Digi-Key Electronics
Avtor: Rich Miron
2018_264_26
Izraz »Industrija 4.0« je bil skovan leta 2011 na sejmu v Hannovru in ponazarja četrto industrijsko revolucijo. Prva industrijska revolucija, ki je potekala v 18. stoletju, je povezana z mehanizacijo proizvodnega postopka. Druga industrijska revolucija se nanaša na elektrifikacijo proizvodnje v začetku 20. stoletja.
Tretja industrijska revolucija, ki je potekala v 80. letih 20. stoletja, je izhajala iz avtomatizacije in uvajanja računalniških sistemov, ki so jih omogočali napredki v tehnologiji osebnih računalnikov, internet in obdelava podatkov.
Trenutna digitalna revolucija, ki nudi nove možnosti, prek katerih lahko različne panoge uvajajo tehnološke rešitve, utira pot četrti industrijski revoluciji. Rezultat tega so hitre spremembe v proizvodni industriji, ki se vse bolj usmerja v celovito digitalizacijo.
Digitalna komunikacija je temelj omreženega proizvodnega sistema, ki predstavlja industrijo 4.0. Komunikacija prek senzorjev, ki nadzirajo delovanje ter stanje motorjev, valjčnih ležajev in menjalnikov, je v pomoč pri optimizaciji življenjske dobe strojev in sistemov, zmanjševanju časa nedelovanja ter večanju produktivnosti.
S pomočjo povezovanja sistemov za avtomatizacijo prek interneta je sedaj možna uvedba novih poslovnih modelov, ki omogočajo analizo in obdelavo velikih količin podatkov. Vendar je treba doseči celovito digitalizacijo, če želimo izkoristiti prednosti industrije 4.0. V ta namen bodo proizvajalci potrebovali najnovejše tehnologije za industrijsko komunikacijo in nadzor ter najnovejše senzorske tehnologije. Za zadovoljitev teh potreb je podjetje Texas Instruments (TI) sestavilo portfelj izdelkov, ki lahko pomagajo proizvajalcem, da naredijo preskok v industrijo 4.0.
Procesorji družine Sitara
Sitara™ AMIC110: Ta naprava je večprotokolni programirljivi procesor za industrijsko komunikacijo, ki lahko zagotavlja predpripravljene rešitve za večino industrijskih podrejenih naprav, ki lahko komunicirajo prek Etherneta in vodila fieldbus, in nekatere nadrejene naprave. Naprava AMIC110 vsebuje procesor ARM® Cortex®-A8, periferne naprave in industrijske vmesniške možnosti (slika 1).
Naprava AMIC110 nudi podporo za visokonivojske operacijske sisteme (HLOS). Podjetje TI nudi operacijska sistema Linux in TI-RTOS brezplačno, druge operacijske sisteme v realnem času pa je mogoče pridobiti od partnerjev podjetja TI. Ta procesor dobro deluje z mikrokontrolerji družine C2000 za povezane pogone kot dodaten čip za komunikacijo.
Sitara AM3357: Procesorji Sitara AM335x vsebujejo procesorsko jedro ARM Cortex-A8, podpirajo industrijske vmesniške možnosti, kot sta EtherCAT in PROFIBUS, ter so zmožni obdelave slik in grafike. Te naprave podpirajo tudi operacijske sisteme HLOS, pri čemer podjetje TI nudi sistema Android in Linux brezplačno.
Sitara AM4379: Serija visokozmogljivih procesorjev AM437x vsebuje jedro ARM Cortex-A9. Te naprave predstavljajo posodobitev glede na sisteme z jedri ARM s slabšo zmogljivostjo ter nudijo posodobljene periferne naprave, vključno s pomnilniškimi možnostmi, kot sta LPDDR2 in QSPI-NOR.
Procesorji podpirajo industrijske komunikacijske protokole, kot so EtherCAT, PROFIBUS, EnDat in drugi. Ponašajo s tudi z drugimi izboljšavami, ki vključujejo 3D-grafično pospeševanje za bogate uporabniške vmesnike ter soprocesor za deterministično obdelavo v realnem času. Poleg tega te naprave podpirajo operacijske sisteme HLOS, pri čemer podjetje TI nudi sistema Android in Linux brezplačno, druge sisteme HLOS pa nudijo podjetja, ki so del mreže Design Network podjetja TI, in partnerji podjetja TI.
Sitara AM5718: Naprave AM571x nudijo visokozmogljivo obdelavo na podlagi celovito vgrajenih mešanih procesorskih rešitev. Ti procesorji vsebujejo tudi vgrajen komplet perifernih naprav s programirljivimi rešitvami za obdelavo videoposnetkov (slika 2).
Programirljivost zagotavljata jedro DSP za računanje s plavajočo vejico C66x VLIW podjetja TI in enojedrna procesorska enota ARM Cortex-A15 RISC z razširitvami Neon. Procesor ARM omogoča razvijalcem, da ločijo krmilne funkcije od algoritmov za računalniški vid, ki se izvajajo na jedru DSP in soprocesorjih, ter tako zmanjšajo kompleksnost sistemske programske opreme.
Poleg tega podjetje TI nudi celovit komplet orodij za razvijalce za procesorje ARM in C66x DSP. Ta orodja vključujejo prevajalnike za programski jezik C, optimizator zbirnega jezika jedra DSP, ki poenostavlja programiranje in razvrščanje, ter vmesnik za odpravljanje napak, ki omogoča vpogled v izvajanje izvorne kode.
Družina procesorjev Sitara AM571x ARM je preizkušena skladno s standardom AEC-Q100.
Sitara AM5728: Ti procesorji imajo iste lastnosti kot naprave AM571x, poleg tega pa vsebujejo tudi pospeševanje za kriptografske funkcije.
66AK2G: Družina 66AK2G0x vsebuje heterogene večjedrne sisteme na čipu (SoC), ki temeljijo na preverjeni arhitekturi Keystone II (KS2) podjetja TI. Te naprave so namenjene za uporabe, ki zahtevajo tako zmogljivost jedra DSP kot jedra ARM, pri čemer nudijo tudi strojno pospeševanje za omrežne in kriptografske funkcije, periferne naprave in pomnilniške vmesnike z visoko hitrostjo ter podporo za operacijske sisteme HLOS.
Naprave iz družine 66AK2G0x upravljajo z vsem pomnilnikom in perifernimi napravami v sistemu z jedri DSP in ARM, podobno kot obstoječe naprave SoC, ki temeljijo na arhitekturi KS2. Uporaba te arhitekture omogoča kar največjo fleksibilnost programske opreme, saj je mogoča izmenična uporaba zasnov sistemov, ki temeljijo na jedru DSP in ARM.
Poleg tega so naprave 66AK2G0x veliko bolj zanesljive, saj so pri večini implementirani kode za odpravo napak v procesorskih jedrih, deljeni pomnilnik, vgrajeni pomnilnik v modulih in zunanji pomnilniški vmesniki. Na podlagi analize pogostosti mehkih napak in ur delovanja navedeni delinaprav 66AK2G0x izpolnjujejo širok razpon zahtev v industriji in avtomobilizmu.
Poleg tega podjetje TI nudi celovit komplet orodij za razvijalce za procesorje ARM in C66x DSP. Ta orodja vključujejo prevajalnike za programski jezik C, optimizator zbirnega jezika jedra DSP, ki poenostavlja programiranje in razvrščanje, ter vmesnik za odpravljanje napak, ki omogoča vpogled v izvajanje izvorne kode.
Industrijski vmesniški bloki Ethernet
DP83822I: ta nizkoenergijski čip PHY z enimi vrati Ethernet 10/100 Mb/s zagotavlja vse funkcije fizične plasti, ki so potrebne za prenos in prejemanje podatkov prek standardne parice in zunanje sprejemno-oddajne optične enote. Poleg tega naprava nudi možnost povezave s krmilnikom MAC prek vmesnikov IEEE 802.3 Standard Media Independent Interface (MII), Gigabit Media Independent Interface (GMII) ali Reduced GMII (RGMII).
Čip DP83822 podpira tudi več industrijskih vodil po zaslugi hitrega izklopa povezav in funkcije Auto-MDIX v vsiljenem načinu ter nudi vgrajene funkcije za ustvarjanje povratne zanke, vgrajen samopreskus in orodja za diagnostiko kablov.
DP83867: Ta naprava je nizkoenergijska, robustna sprejemno-oddajna enota na fizični plasti, ki podpira celoten komplet funkcij. Vsebuje vgrajene podplasti PMD za podporo protokolov Ethernet 10BASE-Te, 100BASE-TX in 1000BASE-T. Glede zaščite vezja pred elektrostatično razelektritvijo DP83867 presega raven 8-kV iz standarda IEC 61000-4-2 (neposredni stik).
Naprava DP83867 je zasnovana za preprosto implementacijo omrežij Ethernet LAN 10/100/1000 Mb/s in je v neposredni interakciji z medijem iz sukane parice prek zunanjega transformatorja. Neposredna interakcija s plastjo MAC je zagotovljena na podlagi standardov IEEE 802.3 MII, GMII ali RGMII. Ohišje QFP podpira vmesnike MII/GMII/RGMII, ohišje QFN pa podpira samo vmesnik RGMII.
RS-485 z digitalno izolacijo (ISO1176T): ISO1176T je izolirana sprejemno-oddajna enota diferencialnega voda. Naprava ima vgrajene oscilatorske izhode, ki zagotavljajo primarno napetost za izolacijski transformator. Ozemljitvena zanka je prekinjena, kar napravi omogoča, da deluje v večjem običajnem razponu napetosti, zato je naprava ISO1176T popolna za uporabo v prenosnih vodih.
Logični vhodni in izhodni medpomnilnik sta ločena z izolacijsko pregrado iz silicijevega oksida, ki zagotavlja galvansko izolacijo do srednje kvadratne vrednosti 5.000 V za ISO1050DW in 2.500 V za ISO1050DUB. Ko je naprava povezana z izoliranim virom napajanja, preprečuje, da bi šum iz podatkovnega vodila ali drugih vezij vstopil v lokalno ozemljitev in motil ali poškodoval občutljivo vezje.
Sprejemno-oddajna enota z vmesnikom IO-Link (TIOL111): ta družina sprejemno-oddajnih enot vsebuje vmesnik IO-Link za industrijsko dvosmerno komunikacijo od točke do točke (slika 4). Ko je sprejemno-oddajna enota povezana z nadrejeno napravo z vmesnikom IO-Link prek trižilnega vmesnika, lahko naprava začne komunikacijo in izmenjavo podatkov z oddaljenim vozliščem, pri čemer enota TIOL111 predstavlja celovito fizično plast za komunikacijo.
Te naprave vsebujejo zaščito pred prenapetostjo in lahko vzdržijo prenapetostne udare do 1,2 kV (500 Ω) skladno s standardom IEC 61000-4-5. Naprava TIOL111 je opremljena tudi z vgrajeno zaščito pred nasprotno polarnostjo.
Podatkovni pretvorniki za hitre, natančne in varne uporabe
ADS124S0x: ADS124S06 in ADS124S08 sta natančna 24-bitna delta-sigma (ΔΣ) analogno-digitalna pretvornika (ADC). Ti napravi nudita nizko porabo energije in številne vgrajene funkcije, ki zmanjšajo ceno sistema in število komponent za majhne aplikacije za merjenje senzornega signala.
Ta analogno-digitalna pretvornika se ponašata z dušenjem 50- oziroma 60-Hz za hrupna industrijska okolja ter sta opremljena z nastavljivimi digitalnimi filtri, ki zagotavljajo pretvorbo signala z nizko zakasnitvijo. Nizkošumni programirljivi ojačevalnik (PGA) omogoča ojačanja od 1 do 128 za ojačanje šibkih signalov in je primeren za uporabo v uporovnih mostičih ali termočlenih. Poleg tega imajo te naprave vgrajeno 2,5-V referenco z nizkim drsenjem, kar zmanjša porabo prostora na plošči tiskanega vezja. Dva programirljiva vira krmilnega toka omogočata tudi preprosto in natančno določanje prednapetosti za uporovne detektorje temperature (RDT).
ADS122U04: Natančen 24-bitni analogno-digitalni pretvornik, opremljen z dvema diferenčnima vhodoma ali štirimi enojnimi (single-ended) vhodi prek fleksibilnega vhodnega multiplekserja MUX. ADS112U04 ima vgrajen tudi nizkošumni programirljivi ojačevalnik (PGA), ki omogoča ojačenje do 128, dva programirljiva vira krmilnega toka, napetostno referenco, oscilator in natančni senzor temperature.
Ta naprava je sposobna pretvorbe pri hitrostih podatkov do 2000 vzorcev na sekundo (SPS) z zajemanjem izhodnega signala v vsakem ciklu (single-cycle settling). Ko naprava deluje pri hitrosti 20 SPS, digitalni filter zagotavlja hkratno dušenje pri 50 in 60 Hz za hrupne industrijske uporabe. Pretvornik ADS122U04 je zaradi ojačevalnika primeren za uporabe, ki vključujejo merjenje šibkih senzornih signalov, kot so signali uporovnih detektorjev temperature, termočlenov, termistorjev in uporovnih mostičev.
DAC8775: Naprava DAC8775 je zasnovana za izpolnjevanje zahtev industrijskega nadzora. Gre za v celoti vgrajen štirikanalni natančni 16-bitni digitalno-analogni pretvornik (DAC) s prilagodljivim napajanjem. Vklop prilagodljivega napajanja zmanjšuje izgubo energije vezja za upravljanje čipa.
DAC8775 je mogoče programirati kot izhod toka ali napetosti. Ko je programiran kot tokovni izhod je napajalna napetost na izhodu za tok regulirana med 4,5 V in 32 V glede na neprekinjeno povratno napetost na priključku za izhodni tok prek vgrajenega pretvornika navzdol/navzgor. Ko je pretvornik programiran kot napetostni izhod, generira programirljivo napajalno napetost za stopnjo izhoda napetosti (±15 V). Pretvornik DAC8775 vsebuje tudi LDO regulator, ki ustvarja digitalno napajanje (5 V) iz enega priključka za napajanje.
Podporni izdelki: napajalniki, ure in zaščita vezja
Pretvornik navzdol LM5166: Ta naprava je kompakten od 3 do 65-voltni sinhroni pretvornik navzdol z izjemno nizkim IQ, ki je preprost za uporabo. Zagotavlja visoko zmogljivost prek širokega razpona vhodnih napetosti in bremenskih tokov. Vgrajeni močnostni MOSFET-i na straneh z visoko in nizko napetostjo omogočajo izhodne tokove do 500 mA pri fiksnih izhodnih napetostih 3,3 V ali 5 V oziroma pri prilagodljivih izhodnih napetostih.
Pretvornik LM5166 je zasnovan za preprostejšo implementacijo, pri čemer nudi možnosti za optimizacijo delovanja ciljnega sistema. Za optimalno delovanje pri nizkih obremenitvah mora biti izbran način pulzno-frekvenčne modulacije, medtem ko način konstantnega pravočasnega nadzora zagotavlja skoraj konstantno delovno frekvenco. Nobena nadzorna shema ne zahteva zančne kompenzacije za zagotavljanje izjemnega odziva na vodu in v primeru prehodne obremenitve ter kratke pravočasne modulacije s širino impulzov za velike pretvorbe navzdol.
Napetostni LDO regulator TPS7A39: TPS7A39 je dvojni, monolitni napetostni pozitivni in negativni LDO regulator pozitivne z visokim rejekcijskim faktorjem napajalne napetosti (PSRR). Ta naprava lahko deluje kot vir ali ponor za tok do 150 mA. Regulirane izhode je mogoče neodvisno in od zunaj prilagoditi na simetrične ali asimetrične napetosti, zaradi česar se lahko to napravo uporabi kot popoln dvojni bipolarni napajalnik za preoblikovanje signala.
Izhodi naprave TPS7A39, tako pozitivni kot negativni, se med zagonom sorazmerno spremljajo. To pomaga zmanjšati stanja nihanja in druge težave pri sekvenčnem napajanju komponent, ki so pogoste pri dvovodnih sistemih. Negativni izhod je mogoče nastaviti na napetost do 0 V, kar razširi običajni razpon za ojačevalnike z enim virom napajanja. TPS7A39 ima tudi visok rejekcijski faktor napajalne napetosti za odstranjevanje šuma napajalnika, kot je na primer šum pri stikalnem napajalniku, ki lahko vpliva na integriteto signala.
Varovalka eFuse TPS2660: Te kompaktne naprave so visokonapetostne varovalke eFuse, ki nudijo celovit komplet varnostnih funkcij. Številne pogoste napetosti na vodilih DC bus je mogoče nadzirati zaradi širokega razpona vhodnih napetosti od 4,2 V do 55 V. Naprava lahko vzdrži in ščiti porabnike pred pozitivnimi in negativnimi napajalnimi napetostmi do ±60 V.
Varovalka TPS2660 je primerna za sisteme, ki zahtevajo zadržanje izhodne napetosti med prekinitvijo in upadom napajanja, ker vgrajeni tranzistorji FET zagotavljajo blokiranje reverznega toka. Prilagodljive funkcije, vključno z mejnimi vrednostmi previsokega toka, izhodnega faktorja slew rate, prenapetosti in podnapetosti, zagotavljajo zaščito porabnika, vira in naprave. Vgrajeni, robustni bloki za nadzor zaščite in visoka napetost naprave TPS2660x poenostavljajo zasnovo zaščite pred udarom sistemov.
Pretvornik navzdol TPS82130: Ta naprava je 3 A pretvornik s 17-V vhodom. Močnostni modul TPS82130 MicroSiPTM je izjemno učinkovit in optimiziran za rešitve majhne velikosti ter je opremljen s sinhronim pretvornikom navzdol in induktorjem, kar omogoča enostavnejše zasnove, zmanjšanje števila zunanjih komponent in prihranek prostora na tiskanem vezju. Majhna, robustna rešitev je primerna za avtomatsko sestavljanje s standardno opremo za površinsko montažo.
Pretvornik deluje v načinu PWM z nominalno stikalno frekvenco 2 MHz. Pri nižjih bremenskih tokovih se naprava samodejno preklopi v način varčevanja z energijo za učinkovito delovanje. V načinu varčevanja z energijo naprava deluje pri tipičnem mirovnem toku 20 µA. Pretvornik TPS82130 natančno regulira izhodno napetost in zagotavlja učinkovito delovanje v primeru prehodne obremenitve s pomočjo topologije DCS-Control. Naprava za zaščito pred udarom TVS3300: Gre za dušilnik prehodne napetosti (TVS), ki zagotavlja zaščito elektronskih vezij, izpostavljenih visokim prehodnim napetostim. Za razliko od običajnih diod TVS se vezje vpete napetosti naprave TVS3300 sproži pri nižjih prebojnih napetostih in vzdržuje konstantno vpeto napetost prek celotnega trajanja prehodne prenapetosti.
Kombinacijo nižje vpete napetosti in nizke dinamične upornosti omogoča edinstveno rešitev za zaščito z dušilnikom TVS, ki lahko zmanjša izpostavljenost sistema napetosti med udarom za do 30 % v enosmernih konfiguracijah in do 20 % v dvosmernih konfiguracijah v primerjavi s tradicionalnimi diodami TVS. Nizka in konstantna vpeta napetost omogoča izbiro sistemskih komponent v smeri toka z nižjo najvišjo napetostjo, kot je mogoča pri tradicionalnih diodah TVS. To zmanjšuje stroške sistema, zmanjša porabo prostora na plošči tiskanega vezja ter izboljša delovanje sistema.
Napetostna referenca REF3425: Gre za izjemno natančno nizkoenergijsko CMOS napetostno referenco z nizkim temperaturnim drsenjem (6 ppm/°C), začetno natančnostjo ±0,05 %, nizkim delovnim tokom in porabo energije, nižjo od 95 µA. Naprava REF3425 ima tudi izjemno nizek izhodni šum 5 µVp-p/V, kar ji omogoča, da vzdržuje visoko integriteto signala pri uporabi z visokoločljivostnimi pretvorniki podatkov in sistemi, ki so občutljivi na šum. Nahaja se v majhnem ohišju SOT-23, nudi izboljšane specifikacije ter se lahko uporabi kot zamenjava za napravi MAX6071 in ADR3425 podjetij Maxim in Analog Devices.
Rešitev za napajanje zaslonov HMI
Napajalnik za LCD-je TPS65150: Ta naprava predstavlja kompaktno in majhno napajalno rešitev, ki zagotavlja vse tri napetosti, ki jih potrebujejo zasloni LCD s tankoplastnimi tranzistorji (TFT). Naprava ima razpon vhodne napetosti od 1,8 V do 6 V in je zato primerna za prenosne računalnike, ki se napajajo prek 2,5-V ali 3,3-V vhodnega voda, ali za monitorje s 5-V vhodnim vodom. Poleg tega je naprava TPS65150 opremljena z vgrajenim visokotokovnim medpomnilnikom za zagotavljanje napetosti VCOM hrbtni plošči iz tankoplastnih tranzistorjev.
Sklep
Proizvajalci, ki želijo, da bi industrija 4.0 postala resničnost, potrebujejo najnovejše tehnologije za industrijsko komunikacijo in nadzor ter najnovejše senzorske tehnologije. Podjetje Texas Instruments si je zadalo, da bo izpolnilo njihove zahteve, in je sestavilo portfelj izdelkov, ki lahko proizvajalcem pomagajo na njihovi poti proti celoviti digitalizaciji tovarn.
