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近日，在2023MWC上海会期间，中国移动集团首席专家冯征在由华为举办的5G SA产业圆桌上进行了主题演讲，分享了中国移动在5G SA核心网建设及发展的经验，认为全融合核心网建设5G SA网络是投资效率最优的选择。

回顾过往，由于无线与核心网标准在时间上的成熟度偏差，5G是唯一同时具备NSA和SA两种建设模式的网络代际。经过实践对比，5G NSA（Option 3）部署必须依托于4G网络，NSA需要同时拥有4G覆盖和5G覆盖，这可能将额外加大运营商在4G网络上的投资。同时，NSA网络的4G基站与5G基站的协同以及终端选网会更加复杂，网络改造成本比较高。在当前5G SA技术已经具备商用条件的情况下，从投资的角度考虑，直接选择5G SA是效率最高方式。

5G SA的核心网建设时，全融合核心网部署相比多代际核心网并行/叠加部署而言，具备网络简洁、运维高效、体验更优的优势。网络简洁，全融合一张核心网同时接入各种制式的无线网、同一网元负责不同无线接入方式用户的业务并实现资源共享，网元数量和接口数量大幅减少，并能够有效避免用户不同无线接入方式而导致的核心网资源冗余配置。运维高效，对一套核心网的运维即实现了对多张核心网的运维，既提升了运维效率又降低了运维工作量。体验更优，是将不同代际网元之间的信令变为了同一网元内部的信令，降低互操作的复杂度和时延，并同时提升了用户业务体验。

网络建设完成后，下一步的重点是发展5G SA用户数和新业务孵化、加大5G对4G的分流。用户发展方面，需要识别用户使用的多模终端类型和其网络在线状态，采用积极的策略，推动SA用户实现快速上量。同时，运营商还需积极推出吸引用户的5G SA套餐，并以优质的业务体验推动5G SA多模终端打开5G功能开关。SA用户的快速发展，将提升SA网络的投资收益。新业务孵化方面，运营商需要更多的关注培养用户业务使用习惯，在资费上应鼓励用户更多地使用业务提供方推出的新的优质业务，积极与业务提供方协作提升用户体验，加速和繁荣新业务发展，做带动社会经济发展的桥梁，实现新业务螺旋式上升，最终也将达成运营商收益的良性增长，构筑多赢的产业态势。

面向未来的5G-A，中国移动始终积极参与并推进3GPP标准发展演进。在Rel-18标准中定义5G-A架构，开启万物智联的数字经济新模式，在后续的Rel-19标准中将进一步推动5G-A向智慧、绿色新业态演进。同时，也积极与产业界各方共同探索并验证5G-A新能力、新业务，为5G-A的最终实现不懈努力。

稿源：美通社

全球领先的连接和电源解决方案供应商 Qorvo^®（纳斯达克代码：QRVO）近日惊艳亮相在国际会展中心（上海）举行的慕尼黑上海电子展（electronica China）。在 7.2 展馆 D502 展位（H7.2 D502）展示了 Qorvo 领先的连接与电源技术在智能汽车、绿色能源、智能家居、工业互联网等领域的应用创新和技术优势。

此次展会，Qorvo 带来了多款精彩演示（Demo），与参观者分享了采用压力传感的 3D 触控板显示屏、智能电池管理系统（BMS）方案、经 Matter 认证的智能家居开发套件、创新的超带宽技术（UWB）应用，以及碳化硅（SiC）功率器件和 Wi-Fi 7 FEM 评估板。

适用于汽车智能座舱及各类压力传感应用的 3D 触控

Qorvo 的 3D 触控 Demo 基于电容式触摸屏技术，相比传统电阻式触摸屏，它更加灵敏，反应更快，触摸感更为流畅，并支持多点触控。

Qorvo 展示了 3D 触控的几种典型应用场景：基于电容触控+力度传感器方案的车载智能座舱 3D 显示屏，可为创新人机交互设计提供多维度输入数据；以及基于力度传感器的 3D 触控板、电动车窗开关、电动门把手和金属材质按键可以实现无缝的工业设计和多级力触发功能，适用于各种恶劣工况，显示了 Qorvo 力度传感器超卓的灵敏度特性。

支持多达 20 个电池串联的智能 BMS 方案

Qorvo 展示的智能 BMS 系统能够实时采集、处理、存储电池组运行的重要信息，并将这些信息提供给外部设备控制器，解决电池系统的运行时间、安全性和剩余使用寿命等关键问题。

PAC22140 和 PAC25140 功率应用控制器^®（PAC）是业界首款 20 单元（20s）单芯片方案，功能特性优异，支持最多由 20 个电池串联电池组。两款器件采用 PAC 智能电机控制技术，集成了所有必需的模拟和电源外设与 32 位 Arm^® Cortex^® M0 或 M4F 微控制器，可实现电池组单元平衡、监控和保护功能，适用于园艺工具、电动出行、电力仓储运输等应用。

快速实现 IoT 产品的 Matter 认证开发套件

Qorvo 展示的 IoT Dev Kit Pro 包含 QPG6105 开发板和 QPG7015M 开发板，支持 Qorvo 特色的 ConcurrentConnect ^TM 和 Antenna Diversity，ConcurrentConnect ^TM 可以同时接收 Zigbee、Thread、Bluetooth Low Energy 多协议，并且可以支持多通道通信。Antenna Diversity 指的是芯片上有两个 RF 接口，可以在两个方向上接受信号，对比信号的 SNR 值，选择 SNR 值更好的天线接受剩余的信号。这个设计可以在不增加发射端 TX 发烧功率的情况下，增加信号链路稳定性，进而降低重传次数，增加通讯距离。

QPG6105 开发套件首批通过 Matter 1.0 认证，并首批通过 Matter 1.1 测试。QPG6105 开发板上集成了丰富的接口、按键、RGB /冷/暖色灯、PIR、磁性、湿度传感器，结合 QMatter SDK，帮助开发者快速实现 Matter 灯泡、门锁、传感器等产品的开发。QPG7015M 的开发板是基于树莓派的开发套件，为网关及智能音箱应用提供快速的开发环境。Matter 给智能家居市场带来最大的变革是“交互新体验”，不同生态直接的交互以及不同通讯协议直接的交互。Qorvo 的 ConcurrentConnect ^TM 技术可以为 Matter 智能设备提供不同协议之间的无缝交互。例如，智能网关设备，在 WiFi 主平台上加 QPG7015M 一个芯片，可以就可以使用 QPG7015M 的 BLE 对 Matter 设备做配网，然后同时支持 Zigbee 设备和 Matter over Thread 设备。

为消费应用赋能的超带宽技术（UWB）

展会上，Qorvo 还展示了 UWB 在智能手机定位、汽车无钥匙进入、空间音频技术等场景应用创新。其中，QM33120WDK1 和 DWM3001CDK 两套开发套件在现场展出。

QM33120WDK1 套件可以为客户提供基于 DW3110、3120、3210、3220，以及 QM33120 芯片的开发与测试工作。该套件支持 CH5 以及 CH9 两个频段，并且支持双天线 AoA 测角。并为客户提供可以支持 FiRa PHY / MAC 的 SDK ，以及可以支持 Apple Nearby Interaction 的软件。客户可以采购该套件，开发精确测距、高精度 AoA 角度测量、与 Apple 手机 Near by Interaction 功能交互的应用及产品。DWM3001CDK 开发套件是基于 Qorvo 的 DWM3001CUWB 模块开发的套件。该模块集成了 DW3110UWB 芯片以及板载 PCB 天线，对于很多 Tag 标签产品来说，该模组可以大幅度降低客户的天线设计，产线测试等开发难度。并且该模组也可与 Apple 手机的 Near by Interaction 功能进行交互。该模组的 SDK 也是符合 FiRa PHY / MAC规范的。

除了两款开发套件外，还有 Q-TAG 样品，这是一款可以用 CR2032 纽扣电池供电的参考设计，使用 DW3210 芯片，集成板载 PCB 天线设计，nRF52833 蓝牙 SoC，3 轴加速度传感器 LISDH12TR。可以为标签设计的客户提供快速的参考设计方案。最后，这款基于 DW3110 开发的音频传输样品，可以支持 192KHz/24bit 双声道无损音频传输，超低延时的传输。

实现性价比最佳组合的第 4 代 SiC FET 系列

Qorvo 推出的第 4 代 SiC FET 产品系列扩充其 1200V 产品系列，能够灵活满足电动车总线电压提高到 800V 的工程师的需要，有助于设计师为每个设计选择最适合的 SiC 产品。客户还可以根据特定的热力工况和运行条件混合搭配第四代产品，以实现价格和性能的最佳组合。

据悉，Qorvo 提供额定电压为 650-1700V 的 SiC FET 产品和二极管，用于传统的开关模式功率应用，工作频率为几十到几百千赫，功率水平通常大于 1kW。这些产品面向主要增长市场，如太阳能、储能系统、电动汽车动力系统以及用于电信、服务器和工业应用的高压电源。

Qorvo 的 SiC 技术提供了业界在任何封装中导通电阻最低的高压 SiC FETs，因此具有更高的电流能力和更低的功耗。此外，Qorvo 的 SiC FET 产品架构具有栅极驱动兼容性，因此为工程师从硅到碳化硅的过渡提供了最简单的途径。值得一提的是，Qorvo 的 SiC 技术能够在给定电流额定值下实现最小芯片尺寸的 SiC FET，从而实现 SiC 晶圆衬底的最佳利用率（即每个晶圆芯片），这是市场上产能高度受限的产品。

使产品开发更灵活的 Wi-Fi 7 FEM 评估板

Qorvo 展示的 Wi-Fi 7 FEM 评估板能够满足 Wi-Fi 7 技术规格全面升级的需求，包括与射频前端关联的 4096QAM 调变、320MHz 通道频宽等特性，简化射频元件的设计难度。

Qorvo 针对 Wi-Fi 7 提供完整的无线前端射频模组（RF FEM）和滤波器解决方案，同时兼顾低功耗与小封装的优势，可以为产品开发提供更大的空间和灵活性。其中宽带前端模块（FEM）的业界首款覆盖 5.1GHz 至 7.1GHz 频段，不仅能最大限度地提高容量，还能简化设计，缩短产品上市时间，并将前端电路板空间减少 50%。

另外，Qorvo 也同时提供 Wi-Fi 7 对应的滤波器——支持 UNII 1-3（5G频段）的 QPQ5500 以及支持 UNII 5-8（6G频段）的 QPQ5601。

本次慕尼黑上海电子展上，Qorvo 以领先的技术优势、广泛的应用领域，给业界留下深刻印象。作为时代创新的领导者，Qorvo 致力于从“芯”出发、顺势而为，用先进的产品与解决方案持续为汽车、消费、工业、物联网等各个领域赋能。面对充满生机的未来，Qorvo 也将一如既往地专注研发、聚焦创新，帮助客户以更从容的姿态迎接市场机遇！

爱芯元智宣布，企业核心技术混合精度NPU正式启用中文名称“爱芯通元^®”。与此同时，爱芯元智联合创始人、副总裁刘建伟在第三届中国集成电路设计创新大会暨无锡IC应用博览会（ICDIA 2023）的“AIoT与ChatGPT”专题论坛上，受邀做《爱芯元智AX650N Transformer端边落地平台》主题演讲，并介绍了第三代SoC芯片AX650N在端侧、边缘侧部署Transformer的领先优势。

爱芯元智混合精度NPU中文名“爱芯通元^®”正式公布

近年来，AIoT行业规模快速成长，不仅是各大传统行业智能化升级的最佳通道，也是未来物联网发展的重要方向。同时，自2022年底发布以来，以ChatGPT为代表的大模型引发国内外科技巨头的纷纷布局，人工智能发展也进入了一个全新的时代。可以看到，伴随着AIoT以及AI大模型的快速发展，底层硬件的数据存储、计算性能、图形处理能力都面临着极高的要求。

在爱芯元智看来，大模型具有通识能力，能够降低人工智能在场景落地的成本，而未来，每一个人都可能在终端拥有一个智能助手。在人工智能发展的过程中，爱芯元智提供的则是芯片基建，即通过人工智能芯片提供感知与计算的基础能力，助力AI在端侧边缘侧的落地。

感知层面，爱芯元智致力于让摄像头看得更清，从而打造物理世界的数字化入口；计算层面，爱芯元智致力于让摄像头看得懂，将为各种AI模型在端侧和边缘侧的落地提供更高的算力基础。本次ICDIA 2023现场，爱芯元智正式公布了混合精度NPU的官方中文名“爱芯通元^®”，意在为各种智能算法提供基本算力支撑，让智能在端侧和边缘侧对世界产生更深入的理解，助力更美好的生活。

定位人工智能感知与边缘计算基础算力平台，爱芯元智自2019年成立以来便聚焦感知与计算基础能力，自主研发了爱芯智眸^®AI-ISP和爱芯通元^®混合精度NPU两大核心技术。后者通过减少内存墙和功耗墙的阻碍，在端侧边缘侧面积、功耗受限的情况下，以更高的有效算力支持更多的智能算法，降低AI部署成本。

目前，爱芯元智已完成四代多颗芯片产品的研发和量产工作，并逐渐落地智慧城市、智能驾驶和AIoT三大市场。“这些市场都将感知和计算作为基本能力，这也是爱芯元智选择不同市场的逻辑”，刘建伟表示。

高性能、高精度、易部署，爱芯元智AX650N成Transformer最佳落地平台活

在AI芯片设计开发时，爱芯元智高度重视应用、算法与NPU的深度结合。应用方面，爱芯元智通过数据流优化、前后级处理加速来实现更高的性能；算法方面，爱芯元智会通过算子加速、网络微结构加速、内存优化等设计，从算法的角度来提高硬件的利用率；同时，爱芯通元^®混合精度NPU是一个异构多核系统，并且内置多核硬件调度机制减少对CPU的占用，让系统应用跑得更快。

基于应用、算法与NPU联合优化的设计理念，爱芯元智推出的边缘侧、端侧人工智能处理器芯片均具有高性能、低功耗等优势，其第三代高算力、高能效比SoC芯片AX650N更成为Transformer最佳落地平台。

实测数据显示，爱芯元智AX650N不仅在传统的CNN网络上性能优异，在端侧部署Transformer网络SwinT也表现出色，实现了361FPS的高性能、80.45%的高精度、199 FPS/W的低功耗以及原版模型且PTQ量化的极易部署能力。同时，AX650N还支持低比特混合精度，用户如果采用INT4，可以极大地减少内存和带宽占用率，从而有效控制端侧边缘侧部署的成本。

目前，爱芯元智AX650N已适配ViT/DeiT、Swin/SwinV2、DETR等Transformer模型，最先进的计算机视觉自监督模型DINOv2也在AX650N上达到了30帧以上的运行结果。为了帮助开发者对Transformer做更好的落地尝试，爱芯元智还推出了基于AX650N的面向生态社区和行业应用的开发套件“爱芯派Pro”，助力探索更丰富的产品应用。

面对大模型掀起的新一轮AI热潮，爱芯元智AX650N也将针对Transformer结构进行进一步优化，并且将探索多模态方向的Transformer模型。爱芯元智希望通过感知和计算核心技术，加速端侧边缘侧智能落地，真正实现普惠AI，让人们的生活更加美好。

关于爱芯元智：

爱芯元智成立于2019年5月，致力于打造世界领先的人工智能感知与边缘计算芯片，服务智慧城市、智能驾驶、机器人以及AR/VR等巨大的边缘和端侧设备市场。集强大算力与超低功耗于一体，采用算法和芯片的协同设计理念，爱芯元智自研两大核心技术——爱芯智眸^® AI-ISP和爱芯通元^®混合精度NPU。在过去的四年时间里，爱芯元智已经完成了四代多颗芯片产品的研发和量产工作。

基于算法、芯片、产品的垂直整合，爱芯元智为合作伙伴提供全栈式解决方案，帮助客户实现最新技术的快速落地。与此同时，爱芯制定了完善的产品路线图，覆盖高中低端市场，以满足客户不同场景的产品需求。

作者：Richard Anslow，系统工程高级经理

摘要

从定速电机转向提供位置和电流反馈的变速电机，不仅可以实现工艺改进，还能节省大量能源。本文介绍了电机编码器（位置和速度）、器件类型和技术以及应用案例。此外还解答了一些关键问题，例如对特定系统最重要的编码器性能指标有哪些。本文将探讨编码器应用中电子器件的未来发展趋势，包括设备健康监测和智能型长期稳健的检测。最后，本文解释了为什么完整的信号链设计是实现新一代电机编码器设计的基础。

电机编码器性能指标、趋势和电子器件

阅读本文后，您应该能够回答以下关键问题：

►什么是编码器，它如何提高逆变器和电机驱动系统的性能？

►哪些编码器性能指标对特定系统最重要？阅读本文后，您将了解如何使编码器的分辨率、精度和可重复性规格与电机和机器人系统规格相匹配。

►编码器常用的电子元件有哪些，未来的发展趋势是什么？阅读本文后，您将了解设备健康监测、边缘智能、稳定可靠的检测和高速连接如何支持未来的编码器设计。

闭环电机控制反馈系统

在过去的几十年里，从传统的并网电机向逆变器驱动电机的过渡一直在稳步、持续地进行。这是工业旋转设备的重大转型，通过提高电机和终端设备的使用效率，不仅实现了工艺改进，还能节省大量能源。变速驱动器和伺服驱动系统提高了电机控制性能，从而可以改善要求严苛应用的质量和同步功能。如图1所示，功率级使用了功率逆变器、高性能位置检测以及电流/电压闭环反馈，因此电机性能和效率得以提高。

将变频电压施加于逆变器采用脉冲宽度调制的电机，可以实现对电机的开环速度控制。在稳态或缓慢变化的动态条件下，这将相当有效，并且较低性能应用中的许多电机驱动器采用开环速度控制，而不需要编码器。但是，这种方法有几个缺点：

►由于没有反馈，速度精度很有限

►由于无法优化电流控制，电机效率很低

►必须严格限制瞬态响应，以免电机丧失同步

图1.闭环电机控制反馈系统

什么是位置编码器？

编码器通过跟踪旋转轴的速度和位置来提供闭环反馈信号。光学和磁编码器技术使用非常广泛，如图2所示。在通用伺服驱动器中，编码器用于测量轴位置，从中可推导出驱动器转速。机器人和离散控制系统需要准确且可重复的轴位置。光学编码器由带有精细光刻槽的玻璃圆盘组成。当光穿过圆盘或从圆盘反射时，光电二极管传感器检测光的变化。光电二极管的模拟输出经过放大和数字化处理后，通过有线电缆发送到逆变器控制器。磁编码器由安装在电机轴上的磁体和磁场传感器组成，传感器提供正弦和余弦模拟输出，输出经过放大和数字化处理。光学和磁传感器信号链类似，如图2所示。

电机编码器类型、技术和性能指标

单圈绝对值编码器在通电后会返回机械或电气360°范围内的绝对位置信号。电机轴的位置可以立即读取。多圈绝对值编码器不仅具有绝对位置功能，而且能提供360°圈数计数。相比之下，增量编码器提供相对于旋转起点的位置。增量编码器提供一个索引脉冲来指示0°，并提供一个单脉冲来计数圈数，或提供一个双脉冲来提供方向信息。

图2.(a) 光学编码器，(b) 磁编码器

编码器的分辨率是指电机轴旋转360°时可以区分的位置数量。通常，最高分辨率的编码器使用光学技术，而中高分辨率的编码器使用磁或光学传感器。中低分辨率编码器使用旋变器（旋转变压器）或霍尔传感器。光学或磁编码器使用高分辨率信号调理。大多数光学编码器是增量式的。编码器可重复性是一项关键性能指标，用于衡量编码器返回到同一指令位置的一致性。这对于重复性任务至关重要，例如在PCB制造过程中，放置半导体所用的机器人或贴片机须具有良好的可重复性。

图3.编码器类型

表1.编码器关键性能指标

电机编码器精度和可重复性的重要性

贴片机/机器人是食品包装和半导体制造行业中常用的自动化机器。为了提高工艺效率，需要具有高精度和可重复性的机器或机器人。使用高性能电机编码器可实现高精度、可重复性和高效率。

图4展示了机器人中的编码器应用案例。电机通过精密减速变速箱驱动机器臂中的每个关节。机器人关节角度通过电机上安装的精密轴角编码器(θ_m)和机器臂上安装的附加编码器(θ_j)来测量。

对于机器人，数据手册上列出的主要性能规格是可重复性，其数量级通常在亚毫米级。在了解可重复性规格和机器人的作用范围之后，就可以推断旋转编码器的规格。

图4.电机编码器(θ_m)和关节编码器(θ_j)的角度可重复性，以及机器人作用范围(L)

关节编码器所需的角度可重复性(θ)可从三角函数得出：机器人可重复性除以作用范围的反正切。

多个关节结合起来可实现机器人的整体作用范围。传感器应具有比目标角度精度更高的性能。必须改善每个关节的可重复性规格，这里假设改进10倍。对于电机编码器，可重复性由齿轮比(G)定义。

例如，对于表2所示的机器人系统，关节编码器需要20位到22位的可重复性规格，而电机编码器需要14位到16位的分辨率。

表2.编码器可重复性和机器人可重复性规格

电机编码器技术的未来发展趋势

图5说明了编码器的未来发展趋势和实现这些趋势的技术。

图5.编码器发展趋势和实现这些趋势的技术

Rockwell1关于伺服驱动器、编码器和编码器通信端口的研究表明，用于反馈通信的收发器每年增长20%。支持通过两条线（IEEE 802.3dg标准100BASE-T1L）¹进行100 Mbps通信的单对以太网(SPE)收发器目前正在研究中，未来的编码器驱动接口将受益于低延迟，目标性能为≤1.5 µs。这种低延迟将支持更快的反馈数据采集和更短的控制环路响应时间。

对机器人和旋转机器（例如涡轮机、风扇、泵和电机）实施的状态监控会记录与机器的健康和性能相关的实时数据，以便针对性地实施预测维护和优化控制。在机器生命周期的早期进行针对性的预测维护，可以减少生产停机的风险，从而提高可靠性、显著节约成本和提高工厂的生产率。将MEMS加速度计放置在编码器中可提供机器的振动反馈，这适合质量控制至关重要的应用。将MEMS加速度计添加到编码器中会很方便，因为编码器具有现成的布线、通信和电源，可以向控制器提供振动反馈。在数控(CNC)机床等一些应用中，从编码器发送到伺服器的MEMS振动数据可用于实时优化系统性能。

使用CbM并结合稳健且寿命更长的位置传感器，可以延长工业资产的使用寿命。磁传感器产生指示周围磁场角位置的模拟输出，可以代替光学编码器。磁编码器可用于湿度较高、污垢严重和灰尘较大的区域。这些恶劣的环境会影响光学解决方案的性能和使用寿命。

对于机器人和其他应用，必须始终清楚机械系统的位置，哪怕在断电的情况下也要明确知晓。标准机器人、协作机器人和其他自动化装配设备在运行过程中突然断电后，需要重新归位并初始化电源，这些停机时间会带来一定的相关成本并导致效率低下。由ADI公司开发的磁性多圈存储器²不需要外部电源也能记录外部磁场的旋转次数，因而可以减小系统尺寸并降低成本。

对于机器人和协作机器人，电机编码器和关节编码器通常需要16位至18位ADC性能，在某些情况下需要22位ADC。有些光学绝对位置编码器也需要高达24位分辨率的高性能ADC。

电机编码器信号链

图6、图7、图8和图9展示了磁性（各向异性磁阻(AMR)和霍尔技术）、光学和旋变编码器的编码器信号链。主要元件分为五大类：

1.   使用磁传感器（AMR、霍尔）跟踪轴位置和速度

2.   设备健康状况监测

a.      MEMS传感器

b.      温度传感器

3.   智能

a.      带/不带集成ADC的微控制器

b.      旋变数字转换器(RDC)

4.   电缆接口

a.      高速RS-485/RS-422收发器

b.      SPI转RS-485扩展器收发器

5.   信号调理

a.      高性能ADC（12位至24位分辨率）

磁编码器(AMR)

检测

在磁位置传感器应用领域，AMR传感器兼具稳定可靠的性能和高精度。如图6所示，传感器通常位于安装在电机轴上的偶极磁体对面。

图6.AMR传感器系统

AMR传感器对磁场方向变化很敏感，而霍尔技术对磁场强度很敏感。所以传感器对系统中的气隙和机械公差变化具有很强的容忍度，这一点很有优势。此外，AMR传感器的工作磁场没有上限，因此，这种传感器在高磁场下工作时几乎不受杂散磁场的影响。

ADA4571是一款低延迟集成信号调理功能的AMR传感器，提供单端模拟输出。ADA4571单芯片解决方案提供良好的角度精度（典型角度误差仅为0.10度），工作速度可高达50k rpm。ADA4571-2是双通道版本，可提供完全冗余能力而不影响性能，适合安全关键型应用。

ADA4570是AAD4571的衍生产品，具有相同的性能，但提供差分输出，适用于更恶劣的环境。ADA457x系列提供的高角度精度和可重复性改善了闭环控制，降低了电机扭矩纹波和噪声。与竞争技术相比，单芯片架构提高了可靠性，减小了尺寸和重量，并且更易于集成。

信号调理和电源

AD7380 4 MSPS双通道同步采样、16位SAR ADC具有许多系统级优势，包括节省空间的3 mm × 3 mm封装，这对于空间受限的编码器PCB板非常重要。4 MSPS吞吐速率确保捕捉到正弦和余弦周期的详细信息，以及最新的编码器位置信息。高吞吐速率支持实施片内过采样，从而缩短数字ASIC或微控制器将准确的编码器位置反馈给电机时的时间延迟。AD7380片内过采样还有一个好处，它可以额外增加2位分辨率，从而与片内分辨率增强功能轻松配合使用。应用笔记AN-2003³详细介绍了AD7380的过采样和分辨率增强功能。该ADC的V_CC和V_DRIVE以及放大器驱动器的电源轨可以由LDO稳压器（例如LT3023）供电。ADP320、LT3023和LT3029等多路输出低噪声LDO可用来为信号链中的所有元件供电。

收发器

ADM3066E RS-485收发器具备超低的发送器和接收器偏斜性能，所以非常适合用于传输精密时钟，EnDat 2.2 ⁴等电机控制标准通常要求精密时钟。事实证明，ADM3065E在电机控制应用中采用典型电缆长度的确定性抖动小于5%。ADM3065E具有较宽的电源电压范围，因此这种时序性能水平也可用于需要3.3 V或5 V收发器电源的应用。有关更多信息，请参阅技术文章“利用现场总线提升速度，扩大覆盖范围”⁵。

微控制器

对于需要12位或更低分辨率的应用，可以用集成ADC的微控制器来代替AD7380 ADC。小巧的MAX32672超低功耗Arm^® Cortex^®-M4F微控制器包含一个12位1 MSPS ADC，具有增强的安全性、外设和电源管理接口。

图7.磁编码器(AMR)信号链

资产状况监控

ADXL371是一款超低功耗、3轴、数字输出、±200g微机电系统(MEMS)加速度计，适用于机器监控。ADXL371性价比高，采用小型3 mm × 3 mm封装，工作温度高达+105°C。在即时导通模式下，ADXL371消耗1.7 μA的电流，同时能持续监测环境影响。当检测到冲击事件超过内部设定的阈值时，器件会切换到正常工作模式，其速度非常快以便记录事件。

ADT7320是一款高精度数字温度传感器，无需用户校准或校正，具有出色的长期稳定性和可靠性。ADT7320的额定工作温度范围为-40°C至+150°C，采用小型4 mm × 4 mm LFCSP封装。

表3.磁编码器(AMR)信号链推荐元件

光学编码器

光学编码器信号链元件与磁编码器(AMR)部分介绍的元件几乎相同。但是，为了支持更高的编码器分辨率，建议使用AD7760 2.5 MSPS、24位、100 dB Σ-Δ ADC。它融合了宽输入带宽、高速特性和Σ-Δ转换技术的优势，2.5 MSPS时信噪比(SNR)可达100 dB，因此非常适合高速数据采集应用。

图8.磁编码器（霍尔）信号链

图9.光学编码器信号链

表5.光学编码器信号链推荐元件

旋变（耦合）编码器

旋变编码器具有一些优点，例如较高的机械可靠性和高精度；但与磁体和ADA4571相比，旋变器价格昂贵。

AD2S1200将来自旋变器的信号转换为数字角度或角速率。图10显示了旋变器信号链。两个放大器用于创建三阶巴特沃斯低通滤波器，以将旋变器信号传递到AD2S1200。有关更多信息，请参阅电路笔记CN0276。

为节省空间并降低设计复杂性，建议使用LTC4332 SPI扩展器。LTC4332支持系统分区，提供了将微控制器置于伺服器中而非编码器中的选项。如果编码器需要微控制器，可以使用MAX32672 SPI接口直接连接AD2S1200，并且可以用ADM3065E RS-485收发器代替LTC4332。

如果使用LTC4332，AD2S1200 SPI输出会转换为稳健的差分现场总线接口。LTC4332包括三条从机选择线，因此MEMS和温度传感器等额外传感器可以与AD2S1200连接到同一条总线上。

表6.旋变编码器信号链推荐元件

结论

ADI公司利用其深厚的领域专业知识和先进技术，帮助合作伙伴设计未来工业电机编码器和网络。利用小巧而强大的微控制器、ADXL371 MEMS加速度计和ADT7320温度传感器，可以轻松地将资产健康洞察能力集成到编码器中。与光学或旋变器检测解决方案相比，ADI公司先进的AMR磁传感器（例如ADA4571）提高了可靠性，减小了尺寸和重量，并且更易于集成到编码器中。采用AD7380或AD7760等中高端ADC可实现贴片机和机器人所需的高精度和可重复性。

图10.旋变编码器信号链

参考资料

1. Dayin Xu。“用于电机反馈通信的100BASE-T1L。”Rockwell Automation，2022年5月。

2. Stephen Bradshaw、Christian Nau和Enda Nicholl。“具有真正上电能力与零功耗的多圈位置传感器(TPO)。”《模拟对话》，第56卷第3期，2022年9月。

3. Jonathan Colao。“ADI公司AD7380系列SAR ADC的片内过采样。”ADI公司，2020年6月。

4. “EnDat 2.2——位置编码器的双向接口。”Heidenhain，2017年9月。

5. Richard Anslow和Neil Quinn。“利用现场总线提升速度，扩大覆盖范围。”ADI公司，2020年3月。

关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元，全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户，ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。

关于作者

Richard Anslow是ADI公司工业自动化事业部的高级经理，从事软件系统设计工程工作。他的专长领域是状态监控、电机控制和工业通信设计。他拥有爱尔兰利默里克大学工程学士学位和工程硕士学位。最近，他完成了普渡大学人工智能(AI)和机器学习(ML)的研究生课程。