【供应链大转型】缺“芯”的电子行业有多难？真实的困难可能被低估了……

作者： Hailey Lynne McKeefry

高科技产品和低科技产品曾经有着明确的界限，但今天，从电动牙刷到卫星，所有产品都具备电子元器件所创造的智能。此外，许多产品中包含的芯片数量远远超出我们的想象。试想：1990年，一般高档汽车含有7至30个半导体器件。当时预测此数字可能飙升至300个。

而事实证明，预测数字差得太远。现在，普通汽车（不仅是豪华车型）平均集成了1,300个半导体器件，这些器件遍布于各个子系统中。这在1990年是难以想象的，而现在或者至少直到最近，这已是理所当然的。将来某一天，历史学家可能会把今年称为“2021年芯片大短缺”。这一点让我们每个人都意识到，半导体在汽车和我们使用的所有其他设备中发挥着关键作用。

随着半导体器件变得越来越稀缺和越来越昂贵，我们消费者可能会经历一些痛苦，但更多的痛苦还在后头。尽管提前期很长，电子元器件制造商和分销商仍在加班加点以满足客户的供应需求。然而，器件制造商痛苦地发现，货船漂浮在海面上不能进港，本该展示产品的商店货架空空如也。

我们知道这种情况是怎样造成的，但不知道的是它会严重到何种程度，以及何时会开始好转。

短缺溯源

半导体提前期通常以周为单位，现在要按年计算，等待12至15个月也不意外。这一情况是由多种市场现实造成的，包括：

1. 新冠疫情：封锁期间，供应链问题和中断很常见，而制造医疗设备（如呼吸机、温度计和其他救生设备）的医疗保健制造商的需求迅速增加。
2. 需求规划糟糕：由于面临潜在业务挑战，客户和供应商减少了支出，预计商机会枯竭，从而减少了芯片和最终产品的可供货数量。
3. 需求激增：人们对汽车、家用电器、家庭影院系统、游戏机和其他商品的需求激增。在家办公人员和学生消耗了几乎所有计算机库存和相关的生产力设备。
4. 行业变革：前沿晶圆代工厂的建造成本很高，据估计平均为150至200亿美元。此外，这些工厂需要很长时间才能建成——从头开始建设的话需要两年或更长时间。虽然目前的晶圆代工厂已满负荷生产，但提高产量以满足更多需求显然非常困难，并且许多客户被迫承受芯片短缺所带来的更高价格。
5. 新技术：人工智能 (AI)、电动汽车 (EV)、云计算和5G网络等新技术使用的芯片比以往任何时候都多。需求将继续攀升。
6. 气候变化：不断变化的气候模式已转化为各种自然灾害，包括洪水、天气事件和火灾，所有这些都影响了电子产品供应链。

此外，据分销商称，尽管半导体短缺成为头条新闻，但短缺已经蔓延到其他元器件。电阻器、电容器和以半导体为构件的产品（如振荡器）也更难以获得。更糟糕的是，制造电子元器件所需的各种材料也受到限制，例如树脂和一些贵金属。

高级半导体和引线框架中使用的衬底材料也供不应求。不仅仅是材料，人工也同样短缺，人员招聘一直是一个挑战。上述各种现实告诉我们，这个问题不会在数周或数月内得到解决，短缺可能会伴随我们多年。

问题范围被低估

短缺问题的规模和广度不容小觑。在最近的工业技术日主题演讲“芯片短缺对电子行业的影响”中，Microchip Technology执行主席Steve Sanghi指出，该公司截至6月30日的季度净销售额为15亿美元，但拖欠销售额（由于短缺而无法完成的订单）的数字达到了该数字的50%。他说：“如果将大流行前的水平视为正常水平，那么现在的总积压量是正常水平的四倍。”他补充道，他们销售的每件产品的交货期都超过52周。他预测，半导体行业争抢产能的状况至少还会持续一年时间。

因芯片短缺而被迫停产的汽车制造商可能只是短缺情况的冰山一角。汽车设计倾向于使用较成熟的半导体，其产能需求自然比较固定且可预测，因为半导体公司及其客户则转向更新且利润率更高的设计。然而，市场研究人员正在担忧地关注其他市场。最明显的是手机行业。

本月早些时候，Apple向消费者发布了2款新型号手机和平板电脑，并将产品送到他们手中。这一成就说明该公司拥有一流的供应链和精心的规划能力。其他手机制造商可能还没有准备好，而智能手机的销量在不断上升。Gartner追踪到2021年第一季度智能手机销量增长了26%，并发现手机总销量同比增长了22%。尽管Gartner表示全球芯片短缺并未影响智能手机行业，但其分析师表示，这种情况完全可能会出现——手机价格可能因此上涨。

人们对处理能力的需求永远不会下降。我们将继续使用更多设备，其中会包含更多电子元器件。在许多方面，电子行业的前景是乐观的，但建立正确的供应链基础设施对于减轻痛苦至关重要。芯片制造商正在规划建设新的晶圆代工厂，分销商也在扩大库存能力，加之以严格的供应链和精密的客户关系管理资源，所有这些投资未来的措施将会带来回报。

小编的话

本轮始自2020年的缺“芯”潮，至今都还没有退潮。作为缺芯之苦的亲历者，各位小伙伴对本文的分析是否认同？或者有何自己独到的见解？抑或是想分享一些自己的真实的经历和应对这一危机的经验？欢迎在文末留言，一起讨论切磋。

参考资料

1: https://www.allaboutcircuits.com/tech-days/summer-2021/

2: https://www.apple.com/newsroom/2021/09/iphone-13-lineup-new-ipad-mini-and-ninth-generation-ipad-arrive-worldwide/

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作者：Jeff Smoot，CUI Devices应用工程和运动控制部门副总裁

关键词: 传感器, 工作原理

主流接近传感器技术有多种，每种技术都有非常不同的工作标准，在确定检测、距离或接近方面有着不同的优势。本文概要性介绍了紧凑、固定的嵌入式系统的四种可能方案及其基本工作原理，以帮助工程师根据自己的设计要求确定选择哪一种。

接近传感器提供了一种精确的方法，可以在没有任何物理接触的情况下检测物体的存在和距离。传感器发出电磁场、光或超声波，被物体反射或穿过物体，然后回到传感器。与传统限位开关相比，接近传感器有一个显著优点，就是由于没有机械部件，因此更加耐用，可以使用更长的时间。

在为特定应用寻找理想的接近传感器技术时，必须考虑成本、范围、尺寸、刷新率或延迟以及材料效应，并要考虑什么才是对设计最重要的因素。

超声

顾名思义，超声波接近传感器会发出称作“啁啾”的超声波声音脉冲，用来检测物体的存在，也可以用来计算与物体的距离。它们由发射器和接收器组成，其功能基于回声定位原理（图1）。

通过测量啁啾从表面反射并返回所需的时间长度（通常称为“飞行时间”(ToF)），传感器就可以确定物体的距离。通常情况下发射器和接收器彼此并列放置，但如果发射器和接收器分开，利用回声定位仍然有效。在某些情况下，发射和接收功能会结合成一个单一封装中；这些器件就被称为超声波收发器。

因为使用声音而不是电磁波，所以超声波传感器的读数不会受到物体颜色和透明度的影响。它们还有一个额外的好处就是不产生光，这使得它们非常适合黑暗的环境，甚至是那些明亮的环境。声波会在时间和距离上产生扩散，就像水面上的波纹一样，这种探测区域或视场 (FoV) 的扩大，根据应用的不同，既可以是优势，也可以是劣势。然而，凭借良好的精度水平、相当高的刷新率以及每秒传输数百次啁啾的潜力，超声波接近传感器可以提供一个成本效益高、用途广泛且安全的解决方案。

超声波传感器的一个基本缺点是，空气温度变化会影响声波的速度，从而降低测量的精度。但是可以通过测量发射器和接收器之间空气的温度，并相应地调整计算结果来进行平衡。其他限制包括：在真空中不可能使用超声波传感器，因为在真空中没有空气来传输声音。软质材料也不会像坚硬的表面那样能有效地反射声音，从而影响精度。最后，虽然超声波传感器技术遵循了与声纳类似的概念，但它不能在水下工作。

光电

对于检测物体是否存在来说，光电传感器是一个实用的选择。它们通常是基于红外线的，典型应用包括车库门传感器或到店人数计数，但它们也适用于其他广泛的工业应用。

光电传感器有几种实现方式（图2）。

• 对射式，在物体的一侧使用发射器发出光束，在物体另一侧使用探测器检测光束。如果光束中断，那么说明有物体存在。
• 镜反射式，实现方式是将发射器和检测器放在物体一侧，反射镜片放在另一侧。
• 漫反射式，与镜反射式一样，也是将发射器和检测器共置一侧，但没有反射镜，发射出去的光会从任何被检测物体上反射回来。这种方式无法测量距离。

如果应用需要扩展感应范围并降低延迟，那么就可将光电传感器设置为对射式或镜反射式。但它们安装和对齐时需要小心翼翼，因此在繁忙的环境中进行系统安装是一项挑战。漫射型的实现方式更适合于检测小物体，也可以是移动式检测器。

光电传感器可以用在常见于工业环境的肮脏环境中，由于没有移动部件，通常比其他替代品拥有更长的寿命。只要保护好镜头，保持清洁，那么就能保持传感器的性能。虽然它们可以检测大多数物体，但对于透明和反光的表面和水，可能会出现问题。其他限制包括无法进行精确的距离计算，并且根据光源的不同，也会无法检测特定颜色的物体（例如使用红外线时出现红色物体）。

激光测距仪

激光测距 (LRF) 历来是一种昂贵的选择，最近在许多应用中已成为更可行的解决方案。大功率传感器的工作原理与超声波传感器相同，但使用激光束代替了声波。

由于光子的传播速度超高，准确计算ToF很困难。在这里，使用诸如干涉测量之类技术可以帮助保持精度，同时降低成本（图3）。激光测距仪传感器的另一个好处是，由于利用了电磁波束，它们通常具有令人难以置信的超长测量范围（最高达数千英尺），而且响应时间极短。

尽管这些传感器具有超低的延迟和超远的范围能力，但它们也有自己的局限性。激光器耗电量大，这又意味着它们不适合电池供电型或便携式应用，而且还要考虑眼睛健康方面的安全问题。另一个考虑因素是，FoV也相对较窄，和光电传感器一样，它们在水或玻璃上的效果并不好。尽管这种技术的价格有所降低，但它也仍然是最昂贵的选择之一。

电感

电感式传感器已经存在了很多年，但现在它们正在成为主流。然而，与其他接近感应技术不同的是，它们只能对金属物体起作用，因为它们使用磁场进行检测（图4）。其典型应用是金属探测器。

根据传感器的设置方式，检测范围会有所不同。短距离的应用可以是通过检测传感器旁边是否有轮齿存在来计数齿轮的旋转。较长距离应用可以是通过将电感式传感器嵌入路面来统计车辆数量，甚至可以用来进行超远距离检测——检测空间等离子体。

作为一种接近传感器，电感式传感器往往用于较短距离应用，并且由于其是基于检测电磁场差异的原理，因此可以提供极快的刷新率。对于像铁与钢之类黑色金属材料，这种传感器表现更佳。

电感式传感器在很大的范围内提供了一个经济的解决方案。然而，必须考虑到它们所能感应材料的局限性，以及它们容易受到各种干扰源影响这一事实。

结语

当考虑所有接近感应实现挑战时，超声波传感器通常是最好的整体技术（图5）。它们成本低，能够检测物体的存在，距离计算准确，且易于使用，整体优势明显。

有关CUI Devices超声波传感器的更多信息，请访问：CUI Devices超声波传感器。

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对于MCU厂商来讲，在芯片产品之外，配套的生态资源显得愈发重要。这也就意味着，每一款新产品推出之后，与之相关联的开发/评估套件、软件开发工具等设计资源也需要尽可能快地就绪，以利于用户各种应用开发工作的展开。

PIC18 Q84系列MCU是Microchip Technology久负盛名的PIC 8位MCU系列中的新品，也是首个可用于通过控制器区域网络灵活数据速率 (CAN FD) 总线传输和接收数据的PIC18 MCU。

PIC18 Q84系列由一系列核心独立外设 (CIP) 组成，可在不需要CPU干预的情况下处理各种任务，在将系统连接到CAN FD网络时，可缩短时间和降低成本。无需网关或复杂的网络交换技术，该系列MCU为将传感器数据传输到CAN FD总线提供了一个简单的解决方案。

想要全面地了解和评估这样一款独特的产品，一款得心应手的评估板必不可少。DM182030 Curiosity Nano评估套件就是专为PIC18 Q84系列MCU而设计的硬件平台。该评估板安装有PIC18F57Q84 MCU，得益于MPLAB^® X IDE的支持，开发者可以轻松访问PIC18F57Q84的各种功能，探索如何将器件集成到自己的定制设计中。

屡获殊荣的 MPLAB X IDE和 MPLAB代码配置器 (MCC) 提供了一个完备的软件工具包，使得开发者可以方便地访问PIC18F57Q84上的智能模拟和内核独立外设。MCC是一种免费的图形编程工具，用于配置丰富的外设和特定于用户应用的功能。

Curiosity Nano系列评估板还包括一个板载调试器，无需外部工具即可对PIC18F57Q84进行编程和调试。

总之，这款可以放在口袋里的外形紧凑的开发板，却具有完整的编程和调试功能，可为用户将新型的设计快速推向市场提供全面支持。

DM182030 Curiosity Nano评估套件特性

• PIC18F57Q84微控制器

√ 一个机械用户开关

√ 一个黄色用户LED指示灯

• USB 供电
• 可调目标电压

√ MIC5353 LDO稳压器由板载调试器控制

√ 1.8V至5.1V输出电压（受USB输入电压限制）

√ 500mA最大输出电流

• 板载调试器

√ Microchip MPLAB X 中的电路板识别

√ 一个绿色电源和状态 LED 指示灯

√ 编程和调试

√ 虚拟串口 (CDC)

√ 一个逻辑分析仪通道 (DGI GPIO)

→ 了解DM182030 Curiosity Nano评估套件更详细的技术信息，请点击这里>>

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关键词: 信号, 工作原理

问：浅谈ADC过采样提高信噪比

一般来说，我们可以提高ADC采样位数来提高ADC的信噪比，但是往往意味着ADC的成本可能也会更高。有没有不提高位数，同样优化信噪比的方法呢？有的，那就是过采样。

如果ADC的噪声仅考虑量化噪声。把Sine波形放到频域里看，我们会得到下图。

关于什么是量化噪声，可以看下面这篇帖子：浅谈数模转换器（ADC） 量化噪声与信噪比 。

我们把上图进一步简化。下图红色箭头表示主信号的幅值，灰色代表噪声幅值，平均分布在DC到fs/2之间。（fs为采样频率）

如上图，如果我们将采样率提高K倍，噪声能量不变，并且平均分布在更宽范围，从而噪声的幅值降低。原始信号没变，但是噪声幅值减少，也就是信噪比提高了。

提高采样率之后的信噪比公式：

SNR=6.02N+1.76dB+10log(OSR)

其中，过采样速率OSR =Fs/(2╳BW), BW为带宽。

注意：此公式仅适用于只存在量化噪声的理想ADC。因此，提高采样率有助于提高信噪比。

对于ADC采样率，我们可以在Digi-Key模数转换器（ADC）筛选项中筛选：

更多关于ADC的技术信息, 请查看以下内容：

• ADC架构： SAR ADC 与 Delta-Sigma（Σ-Δ）ADC 架构区别？
• 浅谈SAR ADC 驱动电路设计 
• 浅谈Delta-Sigma (Σ-Δ) ADC抗混叠模拟前端设计
• 浅谈数模转换器（ADC） 量化噪声与信噪比
• 浅谈 SAR ADC 原理

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关键词: 线缆, 自制

问：处理适用于鳄鱼夹/钩的同轴电缆

有一种简便办法可以将同轴电缆制作成简单的接地引线加中心引线。届时，你可以选择鳄鱼夹、测试抓钩等接头来终接引线端。

1.剥除所需长度的外绝缘层以露出内部编织层。如图所示，我们将图中样品切割了几英寸。

2.将编织层回推，使其在中心绝缘层上往回滑一段。在靠近编织层底部的区域，用小螺丝刀或挑针将导体拨开，形成一个“小孔”。

3.在刚制作的小孔处，将同轴电缆弯曲成“U”型。用小型尖嘴钳夹住中心导体绝缘层并将其从孔中拉出。

4.现在，同轴电缆应与下图类似：

5.将一小段热缩管套在编织层和中心导体分离的位置。这有助于该电缆消除一些应力。

现在电缆已经处理完毕，可以终接电线了。如果你正在制作用于一般用途的BNC转鳄鱼夹测试电缆，那么这种方法将非常有用。

了解更多关于线缆的技术信息, 请查看以下内容：

• 同轴、双轴和三轴电缆
• 电线电缆需要CE标志吗？这是正解
• 无接头(Splice Free)对带状电缆来说意味着什么？
• 定制矩形电缆组件
• 电缆安装时的弯曲半径

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作者： Hailey Lynne McKeefry

关键词: 质量

至少过去的一、两年以来，供应链遭受了诸多困难——复杂的是：贸易限制、前所未有的自然灾害、全球疫情以及所有相关的副作用还在持续。在可预见的未来，电子元器件的需求将远超供应，而晶圆产能需要经年累月的时间才能建成。每一个细分行业的OEM都在竞相获取他们需的元器件。

全球供应商每天都依靠 Digi-Key 电子产品来监控、组织和运送优先组件给制造商。这些产品是怎么来的？在本视频中，我们将追踪供应链的源头，参观 Molex 的一个制造工厂，了解该供应商如何通过其下一代产品推动创新。

制造商们面临的恶梦对以贩卖假零件谋生的骗子们来说可谓是千载难逢的机会，但我们是有对策的。

买到假冒产品从表面上看，是组织花钱没有买到他们需要的产品。另一方面，元器件原始制造商丢失了本应获得的收入，产品故障或性能不良则同时影响了制造商及其供应商的品牌声誉。深入一点看，因为产品更换、法律纠纷、快速增加的大规模召回以及安全体系问题都会造成成本增加。最坏的情况下，产品故障可能对最终用户造成严重伤害，甚至生命威胁。在几乎所有的交通、医疗、电网和军事系统中，电子元器件都是关键系统的大脑。

尽管大型OEM厂商一般都是直接从元器件制造商采购，或许可以回避这些挑战，但众多小规模制造商则没有这种供应链优势，更有可能面临这种挑战。此外我们还能想到，面临同样风险的还有那些遭受短缺打击的关键行业——国防、卫生保健和汽车等。尽管当前还缺少这方面的调查，但有一点可以说明的是，问题已经得到大大改善。技术和电商给这些坏人提供了便利，让他们比以前更加有机会进行投机取巧和快速应变。

对这类客户来说，与分销商保持良好关系不失为上佳策略，这样可以确保供应安全和所购产品的质量（图1）。

假货陷阱

在未来数月内，随着交货期的延长，许多组织及其采购专员都会想走捷径，并甘冒风险去购买“替代”产品，希望他们不要买到仿冒的元器件。他们会匆忙去验证并招募新供应商，在考虑合理的风险后改变既有政策。组织会倾向于考虑新途径来获取所需的产品，而只不是指望特许经销商或知名独立经销商。美国参议院军事委员会十年前就发现，五角大楼采购的电子元器件中多达15%都是仿冒品^[1]。随着波音公司在其飞机产品线中发现冰检测模块出现故障，这个问题才引起人们的注意。

因此买到仿冒元器件的风险是很大的。例如，半导体行业协会 (SIA) 已公开表示，每年因仿冒器件就给半导体行业造成了75亿美元的损失^[2]。 而且因更换已安装好系统中的仿冒或故障元器件而导致的成本远超元器件本身成本。从更广泛的角度来看，仿冒电子元器件给企业造成的损失估计一年要达到2500亿美元左右。注意，尽管有众多像ERAI Inc.和政府行业数据交换计划 (GIDEP) 这样的组织在跟踪假冒零件的投诉，但因为涉及隐私，意味着这方面的详细信息并没有被公开。

今年夏天，ERAI指出，网上出现了几十个网站，试图引诱在谷歌上搜索零件的毫无戒心的买家^[3]。行业监督机构给出了一些发现不良行为网站的提示。警惕信号包括：

• 需通过电汇支付预付款。拒绝像信用卡和Paypal这样的备用支付方式。
• 使用Google广告宣传具体零件编号。
• 谎称是某行业协会成员，如是大的半导体品牌，或是电子元器件行业协会 (ECIA) 成员。在其网站上展示附属机构名单。
• 语言和设计镜像引用多个站点。
• 承诺有停产或难找零件现货并且售价低于市场价。如果看起来好得不像真的，那么它可能真的就是假的！

如何远离假货

造假者提供的产品一般看起来很真，但实际质量差，而且难以发现。这些骗子一般通过以下两种方式制作仿冒品：

• 克隆：零件是从头制作的，看起来像真品，但可能达不到承诺的性能规格。
• 回收：从电子垃圾中回收元器件，经过清理和重新打标使之看来像新的。

幸好制造商有很多方法来减少这种风险。首先，也是最重要的，厂家都喜欢与知名和经过验证的供应商合作，特别那些元器件制造商的特许分销商。检查分销商是否有获得相关认证，如SAE AS6081关于假冒电子零件：分销商的规避、检测、缓解和处置的认证。或遵守特定行业标准，如AS6081，该标准提供了要求、实践、方法和指导，以减轻航空航天业中采购和供应可疑假冒和伪造零件的风险。

OEM需要审查其整体业务策略，最大程度减少引入仿冒元器件的风险。在设计阶段，组织在设计单个产品或单一来源产品时应仔细考量，因为有备用选择，冒险就不那么有吸引力了。在运营层面，OEM 应考虑采用尽可能保守的库存策略，并与分销商合作伙伴一起管理好渠道。在供应链层面，与供应商、合作伙伴和客户保持密切合作有利于打造一个信任、理解、共享的氛围。

最终，一旦产品到手，特别当来源是新的或独立的时，有人帮助测试和检查可以帮助发现潜在问题。我们一般应对元器件进行测量，以寻找出制造商规格的差异。为了发现沥青层（通常由造假者用它来进行器件虚假打标），测试人员可使用丙酮进行清洗，即可去除任何虚假印字。此外，X光机检查和电子测试可以发现质量不足或性能降低。最后，当某一批芯片的真实性出现问题时，一些组织会解封一些芯片。

短缺短时间不会消失。仿冒元器件始终会存在，挑战似乎也在增加。在可预见的未来，“保持警觉”和“小心一点”将是电子采购专业人士的口头禅。良好的商业惯例，加上合理的怀疑态度，是减少假货风险的必要思路。

参考资料

[1] https://www.govinfo.gov/content/pkg/CHRG-112shrg72702/html/CHRG-112shrg72702.htm

[2] https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2018/06/ACTF-Whitepaper-Counterfeit-One-Pager-Final.pdf

[3]https://www.erai.com/erai_blog/3160/hundreds_of_component_buyers_scammed_by_fraudulent__websites

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作者：Alan Yang

关键词: 线缆, 信号, 电源管理

PoC方案广泛应用于汽车、摄像头模块和其他类似的远程设备。一些应用中，设备可能会遇到供电困难的问题。而PoC允许在一根电缆中叠加信号和电源，解决了供电困难问题。


本文介绍PoC的原理，结合实例来看看PoC具体是如何实现：在一根线缆上同时直流供电和传输交流信号。

什么是PoC?

PoC（Power Over Coaxial）同轴供电技术。利用电源叠加技术，通过一根同轴电缆同时传输交流信号与直流供电。

我们以安装在屋顶天线上的无线电放大器举例：

如上图，通过一根同轴电缆，连接屋顶的电线与家里的接收器。天线的放大器部分，需要额外的供电。我们可以看到通过一根同轴电缆，即给放大器供电，又实现了信号传输。

PoC工作原理

在一根线缆上同时传输交流信号和直流供电，不会打架吗？

我们可以通过简单的电容、电感来分开直流通路与交流信号通路。从而使得交流信号和直流供电，通过一根线缆传输时互不干扰。

• 交流信号通路

对于高频交流信号，电容的阻抗很低，电感的阻抗很高。

由于这一特性，高速交流信号能够通过同轴电缆传输交流信号。

• 直流供电通路

对于直流供电，电容的阻抗很高，电感的阻抗很低。

因此，电源可以通过电感注入同轴电缆线，另一端通过电感提取。然后用它为本地放大器供电。

电感内阻和导线电阻应足够低，以便有效地供电。

随着频率的增加，电容的阻抗越来越小，电感的阻抗越来愈大。从而直通供电通路的增益越来越小，交流信号通路的增益越来越大。

PoC设计要点

由以上的分析可以看出，设计的关键是：通过电感电容的选择，尽量让交流信号通路和直流供电通路相互不受对方影响。

• 交流信号通路：

1. 电感提供足够高的阻抗，以避免降低交流信号。
2. 电感应该具有高饱和电流，以便能够支持满载时的直流电流。
3. 通过电感的噪声或干扰信号必须保持足够低，以避免降低信号质量。

• 直流供电通路：

1. 电感内阻与导线电阻必须保持足够低，避免损耗过多能量，以便有效的供电。
2. 为了供电效率提高，通常使用更高的供电电压。而当使用更高的供电电压时，交流耦合电容必须具有相应的高压额定值，以承受高压。

选择合适的电感

选择合适的电感，是设计PoC的关键点。对于高频信号传输，电感已经不再是一个简单的电感，我们还要考虑电感的寄生电容电阻，下面是电感的等效模型：

以下是选择电感时需要考虑的关键参数：

• L：电感值

理想的电感阻抗会与频率成比例增加，但实际的电感却并非如此。阻抗曲线呈抛物线形。在电感值的选择中，我们要保证在较宽的信号传输频率范围内都要保持高阻抗。

• I_SAT：电感磁芯饱和电流

磁芯饱和时，电感值显著下降，从而无法再支持高阻抗。因此，I_SAT的选择必须足够高，以支持电路的全部直流电流。I_DC应该远远小于I_SAT。

• R_L：电感的内部电阻

R_L越低越好，这样直接供电时，电感上就不会产生太多的压降，从而影响功率传输。

• SRF: 自谐振频率

因此， SRF必须选择足够高的频率，以便支持电路的工作频率。当工作频率范围在电感SRF附近时，电感阻抗最高，对交流信号传输影响最小。电感必须具有足够宽的带宽，以便能够支持信号的工作频率。

• 小贴士：在Digi-Key网站上选择电感

通过Digi-Key电感产品页面可以快速筛选饱和电流，自谐振频率等参数，找到合适的电感产品。

设计实例

下面这个设计实例中，使用了TI的FPD Link III串行器与解串器，实现远程摄像头模块的供电与信号传输。

上面的示例中，可通过长达几米的单根线缆实现以下功能：

1. 直流供电
2. 双向的控制信号传输
3. 高速视频信号非压缩传输

• TI FPD LinkIII串行器\解串器

TI FPD Link III设备还包括自适应均衡器技术，可在2.1 GHz下补偿高达21 dB的损耗，从而能够使用非常细的AWG 28至AWG32的线缆。AWG编号越高，电缆越细，信号损耗越高。

• 串行器：DS90UB953
• 解串器：DS90UB954

• 更多TI串行器与解串器

通过串行器与解串器的选择，还可以实现多个各种模块之间的互联。

Digi-Key网站中可以提供串行器和解串器的参数筛选功能，包括输入输出类型的匹配，数据速率等。

• 同轴电缆

同轴电缆通经常用于PoC这种方案，同轴电缆的屏蔽层可以有效的保护高速信号传输，免受EMI干扰，同时屏蔽层可以充当直流电流的返回路径。

本文小结

PoC用于在广泛的工业、医疗和消费者应用中实现无压缩、低延迟的视频数据链路。特别是对于安装电源困难的地方，PoC能够节约成本和空间, 未来的前景会越来越好。

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本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——Murata金属UHF RAIN RFID标签和STMicroelectronics的B-L4S5I-IOT01A Discovery物联网节点开发套件。

产品一：Murata金属UHF RAIN RFID标签

在资产管理领域，RFID作为一种高效的技术被广泛利用。而在一些应用环境比较特殊的场合，比如医疗手术器械的管理，对于RFID的标签也提出了特殊的要求。

为了满足这样的特殊需求，Murata推出了适用于外科器械的采用UHF波段RFID标签（865MHz至928MHz），由于这一UHF RAIN RFID标签可利用金属表面作为增强天线，因此增加了整体读取范围，并可以在远距离同时读取多个标签。

该产品具有耐用的结构，工作温度范围从-40°C至+85°C，且天线可在整个UHF频带上工作，应用范围很广。同时，其尺寸仅为 6.0 mm x 2.0mm x 2.3mm，可以贴在金属表面上，适应复杂应用环境要求，因此提供了一种理想的金属物品管理和追踪解决方案。

了解Murata金属UHF RAIN RFID标签的更多信息，请看以下视频：

产品二：STMicroelectronics的B-L4S5I-IOT01A Discovery 套件

随着物联网的发展，全球接入物联网的节点设备数量已经达到数百亿，物联网节点设备的应用开发也是热度不减。在这个过程中，一个得心应手的开发套件将使得开发者的工作事半功倍。STMicroelectronics推出的B-L4S5I-IOT01A Discovery套件就是一个理想的选择，它可以支持用户方便地开发节点与云服务器直连的应用。

该开发套件，基于Arm Cortex-M4内核的STM32L4+系列MCU，提供了出色的性能；同时包含蓝牙模块、WiFi 模块、一个动态NFC标签和天线，可以支持多样化的无线互连。在板载传感器资源方面，该开发套件包括湿度和温度传感器、3轴磁力计、3D加速度计、飞行时间和手势检测传感器，以及气压计等，还有两个全向麦克风，可以满足主流物联网节点应用开发的需求。

此外，B-L4S5I-IOT01A Discovery套件对Arduino^® Uno V3和Pmod™连接的支持，使其可以使用大量的专用附加板资源，为其提供了很强的扩展能力。开发套件上的板载ST-Link调试器和编程器能够通过USB全速接口与STM32Cube IDE软件工具或其他第三方集成开发环境通信，这也可以让开发工作更便捷。

了解STMicroelectronics 用于物联网节点的 B-L4S5I-IOT01A Discovery 套件的更多信息，请看以下视频：

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关键词: 放大器

问：如何正确理解运算放大器输入失调电压？

输入失调电压Vos (Voltage – Input Offset)，指的是为使运算放大器输出端为0V所需加于两输入端间之补偿电压。理想之运算放大器其Vos应该为0V。

输入失调电压相当于加载输入端的一个额外的电压源。举个例子：

• 如果闭环增益G=1（如下图左边）, 失调电压Vos传导到输出端Vout = Vos
• 如果闭环增益G=1000（如下图右边），失调电压Vos传导到输出端Vout = 1000Vos

所以，闭环增益越大，失调电压对于输出的影响越大。

除此之外，我们还要注意一点。失调电压不是一直不变的，最大的失调电压变化一般出现在输出极值时。

为了保证失调电压在可控范围内，我们还要关注开环增益。我们在定义开环增益时，比如TI的TLV8542 ，我们会发现开环增益的工作条件分别在电源正轨道-0.6V，负轨道+0.6V定义。

如下图，横坐标输出电压Vout从负电源轨-Vs到正电源轨+Vs变化。蓝线代表开环增益，开环增益会在接近电源正负轨时，我们可以看到急剧恶化。

所以对于开环增益的定义，很多厂商（比如TI）, 会在一个较大的输出摆动范围求其平均值，以实现良好的线性运行。比如选择电源正轨道-0.6 V，负轨道+0.6V来计算开环增益，如上图红线。

最大的失调电压变化一般出现在输出极值时，比如接近电源正负轨。在中间部分，增量开环增益较高，然后在输出接近电源正负轨道附近的时候下降。如果将运算放大器推向其摆幅极限时（超负荷工作），失调电压会更剧烈地上升。

让我们来做一些具体的计算。如果直流开环增益为100dB，则相当于：

因此，每从中位电压输出摆动1V，输入电压必须改变10μV。可把它看作随直流输出电压变化的失调电压。输出摆动9V，变化为90μV。

所以，为了保证失调电压在可控范围内，尽量不要让放大器工作在超负荷工作，从而导致更大的失调电压。

在Digi-Key网站，我们可以在【Digi-Key放大器】产品页面，通过参数筛选放大器，输入失调电压对应的是“电压-输入补偿”选项。

更多有关运算放大器的技术信息, 请查看以下内容：

• 使用DK参数搜索功能选择运算放大器
• 运算放大器的基礎知识
• 如何计算运算放大器所需的压摆率
• 运算放大器输出电压反相
• 什么是推挽放大器？

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关键词：工具

问：为电路板镀锡

当你刚刚完成项目中电路板的刻蚀环节，看起来很成功。但你也一定知道，随着时间的推移，电路板上的铜走线会慢慢变黑、变绿。本问将介绍一种在电路板的铜走线上镀锡的简单方法。

开始操作之前，你需要准备好材料。这些材料包括焊料、助焊剂、焊芯以及助焊剂清洁剂。如果你已经准备好所有材料，那就可以进行下一步操作了。如果你的材料不全，我会在本文末尾附上物料列表，以便你做好准备。

首先将焊料助焊剂涂在裸板上。请务必涂抹充足的剂量。然后在一条吸锡带上镀上一些焊料。如下图所示，确保吸锡带上有足够的焊料。

接着将吸锡带放到电路板上。用烙铁加热吸锡带，当看到焊料已经融化在吸锡带上时，就在走线上轻轻“拖动”吸锡带。在所有的走线上重复执行此操作。如果在你拖动吸锡带时碰到了一些小型铜走线区域，不要担心，我们会在后面的步骤中进行清洁。

完成后的效果如下图所示。你可以看到，电路板的表面有些粗糙，上面有残留的助焊剂，还有一些吸锡带遗漏的区域。接下来就要开始清洁了。再次在整个电路板上涂上足够的助焊剂。

剪去吸锡带的尾端，以继续使用剩下的干净部分。将吸锡带放在电路板走线上，并用烙铁加热吸锡带。当焊料开始融化时，再次轻轻“拖动”吸锡带。这可以去除多余的焊料，如果遗漏了任何区域，就将焊料拖到这些区域中即可。此举旨在使电路板走线上只留下薄薄一层焊料。对整个电路板进行此操作并再涂一些助焊剂（如果需要）。

接下来用一些助焊剂清洁剂和一小块布来清洁电路板。如下图所示，将助焊剂清洁剂喷在布料上。用力压住电路板，同时用沾有助焊剂清洁剂的湿布以画圈的方式清洁电路板。

然后用一块干净的干布将电路板“擦亮”。在此过程中要稍微用点力，这样焊料涂层会更有光泽。

电路板镀锡和清洁完成后的效果如下图所示——可以看到擦亮之后，中间的矩形焊板闪闪发光。

有了这层薄薄的焊料涂层，你电路板上的铜走线就不会再变绿了，而且镀锡铜走线会更易焊接。

在此过程中，我喜欢使用的产品如下：

• Kester的20AWG无需清洁的焊料：KE1400-ND
• Chemtronics的焊料清除吸锡带：CW10-25-ND

如果你已经有其他类似的产品，也可以继续使用。

更多有关PCB电路板的技术信息, 请查看以下内容：

• PCB铣削提示
• 从双面电路板上卸下通孔元件
• 让你的PCB远离潮湿危害
• 选择合适的吸锡带
• 线路板走线修复

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