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随着农业生产模式和视觉技术的发展，农业采摘机器人的应用已逐渐成为了智慧农业的新趋势，通过机器视觉技术对农作物进行自动检测和识别已成为采摘机器人设计的关键技术之一，这决定了机器人的采摘效果和农场的经济效率。目前市面上最常见的是基于单片机开发的自动采摘机器人，但是随着人工智能的快速发展，通过建立神经网络基于大量图像数据训练的识别方法成为新一代智慧农业发展必不可缺的硬性条件。

智慧农业

  作为农业生产机器人升级芯片的选择，FPGA实时高速采集功能，搭配ARM端高性能处理系统搭建机器人自动识别采摘系统不为是最优的选择。Xilinx公司的Zynq 7000 系列的芯片作为控制器，既可以完成机器视觉算法，又可以实现对机器人的控制程序。此外，FPGA特有的并行处理能力可同时对多个目标进行识别采摘，提高了采摘效率；在此期间，可以通过优化算法和训练学习图像数据，对果实好坏进行分拣。

  农产品识别系统的工作流程可分为以下几个步骤：

(1)摄像头采集图像，将图像信息通过串口发送到FPGA，预处理图像数据。

(2)调用ZYNQ芯片的识别算法程序包  ，识别农产品的种类，成熟度，大小等相关信息。

(3)通过网络、多媒体接口把相应的农产品信息显示在触摸屏和云端，实时监控画面并记录采摘信息。

(4)在通过FPGA和软件的协调下，对图像中水果坐标信息进行计算，控制电机运转机械臂对成熟果实进行采摘操作。

基于Zynq 7000系列FPGA农业生产识别系统流程框架图

  随着农业升级硬件需求的不断增加，米尔电子基于Xilinx Zynq 7000系列7Z010/7Z020处理器，设计了一款简单易开发的单板Z-turn Board，大容量存储设计，支持系统长期数据存储；拥有丰富的接口，摄像头接口，HDMI显示接口，LCD 接口，可连接高清触摸屏幕，显示各类数据信息，实现就地监控和农作物实时管理；拥有千兆网口和CAN，PMOD，丰富的I/O等数据通讯接口，可轻松应对各类场景下的多种功能需求。并且该单板支持PYNQ设计平台，设计人员可以通过Python语言和库，利用Zynq中融合可编程逻辑和微处理器的优势来快速构建更强大的嵌入式系统。

米尔基于Xilinx -7Z010/20单板

附基于Xilinx -7Z010/20处理的MYS--7Z010/20单板资料：

SOC：Xilinx Zynq-7010/20 高性能双核ARM Cortex-A9处理系统（PS），FPGA架构：可编程逻辑单元    XC7Z010（28K，约43万逻辑门   ）XC7Z020（85K，约1.3M逻辑门）。

系统内存：1GB DDR3 SDRAM（512MB*2）、

存储：QSPI 默认16MB，TF CARD槽（支持外部启动）

网络：一路千兆网口

视频：HDMI接口

USB：USB HOST*2

JTAG：1路PS/PL复用 JTAG接口（进行编程调试下载）

供电：5V/0.5A

为了开发的多样性，米尔还为Z-turn Board设计出专属Z-turn IO cape，扩展了Z-turn 的普通IO，ADC，LCD，摄像头接口等，能搭配更多的外设模组共同使用。大大扩展了开发场景。

Z-turn+Z-turn IO Cape

关于米尔电子，专注嵌入式处理器模块设计和研发，是领先的嵌入式处理器模组厂商。米尔电子在嵌入式领域具有20年的行业技术经验，为客户提供专业的ARM工业控制板、ARM开发板、ARM核心板、ARM开发工具、充电桩计费控制单元及充电控制板等产品和技术服务。此外，米尔电子还可通过涵盖众多ARM处理器及操作系统的专业技术提供定制设计解决方案，通过专业且高效率服务帮助客户加速产品上市进程。

经久耐用的电气隔离技术以及栅极驱动器 IC 输出级和封装的多项创新

作者：英飞凌科技股份有限公司市场总监 Hubert Baierl

简介

像许多电子领域一样，进步持续发生。目前，在 3.3 kW 开关电源 (SMPS) 中，产品效率高达 98%，1U结构尺寸，其功率密度可达 100 W/in³。这之所以可以实现是因为我们在 图腾柱 PFC 级 中明智地选择了超结 (SJ) 功率 MOSFET（例如 CoolMOS™），碳化硅 (SiC) MOSFET（例如 CoolSiC™），而且还采用了氮化镓 (GaN) 功率开关（例如 CoolGaN™）用于400V LLC 应用。PFC 和 LLC 数字控制器是必不可少，正如采用平面磁性器件和先进的栅极驱动器 IC（如 EiceDRIVER™）在实现高性能方面发挥着重要作用。

主要市场趋势

经久耐用的电气隔离

在系统的两个（或多个）部分之间必须进行接地环路隔离时，就要采用电气隔离。采用电气隔离的主要原因有：

1.避免接地偏移（由电源开关的正常操作导致）影响系统的正常运行。

2.防止浪涌或脉冲损害系统的完整性。

3.保护人们免受有害电击。

目前，德国 VDE 规范 DIN VDE V 0884-11:2017-01 (“VDE 0884-11”) 是电气隔离栅极驱动器 IC 器件级标准的“黄金标准”。

VDE 0884-11 是任何电气隔离半导体产品（即，不管是光学隔离、磁性隔离还是电容隔离）的第一个行业标准，不仅考虑了零时（即制造商测试产品时）的隔离栅特性。VDE 0884-11 还要求产品使用寿命为 20 年。为此，栅极驱动器 IC 要接受与时间相关的电介质击穿（TDDB）寿命测试 t_BD（击穿时间），该测试的上限为 37.5 年（见表 1）。

而众所周知的器件级隔离标准中（如 UL 1577、IEC 60747-5-5 或同时到期的 VDE 0884-10）没有产品使用寿命的要求。

由于 VDE 0884-11 是德国标准，因此该标准已与在很大程度上类似的国际 IEC 60747-17 标准合并，IEC 60747-17 标准于 2020 年 9 月 20 日发布。

VDE 0884-11 标准中含有一个不容忽视且非常重要的声明：

“只有在安全等级范围内才能保证安全的电气隔离。应通过适当的保护电路确保符合安全等级。”

在人们需要防止触电时，这句话尤为重要。

表 1.器件级隔离标准概述

设想一下半桥中最坏的情况：高边 MOSFET 栅极-漏极短路，而低边 MOSFET 导通。在这种电气过载（“EOS”）情况下，我们可以观察到有超过 600 A 的电流流向栅极驱动器 IC 输出端。因此，为了保护栅极驱动器 IC 输出端，我们为栅极电阻 (R1) 补充了抑制二极管 (D1)（见图1）。抑制二极管为栅极驱动器输出端提供了旁路，将电流引导至半桥中点。因此，我们只要选择了合适的应用设计，那么栅极驱动器 IC 从输出端到输入端的隔离功能就能保持不变。

图1.EOS 测试装置

除了要保持这种隔离功能外，采用模塑化合物覆盖的裸露金属通常不可见，即，必须保持封装的完整性。

EOS 测试表明，栅极驱动器 IC 在 IC 输入端嵌入隔离栅后（如英飞凌科技股份有限公司的 EiceDRIVER™ 2EDR 系列），即使没有抑制二极管 D1，也能满足这两项要求。

多个进步领域

UVLO 输出级启动时间较短

由于 高边栅极驱动器 IC 的自举电源是一种非常经济高效的解决方案，因此该解决方案很常见。因此，高压 LLC 中的 半桥 和全桥（典型值 400 V 直流总线电压），或低压 DCDC 转换器（例如，48 V 至 12 V）初级侧的硬开关全桥通常都带有自举电路。

栅极驱动器 IC UVLO 启动时间较短，从多方面为自举式设计提供了优势：

a)快速正常系统启动。

b)欠压保护后的 LLC 启动时间较短，例如超过 200 ms，这通常等同于 10 个电源周期。

c)系统级保护激活后，重启释放时的 LLC 启动时间较短。

d)在自举电路升压期间，由于高边与低边 PWM 操作不对称，主电源变压器不会出现饱和状态。

当在自举高边使用典型 UVLO 启动时间为 2 µs 的双通道 电气隔离栅极驱动器 IC 时，在半桥可以开始工作之前，只会跳过四个高边脉冲(前提是高边 V_DD 上升被视为典型值)。而类似的栅极驱动器 IC，其 UVLO 启动时间为 10 µs 或更长，通常会跳过 10 个或更多高边脉冲。这就大大延长了半桥工作的开始时间（图 2）。

图2.最先进的双通道隔离栅极驱动器 IC 的 UVLO 启动时间比较

合适的 UVLO 关断时间

在达到 UVLO 触发的输出级关断时，其主要目标是能足够快地保护开关器件免受热过载。

同时，如果只是间歇降至 UVLO_off 阈值以下，则不应关断开关级。

实际经验表明，500 ns 的关断延迟是不错的选择，这可以避免 V_DD 上的噪声或振铃（例如由负载跳跃引起）引发意外的输出级关断。

有源输出钳位

输出钳位的目的是在栅极驱动器电源仍低于 UVLO_on 阈值的同时确保输出级安全关断。这降低了半桥自举启动过程中的直通风险。

在电源电压高于 UVLO_on 阈值时，栅极驱动器 IC 预计会将控制输入传递到输出级，即输出端不再钳位，而是跟随输入端信号。

在自举半桥级中，当低边切换为升压电容充电时，由高边开关的 C_GD 和 C_GS组成的容性分压器会导致 V_GS 超过其导通阈值。栅极驱动器 IC 输出钳位的目的在于避免 V_GS 超过此导通阈值，并有效地使其短路。而如果输出钳位没有发生，此时高边开关与低边开关同时导通，就会形成半桥直通。

先进的栅极驱动器 IC 带有输出钳位电路，电路会在低至 1.2 V 的 V_DD 电平下激活，非常适合高边开关的“教科书式”启动（见图 3）。

图3.有源输出钳位比内置 RC 钳位的输出级响应更快

与此相反，如果栅极驱动器 IC 带有内置慢速RC 钳位电路，则在半桥的启动期间会出现一定程度的直通，直到最终 V_DD 值高到足以激活输出钳位电路为止。这并非理想情况，因为这会导致开关器件的电气过载。

具有可配置死区时间的直通保护

在半桥中引入死区时间的目的在于，在开关关断后、半桥另一侧导通前，使开关尾电流衰减。否则，就可能发生直通事件。超结功率 MOSFET （例如英飞凌科技股份有限公司的 CoolMOS™ ）的典型衰减时间在 300 ns 内。

在正常工作的系统中，在控制器 IC 中运行的软件满足这一死时间。这样一来，控制器 IC 就可以管理该开关级的有效占空比。在确定软件控制的死区时间时，控制器 IC 硬件、操作系统和应用软件的实时性能都起到了作用。因此，基于软件的有效死区时间通常不会小于 300 ns。但在大多数情况下，这一死区时间要长得多。

为了防止基于软件的死区时间控制出现故障，栅极驱动器 IC 内置的直通控制和死区时间控制可作为第二级安全机制来防止直通事件。

现代双通道隔离栅极驱动器 IC 通过外部电阻实现了可配置的死区时间设置。死区时间从 10 ns 到 1000 ns 不等，选择空间大。因此，这种栅极驱动器 IC 非常适用于各种功率开关技术，包括 氮化镓 (GaN) 功率开关。死区时间精度可达 +/-15%。实际上，这通常比基于 IC 的死区时间控制的实际控制要精确得多。

封装创新

双通道电气隔离栅极驱动器 IC，采用 150 mil 和 300 mil DSO 封装，通常采用 14 引脚配置。在栅极驱动器 IC 级，传统的 16 引脚配置与越来越流行的 14 引脚配置之间的区别在于，先前输出端的“空”脚实际上已不存在（图 4）。

这样就能实现额外的 PCB 顶级布线。或者，由于由此产生的通道间爬电距离增加到了 3.4 mm（参考 IEC 60664-1，I 级污染），因此可以实现高达 1025 V_RMS的通道间功能隔离电压。

电气隔离栅极驱动器 IC 的封装尺寸非常重要，设计人员现已可选用无引脚 4x4 mm² 封装。相对于默认的 5x5 mm² 封装尺寸，4x4 mm² 栅极驱动器 IC 节省了 36% 的 PCB 面积。输入输出隔离额定值相当于 V_ISO=2250 V_RMS (UL 1577)。

大多数现代双通道低边栅极驱动器 IC 虽然带有两个输入端，但这些输入端通常与固定电位相连，这意味着输入端实际上并未使用。那么，这种输入端存在的原因是什么，尤其是当想要实现高功率密度时？

图4.14 引脚与 16 引脚 DSO 封装比较

双通道 低边栅极驱动器 IC 采用 6 引脚封装（如有引脚 SOT-23，甚至像 TSNP 等无引脚超小型 1.1x1.5 mm² 6 引脚封装），是非常实用且经济高效的解决方案（图 5）。这样一来，栅极驱动器 IC 的所有优势都将得以体现，例如数字导通/关断特性、界定的 UVLO、5 A 强输出级、个位数 ns 传播延迟精度。同时，最大限度地降低了 PCB 面积占用，提高了 PCB 布局的灵活性。

图5.采用小尺寸封装的双通道低边栅极驱动器 IC 示例

结论

栅极驱动器 IC 集成了电气隔离，该功能已经从认证为仅在零时状态下有效的产品特征发展成为规定产品工作寿命为 20 年的产品特性。借助适当的应用设计，隔离功能和封装完整性即使在严重的电气过载情况下，也丝毫不会受到影响。

缩短 UVLO 启动时间加快了系统启动速度，也避免了主电源变压器出现饱和状态。合适的 UVLO 关断时间可防止开关器件出现热过载，还有助于在 V_DD 噪声或振铃情况下保证工作稳健性。

虽然栅极驱动器电源仍低于 UVLO_on 阈值，但有源输出钳位为栅极驱动器 IC 输出端提供了一条低阻抗接地路径。这种最通用的方法可以避免在自举启动过程中出现半桥级击穿事件。

栅极驱动器 IC 硬件内置可配置击穿保护和死区时间控制，这些功能是重要的二级安全机制。封装创新移除了未使用的引脚（以前称为“空”脚），而且封装尺寸也越来越小。

欲了解更多信息，请访问我们的 EiceDRIVER™ 栅极驱动器 IC 专业网站。点击此处。

下载建议：应用说明——隔离栅极驱动解决方案

参考文献

[1] Hubert Baierl，“EiceDRIVER^TM解决电源中的接地偏移问题”，Elektronicnet.com，2018 年。

[2] Hubert Baierl，“开关电源设计不再面临接地偏移挑战”，Power Electronic News，2018 年 5 月

[3] Hubert Baierl，“智能诊断优化工厂车间正常运行时间”，EE Times Europe，2013 年 5 月

[4] Hubert Baierl，“提供智能化保护”，Bodo Power Systems，2011 年 5 月

作者简介

Baierl 先生是英飞凌科技股份有限公司 EiceDRIVER^TM 栅极驱动器 IC 和 ISOFACE^TM产品的产品营销负责人。由其提供技术支持的栅极驱动器 IC 主要应用于超结 MOSFET CoolMOS™、CoolSiC^TM 碳化硅 MOSFET、CoolGaN^TM GaN HEMT 以及中低压 OptiMOS^TM 开关应用。Baierl 先生持有美国路易斯安那州立大学电气工程硕士学位及德国奥格斯堡大学工商管理硕士学位。

在MWC23巴塞罗那期间，华为与沙特阿拉伯领先的电信运营商Zain KSA签署战略合作谅解备忘录，共同发布“5.5G City”联合创新项目。该谅解备忘录是在2月27日至3月3日在巴塞罗那举行的MWC23期间签署的。

根据该框架合作备忘录，双方将共同致力于推动面向5.5G演进的技术创新和拓展创新业务到消费者、家庭和企业等全场景领域。此外，还将加强数字基础设施，建设全球5.5G演进基准网络，为实现沙特2030年愿景中概述的国家数字化目标提供强大引擎。

华为表示，将与Zain KSA长期合作，加强技术创新，改善用户体验，开发新的应用。此次合作将包括通过大规模部署MetaAAU和5G载波聚合，以及LampSite数字室内解决方案，在室内和室外场景提供无缝的千兆体验。此外，还将持续提升Massive MIMO网络的性能，开发端到端自主网络运营和优化能力。双方还将共同努力，为物联网（IoT）和移动专用网络解决方案开发新的应用场景。最后，双方还将共同探索在极简站点和绿色节能解决方案等领域的创新合作。

沙特Zain首席技术官Abdulrahman bin Hamad Al-Mufadda对双方加强联合创新合作表示满意，“我们致力于推动王国的数字化转型，通过将创新技术投资与跨多个领域的开创性数字解决方案结合起来，包括云计算、金融技术、商业支持，和无人机技术。Zain KSA的使命是，根据沙特2030年愿景和沙特的数字化转型战略，增强数字社会的权能，支持向数字经济过渡。通过与包括华为在内的全球ICT领导者合作，我们致力于通过5G-Advanced技术的联合创新，并孵化一系列垂直服务，促进行业数字化，增强Zain KSA的端到端网络。”

华为5G产品线总裁彭红华表示：“我们很高兴能与Zain KSA合作，为该地区提供最新的5G先进技术和解决方案。华为的技术创新与我们与Zain KSA的长期战略伙伴关系保持一致。我们相信，此次合作将带来新的解决方案，以增强用户体验和开发新的使用案例，并加强我们与Zain KSA的伙伴关系，为增强沙特阿拉伯行业数字化转型的数字基础设施做出重大贡献。”

2023年世界移动大会于2月27日至3月2日在西班牙巴塞罗那举行。华为展区位于Fira Gran Via 1号馆1H50展区。华为与全球运营商、行业精英、意见领袖等一起深入探讨5G商业成功、5.5G新机会、绿色发展、数字化转型等热点话题，运用GUIDE商业蓝图，从繁荣的5G时代迈向更加繁荣的5.5G时代。欲了解更多详情，请参阅: https://carrier.huawei.com/cn/events/mwc2023

来源：华为

稿源：美通社