【導(dǎo)讀】近兩個(gè)世紀(jì)前，工業(yè)革命開(kāi)啟了前所未有的發(fā)展時(shí)期，其基本原則對(duì)于當(dāng)今的工業(yè)技術(shù)仍然適用：系統(tǒng)和產(chǎn)品采用尖端設(shè)計(jì)，在惡劣環(huán)境中經(jīng)過(guò)測(cè)試，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。長(zhǎng)使用壽命已深入工業(yè)技術(shù)的 DNA 中，1821 年如此，2021年也如此。
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而消費(fèi)類(lèi)技術(shù)則利用最新最好的技術(shù)。消費(fèi)者每天都在要求最快、最小和最便宜的產(chǎn)品。例如，電源管理領(lǐng)域的重要發(fā)展是由消費(fèi)者需求推動(dòng)的。設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員愿意在新技術(shù)上冒險(xiǎn)，以將最小、最快和能效最高的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，即使這些產(chǎn)品無(wú)法做到經(jīng)久耐用。事實(shí)上，情況就是這樣：技術(shù)迭代和每隔一兩年發(fā)布一次新品的需求，已經(jīng)融入了消費(fèi)類(lèi)技術(shù)的發(fā)展和文化。
工業(yè)系統(tǒng)的要求沒(méi)有改變，市場(chǎng)也沒(méi)有將其與消費(fèi)類(lèi)技術(shù)一樣對(duì)待的期望或需要。但隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)客戶希望將消費(fèi)市場(chǎng)相關(guān)的技術(shù)添加到其工業(yè)產(chǎn)品中。例如，廣受歡迎的附加功能，如無(wú)線連接、觸摸屏和智能聯(lián)網(wǎng)傳感器等。用戶希望將這些技術(shù)集成到他們的系統(tǒng)中，同時(shí)仍然提供和傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)一樣的可靠性和使用壽命標(biāo)準(zhǔn)。
將消費(fèi)類(lèi)技術(shù)實(shí)踐到工業(yè)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)
將消費(fèi)類(lèi)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品并不總是那么簡(jiǎn)單。工業(yè)解決方案的要求很高，系統(tǒng)通常需要24小時(shí)不間斷運(yùn)行。工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和我們所有人一樣，每天都在個(gè)人生活中接觸最新的消費(fèi)類(lèi)技術(shù)。因此，很自然地期望將這些技術(shù)延續(xù)到他們的工作生活中。例如用觸控顯示器取代舊式顯示器和鍵盤(pán)系統(tǒng)，利用最新和最好的通信協(xié)議，以便將數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸回中央樞紐以進(jìn)行全工廠范圍的監(jiān)控，并且能夠利用工廠車(chē)間無(wú)延遲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以了解特定機(jī)器的性能隨著時(shí)間的變化。在某些情況下，還可以擁有便攜式系統(tǒng)，從而利用最新的電源管理系統(tǒng)，這樣就不必?fù)?dān)心機(jī)器在使用時(shí)會(huì)斷電。雖然添加這些功能都很不錯(cuò)，但工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須平衡這些消費(fèi)類(lèi)需求與工業(yè)系統(tǒng)已有的要求：耐用性、可靠性、以及可能長(zhǎng)時(shí)間暴露在極端溫度和惡劣環(huán)境中。
雖然用于工業(yè)和消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)的電子元件本身非常可靠，但它們所處的系統(tǒng)可能會(huì)給元件帶來(lái)額外的壓力。對(duì)工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可能會(huì)受到高溫、振動(dòng)或電磁干擾（EMI）的影響。因此，在決定將消費(fèi)類(lèi)技術(shù)添加到工業(yè)產(chǎn)品時(shí)需要深思熟慮，確保靈活性，同時(shí)注意不要影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
將觸摸屏、電源管理系統(tǒng)、藍(lán)牙和 Wi-Fi 等額外功能添加到已經(jīng)很龐大的物料清單中，給這些產(chǎn)品的成本結(jié)構(gòu)帶來(lái)了額外壓力。工業(yè)OEM正在尋找標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的替代選擇，以滿足他們對(duì)成本和功能預(yù)算的要求。通過(guò)只包含所需的功能，并將多個(gè)功能整合到單顆芯片上，定制集成電路可以降低成本，同時(shí)需要的占位面積和功率比現(xiàn)成的設(shè)備更少。
智能的解決方案
最初提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念時(shí)，設(shè)想的是收集到的所有數(shù)據(jù)都可以傳輸?shù)皆贫耍鎯?chǔ)在那里，并在不斷發(fā)展的智慧工廠需要時(shí)進(jìn)行檢索。人們已經(jīng)習(xí)慣于在智能手機(jī)上即時(shí)訪問(wèn)多年前的圖片或消息，因?yàn)樗鼈円汛鎯?chǔ)在云中并可以立即下載。但是，當(dāng)你搜索照片，而你的云連接因你的位置受到影響時(shí)，這會(huì)使檢索變得困難且麻煩。
工業(yè) 4.0 的成功依賴于數(shù)據(jù)，而要支持這一點(diǎn)需要大量傳感器，這些傳感器旨在測(cè)量工廠設(shè)備資產(chǎn)的各種狀況。目的是立即感知、測(cè)量和處理來(lái)自這些傳感器的所有數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出明智的決策。與消費(fèi)者需求一樣，要求是能夠完全訪問(wèn)在任何特定時(shí)間收集的所有數(shù)據(jù)。然而，在工業(yè)環(huán)境中，如果可能發(fā)生云通信失敗，那帶來(lái)的后果可能要比單純的麻煩嚴(yán)重得多。
工業(yè)市場(chǎng)正在從消費(fèi)市場(chǎng)所面臨的挑戰(zhàn)中學(xué)習(xí)，將數(shù)據(jù)處理帶到傳感器邊緣。這樣一來(lái)可以立即測(cè)量和分析數(shù)據(jù)并做出本地決策。哪些數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)，可以存儲(chǔ)在本地，也可以傳輸?shù)皆贫艘詡鋵?lái)檢索，其余的丟棄。這意味著雖然每秒都測(cè)得大量數(shù)據(jù)，但僅存儲(chǔ)與工廠運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)。
從傳感器邊緣測(cè)量數(shù)據(jù)也帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。這些傳感器并不總是位于最容易接近的位置。在某些情況下，傳感器使用有限的電源運(yùn)行，因此在數(shù)據(jù)處理中采用最新的高效電源管理系統(tǒng)非常重要。將所需數(shù)據(jù)傳送到中央樞紐或云端可能需要多種不同類(lèi)型的通信協(xié)議。像Wi-Fi或藍(lán)牙等消費(fèi)市場(chǎng)熟悉的協(xié)議或許足夠了，但通常需要更強(qiáng)大的工業(yè)協(xié)議，如HART或Foundation Fieldbus。隨著傳感器變得越來(lái)越智能，數(shù)據(jù)變得越來(lái)越復(fù)雜，IO-Link和10Base-T1L/S等現(xiàn)代協(xié)議正在取代這些傳統(tǒng)協(xié)議。
IO-Link是用于與執(zhí)行器和傳感器進(jìn)行通信的首個(gè)實(shí)現(xiàn)全球標(biāo)準(zhǔn)化的IO技術(shù)。這使其成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的非屏蔽3線IO電纜連接，并提供電源和最長(zhǎng)20米的雙向通信。雙向?qū)傩栽试S將參數(shù)設(shè)置存儲(chǔ)在主機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)中，并在更換傳感器時(shí)自動(dòng)下載。它還支持傳感器級(jí)別的診斷信息；只需最少的硬件和軟件工作即可獲得額外的傳感器信息。通信速度快，高達(dá)230.4 kBaud，并且可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化或制造商特定的映射連接到幾乎任何現(xiàn)場(chǎng)總線。
同時(shí)，10Base-T1（也稱為雙絞線以太網(wǎng)）是一項(xiàng)新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前正在被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)化。10Base-T1S支持最長(zhǎng)15米的多點(diǎn)拓?fù)洌?10Base-T1L使用最長(zhǎng)1000米的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)洹Ｋ鼈兌伎梢允亲罡?0Mbit/s的全雙工或半雙工，同時(shí)也可以提供電力傳輸。鑒于此標(biāo)準(zhǔn)可用的大帶寬，以及它可與現(xiàn)有以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)縫連接，收集豐富數(shù)據(jù)的可能性以及由此帶來(lái)的生產(chǎn)力和效率收益是巨大的。這兩種協(xié)議都提供快速、雙向、穩(wěn)健的通信，并且可以更輕松地連接到測(cè)量和控制系統(tǒng)。
既滿足工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)又融合消費(fèi)類(lèi)技術(shù)的解決方案的一個(gè)很好例子是Dialog半導(dǎo)體公司的SmartEdge™平臺(tái)。這種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) IC 將模擬前端（AFE）和傳感器數(shù)據(jù)處理校準(zhǔn)、控制、數(shù)據(jù)通信、用于數(shù)據(jù)保護(hù)的嵌入式安全功能等全部集成到定制的單顆硅芯片ASIC中。如果你的傳感器在有限的電源上運(yùn)行，還可集成高效的電源管理。
您可能需要專(zhuān)家的幫助和建議，最好與合作伙伴合作創(chuàng)建滿足您具體需求的定制 IC，而不是嘗試將標(biāo)準(zhǔn)部件硬塞進(jìn)您的系統(tǒng)中。了解并非所有消費(fèi)類(lèi)技術(shù)都適用于工業(yè)應(yīng)用也很重要，因此選擇合適的合作伙伴，以滿足您的工業(yè)系統(tǒng)對(duì)混合信號(hào)、處理器、內(nèi)存和通信的要求，同時(shí)這個(gè)合作伙伴還要熟悉消費(fèi)類(lèi)技術(shù)以及哪些技術(shù)適合工業(yè)市場(chǎng)，這一點(diǎn)很重要。
Dialog為一級(jí)消費(fèi)類(lèi)公司設(shè)計(jì)此類(lèi)ASIC解決方案已有30多年的積累。定制ASIC已經(jīng)深入我們的DNA。通過(guò)我們最近的收購(gòu)獲得的與工業(yè)客戶的深厚關(guān)系，Dialog能將工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，通過(guò)定制芯片解決方案滿足工業(yè)市場(chǎng)不斷變化的需求。
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