【導讀】工(gong)業(ye)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)源(yuan)領(ling)域(yu)目(mu)前(qian)創(chuang)新(xin)迭(die)出(chu)，但(dan)也(ye)充(chong)滿(man)挑(tiao)戰(zhan)。智(zhi)能(neng)邊(bian)緣(yuan)的(de)實(shi)現(xian)需(xu)要(yao)智(zhi)能(neng)數(shu)據(ju)方(fang)麵(mian)的(de)準(zhun)備(bei)。這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)在(zai)電(dian)源(yuan)方(fang)麵(mian)進(jin)行(xing)創(chuang)新(xin)。在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，智(zhi)能(neng)邊(bian)緣(yuan)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)由(you)單(dan)對(dui)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)電(dian)纜(lan)供(gong)電(dian)
，單(dan)對(dui)以(yi)太(tai)網(wang)供(gong)電(dian)(SPoE)解jie決jue方fang案an可ke以yi滿man足zu需xu要yao。在zai其qi他ta應ying用yong中zhong，納na安an級ji功gong耗hao解jie決jue方fang案an有you助zhu於yu節jie省sheng能neng源yuan，從cong而er在zai傳chuan感gan器qi側ce實shi現xian更geng長chang的de電dian池chi運yun行xing時shi間jian。此ci外wai，一yi些xie智zhi能neng傳chuan感gan器qi需xu要yao超chao低di噪zao聲sheng dianyuan
，yishichuanganqishujubushouyingxiang。zuihou，zaibianyuantianjiachuanganqizhinengjiangxuyaoshiyonggonglvmidugenggaodedianyuan。zheshiyinwei，xinchuanganqixuyaoshiyingxianyoudewaixingchicun。

問題：智能邊緣正擴展到全行業，逐漸替代原有的邊緣傳感器和執行器。智能邊緣可以使用常見的傳統電源嗎
？

答案：在某些情況下可以，但在大多數情況下不行！我們需要設計適應性強
、更先進的電源。

摘要

benwenjieshaolezhinengbianyuanchuanganqidebutongshixianshili，yijiruhexuanzehetiaozhengdianyuanguanlijiejuefanganyitigonglixiangjiejuefangan。benwenhaitantaolemuqiankeyongdeyixiechuanganqijiejuefangan。

引言

工(gong)業(ye)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)源(yuan)領(ling)域(yu)目(mu)前(qian)創(chuang)新(xin)迭(die)出(chu)，但(dan)也(ye)充(chong)滿(man)挑(tiao)戰(zhan)。智(zhi)能(neng)邊(bian)緣(yuan)的(de)實(shi)現(xian)需(xu)要(yao)智(zhi)能(neng)數(shu)據(ju)方(fang)麵(mian)的(de)準(zhun)備(bei)。這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)在(zai)電(dian)源(yuan)方(fang)麵(mian)進(jin)行(xing)創(chuang)新(xin)。在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，智(zhi)能(neng)邊(bian)緣(yuan)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)由(you)單(dan)對(dui)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)電(dian)纜(lan)供(gong)電(dian)
，單(dan)對(dui)以(yi)太(tai)網(wang)供(gong)電(dian)(SPoE)解jie決jue方fang案an可ke以yi滿man足zu需xu要yao。在zai其qi他ta應ying用yong中zhong，納na安an級ji功gong耗hao解jie決jue方fang案an有you助zhu於yu節jie省sheng能neng源yuan
，從cong而er在zai傳chuan感gan器qi側ce實shi現xian更geng長chang的de電dian池chi運yun行xing時shi間jian。此ci外wai，一yi些xie智zhi能neng傳chuan感gan器qi需xu要yao超chao低di噪zao聲sheng dianyuan，yishichuanganqishujubushouyingxiang。zuihou

，zaibianyuantianjiachuanganqizhinengjiangxuyaoshiyonggonglvmidugenggaodedianyuan。zheshiyinwei，xinchuanganqixuyaoshiyingxianyoudewaixingchicun。

什麼是智能邊緣

“智能邊緣”yicishizhigongyexitongzhongkeyidulixuanzehechulishujudechuanganqi。chuanganqihezhongyangkongzhidanyuanzhijianchuanshudeshujuliangjiaoshao，yincishujuchuanshudenandujiaoxiao。dangran
，yaochulichuanganqitigongdeshuju
，xuyao 使用微控製器。一個簡單的例子是用於檢測特定信息的光學傳感器。例如，它可以檢測不小心踏入自動化製造區域
、從而將自己置於危險之中的人員。處理圖像數據時，必須確保能夠 準確無誤地識別人員
，以便快速做出響應，關停機器。這應該有助於防止傷害。其目標是在智能邊緣處理圖像數據。隻有一個信號（即，在攝像頭視野中檢測到的人）被傳輸到中央計算機。不再需要將圖像數據傳輸到中央計算機。因此，需要的傳輸帶寬更低，傳輸也得以簡化。

智能邊緣是如何設計的

通過在智能邊緣添加處理單元（微控製器），jiukeyichuangjianzhinengchuanganqi。raner，gaidanyuandedianliuxiaohaojiaogao。weiletigongchuanganqisuoxudegenggaodianliu，womenxuyaoxindegongdiangainian。duiyuxianyougongyechangfangheji 礎設施來說，尤其如此。除了實現安全數據傳輸之外
，解決方案還應能夠輕鬆且安全地滿足更高電流需求。

使用現有2線電纜（例如4 mA至20 mA接口）實現智能邊緣

SPoE可以通過2線電纜來用作電源，因此有助於實現智能邊緣。SPoE與以太網供電(PoE)類似，但可以使用現有2線電纜（例如4 mA至20 mA接口）來實現。SPoE可將高達52 W的功率傳輸400米的距離
，或將高達20 W的功率傳輸長達1千米的距離。SPoE在IEEE 802.3cg標準中作出了規定。線路的工作電壓為24 V或55 V。這種電源的特點是能量傳輸和數據傳輸可以在同一根2線電纜上進行。數據通信基於10BASE-T1L標準。圖1顯示了SPoE通過一根長達1 km的2線電纜提供高達52 W的功率。

圖1. SPoE通過一根長達1 km的2線電纜提供高達52 W的功率。

工業環境中的納安級功耗傳感器

在智能邊緣的應用場景中，工業環境中的低功耗傳感器的一個例子是振動傳感器

，它們分布在加工廠中

，用以監測每台機器。

記(ji)錄(lu)的(de)振(zhen)動(dong)對(dui)應(ying)於(yu)不(bu)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)
，提(ti)供(gong)關(guan)於(yu)機(ji)械(xie)軸(zhou)承(cheng)和(he)軸(zhou)是(shi)否(fou)仍(reng)能(neng)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)的(de)指(zhi)示(shi)。從(cong)中(zhong)可(ke)以(yi)識(shi)別(bie)出(chu)老(lao)化(hua)的(de)早(zao)期(qi)跡(ji)象(xiang)。通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)計(ji)劃(hua)外(wai)資(zi)產(chan)停(ting)機(ji)或(huo)超(chao)出(chu)特(te)定(ding)運(yun)行(xing)容(rong)差(cha)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。對(dui)振(zhen)動(dong)的(de)精(jing)密(mi)測(ce)量(liang)使(shi)得(de)這(zhe)種(zhong)反(fan)應(ying)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。振(zhen)動(dong)數(shu)據(ju)監(jian)測(ce)需(xu)要(yao)複(fu)雜(za)的(de)算(suan)法(fa)來(lai)實(shi)時(shi)評(ping)估(gu)大(da)量(liang)數(shu)據(ju)。數(shu)據(ju)處(chu)理(li)可(ke)以(yi)在(zai)部(bu)署(shu)位(wei)置(zhi)本(ben)地(di)進(jin)行(xing)
，或(huo)在(zai)中(zhong)央(yang)位(wei)置(zhi)進(jin)行(xing)。若(ruo)采(cai)用(yong)集(ji)中(zhong)評(ping)估(gu)

，所(suo)有(you)收(shou)集(ji)到(dao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)都(dou)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)電(dian)纜(lan)傳(chuan)輸(shu)，或(huo)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)。

zaixuduoyingyongzhong，zhijiezaichuanganqishangbendishishishujupinggushiyoulide。duiyuzheyangdeshishifangan
，xianyougongyechangfangkeyijiandandipeibeizhendongchuanganqi
，wuxupusheewaidedianlan。ruguochuanganqijiancedaochaochurongchadepinlvfanwei，tajihuifachuguidingdejinggaoxinhao。

此(ci)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)磁(ci)吸(xi)方(fang)式(shi)固(gu)定(ding)到(dao)機(ji)器(qi)或(huo)設(she)備(bei)上(shang)

，並(bing)且(qie)通(tong)常(chang)形(xing)成(cheng)網(wang)格(ge)網(wang)絡(luo)，通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)。在(zai)這(zhe)種(zhong)網(wang)格(ge)網(wang)絡(luo)中(zhong)，各(ge)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)相(xiang)互(hu)通(tong)信(xin)，並(bing)傳(chuan)輸(shu)有(you)關(guan)哪(na)個(ge)軸(zhou)承(cheng)顯(xian)示(shi)出(chu)明(ming)顯(xian)老(lao)化(hua)跡(ji) 象的信息。因此
，工業廠房可以輕鬆具備預測性維護能力。ADI 公司的 OtoSense™智能電機傳感器(SMS)技術就是其中的一個例子。它是一種基於人工智能技術的完整硬件和軟件解決方案，用於狀態監控。ADI OtoSense SMS通過將先進的檢測技術與領先的數據分析相結合來監控電機狀況。

係xi統tong正zheng常chang運yun行xing的de一yi個ge重zhong要yao先xian決jue條tiao件jian是shi為wei傳chuan感gan器qi提ti供gong適shi當dang的de電dian源yuan。振zhen動dong傳chuan感gan器qi不bu僅jin必bi須xu為wei傳chuan感gan器qi本ben身shen提ti供gong適shi當dang的de電dian源yuan
，還hai必bi須xu為wei用yong於yu評ping估gu數shu據ju的de本ben地di微wei處chu理li器qi以yi及ji用yong於yu無wu線xian通tong信xin的deRF模(mo)塊(kuai)的(de)操(cao)作(zuo)提(ti)供(gong)適(shi)當(dang)的(de)電(dian)源(yuan)。傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)有(you)助(zhu)於(yu)盡(jin)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)電(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)。它(ta)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)能(neng)源(yuan)，或(huo)者(zhe)使(shi)用(yong)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)技(ji)術(shu)經(jing)常(chang)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)。增(zeng)加(jia)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)功(gong)能(neng)可(ke)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)， 這樣就不必頻繁更換電池。能量收集可以使用多種能源。根據傳感器的位置
，可以使用太陽能電池

、熱電發電機(TEG)或壓電轉換器。特別是在工業生產設備中，通常存在可以通過TEG轉換為電能的溫度梯度。借助壓電傳感器，機械運動也可以轉換為電能。

對(dui)於(yu)通(tong)過(guo)電(dian)池(chi)和(he)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)等(deng)方(fang)式(shi)供(gong)電(dian)的(de)設(she)備(bei)
，優(you)化(hua)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。高(gao)效(xiao)率(lv)是(shi)關(guan)鍵(jian)。有(you)幾(ji)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)納(na)安(an)級(ji)功(gong)耗(hao)管(guan)理(li)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)適(shi)用(yong)於(yu)此(ci)目(mu)的(de)。

圖2所示為采用MAX38650的電壓轉換電路示例。它是一款100 mA納安級功耗降壓開關穩壓器。它可以在輸入側采用高達5.5 V的電源電壓，並且可提供1.2 V至5 V之間的穩壓輸出電壓。在運行期間，開關穩壓器本身僅消耗390 nA的電流（典型值）。這是非常低的靜態電流。當開關穩壓器關斷時，其僅消耗5 nA電流。傳感器數據不是連續獲取的，僅在發生故障時才需要通信。這意味著MAX38650可以經常切換到省電模式
，以進一步節省能源。

圖2.用於電池供電傳感器的納安級功耗電壓轉換。

每mei個ge基ji本ben電dian壓ya轉zhuan換huan電dian路lu一yi般ban都dou有you一yi個ge反fan饋kui引yin腳jiao。為wei了le提ti供gong穩wen壓ya輸shu出chu電dian壓ya
，需xu要yao一yi個ge簡jian單dan的de電dian阻zu分fen壓ya器qi。然ran而er，電dian阻zu分fen壓ya器qi在zai節jie能neng電dian路lu中zhong沒mei有you多duo大da意yi義yi。根gen據ju具ju體ti電dian阻zu值zhi
，要yao麼me流liu經jing分fen壓ya器qi 的(de)電(dian)流(liu)過(guo)高(gao)

，導(dao)致(zhi)高(gao)損(sun)耗(hao)

，要(yao)麼(me)電(dian)阻(zu)值(zhi)很(hen)高(gao)
，以(yi)致(zhi)反(fan)饋(kui)節(jie)點(dian)具(ju)有(you)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)阻(zu)抗(kang)。結(jie)果(guo)，噪(zao)聲(sheng)會(hui)耦(ou)合(he)到(dao)反(fan)饋(kui)節(jie)點(dian)並(bing)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)所(suo)需(xu)電(dian)壓(ya)的(de)調(tiao)節(jie)。幹(gan)擾(rao)在(zai)工(gong)業(ye)廠(chang)房(fang)中(zhong)是(shi)一(yi)個(ge)尤(you)其(qi)突(tu)出(chu)的(de)問(wen)題(ti)。如(ru) 圖2所示，MAX38650有一個RSEL引腳。它使用單個電阻工作，該電阻用於設置輸出電壓。當MAX38650開啟時，200 µA的電流短暫流過該外部電阻。所得電壓用於設置電壓轉換器整個工作持續 時間所需的輸出電壓。這是兩全其美的策略：工作期間的漏電流較低，輸出電壓可調且穩健。

適用於超小信號且即使在低頻下噪聲也非常低的電源

xuduochuanganqikeyiceliangfeichangxiaodexinhao。weilefangzhizhexiexinhaoshizhen

，bixushiyongzaoshengfeichangdidedianyuan。chuandaohefusheganraoyuanshizhuyaozaoshengyuan。jiezhukaiguanmoshidianyuankaiguanwenyaqideshuruceheshuchucedefujialv boqidianlu，keyidadajianshaochuandaoganrao，danduiyufushexinhaoyuaneryan，qingkuangjiumeinamejiandanle。lianghaodedianlubanbujukeyifangfanguoduoganraofushe。jishiruci，xitongzhongrengrancunzaicanyuzaoshengouhe。zhiyoutongguolianghao 的屏蔽（即金屬外殼）才能減少這種情況。然而，此類屏蔽的製造不僅耗時長，而且成本高。

采用Silent Switcher® 技術的(de)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)巧(qiao)妙(miao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)

，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)減(jian)少(shao)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)。任(ren)何(he)開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)電(dian)源(yuan)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)都(dou)是(shi)對(dui)稱(cheng)設(she)計(ji)的(de)，因(yin)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)。該(gai)技(ji)術(shu)與(yu)倒(dao)裝(zhuang)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)相(xiang)結(jie)合(he)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)減(jian)少(shao)輻(fu)射(she) 幹擾，後者消除了開關穩壓器IC中的鍵合線。

輻射幹擾可減少多達40 dB。這相當於輻射功率減少到原來的萬分之一。

圖3顯示了Silent Switcher技術的對稱設計，同時產生的局部脈衝電流以綠色顯示。脈衝電流產生不同極性的脈衝磁場
，它們大部分相互抵消。

圖3.Silent Switcher技術大幅降低了輻射幹擾。

Silent Switcher技術現已發展到第三代。在這一代產品中，超低噪聲線性穩壓器還采用了特殊的超低噪聲技術，以減少低頻範圍的幹擾，特別是10 Hz至100 kHz之間的幹擾。這一代Silent Switcher技術使得在許多應用中可以省去開關模式電源開關穩壓器和敏感負載之間的濾波線性穩壓器。

僅使用一個電感的開關穩壓器適用於尺寸非常重要的應用

youxiechuanganqixuyaofangzhizaifeichangxiaxiaodekongjianzhong，youqishidangxianyouchuanganqiyingzaitongyiweizhitihuanweixiandaizhinengbianyuanchuanganqideshihou。youyugongnengzengqiang
，tongchanghaixuyaogengduodedianqiyuanjian。yinci
，bixuzhaodaojianxiaowuli 尺寸的創新方法。

電壓轉換領域的一個有趣例子是單電感多輸出(SIMO)技術，它支持使用單個電感生成多個不同的輸出電壓。該技術可以節省原本要由多個電感占用的電路板空間。

圖4顯示了提供兩個精密調節輸出電壓的簡單SIMO穩壓器電路示例。額外的電源電壓可以輕鬆生成。僅需要一個電感L。

圖4.SIMO電源適用於超小型傳感器。

SIMO技術可以通過如下方式實現：單個電感連續用於所有單獨的輸出電壓。一定量的能量被置於電感中，然後用於產生電壓 VOUT1。之後，另一規定量的能量被置於電感中並用於產生電壓 VOUT2。通過這種方式，每個產生的電壓都正好獲得了保持其穩定所需的能量。

結語：工業傳感器需要適應性強的電源

本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)的(de)電(dian)源(yuan)領(ling)域(yu)創(chuang)新(xin)都(dou)展(zhan)示(shi)了(le)如(ru)何(he)為(wei)現(xian)代(dai)工(gong)業(ye)傳(chuan)感(gan)器(qi)提(ti)供(gong)理(li)想(xiang)供(gong)電(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。傳(chuan)感(gan)器(qi)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)智(zhi)能(neng)。它(ta)們(men)生(sheng)成(cheng)的(de)數(shu)據(ju)已(yi)經(jing)在(zai)智(zhi)能(neng)邊(bian)緣(yuan)本(ben)地(di)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)。越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)被(bei)用(yong)於(yu)工(gong)業(ye)廠(chang)房(fang)
，以(yi)幫(bang)助(zhu)優(you)化(hua)流(liu)程(cheng)並(bing)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)減(jian)少(shao)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)。為(wei)了(le)跟(gen)上(shang)這(zhe)一(yi)趨(qu)勢(shi)，有(you)必(bi)要(yao)采(cai)用(yong)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)等(deng)創(chuang)新(xin)的(de)供(gong)電(dian)概(gai)念(nian)。

（來源：ADI，作者：Frederik Dostal，電源管理專家）

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