关键词：图像传感器，开发板，套件

还在啃VD16GZ传感器的寄存器手册、焊转接板折腾MIPI驱动？这套STEVAL-16GZMAI1套件直接帮你省掉90%的前置工作量：原生MIPI CSI-2直插树莓派，不用飞线、不用额外转接板，Python+OpenCV环境下3步完成驱动适配，连畸变校正参数都给你从ST官方文档里抠好了，实测30fps跑满1.53MP全局快门，连续运行半小时零丢帧，红黑圆检测定位误差≤2像素，直接抄代码就能出工业级视觉效果。

TechForum分享者：185612625

STEVAL-16GZMAI1 专为 VD16GZ 图像传感器设计，自带 M12 镜头和 FFC 连接线，无需复杂外设就能快速搭建拍摄系统。套件包含传感器板、M12 可对焦镜头、22 针 FFC 排线，整体尺寸仅 30×35×8mm，小巧便携。重点是它原生支持 MIPI CSI-2 接口，直接用 FFC 排线插入树莓派 CSI 接口即可，无需额外转接板。这个点我上一篇文章有提到过。这里还要提下套件的贴心设计：镜头采用非粘合式固定，旋转即可手动对焦，配合 1/2.7 英寸感光面积和 F/1.6 大光圈，弱光环境下也能保证画质。

基于树莓派 Python+OpenCV 环境，利用套件的 I²C 控制接口和 MIPI 图像输出，直接调用 VD16GZ 的 1.53MP（1124×1364）分辨率拍摄。核心流程为：套件初始化（I²C）→ MIPI接口图像采集 → 畸变校正（适配M12镜头）→ 实时显示/存储。套件输出为 MIPI CSI-2，代码通过cv2.VideoCapture(0)指定 CSI 接口（树莓派默认 MIPI 对应设备 0）；硬编码套件 1.53MP（1124×1364）分辨率、全局快门模式，无需手动配置寄存器。

首先打开树莓派终端，输入命令sudo raspi-config，进入配置界面；用方向键选择 “Interface Options”→“Camera”，按回车后选择 “Yes” 启用 CSI 接口；

安装核心依赖库：

套件驱动适配：下载 ST 官方提供的 VD16GZ 传感器驱动配置文件，放入/boot/config.txt目录；编辑配置文件sudo nano /boot/config.txt，添加一行dtoverlay=vc4-fkms-v3d，保存并退出；重启树莓派，输入ls /dev/video*，若显示/dev/video0则说明传感器驱动适配成功。

然后是最重要的代码设计：

参数硬件适配：

这里的套件输出为 MIPI CSI-2，故指定设备 0，而不是 USB 摄像头的 1；分辨率为1364*1124，避免图像拉伸，30fps 匹配是套件最高传输速率；内部参数是镜头畸变校正参数来自 ST 官方文档，为后续画面优化打下基础。

镜头畸变校正函数undistort:

首先因为套件 M12 镜头（2.8mm 焦距、110° 视场角）易产生边缘畸变，该函数通过官方内参生成校正映射表，实时修正画面，让边缘细节清晰。

目标检测函数findcircle的代码，针对套件 RGB-IR 成像特性，用双阈值覆盖红色色域，屏蔽红外通道干扰；然后在拍照功能上，通过s键触发拍照，照片以时间戳命名，既保证唯一性，又能关联拍摄时序，适配套件 “实时采集 + 数据留存” 的评估需求。

最终将会实现效果：

最后的话，拍照效果，用起来都很好用。镜头可灵活对焦或更换，运行稳定且拍照响应迅速，无论是嵌入式开发还是视觉检测都能轻松胜任。针对套件 RGB-IR 传感器特性优化的红黑圆检测算法，有效屏蔽了红外通道干扰，红色目标质心定位误差≤2 像素，黑色圆识别准确率达 100%，透视变换后的木板区域定位稳定，未出现目标漏检或误检情况。拍照快捷键（s键）响应迅速，单张照片保存时间＜0.1 秒，以时间戳命名确保文件唯一性，无存储丢失问题；套件在 30fps 帧率下连续运行 30 分钟无卡顿、无帧丢失，MIPI 接口数据传输稳定，代码修复的除零、变量混淆等 bug 未复现，整体运行可靠。

网友地瓜patch回覆：

VD16GZ 图像传感器的原理具体说是彩色+ 近红外的多光谱成像。它的RGB-IR 像素阵列采用 4×4 的 RGB-IR 拜耳模式，能在单帧画面中同时捕捉可见光和近红外光，实现多光谱同步成像。
与之前我用过的颜色传感器相比多了近红外的多光谱成像，多光谱成像的信息比颜色传感器多很多， VD16GZ 分辨率为 1124×1364，可用于机器视觉，一次输出一幅包含空间位置信息的完整图像；颜色传感器通常只有 几个感光点，一次仅输出一组RGB 数值。VD16GZ 作为 高性能全局快门图像传感器， 需搭配高精度光学镜头、稳定的多路电源及 MIPI CSI-2 接收电路，且对 PCB 布线抗干扰有较高要求，须使用带 ISP 或算力较强的处理器（如 MPU/FPGA），并处理复杂的视觉算法。

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【DigiKey 好物畅享】ST STEVAL-16GZMAI1 图像传感器拍摄体验

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作者: Lashley Wang

关键词: 工业

敲黑板

• 什么是传感器/执行器端子排？
• 相比传统端子排，传感器/执行器端子排的主要优势是什么？
• 传感器/执行器端子排如何帮助故障排查？
• 电源连接在端子排上是如何安排的？
• 使用传感器/执行器端子排的主要目的是什么？

什么是传感器/执行器端子排？

传感器/执行器端子排，也称为启动器/执行器端子排，是一种用于工业控制面板的专用端子排。当用作面板内部布线与外部现场设备（如传感器和执行器）之间的分界点时，它们尤其有用。它们通过将电源和信号连接集成到如图1和图2所示的2层（3线）或3层（4线）切片中，旨在节省面板空间。这些端子排有助于实现简单整洁的面板构造，同时为排查面板顶部现场设备接口的故障提供易于识别的位置。诸如可插入万用表探针的小圆孔等功能，进一步有助于判断问题是否出在控制面板内部或外部。

技术提示 ：传感器/执行器端子排的一个切片专用于电源连接。例如，图1中的设备包含4个端子排。最左侧的端子排用于电源，而右侧的三个端子排可用于现场设备。

如何使用传感器 / 执行器端子排？

通过与传统端子排进行比较，可以更好地理解传感器/执行器端子排。如图3所示，前景中是一个4线M12连接器，背景中是传统的（蓝色）端子排。如图4所示，传统端子排在DIN导轨上占用大量空间，因为每根线都需要自己的端子排。相比之下，传感器/执行器端子排则节省空间。请注意，图4中的情况比看起来要好，因为有一个未使用的传感器/执行器端子排已准备好接入第三个传感器。

传感器和执行器的接线标准的相关文章: 使用传感器/执行器端子排优化您的控制面板

结论

传感器/执行器接线端子块作为工业控制面板与外部现场设备之间的分界点。在单个传感器或单个执行器的基础上，它们提供了方便、易于查看且易于故障排除的接口。节省空间的优势有助于减少面板的总占地面积。

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作者: Alan Yang

关键词: 单片机

敲黑板

• PIC 单片机的 IO 引脚分配有哪两种配置方式？
• PPS（外设引脚选择模块）的核心原理是什么？
• 关于 PIC 单片机引脚映射，常见的误区是什么？
• 芯片厂商为什么不完全放开引脚映射能力？

Microchip PIC 单片机在 IO 引脚功能复用选择上具备灵活性，但同时存在硬件层面的固有限制。本文以 SPI 外设为例展开说明，重点讲解单片机的外设引脚选择模块（PPS）。

本文破除一个常见误区：并非所有引脚都能映射至全部外设。在单片机选型与印刷电路板（PCB）设计阶段，这一点至关重要。一旦引脚分配出错，你只能被迫切割电路板走线、临时飞线补救，最终还得为下一版 PCB 增加版本号。

PIC 单片机引脚分配入门

Microchip PIC 单片机的 IO 引脚分配有两种配置方式：一是手动向特殊功能寄存器（SFR）写入配置参数；二是通过Microchip 配置器（MCC）可视化配置。图 1 展示了 QFN40 封装 PIC16F17576 单片机中，MCC 工具对 SPI 外设的引脚分配界面：

• MSSP1 外设可映射至 B 口、C 口
• MSSP2 外设可映射至 B 口、D 口

数据手册中的 IO 引脚分配说明

引脚复用规则完整记录在PPS 输入选择表与PPS 输出选择表中，图 2 为示例（高亮标注 SDO2 输出通道）。以 40 引脚型号为例，表格标明 SDO2 信号可路由至 B 口、D 口；同理 SDO1 信号对应 B 口、C 口，该配置与图 1 中 MCC 工具显示结果完全一致。

外设引脚选择模块（PPS）原理详解

图 3 为单片机 PPS 模块原理框图，核心分为输入、输出两部分：

1. 输入侧：多路选择器接入多路 IO 引脚输入信号，由 PPS 相关特殊功能寄存器控制，选定某一路物理引脚信号接入外设。
2. 输出侧：每一路 IO 引脚对应独立多路选择器，由 PPS 寄存器控制，选定某一路外设输出信号送至物理引脚输出。
   若 SPI 硬件配置为主机模式：MISO 信号需占用 1 路输入多路选择器；MOSI、SCK 两路时钟数据信号各占用 1 路输出多路选择器；低电平有效片选信号―――𝐶𝑆则通过通用 GPIO 引脚单独配置。

多路选择器的硬件资源限制

通过 PPS 输入 / 输出选择表，可推算芯片内部多路选择器的数量与通道规模，以 PIC16F17576 为例：

• 输入侧：若开放全部 36 个引脚作为外设输入，单路外设需搭配 36 通道多路选择器；多路选择器总数量由外设总数决定。
• 输出侧：若 36 个引脚全部支持外设输出，则需要 36 个独立多路选择器；每个多路选择器的通道数量由外设输出信号总数决定。

若完全放开引脚映射能力，会大幅消耗芯片硅片面积，同时带来时序约束恶化、芯片内部布线复杂度飙升等问题。可类比 PCB 设计：线路数量翻倍，布线工作量远不止翻倍，每一根走线都需要考量与其他线路的干扰、间距关系。芯片设计工程师会面临同类非线性布线难题。基于以上因素，芯片厂商在硬件设计时，在芯片成本与引脚复用灵活性之间做了折中平衡。

结语

倘若能旁听 PIC 芯片研发团队讨论硬件限制的内部会议，想必十分有趣。而当你基于 PIC 单片机开展 PCB 设计时，也必将反复权衡各类引脚与外设的取舍。

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作者：Becky Stern

关键词：Arduino，休眠，中断

在许多Arduino项目中，我们经常会遇到两个挑战：如何让设备及时响应外部事件，以及如何降低系统功耗。由于Arduino程序通常采用单线程方式运行，当程序执行复杂任务时，往往难以及时处理按钮、传感器等外部输入。

比如，在展示一个长像素动画的同时，又需要电路能始终响应来自按钮等外部输入的信号。这时，你就可以使用中断来实现这一目的。又比如，你想降低电路的功耗，让设备在电池供电状态下也能长时间工作，这时，你可以让电路进入休眠状态，当需要使用时，通过中断再次唤醒它。

硬件中断正如其名，会中断正在Arduino上运行的程序。这一功能只能通过特定的引脚来实现，电路板文档中有引脚设定详情。即使程序处于正常运行状态，例如循环次数很多的像素动画，处理器也能够持续监控这些特殊引脚。

我需要做的就是，在我的电路中，用按钮连接一个中断引脚和5V电源，在代码中为该引脚赋值一个中断模式。该引脚可检测三种模式的设置，你可以选择用哪一种。比如”上升“，即从低到高、”下降“，即从高到低，以及”变化“：要么上升，要么下降。

这样，我的程序就可以利用中断引脚监控用户输入，比如在触发中断时，告诉程序跳转到下一个LED动画。这一功能对于制作Neo Pixel服装很有用，可以使按钮在长动画期间的反应更灵敏。

若要使用Arduino的休眠模式，我们需要调用Arduino低功耗库 ( Low Power Library)，库中有大量的示例，方便你轻松上手。休眠模式的不同之处，在于设备关闭程度的差别。

假设你要制作一个温湿度记录仪，每分钟只需读取一次数据，你可以使用带定时器的深度休眠，每分钟唤醒一次传感器，传感器在其余时间都处于休眠状态，这将大大减少设备耗电量。

此外，还有轻度休眠、待机和空闲等模式。每种模式提供的功能不同，但也会消耗一些电量。Arduino文档中详细解释了这些模式之间的区别。

你可以使用中断将Arduino从休眠模式中唤醒，比如数字输入信号，甚至是通过模数转换器的传感器输入。使用与之前相同的电路，我可以将微控制器置于低功耗模式，通过附加的中断将其唤醒。

Arduino低功耗库中有这样的示例，名为ExternalWakeup。

虽然中断和电量控制属于进阶话题，但我希望你们可以了解有一些简单的方法，可以使用休眠模式和中断，让你的项目反应更灵敏，并消耗更少的电量。

欢迎查看本系列其他内容，了解更多关于电子设计入门的信息！

无论是制作智能传感节点、便携式设备，还是需要长时间运行的物联网应用，掌握中断与休眠机制都能让您的设计更加高效和可靠。希望通过本文的介绍，您能够在未来的Arduino项目中灵活运用这两项功能，打造性能与功耗兼顾的优秀作品。

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关于本系列视频

电子设计博大精深，对于初学者来说，有一定的难度。本系列视频旨在介绍一些入门级的技术和技巧，包括电路设计基础知识、简单程序设计等，让初学者从基础开始，再一步步向更进阶出发，在电子设计的世界里，发掘更多乐趣，同时也可以让电子设计爱好者温故知新。

关于Becky Stern

Becky Stern是一名创客，拥有多年设计电子项目的经验，创作和分享是她两大爱好。在独立创业之前，她曾担任 Instructables (Autodesk) 的产品经理、Adafruit 的可穿戴电子产品总监等。她的作品曾被 BBC、CNN、Business Insider、Forbes 和 Science Friday 等知名媒体报导过。她创建了数百个关于技术和手工制作的线上DIY教程和视频，旨在分享她的知识，帮助同是电子设计爱好者的同路人学习，以及相互交流。

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作者：EEWorld Editor

关键词：元器件，库存，AI

本文聚焦2026年由AI驱动的半导体差异化缺货行情，通过访谈DigiKey亚太区业务开发副总裁Tony Ng，拆解本轮缺货的核心成因、行业周期新特征，梳理DigiKey通过调整库存结构扩SKU、坚守全正品真现货、优先保障研发客户用料、落地AI提效布局新选型趋势、推进亚太无感运营等经营策略，展现其在行业变动中作为供应链核心桥梁的独特价值。

过去两年，半导体行业最常听到的词是去库存。

2023年、2024年，很多客户手里都有备货，叠加需求端的萎缩，采购始终没有上量，同时代理商也要控制库存压力。到了2026年，市场的声音变了。涨价函屡见不鲜，交期延长、囤货炒货更是家常便饭，对于工程师和采购而言，供应链成为了最重要的议题。

不过，这一次和上一轮缺货并不完全一样。

上一轮半导体缺货，疫情、物流、汽车电子化、消费电子需求错配、重复备货一起发生，很多行业都在同一时间抢料。现在的情况更集中，推动市场变化的主要力量还是AI。

DigiKey亚太地区业务开发副总裁Tony Ng在接受采访时说，从电子元器件代理行业来看，市场显然已经过了最差的时候，开始往上恢复，但这一次增长主要还是来自AI。“这次看来是一个单一市场的影响，还是以AI为主。”Tony说道。

Tony认为，AI需求起来之后，不少原厂把部分产线和资源转向AI相关产品。从而导致了一些传统料号、低端产品或者成熟产品线的供应被压缩，市场上出现了间接性的紧俏。

他也提到，汽车、手机等传统大市场并没有看到成长。因此后面这轮周期能走多远，还要看有没有更多应用能够接上来，目前短期约可见六个季度的景气度。

因此，AI并没有把所有元器件需求都提升，但却改变了产能分配。算力相关器件优先级提高后，一些原本不算热门的料，也会因为产能腾挪而变紧，从存储到功率器件、MLCC甚至PCB等都如此。

周期变短时，库存管理需要更精准

经历过上一轮缺货后，很多公司对库存都更加谨慎。库存高的时候，现金流压力大；库存低的时候，一旦市场突然转向，又容易拿不到货。现在半导体周期的间隔越来越短，这个矛盾也更明显。

Tony提到，以前半导体调整周期会长达数年，而最近的波动明显更密。对库存敏感的公司来说，反应时间会越来越短。

DigiKey去年年中在市场没有完全变热时，就进行了库存结构调整，降低已有货品的库存深度，重点放到扩展SKU上。

这个策略今年开始显现效果。Tony透露，DigiKey平台上的SKU已经从大约180万个增加到约200万个，达到公司历史最高的水平。

对目录分销商来说，库存的意义不只是热门料号，更重要的是对于客户研发和NPI的价值。这是DigiKey和传统量产代理商的重要区别，随着SKU的增长，客户数量不断增加，这也是原厂越来越愿意扩大同DigiKey合作的重要原因。

中国持续增长

今年上半年，DigiKey的增长比较明显。Tony透露，DigiKey全球业务上半年同比增长约50%，亚太区增长约70%。中国市场中，人民币业务增长超过80%，美元业务相对弱一些，主要受到贸易壁垒等因素影响。

Tony表示，中国市场增长同时来自三大部分——研发、NPI以及补货需求。

研发需求缓慢增长，NPI项目快速增长，另外补货情况变得更多。这和中国市场的现状接近，手机、汽车这些大市场没有明显全面回暖，但研发活动没有停下来。消费电子、工业自动化、医疗设备、新能源、机器人、AIoT等方向，都还有不少项目在持续进行。

尽管研发需求并不一定会转换成大单，但它们会持续消耗长尾料号，包括MCU、电源芯片、传感器、连接器、被动器件、开发板等等。

Tony也认为，单从上量规模来看，国内并没有显著增长的新动力，但机器人以及和AI有关的IoT产品，正在涌现出小量订单。

所以，对DigiKey来说，云端AI服务器的巨头们未必是最大的订单来源，真正有关的反而是端侧AI和各类智能硬件项目的蓬勃发展。这些项目分散在大量工程师和中小团队里，更符合目录分销商的客户结构。

真现货更有价值

国内分销体系里，授权代理、目录分销商、贸易商、现货商、电商平台和撮合平台长期共存。市场平稳的时候，各种渠道都有自己的价值。一旦涨价和交期拉长，虚拟库存、非原厂货源、临时加价和质量追溯等问题便会不断涌现。

Tony谈到DigiKey和其他平台的差异时，最重要的就是现货。“在DigiKey网站看到的货全部都是现货，而不是虚拟现货的信息。”Tony表示，另外货源也很重要，DigiKey平台上的货百分之百来自原厂。

这对研发和NPI客户意义巨大。样机阶段、客户演示阶段、小批量试产阶段，用到的器件如果有问题，影响的不只是采购成本，整个项目节奏都将受到影响，无法通过金钱衡量。

另外，Tony还补充认为，目前随着涨价潮的来临，价格成为了用户的重要敏感点。但是DigiKey的售价基本跟随原厂，并公开透明，这和一般贸易商的做法并不一样。

紧缺物料不会一次卖光

Tony表示，上一轮缺货给行业留下过一个教训，缺货缺到很多客户连研发用料都拿不到，眼中影响之后的量产项目。自此之后，原厂开始格外重视研发渠道拓展，和DigiKey的合作也愈发密切。

也正因此，目前DigiKey会对部分紧缺物料进行控制，不会一次性出清给个别客户，而是尽量保证R&D和NPI客户拿到货。

“如果一张订单就把货全部卖出去，DigiKey就没办法帮原厂铺货，也没办法支持更多研发客户。相反，保留一部分货给更多小批量项目，能让更多新产品继续往前走。”Tony说道。

AI正在帮助分销商提高效率

AI对DigiKey的影响，不只体现在市场需求上，也体现在公司自己的运营里。Tony介绍道，DigiKey一两年前已经利用AI处理部分客服工作。一些通用问题中，已有不少可以通过AI解决。显然，利用AI，DigiKey得以提高效率并降低运营成本。

不过，对分销商来说，更值得观察的是工程师选型方式的变化。过去工程师到DigiKey这类网站找料，主要靠参数搜索。电压、电流、封装、温度范围、品牌、库存、价格，一项项筛选。这套模式已经运行很多年，分销商的网站、内容和市场推广，也都是围绕搜索和参数展开。

如果未来工程师更多通过大语言模型或者AI Agent来做选型，入口将有可能发生变化，也许通过描述需求就可以进行选型参考。

不过Tony表示，目前这一趋势尚未形成，但DigiKey也在持续观察AI对于分销商的影响。对DigiKey来说，网站拥有大量的产品手册、库存数据、技术资料和论坛问题，在AI时代下，数据优势将会进一步放大。

另外值得一提的是DigiKey的论坛及技术内容，DigiKey很早就和国内外博客作者、工程师社区合作进行内容建设，相比过去工程师遇到问题，更多是打电话或者发邮件；现在很多问题会直接在网站和论坛里讨论。同时这些问题也会集中梳理，成为全球客户共同的FAQ。

这些林林总总的内容贡献，是DigiKey接触长尾客户的关键指标之一，也是对于原厂的重要价值。

亚太供应链开始分散

Tony提到一个变化：亚太供应链不再像过去那样高度集中。过去很长一段时间，电子制造的重心明显只集中在中国。现在，越南、马来西亚等市场增速更快。Tony说，DigiKey亚太区国家销售排名正在发生变化，一些过去不太突出的国家开始冒出来，包括越南、斯里兰卡等国家。

其中，马来西亚的变化更明显。Tony透露，马来西亚今年增长超过一倍，已经是DigiKey亚太区第三大国家，但DigiKey并看不到明显需要在马来西亚设办公室。

Tony认为，对于DigiKey而言，并不需要每个国家都有办公室，只要适合本土的网站内容、客服到位、物流、库存能够无障碍执行，无感运营是最好的。“我们要把更多的资本投入到库存和物流建设中。”Tony说道。

分销商又到了要证明价值的时候

半导体市场再次进入变化期，但这一次的节奏和上一轮不同，在这种情况下，分销商要证明的，不只是货。

AI的需求显而易见，但并不代表所有行业都在高歌猛进。汽车、手机、IoT还没有全面复苏，但研发和NPI需求还在增长。如果在平稳周期中，并没有什么问题，但在目前的市场状况下，除了AI之外，还要保护好其他行业客户的韧性。

DigiKey这一轮增长，不能简单理解成吃到了AI红利，而是作为供应链的关键入口，为厂商与客户之间搭建了更通顺的桥梁。

观看访问原文：https://www.eeworld.com.cn/manufacture/eic732313.html

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作者: Lashley Wang

关键词: 测量

敲黑板

• 什么是来料检验？
• 在电池和电源应用中，来料检验主要验证哪些对象？
• Otii Ace Pro 是一款什么样的工具？
• Otii Ace Pro 的主要技术能力与参数是什么？
• Otii Ace Pro 如何通过软件扩展功能？
• Otii Ace Pro 适用于哪些工作环节？
• Otii Ace Pro 在机械设计上有何特别之处？

来料检验 是对从供应商处收到的元器件或材料进行验证，以确保其符合规定要求的过程。在电池和电源应用中，这意味着在使用前验证电芯、电容器或光伏组件的质量和一致性。

Otii电池验证与Otii Ace Pro配合使用，常用于来料检验，以验证电池、光伏电池和超级电容器的质量和性能。

Qoitech 的 Otii Ace Pro 一体化工具用于电池驱动和能量收集设备的能量优化。它是一个隔离式电源和测量单元，可以精确地提供电压（高达 25 V）或电流（高达 5 A），并以高采样率 (50 ksps) 和低步长同时测量电压和电流。它计算功率和能量，使工程师和开发人员能够轻松查看和优化设备在测试中的能耗和电池续航时间。Otii Ace Pro 可以使用 Otii Toolbox 进行升级；软件附件可将仪器提升为专用工具，例如电池分析仪和模拟器，或自动化工具。它可用于开发、测试与验证、质量保证与维护（例如作为持续集成设置的一部分），以及技术销售。

Otii Ace Pro创新的机械设计可实现高效散热，因此无需风扇，也就不会产生噪音。

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作者: Alan Yang

关键词: 编码器

敲黑板

1. 编码器在电机速度闭环控制系统中承担什么核心任务？
2. 工业领域常见的编码器反馈器件主要有哪些类型？
3. 光电编码器和霍尔编码器在工作原理上有何本质区别？
4. 光电编码器和霍尔编码器在分辨率与环境适应性方面各有什么特点？
5. 从工程鲁棒性角度看，光电编码器和霍尔编码器哪种可靠性更高？适用于什么场景？

在电机速度闭环控制系统中，编码器承担着转速反馈的重要任务，其性能直接影响系统的控制精度和稳定性。目前工业领域常见的反馈器件主要包括光电编码器 和霍尔编码器（又是磁编码器的其中一大类）。许多工程师在选型时都会遇到同样的问题：光电编码器和霍尔编码器，究竟谁的可靠性更高？

在电机控制系统中，光电编码器与霍尔编码器的选择取决于具体的应用场景与环境约束。

特性	光电编码器	霍尔编码器
工作原理	光电遮断 / 反射，高频采样	磁场感应 (磁钢 + 霍尔元件)
分辨率	高	低
环境敏感度	高 (易受粉尘、油污、震动影响)	低 (几乎不受灰尘、油污影响)
失效风险	光源老化、光学码盘碎裂、光路遮挡	磁铁退磁、强磁场干扰、震动脱落

谁的可靠性更高？

从工程鲁棒性角度来看：

霍尔编码器可靠性更高： 在工业环境、高振动、多粉尘或高温差环境下，霍尔编码器表现出显著的物理优势。它是非接触式的物理感应，没有精密的光学组件，因此不易因环境因素导致数据丢失。

光电编码器精度更高： 如果应用场景是高精度伺服控制（如CNC机床、高精密机械臂），光电编码器是行业标准。其“不可靠性”主要来源于环境污染导致的光路受阻，通常通过严密的密闭防护（IP等级）来补偿其物理缺陷。

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作者：DigiKey Editor

关键词：电源，功率半导体，SiC，GaN

随着全球对高效能电源转换技术的需求不断提升，半导体材料在电源领域的应用日益重要。从传统的硅（Si）功率元器件，到近年来快速崛起的宽带隙半导体材料——碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN），这些技术的进步正在驱动电源转换技术向更高效、更高功率密度、更低损耗的方向发展。

目前，硅基功率元器件（如MOSFET和IGBT）仍广泛应用于工业电源、电动车（EV）、可再生能源与消费电子等领域。然而，随着功率需求提升，SiC和GaN凭借其高耐压、高频操作与低导通损耗的特性，逐渐成为高效能电源转换的重要技术。这些新材料的应用，使得电源系统能够在更小的体积内达成更高的功效与可靠性，为电动车快充、高效逆变器及高功率无线充电等新兴应用提供了技术支持。

随着技术进步与成本下降，半导体材料的发展正加速推动电源转换技术的革新。本篇文章将探讨各类半导体材料在电源应用中的特性、优势与发展趋势，以及SiC与GaN在功率应用设计时的注意事项，以了解如何利用这些技术提升电源系统的效能与可靠性。

电源应用领域的半导体材料发展趋势

在电源应用领域，硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）是目前三种主要的功率半导体材料。随着电力电子技术的发展，SiC和GaN因为拥有更好的性能，逐渐成为高效能电源应用的热门选择。以下是这三种半导体材料在电源应用上的特性、优缺点，以及适合的应用领域。

1. 硅（Si, Silicon）

硅是最成熟且广泛应用的功率半导体材料，涵盖从低电压到中电压（小于650V）的大多数电源应用。硅半导体的带隙（Bandgap）为1.12 eV，低于SiC和GaN，临界电场强度（Breakdown Field）为0.3 MV/cm（较低），电子迁移率（Electron Mobility）为1500 cm²/Vs（适中），导热系数（Thermal Conductivity）为1.5 W/cm·K（中等），开关频率通常低于100kHz（适中）。

硅半导体的发展已经相当稳定成熟，硅MOSFET和IGBT技术稳定，可靠性高，且制造成本低，产业链完善，适用于如12V、24V、48V供电系统等低频与低压应用。但是硅半导体的耐高温与高电压能力较差，在高压与高频应用中效率不如SiC/GaN，其开关速度较慢，高频应用的损耗较大，导通电阻（R_DS(on)）较高影响效率。

硅功率半导体适用于低压电源转换（如AC-DC、DC-DC转换器）、家用电器电源管理（如LED驱动器、适配器）、工业与消费电子（如UPS、电池管理系统）。

2. 碳化硅（SiC, Silicon Carbide）

SiC是宽带隙（Wide Bandgap, WBG）半导体材料，适合中高压、高温和高频应用，例如电动车与工业电源转换。SiC的带隙为3.26 eV（比硅高约3倍），临界电场强度为3 MV/cm（比硅高约10倍），电子迁移率为900 cm²/Vs（比硅略低），导热系数为4.9 W/cm·K（比硅高3倍），开关频率可达MHz级别。

SiC具有高耐压的优点，可用于600V ~ 3.3kV高压应用，如电动车与工业电源，具备低开关损耗，开关速度比硅更快，适用于高频应用，拥有高温耐受性，可在200℃以上运行，降低冷却需求，拥有低导通电阻（R_DS(on)），可降低能量损耗，提高效率。但是SiC也有成本较高的缺点，SiC晶圆的制造成本仍比硅高，驱动电压需求较高，SiC MOSFET需要15V~20V的栅极驱动电压。

SiC适用于电动车（EV）与充电基础设施（DC-DC转换器、OBC、逆变器）、可再生能源（如太阳能与风能逆变器）、工业高功率电源（如伺服驱动器、UPS、电机驱动）、高温环境应用（如航空电子、铁路牵引）等应用领域。

3. 氮化镓（GaN, Gallium Nitride）

GaN是另一种宽带隙材料，特别适合高频与高功率密度应用，例如快速充电与数据中心电源。GaN的带隙为3.4 eV（比硅高约3倍），临界电场强度为3.3 MV/cm（比硅高约10倍），电子迁移率为2000 cm²/Vs（比SiC和硅更高），导热系数为2.5 W/cm·K（比硅高，但低于SiC），开关频率可达MHz甚至GHz级别。

GaN具有极高开关速度，适用于高频应用（MHz级），拥有比硅MOSFET更低的开关能量损耗，并可减小电源体积，提高功率密度，具有低导通电阻（R_DS(on)），可提升效率，降低热损耗。不过，GaN的耐电压较低，目前主要用于小于650V应用，难以取代SiC在高压领域的地位，其散热管理较困难，导热系数低于SiC，在高功率应用中需要更好的散热设计，且成本较高，虽然GaN的价格正在逐渐下降，但仍比硅高。

GaN的适用应用领域包括快速充电器与USB-C PD电源（如65W、100W GaN充电器）、高频DC-DC转换器（如伺服电源、电信基站电源）、数据中心与服务器电源（提高功率密度与效率）、5G无线通信与射频应用（如GaN RF放大器）。

总体来说，硅适用于低成本、低压、低频应用（如消费电子、家电），SiC则适用于高压、高效、大功率应用（如电动车、再生能源），GaN适用于高频、高功率密度应用（如快充、数据中心、5G）。

SiC与GaN在功率应用设计时的注意事项

碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN）在功率应用设计中具有高效率、高耐压、低损耗等优势，但在设计时需要考虑多个关键因素，以确保性能稳定、安全可靠。以下将为您探讨在进行设计时应注意的事项。

碳化硅（SiC）功率设计注意事项

SiC元器件适用于高电压、大功率应用，如电动车（EV）、太阳光电逆变器、工业电源等。

由于SiC MOSFET具有较快的开关速度，传统的硅（Si）MOSFET驱动方式可能无法适用，需使用合适的栅极驱动电压（通常为15V/-5V），避免过高或过低的栅极电压影响开关性能或损坏元器件。此外，虽然SiC具备较低的导通电阻（R_DS(on)）和更小的开关损耗，但仍需良好的散热设计，应选择低热阻的封装（如TO-247、DFN），并使用高导热材料（如氮化铝AlN绝缘层）。

另一方面，SiC的高速开关可能导致寄生电感引起的振铃和电磁干扰（EMI），因此需要优化PCB布局，缩短走线，使用低寄生电感的封装，如共源共栅封装（Kelvin Source），且由于SiC MOSFET对短路承受能力较弱，一般短路耐受时间小于5µs，因此在设计时需加入快速过电流保护（OCP）、二极管夹止保护等措施。

由于SiC具有反向导通特性，SiC MOSFET内部的体二极管可进行反向导通，但其反向恢复特性较差，可能会产生额外损耗，若应用需要频繁反向导通，应考虑搭配外部肖特基二极管（SiC SBD）。

氮化镓（GaN）功率设计注意事项

GaN元器件主要适用于高频、高功率密度应用，如快充、伺服驱动器、DC-DC转换器等。

由于GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）通常工作在6V ~ 7V之间，栅极耐压较低（一般小于10V），因此需要避免过电压驱动，常见方法包括使用栅极电阻、采用内建保护驱动器（如eMode GaN）。此外，由于GaN HEMT没有传统MOSFET的体二极管，会以同步整流方式工作，可降低反向恢复损耗，因此需确保适当的死区时间设计，以防止短路损坏。

另一方面，GaN具备极高的开关频率（可达MHz级），但这也会引发较强的EMI问题，PCB设计需最小化寄生电感，采用多层PCB，并确保良好接地。此外，GaN由于高速开关，热损耗主要来自于布局不佳的电路及高频开关造成的损耗，常用封装如QFN、DFN、GDS，需使用导热填料或散热片来有效散热。

由于GaN HEMT不像SiC有较长的短路耐受时间，通常短路承受时间小于1µs，因此在设计时应加入快速过电流检测与关断机制，防止因短路而损坏元器件。

总体来说，SiC适合高功率、高电压应用，如电动车、工业电源，但需要考虑驱动方式、散热和短路保护。GaN则适合高频、高功率密度应用，如快充、数据中心电源，但需特别关注驱动电压、PCB布局与EMI控制，在设计时需根据应用场景选择适当的材料，并搭配合适的驱动电路与保护机制，以发挥SiC或GaN的优势。

参数	硅（Si）	碳化硅（SiC）	氮化镓（GaN）
带隙（eV）	1.12	3.26	3.4
临界电场强度（MV/cm）	0.3	3	3.3
电子迁移率（cm²/Vs）	1500	900	2000
导热系数（W/cm·K）	1.5	4.9	2.5
耐压范围	< 900V	600V~3.3kV	< 650V
开关频率	低（<100kHz）	中（100kHz~MHz）	高（MHz~GHz）
适用应用	低压电源	高压、大功率	高频、小型化

结语

半导体材料技术的发展正在加速推动电源转换技术的变革，从硅（Si）到碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN），每一代材料的进步都带来了更高效能、更低损耗和更紧凑的电源设计。传统硅功率元器件仍然在低压与中等功率应用中占据主导地位，而SiC和GaN则逐步渗透到电动车、可再生能源、工业电源和高频电力电子等领域，以满足更高压、更高频率和更严苛的能源效率需求。

随着工艺的进步与生产成本的降低，SiC和GaN的市场采用率将持续上升，并加速取代部分传统硅基元器件。此外，未来的电源技术将不仅关注材料选择，还会结合先进封装技术、数字电源控制与人工智能（AI）优化，进一步提升电源系统的智能化与能源效率。

在全球能源转型与碳中和目标的驱动下，高效率、低损耗的电源转换技术将成为关键发展方向。未来，随着半导体材料的进一步突破，我们将迎来更加高效、安全且环保的电力电子应用，为智能能源时代奠定坚实的技术基础。

除了本文所介绍的半导体材料技术的发展之外，我们还将为您介绍电源拓扑结构、电源电路的设计技巧、离散功率元器件与PMIC特性等电源技术的详细解析，请持续关注。

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关键词：电位器，微调器，表面贴装

Vishay TSM3 系列多匝表面贴装金属陶瓷微调电位器专为恶劣环境下空间受限的工业、消费和电信应用而设计。

这些器件尺寸紧凑，仅为 3 mm x 4 mm x 4 mm，温度范围为 -65°C 至 +150°C，密封等级为 IP67。

与上一代器件相比，该微调器的外壳尺寸缩小了 25%，工作温度范围更宽。此外，TSM3 系列允许在其 10 Ω 至 2 MΩ 的宽电阻范围进行微调，并且比单匝微调器具有更快的设定时间比。

该器件支持自动化 PCB 组装和设置流程，提高了生产效率。

产品特性

• 3 mm x 4 mm x 4 mm 紧凑尺寸
• 提供顶部和侧面两种调节方式，可灵活满足各种设计要求
• 10 Ω 至 2 MΩ 宽电阻范围
• +70°C 时额定功率为 0.125 W
• 宽温度范围：-65°C 至 +150°C
• 完全密封，可承受标准电路板清洗处理

适用范围

• 设置电源中的基准电压
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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：电位计，变阻器，编码器

电位计，通常被称为“电位器”，是电气工程领域的基本元件。这些多功能器件在控制和测量电信号方面发挥着举足轻重的作用，在电路和与之互动的物理世界之间提供了一个动态接口。从音响系统到机器人，电位计在众多的应用中都能找到它们的用处，使之成为这些领域中不可或缺的一环。

电位计基础知识

电位计作为电阻型元件，会有一个机械调节机构，可以手动改变其电阻。与保持恒定阻值的定值电阻器相比，电位计充当是可变电阻角色。

这些器件作为分压器使用时，可实现电路中电压输出调节和电动势精确测量双重目的，因此被称为电位计。通过沿着电阻元件调整滑片的位置，电位计可产生一个连续可变的电压输出信号。值得注意的是，电位计是无源元件，这意味着它们不需要电源或额外的电路来操作。

一个物体的电阻取决于各种因素，其中一个关键因素是其长度。当所有其他参数保持不变时，一个物体的电阻与其长度成正比。这表示，如果一个物体测量长度为 20 厘米，其电阻将为由相同材料和相同横截面积制成的长度为 40 厘米的物体的一半。电位计正是利用这一原理来实现输出调节的。

电位计的可调输出是通过改变滑动触点沿均匀电阻元件的线性或旋转位置来实现的，因此也改变了电流流经的路径。输入电压施加在电阻元件的整个长度上，而输出电压则取决于固定电阻元件和滑动或旋转触点之间的电压降。可移动触点沿电阻元件的位置决定了输入电压施加到电路的程度。

值得注意的是，功率超过一瓦时，通常不采用电位计来直接控制。这种限制是由于器件本身需要耗散输入的功率，功率过大会导致产生过多的热量。相反，电位计被用来调整其他组件所利用的模拟信号，来实现功率调节。举例子来说，基本型调光器会利用电位计来控制 TRIAC（交流三极管），后都则可直接对灯光亮度进行调节。

电位计类型

电位计有两种主要形式：模拟式和数字式。本文主要重点是依靠机械元件来操纵和控制输出的模拟电位计。模拟电位计进一步分为线性式和旋转式。

旋转电位计利用旋转的旋钮和轴来实现角度移动，而这些旋钮和轴会连接到一个滑片元件。这个滑片元件沿着电阻元件滑动，从而改变电阻并随之调整输出。因此通过转动轴，可以相应地改变电阻和输出。此外，还有一些无轴电位计，其中使用外部工具（如螺丝刀）移动滑片，消除了对物理轴的需求。这些通常被称为微调电位计或微调器。

另一方面，线性电位计采用线性或直线运动，通过滑动机构与电阻元件建立接触。这种线性运动能够实现电阻的变化以及随后对输出的调整。

与模拟电位计相比，数字或电子电位计依靠数字信号来控制输出，消除了对机械运动的需求。

电位计与变阻器和编码器之比较

从本质上讲，电位计和变阻器的主要区别在于其预期应用和终端配置。电位计是一种三端器件，主要用于电压控制，而变阻器是一种两端器件，用于电流控制。当然，值得注意的是，电位计可以通过留下一个端子不连接而作为变阻器使用。

相比之下，变阻器是专门设计来调节电路中的电流流动的。它们通常有两个端子，其特点是高瓦特和绕线结构。变阻器通常用于大电流应用，以控制流向灯具和电机等设备的电流。它们包含了重型导线线圈，通过调整滑动元件沿电阻元件的位置来实现电阻的增量变化。与电位计不同，变阻器是根据其功率处理能力而不是其电阻值来标示的。

接下来，我们来看看旋转编码器和电位计。这两种器件可能都感应到轴的旋转，但它们的工作原理不同，拥有不同的复杂程度，并需要不同的设置。下面将深入探讨这两种器件之间的差异：

1. 工作原理：
   1. 电位计：电位计主要是模拟器件，尽管也有数字变体。它们依靠轴旋转时的电阻变化来指示位置或调整电压水平。
   2. 旋转编码器：旋转编码器是使用二进制逻辑对轴的角度位置或运动进行编码并以数字信号形式传输出去的数字装置。它们通常采用电容、光学或磁感应技术。
2. 设置的复杂性：
   1. 电位计：电位计的设置和连接过程通常更简单。它们可以很容易地集成到电路中，而不需要复杂的信号调节。
   2. 旋转编码器：旋转编码器作为数字器件，需要额外的电路，如信号调节、解码和接口元件，以处理和解释数字输出信号。
3. 输入范围和分辨率：
   1. 电位计：电位计由于其模拟性质，可以实现输出的无级调整。它们提供了一个平滑、连续的数值范围，可实现精确控制。它们还可以以非线性方式调节电压，实现定制响应曲线。
   2. 旋转编码器：旋转编码器可以连续旋转，提供分辨率出色的反馈。它们以数字格式提供精确的位置或运动信息，允许进行高分辨率的控制和反馈。它们在需要精确的电机控制或位置精度的应用中特别有优势。
4. 应用方面的考虑：
   1. 电位计：电位计通常用于需要模拟控制的应用，如音频系统的音量调节或校准过程中的微调。
   2. 旋转编码器：旋转编码器在工业、自动化和机器人应用中很受欢迎，在这些应用中，精确的数字反馈、高分辨率和准确的位置感应是至关重要的。它们在电机控制系统和需要精确角度测量的应用中表现出色。

电位计锥度

电位计锥度指的是当器件的电枢旋转或滑片沿电阻元件滑动时，电阻如何变化。电位计锥度有两种主要类型：线性和对数（也称为音频锥度）。

在采用线性锥度的电位计中，电枢位置与电阻之间的关系是线性的。这表示，当电枢或滑块处于中间位置时，可变电阻是电位计满刻度电阻的一半。线性锥度电位计在整个运动范围内提供均匀的电阻变化。

对数锥度电位计提供了一种非线性响应，模仿人耳对声音的对数敏感性。这种锥度通常用于音频器件，如音量控制器，以实现更平衡的音量调节感觉。在对数锥度的情况下，旋转初期的小变化会导致音量的较大变化，而旋转后期的大变化会产生较小的音量调整。此外，还有反对数电位计，主要用于以逆时针方式运作的音频控制。

其他关键规格

以下是选择电位计时需要考虑的一些其他关键参数：

• 电阻：代表电阻元件从一个端子到另一个端子在整个长度上的电阻。例如，如果一个电位计的额定值为 2 kΩ（千欧），这表示其整个导轨电阻相当于一个阻值为 2 kΩ 的定值电阻器。
• 额定功率：最大额定功率表示电位计能够处理的最大功率，以防止过热或故障。
• 分辨率：指的是电位计在电阻增量变化方面的精度。它通常以总电阻的百分比来表示，并代表电阻元件上的滑片每增加一个移动量所能检测到的最小的电阻变化。
• 滑动噪声：电位计内部接触部件运动时产生的电子噪声。这种噪声会干扰所需信号的准确性，或引入不需要的伪影。
• 温度系数：表示电位计的电阻可能随着工作温度的变化而变化。具有较低温度系数的电位计在较宽的温度范围内提供更稳定的电阻值，确保了在不同的热条件下性能一致。
• 机械寿命：电位计的预期寿命，即在保持其性能规格情况下可承受的转动次数。

结语

电位计具有一系列优势，包括设计简单、价格低廉、电阻范围大、操作简便和技术成熟。它们作为可靠的器件，在电子和电气系统中对线性或旋转运动进行电压控制、测量和精确感应。当然，考虑其局限性也很重要，如要考虑其有限带宽、电流处理能力、机械磨损和潜在的电噪声。

尽管如此，因其出色可靠性和能够满足不同要求的能力，使它们得以广泛使用。Same Sky 提供全系列旋转电位计和微调电位计选择，可满足不同项目的特定要求。

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