crouzet可编程逻辑控制器（PLC）如EM4和Millenium Slim匹配的热敏电阻。

热敏电阻的电气连接在EM4和Millenium Slim的相关数据手册中已清晰呈现。热敏电阻的选择也在Crouzet-Soft工具的APP选项卡下清晰呈现，如下所示。此软件功能反映了Crouzet简化用户界面的设计理念。这类似于Arduino的抽象理念，确保在中等至复杂任务中取得早期成功。不同之处在于Crouzet-Soft允许使用一系列模块和连接线进行图形化编程方法。

如果您正在阅读此说明，您可能想知道NTC1、NTC2和NTC3涵盖了什么类型的热敏电阻。

Crouzet似乎已经通过嵌入三种类型热敏电阻的选定热敏电阻曲线来处理了这项艰巨的工作。这些可用的类型为：

1. NTC1：89750180
2. NTC2：89750174、89750182和89750185
3. NTC3：89750186

您或许可以将其他热敏电阻替代到您的Crouzet应用中。然而，继续使用具有已知精度曲线的简单易用实施方案可能更好。

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作者: Angus Lai

关键词: 功率

敲黑板

1. 目前市面上有哪些主流的集成 GaN 功率级解决方案？
2. Infineon CoolGaN™ Drive 的核心优势是什么？
3. onsemi Vertical GaN 与一般的横向 GaN 有何不同？
4. TI LMGxx 系列的主要技术亮点有哪些？

目前市面上已经有许多集成 GaN 功率级解决方案，像是 Infineon CoolGaN™ Drive、onsemi Vertical GaN（GaN‑on‑GaN）、TI GaN Power Stages（LMG36xx / LMG26xx / LMG34xx）等解决方案，各个解决方案均有其技术方案与定位，以下将说明它们之间的差异与应用取向。

新一代硅、氮化镓和碳化硅技术的关键性能指标，及其对基本开关操作的相关性比较（来自 Infineon）

Infineon 的 CoolGaN™ Drive 系列的核心定位是基于 Infineon 自家 CoolGaN™ GaN 晶体管所推出的集成栅极驱动功率级解决方案，方向在于在中压至高压电源与变频应用中简化设计和提升性能。CoolGaN™ Drive 系列具有在 600–700 V 级别上提供单开关与半桥（half-bridge）器件，将 GaN FET 与智能栅极驱动器集成在单一封装中，可支持可调 dv/dt、内建保护（过流 OCP、过温 OTP、短路 SCP 等），某些型号还集成了无损耗电流传感（lossless current sense），利于电流侦测与保护功能，并通过集成驱动与封装设计显著降低寄生电感与 EMI 风险，提升系统稳定性与效率。

Infineon CoolGaN™ Drive 系列的适用场景包括中高压 AC/DC 转换（如适配器、电动工具电源、工业电源）、典型中频（大于 200 kHz）电源拓扑等。CoolGaN™ Drive 系列具有设计容易度提升、BoM 降低、高功率密度与效率、良好的保护与耐久性等优势，并有半桥配置选择，可用于图腾柱 PFC、LLC 等拓扑。

onsemi 的 Vertical GaN（垂直 GaN）不是单纯的集成驱动功率级，而是新一代功率器件架构，其 GaN 层直接生长于 GaN 基板上，使电流垂直通过芯片（从顶到底），与传统横向 GaN HEMT 不同。此种电流垂直流动结构设计方式，可实现更高的耐高压、高电流能力与更低热阻，预期达到比横向 GaN 更高的功率密度与效率，在 AI 数据中心、电动汽车逆变器及大功率 DC-DC 应用更具优势，目标电压可达 1200 V 或更高，扩大到 SiC 等宽带隙器件的电压等级。

一般的横向 GaN（CoolGaN™、TI LMG 系列等）以低至中电压范围为主（通常小于 800 V），Vertical GaN 旨在填补高压（大于1 kV）领域，并具备更佳的功率密度和散热。主要应用于数据中心的 800 V DC-DC 转换、电动汽车电机变频、大型储能和再生能源系统等。

TI 的 LMGxx 系列则为集成GaN 功率级，在一个封装中结合 GaN FET、栅极驱动器、保护功能（UCP／OCP／OTP）与电流传感器件，是典型的“半桥功率级”。LMGxx 系列有不同的子系列，包括 LMG26xx / LMG36xx / LMG34xx。LMG26xx系列支持 650 V GaN 半桥，内建驱动与电流传感，适合中频开关电源。LMG36xx 系列（如LMG3622／LMG3624／LMG3626）为 700 V 类型，集成 GaN FET 与驱动器，支持可调开关压摆率（Slew Rate）控制以减缓 EMI、振铃问题，内建过流保护、过温保护、欠压锁定（UVLO）与低静态电流设计。LMG34xx则是另一组 GaN 功率级产品，可配合 TI 的评估板以快速测试高频表现。

TI 的 LMGxx 系列的技术亮点包括可提供集成化电流传感，以降低外部传感器件，并可设定开关压摆率，有助于 EMI／振铃控制，高集成度使 PCB 布局更简单、寄生效应降低。典型应用包括 AC/DC／DC/DC 电源、USB-PD 充电器、PFC／LLC 转换器、工业电源等。

整体来说，Infineon CoolGaN™ Drive 重点在于“易用性与集成化”，降低设计门坎、加速 GaN 应用采用。onsemi Vertical GaN 则着眼于高电压与高电流市场，是一种次世代 GaN 架构，目标超越现有横向器件限制。TI LMG 系列则是成熟的 GaN 功率级产品线，以系统化高集成方案支持各类标准功率电源转换应用。

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作者：DigiKey Editor

关键词：能量收集，能量转换，储能

随着全球对可持续能源与环保技术的关注日益提升，能量收集技术（Energy Harvesting）成为关键的创新领域之一。这项技术通过回收环境中原本尚未被利用的能量，例如太阳能、热能、振动能、无线电波能量等，将之转换为可用的电力，为各类设备提供稳定而持续的能源供应。

过去，能量收集技术主要应用于小型电子设备，如无线传感器、物联网（IoT）设备及生物医疗设备，但随着材料科学、能源管理与人工智能技术的进步，其应用范围逐步扩展至智能城市、工业自动化、可穿戴设备，甚至是新能源交通工具。未来，通过更高效的能量转换技术、更智能的能量管理系统，以及与无线电力传输技术的集成，能量收集将在降低电池依赖、延长设备寿命、提升能源自给率方面发挥更大作用。

常见的能量收集技术原理与应用

能量收集是一种将环境中的可用能量（如太阳能、热能、振动能、射频能量等）转换为电能的技术。其目标是为无线传感器、可穿戴设备、物联网设备等提供持续的电力，减少对电池的依赖，延长设备的使用寿命，并实现自供电系统。目前主要的能量来源与技术相当多样，以下先简单介绍一下相关的技术。

首先是光伏能量收集（Photovoltaic Energy Harvesting），这是最常见的能量收集技术，这是利用太阳能电池（如硅基太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池）将光能转换为电能，可应用于无线传感器节点、可穿戴设备、智能农业、环境监测系统。

第二种是采用热能收集（Thermoelectric Energy Harvesting）技术，这是利用热电发电机（Thermoelectric Generator, TEG）基于赛贝克效应（Seebeck Effect）将温差转换为电能，常应用于工业设备监测、人体热能供电的智能穿戴设备、自供电物联网设备。

另外一种常见的能量收集技术，是通过振动与机械能收集（Piezoelectric & Electromagnetic Energy Harvesting），包括采用压电能量收集，利用压电材料（如PZT、PVDF）将机械振动转换为电能，以及采用电磁感应进行能量收集，这是通过磁场变化（如线圈与磁铁的相对运动）来发电，常应用于智能建筑中的振动传感、铁路与桥梁监测、车辆胎压监测系统（TPMS）。

另一种近来颇为热门的能量收集技术，是射频（RF）能量收集（RF Energy Harvesting），这是利用天线接收环境中的射频（如Wi-Fi、4G/5G、RFID）并通过整流电路转换为直流电能，常应用于无线传感器、低功耗IoT设备、植入式医疗设备（如心律调节器）。

此外，还有一种采用流体与生物能量收集的技术，这是利用水流与风能通过微型涡轮或压电材料转换为电能，或是通过生物燃料电池（Biofuel Cell）利用酶催化反应发电，常应用于海洋环境监测、智能农业、可植入医疗设备。

另一方面，在电动车应用中，动能回收系统（Kinetic Energy Recovery System, KERS）是一种通过回收并存储车辆运行过程中的动能，以提高能源利用效率的技术。这项技术最早应用于赛车领域，后来逐渐扩展至商用与民用车辆，甚至在电动交通工具、铁路运输与工业设备中发挥重要作用。

能量收集技术将可广泛地应用于物联网、可穿戴设备与植入式医疗设备、工业4.0与智能制造、智能城市与基础设施监测、无线通信与5G自供电设备、电动车的动能回收系统（KERS）等领域。

展望未来，能量收集技术还将与新型储能技术（如超级电容、固态电池）相结合，可形成分布式能源供应系统，提高能源使用效率，提升电力供应稳定性，以支持长时间运行。此外，能量收集技术将朝向混合式能源管理发展，通过AI算法优化能量使用策略，并研究更高效的压电材料、利用智能电源管理系统，以及通过采用超低功耗的IC设计，优化电力管理电路，提高能量收集的可靠性和稳定性与供电能力。

能量收集技术	主要原理	典型应用	优势	限制
太阳能（Solar Energy Harvesting）	通过光伏（PV）电池将太阳光转换为电能	户外无线传感器、可穿戴设备、智能建筑、微型电子设备	能量来源丰富、可持续供电	受天候与光照条件影响，转换效率有限
热能收集（Thermal Energy Harvesting）	通过热电材料（TEG）利用温差产生电力	工业设备、人体动力设备（如智能手环)、汽车与发电厂废热回收	废热回收有效率，可用于人体与工业环境	需要稳定的温差，输出功率较低
振动／机械能收集 （Piezoelectric & Electromagnetic Harvesting）	利用压电材料或电磁感应将机械运动转换为电能	铁路与公路发电、工业机械、可穿戴设备	能量来源广泛，可用于微功率设备	发电量小，受外界机械运动影响
无线电波能量收集（RF Energy Harvesting）	通过天线接收无线电波（Wi-Fi、4G/5G）并转换为电能	物联网（IoT）设备、低功耗无线传感器、智能家居	可从环境中获取能量，适用于低功耗设备	转换效率低，需靠近强信号源
流体动能收集（Hydro & Wind Energy Harvesting）	通过水流或风力推动涡轮发电	微型水力发电机、风力发电设备、自给式海洋传感器	可提供较大功率，适合长期运行	受环境影响大，需特定条件运行
生物能量收集 （Biochemical Energy Harvesting）	通过生物化学反应（如人体血糖或酶催化）发电	植入式医疗设备、生物传感器	适合医疗领域，可直接从生物体获取能量	技术尚未成熟，能量输出较小
动能回收系统（KERS, Kinetic Energy Recovery System）	通过电动、机械、液压或气压方式回收车辆减速时的动能，并存储为可用能量	电动车（EV）、混合动力车（HEV）、F1赛车、公共运输、工业机械	可提高能效，减少燃料消耗，提高车辆性能	需要额外的储能设备（如电池、飞轮），结构复杂，成本较高

结语

能量收集技术作为可持续能源领域的重要突破，正在推动物联网、智能城市、工业自动化及新能源交通等应用的发展。随着材料科学、微型化技术及能量转换效率的提升，各种能量来源（如太阳能、热能、振动能、无线电波能量及动能回收）将被更有效地利用，为低功耗设备提供稳定的电力支持，甚至减少对传统电池的依赖。

未来，能量收集技术的发展将朝向更高效、智能化与多源融合的方向演进。例如，通过人工智能（AI）和机器学习（ML）优化能量管理，开发自适应能量收集系统，以及与无线电力传输技术相结合，提升能源传输与存储效率。此外，新能源汽车领域的动能回收系统（KERS）也将进一步提高电动车的续航能力，降低能耗，推动绿色交通的发展。

在全球碳中和与可持续发展的目标驱动下，能量收集技术将成为未来关键的能源解决方案之一。通过技术创新与跨领域融合，这项技术有望加速实现智能化、无线化与能源自给自足的未来，为全球环境保护与能源利用带来更深远的影响。

除了本文所介绍的能量收集技术与未来应用发展趋势之外，未来还将为您介绍当前热门的能量收集解决方案的详细解析，请持续关注！

为协助您快速了解能量收集技术的解决方案与相关技术，DigiKey特别在以下的网页介绍了能量收集技术的能源效率、能量收集和太阳能、微电网和电池储能解决方案，欢迎点击观看能量收集技术的相关网页介绍。

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• 什么是能量采集？它如何与 EFR32xG22E 套件配合使用？ 
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• 在工业物联网设施中利用无线能量收集开关来节省时间和成本
• 如何以及何时使用能量采集技术为大规模物联网供电

精选产品

ANYSOLAR KXOB25-12X1F-TR 单晶 太阳能电池 24.5 mW 690 mV	PowerFilm MPT2.4-21 太阳能电池 34 mW	ANYSOLAR KXOB081K06TF-TR 单晶 太阳能电池 105.9 mW 4.15 V	Adafruit 4755 BQ24074 太阳能电池充电器 电源管理 评估板
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当女性工程师的创意火花遇上硬核硬件资源，一场为期48小时的创新狂欢即将落地上海。DigiKey正式宣布赞助2026 Herstory 女性硬件黑客松，与数千名女性创客一起，把AI与硬件的奇思妙想变成触手可及的原型作品。

美国明尼苏达州锡夫里弗福尔斯消息，全球领先的电子元器件与自动化产品分销商DigiKey，正式官宣成为2026 Herstory 女性硬件黑客松的赞助合作伙伴。这是DigiKey在中国首次赞助专注于女性工程师群体的专业技术活动，本届活动将于8月14日至16日在上海举办，通过沉浸式训练营、共学项目与黑客松赛事，汇聚超5000名女性科技从业者，搭建起女性工程师与创客群体的深度连接平台。

作为本次赞助的核心支持内容，120位优秀女性创客将获得Adafruit、DFRobot及Seeed等头部开源硬件生态的专属资源包，搭配DigiKey全品类优质元器件与高效选型平台，参赛者可在48小时内快速落地先进环境感知、人机交互(HMI)设备、离线语音与视觉AI等方向的创新原型，大幅降低硬件创新的试错门槛。

DigiKey全球战略营销高级总监Brooks Vigen表示：「能够支持Herstory 女性硬件黑客松，并汇聚优秀的女性开发者、硬件工程师和科技创业者，我们深感荣幸。此次合作进一步体现了我们持续降低硬件创新门槛的使命。我们相信，借助合适的开源工具和资源，每个人都能够快速将创新想法变为现实。DigiKey对女性技术人才的支持不会止步于本次赛事。作为长期承诺的一部分，公司将持续投入资源，支持女性技术人才、推动社区生态建设，并通过DigiKey官方技术论坛发布优秀项目教程和实践案例。」

本次活动中，DigiKey还特别设立「闪耀女创客奖」，从技术能力、创新落地、现实问题解决力、社区贡献、推动女性科技发展等多个维度，表彰在硬件开发与产品设计领域表现突出的女性工程师与创新者，为女性技术人才的成长提供更多曝光与支持。

结语

从元器件选型到原型落地，从赛事比拼到长期社区成长，DigiKey始终希望为每一位女性创客扫清硬件创新路上的障碍。8月的上海，期待和你一起，看见女性科技力量的无限可能。

想要了解DigiKey全品类元器件资源与创新支持计划，欢迎访问 DigiKey.cn 探索更多内容。

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作者：Jessica Shapiro

关键词：单片机，Matter，智能家居

2025 年，全球智能家居技术市场价值 1475 亿美元，预计 2034 年前的复合年增长率 (CAGR) 为 21.4%。这一增长部分得益于 Matter 标准实现了设备互操作性。

Matter 标准始于 2019 年的 IP 互联家居 (CHIP) 项目，这是一个由多家公司合作构建开源智能家居网络的联盟。该标准于 2022 年发布了 1.0 版，并于 2025 年 11 月发布了 1.5 版。其关键原则是承诺：获得 Matter 认证的产品可以相互连接，并且可以连接到由任何 Matter 联盟成员（包括 Google、Amazon、Apple 和 Samsung）制造的智能家居中枢。

每个新版本的标准都支持更多设备类型，使其能够通过 IPv6 以及低功耗、低延迟网络在本地连接，无需云网关。当前支持 Matter 的设备列表包括智能灯具和插座、家电、传感器、窗帘、空调和热泵机组、太阳能电池板、Wi-Fi 路由器、扬声器和视频播放器等。

消费者期望将此类设备添加到其智能家居网络时，能实现无缝连接并立即工作。为此，原始设备制造商 (OEM) 需要从一开始就将 Matter 架构集成到其产品中。

Matter 系统的构成

Matter 智能家居系统中的设备可能扮演以下一个或多个角色：网关、控制器、边缘节点、终端节点和桥接器。网关将系统连接到互联网，并使用 Wi-Fi 与控制器、边缘节点和桥接器交互。控制器向边缘节点和终端节点发送命令，而边缘节点和桥接器则只是在节点与网关或控制器之间路由信息，无需应用逻辑。

Matter 架构的另一个核心原则是通过低功耗射频 (RF) 通信实现高能效。蓝牙连接用于设备接入网络的初始调试，但网络本身由使用相同频段的其他协议组成。Matter 网络使用低功耗 Thread 协议来创建低延迟、自修复的网状网络。桥接器充当翻译器，将使用其他协议（如 Zigbee）的设备连接到网络中（图 1）。

Matter 网络上的设备必须具备无线通信能力（窄带、Wi-Fi 或两者兼具）以及一个单片机 (MCU)，用于运行应用程序、管理通信并确保设备安全。通信协议的选择和 MCU 的规格取决于设备的网络角色、能耗特性及其对消费者的用途。例如，作为终端节点的智能灯泡可能结构简单，仅能接收并执行开/关命令，而路由器则复杂得多。

智能家居单芯片系统

Thread 边界路由器必须在 Matter 网络所期望的能效和低延迟，与管理 Thread 和 Wi-Fi 通信、设备安全和应用程序执行的复杂性之间取得平衡。NXP Semiconductor 的 RW61X Wi-Fi 6 Tri-Radio 在一颗芯片上集成了一个处理内核、一个能够在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段传输 20 MHz 信道的 Wi-Fi 无线电、一个用于调试和网状网络组网的窄带无线电以及一个用于管理设备密钥和信任配置的安全飞地，仅需 3.3 V 外部电源即可运行（图 2）。

RW61X 的 MCU 子系统采用 260 MHz Arm® Cortex®-M33 内核，具有 TrustZone™-M 硬件安全和 1.2 MB 静态随机存取存储器 (SRAM)。该 MCU 可以通过串行外设接口 (SPI) 和通用异步收发器 (UART) 与设备通信，通过集成电路总线 (I²C) 接口与传感器通信，通过集成电路内置音频总线 (I²S) 接口与音频输入设备通信。精确时间协议 (PTP) 允许通过芯片 100 Mbps 以太网模块的物理层 (PHY) 实现网络同步。

RW61X 芯片支持基于 Wi-Fi 6 的 Matter-over-Wi-Fi，以提升网络性能和能效。RW61X 的内置射频功率放大器 (PA) 和低噪声放大器 (LNA) 结合了 125 mW 的发射功率，确保了稳定的通信。3 级 Wi-Fi 保护接入 (WPA) 提供了加密和安全性。

这些芯片还可通过低功耗蓝牙或 IEEE 802.15.4 支持 Matter-over-Thread。它们还获得蓝牙 5.2 和 5.4 认证，支持多种蓝牙操作模式，包括高速 2 Mbps 模式、通过编码 PHY 在更远距离上以较低速率传输数据的远程模式，以及广播扩展模式。在广播扩展模式下，设备可以广播更大的数据包，可以更容易被发现。这种窄带无线电模块同样使用射频 PA 和 LNA 来实现 32 mW 的发射功率。

在 RW61X 芯片中，安全性（Matter 智能家居生态系统的重要组成部分）通过 EdgeLock 安全飞地进行管理。这个防篡改硬件通过设备的证书、加密密钥和身份对其进行认证，从而建立信任根。安全引导、调试和更新保护，硬件加密，以及物理不可克隆功能 (PUF)，有助于 RW61X 芯片满足物联网平台安全评估标准 (SESIP) 3 级保证和平台安全架构 (PSA) 3 级认证框架要求。

用于终端节点的低功耗芯片

虽然 RW61X 芯片可以作为 Thread 边界路由器、智能家居中枢和边缘节点，但像传感器和门锁这样的电池供电终端节点则需要简单得多的架构。NXP 的 MCX W 系列单片机针对高能效的 Matter-over-Thread 和 Zigbee 通信进行了优化（图 3）。

MCX W 系列 MCU 拥有一个专用于低功耗蓝牙和 IEEE 802.15.4 无线电的处理内核和存储器，以及一个 96 MHz 的 Arm Cortex-M33 主处理器，主处理器自带 1 MB 到 2 MB 的闪存和 128 KB 到 256 KB 的 RAM。与 RW61X 芯片一样，MCX W 系列 MCU 通过带有 EdgeLock2GO 云支持的 EdgeLock 安全飞地处理安全。其稳健的设计能够确保终端节点设备在 -40°C 至 125°C 的宽温度范围内保持连接。

除了用于终端节点设备，MCX W 系列 MCU 还可以与 RW61X 及类似芯片配对使用。在此配置中，MCX W 系列的独立无线电子系统卸载了连接任务，并释放主 CPU 来执行主要应用程序。配对后，MCX W 系列 MCU 在智能家居中枢、家用电器和网关中扮演着重要角色。

供应链智慧

面对如此多的可选组件及其可能的配置方案，智能家居网络和产品设计人员可能会感到不知所措。像 RW61X 芯片和 MCX W 系列 MCU 这样的产品，凭借其在智能家居网络中胜任多种角色的能力，可以提供帮助。

设计人员可以通过面向物联网优化的 Zephyr 实时操作系统 (RTOS)，借助 MCUXpresso IDE / MCUXpresso for Visual Studio Code 以及 NXP 的应用代码中心获取编码支持。他们还可以利用像 FRDM-RW612 这样的低成本开发板（图 4）制作设计原型。

除了这些开发板、全系 RW61X 芯片和 MCX W 系列 MCU 外，NXP 的产品组合还包括在智能家居设备和应用中用于与其互补的其他组件。智能家居技术设计人员可以利用 NXP 的网站找到其设计所需的所有产品，以及相关的技术信息和教育资源。

结语

智能家居应用市场持续增长，部分原因是 Matter 网络协议实现了跨平台互操作性。像 NXP 的 RW61X 芯片系列和 MCX W 系列 MCU 这样的硬件组件，专为为智能家居组网而设计，可以胜任多种互补的网络角色。设计人员能够一站式获取丰富多样的产品、齐全的智能家居组件技术资料库及教育资源，从而更高效地打造下一代智能家居。

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作者: Alan Yang

关键词: 电路设计

敲黑板

• 电荷泵的核心工作原理是什么？
• 电荷泵相比传统 Buck/Boost 电路有什么核心优势？
• TPS60403 适合给什么类型的负载供电？
• 电荷泵中的”飞电容”（Flying Capacitor）起什么作用？

电荷泵（Charge Pump）是无电感、仅依靠电容充放电转移电荷的 DC-DC 拓扑。

以TPS60403举例，下面是反相型开关电容电荷泵核心等效模型，对应 TPS60400 芯片内部电路

核心器件：飞电容 C_（fly） （flying capacitor）

该电容是能量搬运载体，芯片分两个相位交替给飞电容充电、反向放电，以此在输出端生成负电压，全程不需要功率电感、肖特基续流管。

TPS60400 是 TI开关电容式负压电荷泵，无需电感，仅依靠电容转移电荷实现「正输入→等幅负输出」，专为小电流模拟负载（运放、DAC、基准）提供负压电源。

三颗关键电容作用

三颗电容作用（全部低 ESR X7R 陶瓷）

1）输入电容C_I（IN-GND，1µF）

滤除芯片内部开关带来的输入高频尖峰，稳定前级供电；若输入长线，必须保留。

2）飞电容 C_fly（5 脚↔3 脚，1µF）

电荷传输核心，两个相位完成电荷搬运，是产生负压的唯一储能元件。

3）输出电容C_O（OUT-GND，1µF）

平滑负压纹波、储存电荷给负载供电，电容越大输出纹波越小。

电路核心优势

1. 无电感：不存在磁性元件，EMI 辐射极低，适合射频、高精度模拟前端；
2. 外围极简：仅 3 颗贴片陶瓷电容，PCB 占用面积极小；

相关资料：
TPS60403数据手册

相关产品：

TPS60403： 非稳压型电荷泵负压逆变器，输入 1.6~5.5V，最大输出 60mA 负压，外围仅 3 颗电容，体积小巧，适合运放、LCD 小电流偏置供电。

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作者: Alan Yang

关键词: 晶体管

敲黑板

• 晶体管数字开关速度主要受什么因素制约？
• Baker 钳位电路能将 2N3904 的关断时间缩短多少？
• 搭建 Baker 钳位电路需要哪些核心器件？
• 使用 Baker 钳位有什么代价或取舍？
• 为什么不能用特征频率 f_T 来判断晶体管的数字开关速度？

晶体管的开关速度主要受饱和效应制约。本文及配套演示介绍了 Baker 钳位电路（Baker Clamp），可将 2N3904 晶体管的关断时间从 0.4 微秒缩短至 0.05 微秒。Baker 钳位是经典晶体管电路，能直观展示饱和晶体管内部的电荷存储机理；搭配肖特基二极管即可简易搭建。

新手常会陷入一个误区：认为晶体管数字开关速度由特征频率f_T（电流增益带宽积）决定。举个例子，普通 2N3904 的 f_T 可达 300 兆赫兹（对应周期仅 0.003 微秒），但搭建简单开关电路后，实际速度会慢两个数量级。Baker 钳位能将速度提升约一个数量级，却依旧远达不到 f_T 对应的理论极限。这提醒我们：f_T 属于小信号参数，仅适用于晶体管线性放大区工作场景，不可与饱和 / 近饱和状态下的电荷存储动态特性混为一谈。补充说明：“小信号” 指器件工作在静态工作点附近。

而在数字开关电路中，静态工作点这一概念本身没有实际意义。

核心要点

1. 采用 BAT46 肖特基二极管搭配 2N3904 晶体管，即可搭建可用的 Baker 钳位电路；
2. 优势：大幅缩短晶体管关断时间；
3. 取舍代价：晶体管工作在准饱和区，集射极电压V_CE不再接近 0V，稳定在约 0.3V 直流（单颗肖特基二极管正向压降）。

Baker 钳位电路工作原理

Baker 钳位电路原理图见图 1，核心特征是在晶体管基极与集电极之间跨接一颗 BAT46 肖特基二极管。从基极电位分析电路工作逻辑，存在两种相互制衡的电压条件：

1. 教材标准硅管发射结正向压降V_BE约 0.6V 直流；
2. 当集电极电压下降至足以让钳位二极管正向导通时，BAT46 开始分流，触发钳位作用；具体条件为：集射极电压V_CE低于发射结压降减去一颗肖特基二极管正向压降。

综合两种条件可知：BAT46 二极管会分流本应让晶体管深度饱和的基极电流，使器件无法完全饱和导通；输出电平基本由肖特基管正向压降决定，负载端实际获得电压为电源电压\(V_S\)减去V_CE。

相较于 1N4148 这类普通硅二极管，肖特基二极管优势显著：正向压降低，能让功率开关管获得更低的稳态V_CE。

电路原理图

Baker 钳位属于反馈电路

Baker 钳位本质是反馈电路：晶体管集电极电压通过 BAT46 二极管反馈至基极。同时它属于非线性反馈，仅当二极管正向导通、V_CE降至 1V 以内钳位阈值时，钳位机制才会生效。

和所有反馈电路一样，该电路存在振荡风险；但图中的面包板实测电路并未观测到波形振铃。

提升 2N3904 关断速度：饱和效应与肖特基钳位的实测效果

Baker 钳位电路：面包板搭建 2N3904 开关电路，搭配示波器实时采集波形。实测未加钳位时，2N3904 关断延迟约 0.4μs；接入Baker 钳位后，关断延迟降至 0.05μs。

Baker 钳位实现准饱和工作

无需深挖半导体底层理论也能理解：晶体管进入深度饱和时，基区会大量存储多余载流子电荷；器件关断前必须清空这些存储电荷，电荷泄放过程产生了开头观测到的 0.4μs 关断延迟。

Baker 钳位会限制晶体管进入深度饱和，大幅减少基区存储电荷量，因此关断速度显著提升。

最后

Baker 钳位是吃透晶体管开关特性的关键一环。若不曾见过这种临界准饱和工作状态，我们很难真正理解晶体管饱和与开关损耗的核心逻辑。

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作者：Kenton Williston

关键词：FPGA，边缘AI，DSP

网络边缘的AI（边缘 AI）很少仅仅意味着推理。现实世界的部署通常涉及高速输入/输出 (I/O)、信号调节和实时控制回路，所有这些都是并发执行的。这些多功能工作负载要求紧密协调和高度确定性，而设计人员发现使用主流 AI 硬件难以满足这些要求。

两个因素使得这个问题变得更加复杂。首先，AI 模型正以惊人的速度发展，促使设计人员采用支持快速算法更新的平台。同时，许多边缘系统在现场使用的时间长达十年或更长，因此很难确保长期适应性。其次，从训练有素的模型到系统部署落地的路径仍然支离破碎。数据科学家使用 PyTorch 和 TensorFlow，而嵌入式团队则使用完全不同的工具链，这就造成了交接过程中的摩擦，从而拖慢了投产速度。

要应对这些挑战，就需要平台能够将高吞吐量 AI 处理与确定性行为、灵活的 I/O 以及长期适应性结合起来，所有这些都必须在有限的边缘部署典型功耗范围内实现。

边缘 AI 的演进需要架构创新

边缘系统越来越多地采用多样化的 AI 技术，包括用于异常检测的经典机器学习 (ML)、用于感知的卷积神经网络 (CNN) 以及用于大语言模型 (LLM) 的转换器。这些计算密集型算法通常与苛刻的非 AI 功能共存，例如信号处理、网络通信和实时控制。

自主系统就是一个很好的例子。它们通常需要从多种传感器模态（例如视频、音频、雷达、激光雷达和运动/位置反馈）摄取数据，以高吞吐量预处理这些数据流，使用复杂的 AI 分析结果，然后管理高精度控制环路，所有这些都需要可靠的确定性。

类似的例子在工业自动化、医疗成像、国防和电信应用中还有很多。它们面临的一个共同的难题是，传统架构难以适应不断融合的工作负载。

FPGA 为何特别适合边缘 AI

相比之下，这些要求与 FPGA 的功能完全吻合。FPGA 的核心是提供可配置的逻辑，以真正的并行方式执行操作，其时序行为在设计时就已植入，而不是在运行时波动。这种架构可实现对边缘 AI 至关重要的低延迟确定性。灵活的逻辑还可利用强大的 I/O：FPGA 通常提供丰富的高速 I/O，可与各种传感器和执行器连接，实现与 AI 处理的紧密耦合。

FPGA 还包含分布式内部存储器，可使数据靠近对其进行操作的逻辑。这就减少了多个处理阶段必须竞争访问共享存储器总线时出现的瓶颈，而这正是基于处理器的架构中常见的限制。

许多 FPGA 还集成了专门的数字信号处理 (DSP) 硬件。与通用结构相比，这些强化电路为信号处理工作负载提供了更高的性能和更好的能效。一些 FPGA 还集成了可运行标准软件栈（包括 Linux）的硬连线处理器系统，从而能够为网络、设备管理和用户界面等任务进行传统软件开发。

简而言之，单个 FPGA 就能整合原本可能需要单独的 I/O 芯片、AI 加速器、DSP 和控制平面处理器才能实现的功能。这样可以减少物料清单 (BOM)，缩小电路板面积，降低功耗，同时保持边缘 AI 应用所需的低延迟和确定性。

AI 张量块的加入如何开启新的可能性

传统的 FPGA DSP 硬件已经非常适合许多边缘工作负载，但 AI 推理往往以密集但低精度的乘积运算为主。为了解决这个问题，Altera 的 Agilex 3 和 Agilex 5 器件采用了带有 AI 张量块的增强型 DSP。这是矩阵-矩阵和向量-矩阵乘法的专用硬件，在 AI 计算图中反复出现。

这种方法的核心是标量积和加法器/累加器引擎（图 1）。在张量模式下，硬连线点引擎使用 8 位输入和预加载的 8 位权重执行 10 元素点积。为了扩展动态范围，数据路径还可以使用共用的“公共指数”进行块浮点式缩放，以应对 AI 推理通常需要高动态范围但低精度的典型场景。

点积结果为 32 位（定点或单精度浮点），可以级联到附加加法器/累加器级，以跨相邻块计算更大的点积。每个 AI 张量块包括两个点积列，可实现多种运行模式。

在典型的使用案例中，一些增强型数学硬件被用于传统的 DSP 功能，例如对雷达数据执行快速傅立叶变换 (FFT)。另一些则用作 AI 张量块，如用于物体检测的 CNN。这种灵活性对于必须在处理其他计算密集型功能的同时处理 AI 的边缘系统来说至关重要。

针对不同 AI 工作负载的系列 FPGA 选择

Agilex 系列在性能扩展方面也具有相当大的灵活性。器件范围从专注于效率、尺寸仅为 12 mm × 12 mm 的器件，到提供高达 152.6 峰值每秒万亿次操作 (TOPS) 的高性能变体，同时在 I/O 和存储器接口能力方面也有类似的扩展。

Agilex 5 A5ED065BB32AE4SR0 就是高性能器件的一个实例，它采用 32 × 32 mm 封装，可提供 22.17 TOPS 的性能。以 Agilex 3 A3CW135BM16AE6S 为例，它在 16 × 16 mm 的封装中提供 2.8 TOPS 的性能。表 1 列出了每种器件的主要规格。

这两个系列既有传统的 FPGA，也有集成了 Arm 处理器的片上系统 (SoC)。Agilex 3 SoC 采用双核 800 兆赫 (MHz) Arm Cortex-A55。Agilex 5 SoC 采用双 1.8 千兆赫 (GHz) Cortex-A76 内核和双 1.5 GHz Cortex-A55 内核的非对称集群。这两种配置都支持 Linux，可用于网络、设备管理和用户界面的常规软件开发。

使用 FPGA 简化边缘 AI 部署

AI 模型通常是在以软件为中心的框架中开发的，迭代周期较快，而 FPGA 实现历来需要硬件开发技能和较长的集成周期。Altera 的 FPGA AI 套件（图 2）采用与行业标准 AI 工具兼容的流程，提供了从训练有素的模型到可部署 FPGA 推理知识产权 (IP) 的更直接途径。

该工作流汇总如下：

• 在 PyTorch、TensorFlow 或 ONNX 等标准框架中开发推理模型。
• 使用 OpenVINO 工具包将模型转换为由图形文件 (.xml) 和权重 (.bin) 组成的中间表示 (IR)。
• 将 IR 文件传入 FPGA AI 图形编译器，该编译器会将模型映射到可用的 FPGA 资源上。这些资源可包括外部主机处理器、内部处理器或无头配置。
• 使用 Quartus Prime 专业版编译和部署生成的层，通过推理引擎运行时栈和 FPGA AI 应用编程接口 (API) 管理存储器移动和硬件调度的执行。
• 作为编译过程的一部分，使用架构优化器来平衡性能和资源使用。例如，利用它来确保实现符合推理吞吐量目标，同时为其他 FPGA 逻辑留出空间。

实际上，这种方法的价值在于，它将“在 FPGA 上部署”变成了一个集成过程，而不是加速器设计工作。数据科学家可以保持既定的模型开发工作流，而 FPGA 和嵌入式团队收到的 IR 文件可以自然地融入构建和部署周期，从而随着模型和需求的发展实现更快的迭代。通过 Open Model Zoo for OpenVINO 工具包提供的预训练模型可以进一步加快开发速度。

使用简单易用的开发套件快速入门

要开始在 FPGA 上探索边缘 AI，设计人员有多种开发套件可供选择。对于更高性能的应用，Terasic P0775 Atum A5 开发套件（图 3）就是一个不错的选择。该套件以 Agilex 5 A5ED065BB32AE4SR0 为核心，提供适合边缘级系统的各种接口。主要特性包括 8 千兆字节 (Gb) DDR4、QSFP+ 和 2.5 千兆位 (Gb) 以太网 (GbE) 端口、PCIe Gen 3 x4、双 MIPI 摄像头连接器和 HDMI 输出。该套件包括 Quartus Prime 专业版的免费许可。

对于注重效率的应用，设计人员可以采用 DK-A3W135BM16AEA Agilex 3 FPGA 和 SoC C 系列开发套件（图 4）。该套件围绕 Agilex 5 A5ED065BB32AE4SR0 构建，提供了适合边缘级系统的广泛接口组合。该开发板提供 4 Gb LPDDR4、GbE、DisplayPort 和 USB 2.0，以及一个 Raspberry Pi HAT 连接器和一个用于低摩擦扩展的 Digilent Pmod 接口。

结语

LLM 和其他新型 AI 工作负载在边缘的引入正在促使开发人员寻求新的方法。FPGA 提供了一种独特的解决方案，不仅带来了低延迟和性能确定性，还能处理许多其他系统功能。借助支持 AI 的 Agilex FPGA 和 FPGA AI 套件，开发人员可以快速轻松获取这些能力，为高度自适应、长寿命的设计开辟了新的架构可能性。

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作者：Jeff Smoot，Same Sky 应用工程和运动控制部门副总裁

关键词：继电器，开关，断路器

在数不清的消费、商业、工业应用和系统中，继电器发挥着至关重要的作用。它们经常会被不经意地用于日常系统中。例如，在调节家用火炉、点按电视遥控器或操作电梯时，我们就要使用继电器。继电器最初构想于 1835 年，当时是用来建立远距离电报连接，后来经改造又用于电话交换机。虽然本身不起眼，但仍一如既往地高效可靠地运行。

从实用的角度来看，继电器的功能就是电气开关。无论是近距离还是远距离，全都利用低功率信号来控制高功率电路。继电器的固有设计有助于有效隔离低功率信号和高功率电路，通常称为电隔离。这种隔离可确保用户的电气系统安全稳健地运行。继电器具有多功能性，因为它们可用于调节单个电路或多个电路，还可用作放大器或断路器。

此外，继电器还能够远程控制设备电源，从而增强安全措施，尤其是在可能对操作员造成身体危害的工业流程中。这些多功能器件采用多种封装，提供各种电流容量、安装选项和物理基底面，因而像无处不在的常用开关一样获得普遍使用。

继电器 – 工作原理

为了更好地理解这个主题，我们可将继电器分为两种基本类型：机电式继电器 (EMR) 和固态继电器 (SSR)。关键区别在于有无活动部件。

在这两种类型中，机电式继电器的历史最为悠久，其中包括触头、电枢、弹簧和电磁铁。在最基本的操作中，弹簧维持电枢的位置。通电时，电磁铁对电枢产生吸引力，使其移动并闭合一组触头，从而让电流流过电路。

相反，固态继电器与机电式继电器的基本用途相同，但完全是电子元件，没有活动部件。这种继电器出现于上个世纪 50 年代后期。它们包括输入电路、控制电路和输出电路，可用于调节电流。当施加的电压超过规定的始动电压时，控制电路会触发继电器。一旦电压降到压差以下，继电器就会停用。

机电式继电器与固态继电器的比较

与任何电子元件技术一样，机电式继电器和固态继电器都有各自明显的优缺点，需要加以考虑。

由于机电式继电器的设计已有两个世纪的历史，因此是一种操作简便的稳定器件，在涉及高电流和危险环境在内的各种应用中，均表现出良好的可靠性。它们提供完全的电气隔离，能够耐受高电流和电压浪涌，而且不受电磁干扰和射频干扰 (EMI/RFI) 等电气噪声的影响。

但是，由于机电式继电器有活动部件，因此随着时间的推移，它会出现物理退化，触头会因腐蚀和氧化而损坏。它们可能容易发生接触电弧，导致点蚀和短路。由于它们的机械特性，它们容易受到冲击和振动造成的触头颤动的影响，而且会产生自身的 EMI/RFI 噪声。此外，外部磁场可能影响继电器的工作。

相比之下，固态继电器的工作寿命更长，由于设计中没有活动部件，因此控制功率显著降低。这些器件能提供更快的开关循环，消除了电弧和触头颤动，而且不受外部机械冲击、振动或磁场的影响。与机电式继电器相比，固态继电器的工作电压范围较小，因而适用于电子设备，但不太适合大功率应用。

但是，由于本身独特的设计，固态继电器可能容易受到电压或电流瞬变以及 EMI/RFI 噪声的影响。所产生的热量往往高于机械式继电器，而且可能对环境温度非常敏感。值得注意的是，若是使用标准半导体开关，在本质上无法实现控制信号与负载之间的完全电气隔离，但可以使用光电耦合器件中的光电元件来实现，从而隔离输入和输出信号。

常见继电器类型

市场上有多种继电器类型可供选择，每种类型都是为满足特定的应用要求而量身定制。值得注意的是，虽然制造商对产品的具体命名可能略有不同，但主要的继电器类型可以大致归总如下：

• 通用型：这些是常见的机电式继电器，使用交流或直流电，工作电压范围为 12 至 230 V，能够控制 2 至 30 A 的电流。
• 信号：信号继电器可用于控制低功耗负载，电流通常小于 2 A。如需了解更多信息，请参阅 Same Sky 的“信号继电器 – 了解基础知识”一文。
• 功率：功率继电器专门设计用于管理大功率负载，能最大限度地减少发热和电弧。如需了解更多信息，请参阅 Same Sky 的“功率继电器简介”一文。
• 机器控制：这些是耐用的重载继电器，适用于大型工业应用。
• 自锁：自锁继电器会保持设定或复位状态（开或关），直至收到反相电压信号。
• 磁簧：磁簧继电器结构紧凑，操作便捷。这些继电器使用电磁铁控制一个或多个密闭式磁簧开关，因而不受外部污染物或湿气的影响。
• 零开关：当施加控制电压且负载电压接近于零时，这些继电器会激活负载。当控制电压消失时，它们会断开负载。

• 峰值开关：当施加控制电压且负载电压位于峰值时，峰值开关继电器会激活负载。当控制电压消失且电流负载接近于零时，它们会断开负载。
• 瞬时开启：瞬时开启继电器在施加始动电压时立即激活负载。
• 延时：延时继电器内置计时器，可基于时间控制事件。
• 模拟开关：模拟开关继电器对输出电压进行管理，将其作为输入电压的函数，从而在继电器额定值范围内提供无限的输出电压。
• 光耦合：这些是固态继电器，可以响应内部光源进行开关，从而提供控制电路和电源电路之间的隔离。
• 军用/高可靠性：这些继电器经过专门设计，能够在条件苛刻的恶劣环境下工作。

继电器可以进一步分类为常开型 (NO) 和常闭型 (NC)，前者在电路不通电时触头断开；后者在电路不通电时触头闭合。总之，在不通电时，继电器通常被指定为 NO 或 NC。

额定值和配置

继电器的额定值基于本身通过器件安全切换电力的能力。这些额定值可分类为交流和直流，通常以安培为单位。继电器的额定值必须等于或大于所要控制的器件，这一点非常重要。

继电器具备同时控制多个电路的能力，其名称表明了具体的特征。这些继电器名称包括 SPST、DPDT、3PDT 和 SP3T，其中的 P 和 T 分别表示我们所熟悉的“刀”和“掷”。

除了刀数和掷数外，还可以用“Form”（外形）一词来描述继电器的重要特征。类似“1 Form A”或“2 Form C”的字样重点强调两个关键信息。Form 类型表示开关是常开还是常闭，如果是 SPDT 开关，则表示它们是“先开后合”还是“先合后开”。Form 前的数字（1 或 2）表示继电器中此类外形的触头数量。一些常见的外形包括：

• Form A – 常开
• Form B – 常闭
• Form C – 先开后合 SPDT 开关
• Form D – 先合后开 SPDT 开关

总结

由于继电器设计简单且运行可靠，因而广泛应用于各个行业和市场的设备和系统中。继电器最初是电报系统的基本组件，甚至为计算机的早期发展做出了贡献，如今仍发挥着重要作用，可确保从远程位置安全高效地控制电力驱动设备。

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