从辅助外科手术到在制造工厂里举起数千公斤的重物，机器人为我们生活的许多方面提供了便利。机器人对现代化世界的影响显而易见，但您是否思考过机器人系统如何实现如此精确、快速和强大的运动？如果答案是通过电机，那么恭喜您回答正确！
机器人往往是模仿本应由人类执行的操作；有鉴于此，它的功能主要包括通过某种形式的位移或旋转来调整位置和方向，这些运动一般通过电机实现。
传统的机器人应用场景主要专注于机械驱动（如手臂操纵或传送带循环），而现代应用场景则简单得多，就像相机旋转或精准机械光束转向激光雷达传感器。您可能会惊讶地发现，电机的基本应用是最基础不过的风扇和泵，但实际上却对散热和液压起着重要作用。
点击查看视频：了解 TI 如何凭借创新型半导体增强机器人…
乘坐电梯时，您肯定希望平稳安全地从一层到达另一层。在电梯驱动中，精密的运动控制使电梯能够停在指定位置，并平稳地减速直到完全停止。缺乏精密的运动控制可能会导致电梯误停在两层之间，这会让乘坐电梯的人感到头晕不适或不安全。
机器人、计算机数控机器和工厂自动化设备都需要通过伺服驱动器进行精密的位置控制，此外在许多情况下还需要进行精密的速度控制，以便正确地制造产品并维护工作流程。
工业驱动器的诸多方面都对实现精密的运动控制很重要，精密运动控制涉及实时控制设计中的三个基础子系统，即感应、处理和驱动。本文将论述各个子系统的支持技术示例。
感应
缺乏精密的位置和速度感应，就无法实现精密的运动控制。感应可以包括电机轴角位置和速度感应或传送带线性位置和速度感应。设计人员经常使用增量式光学编码器，每转有几百到一千个槽，以感应位置和速度。这些编码器通常通过正交编码脉冲 (QEP) 连接到微控制器 (MCU)，因此需要 QEP 接口功能。
相比之下，绝对编码器的精度明显更高…
据美国能源信息管理局统计，2014年美国能源的平均零售价格为10.44美分/千瓦时，预计输配电损耗为5%。这一损耗值似乎很低，但是你必须考虑到美国的总净发电功率是4.1万亿兆瓦时。在这种情况下，5%的损耗意味着超过2000亿千瓦时和210亿美元的损失，因此努力改善电力传输方式成为了我们的优先事项。
高压直流（HVDC）输电是为减少输配电损耗而实施的解决方案之一。为什么HVDC比常规交流输电更高效呢？HVDC输电线路的损耗比相同电压的AC线路少30-50%。当电压和电流变得异相时，HVDC可以提高功率因数。因为DC没有与其相关的频率，所以它不受集肤效应的影响，可以降低通过线路传输的总功率。当电流密度集中在表面或“外肤位置”时，会发生集肤效应，并且当其朝导体中心移动时会渐渐稀疏。沿表面的电流密度越高，AC的有效电阻也就越高。HVDC还提高了网络的可靠性。某些类型的HVDC站可以帮助稳定异步网络。…
随着家庭和办公室开放式布局设计的出现以及日渐转向混合动力电动汽车和电动汽车，愈发需要更安静、高效的电机控制。即使是非常小的声学差异，也会对可闻噪声造成显著影响。
在图 1 中，您可以看到生活空间中的电器如何影响整体噪声水平。利用具有更高功率密度、更高集成度和更高效系统的电机控制电路等先进的实时控制技术，可帮助您实现更出色的系统声学性能。一些其他策略包括使用连续脉宽调制 (PWM) 的矢量磁场定向控制 (FOC) 算法，减少振动的特定控制算法，以及应用死区时间补偿和 PWM 生成来降低可闻噪声的集成控制。
图 1：开放式厨房和客厅的可闻噪声
由于这些不同的产品和策略都可以降低运动控制应用中的可闻噪声，因此可能很难确定哪种策略更适合您的应用。在本文中，我将以 BLDC 集成控制栅极驱动器为例，列出降低运动控制应用中可闻噪声的三种出色方式…
这篇文章是我们运动控制技术文章系列的第三篇（第一篇 |第二篇）。
如果您正在设计电机驱动应用，以往您可能会使用如双极结型晶体管 (BJT) 等多个分立式元件来实现电机控制。尽管这种方法通常成本更低，但使用的元件总数更多，占用的布板空间更大，花费的设计时间更长，复杂度也更高。使用多个元件还可能会影响系统可靠性。
随着应用的复杂度增加、功率提高、占用空间减小，集成变得至关重要。集成解决方案可以缩短设计时间、简化采购流程以及节省成本，同时还可以确保电机系统更加可靠和高效。
在本文中，我将对不同的电机控制实现方案进行比较，包括分立式和完全集成式选项，从而帮助您找到适合您设计的方法。表 1 比较了各种电机控制选项的集成度。
表 1：用于驱动电机的集成度
采用分立式方…
作者：德州仪器 Sanjay Pithadia
光电容积脉搏波描记术（Photoplethysmography，PPG）是一种用于心率监测仪（HRM）和外周毛细血管氧饱和度（SpO2）测量的流行光学技术。它简易方便，因为只需将LED和光电探测器（PD）连接到身体上即可。
PPG的基本理论基于人体组织的光吸收变化，这与氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对浓度的变化相关。由心脏收缩和舒张引起的血容量变化可用于估计动脉血氧饱和度。
实现传统的参数测量无法实现的功能
可参考我们最新的参考设计了解更多信息：支持Bluetooth®5的多波长光学HRM和SpO2监控参考设计
PPG信号易受运动伪影的影响，这取决于光源的波长。光吸收以及因此进入组织的穿透深度取决于波长。红外和近红外（NIR）等较长波长的吸收相对较低，可实现更深入的组织穿透。诸如绿色和蓝色等波长较短的光被黑色素强烈吸收；因此，进入组织的穿透深度相对较浅。因此，红色和近红外光PPG受制于伪影…
作者：德州仪器 Akshay Mehta， Sreenivasa Kallikuppa
本文将介绍与分立电源解决方案相比，电源模块帮助提高DAQ性能的一些方法。
DAQ的电源架构
在DAQ中，跨多个子系统看到并联电源轨和不同的负载电流（和纹波）要求并不罕见。图1展示了DAQ系统的电源架构以及电源模块如何为各种子系统生成所需的电源轨。
图1：使用电源模块的DAQ电源架构
使用电源模块有助于提高整体性能、效率和可靠性。电源模块还具有以下优势：
从传统变电站转向智能变电站
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通过阅读我们的新白皮书《从传统变电站转向智能变电站》，了解有关智能变电站的更多信息… |
随着电动汽车、个人电子产品和电网系统的日益普及，人们对锂离子（Li-ion）电池的需求正以指数级增长。随着消费者需求的增长，对高精度电池化成测试能力的需求也在增长。
电池化成测试需要多个充电和放电周期; 为了最大限度延长电池寿命并扩大存储容量，此过程中必须实现高精度控制。在每个周期中，电池的电流和电压必须得到精确控制，许多制造商要求满量程控制精度超过0.05％。然而，随着对电池电流要求的增加，保持如此高的精确度变得越来越困难。
TI适用于高电流应用的电池测试仪参考设计利用恒定电流（CC）和恒定电压（CV）校准环路实现0.01％满量程充电和放电电流控制精度。它支持高达50A的充电和放电速率，并针对需要更高电流或多相的应用提供可修改的平台。例如，目前的汽车电池规格正在急剧增长，甚至可能需要超过50A的电流。
如图1所示，参考设计采用LM5170-Q1，可调节流入或流出电池的电流…
传感器、执行器、驱动器和可编程逻辑控制器 (PLCs) 等工厂自动化设备支持多种工业以太网协议（例如 EtherCAT、Profinet、以太网工业协议 (EtherNet/IP) 和 Sercos），每种协议均可通过在硬件平台上加载不同的软件映像进行替换。
多协议工业以太网系统可在硬件开发周期内降低制造成本，通过仅要求制造单个印刷电路板来降低物料清单成本，从而加快产品上市时间。制造商可以使用不同的工业以太网协议为工厂自动化提供现场设备，如数字输入模块或伺服驱动器。
诸如德州仪器的可编程实时单元工业通信子系统 (PRU-ICSS) 等架构，能够支持现场器件 1,000Mbps 的工业以太网速率，特别是在采用新的时间敏感型网络 (TSN) 协议的情况下。
工业以太网系统架构
图 1 展示了工业以太网现场器件中，与 PLC 和其他现场器件交换过程数据的主要元件…
作者：德州仪器Yuan Tao
我们每天都与人机界面（HMI）进行交互。其中一些交互是显而易见的，比如在触摸智能手机或平板电脑的主屏幕的时候，但最常见的HMI环境其实是在工业应用中。
在今年举行的各个家电及消费电子博览会上，我们发现越来越多的家用电器（如：冰箱、真空吸尘器机器人、烹饪灶和抽油烟机）增设了HMI触摸键和LED动画功能。在这一趋势的带动下，设计师通过用户友好的交互功能让他们的产品更加智能化和现代化。
而电容式感应技术对实现上述功能起到了非常重要的作用。在设计家用电器时，关注重点在于可靠性、稳健性以及如何使产品更具吸引力。借助基于接近传感和LED动画参考设计的电容式触控用户界面，设计师可以在家用电器中实现创新功能，例如预设照明模式、更低的待机功耗和防潮性能。
该参考设计采用基于CapTIvate™触控技术和先进LED驱动技术的单个MSP430FR2522微控制器（MCU）, 如图1所示。六个电容式触摸I/O通道各有特定的用途…
计算机视觉是指为计算机赋予人类视觉这一技术目标，从而赋能装配线检查到驾驶辅助和机器人等应用。计算机缺乏像人类一样凭直觉产生视觉和画面的能力。我们必须给予计算机一些算法，以便处理领域特异性任务。
本文着眼于使计算机能够像人类一样通过“看”来感知世界，从这一视角对人工智能 (AI) 进行了探讨。我将简要比较每一类计算机视觉，尤其关注在本地而不是依赖基于云的资源收集和处理数据，并根据数据采取行动的嵌入式系统。
什么是计算机视觉？
20 世纪 60 年代，计算机视觉已经能够执行从页面上读取文本（光学字符识别）和识别圆形或矩形等形状这类任务。从那时起，计算机视觉便成为 AI 的核心领域之一，它包括了任何从数据中感知、综合或推断含义的计算机系统。
计算机视觉有三种方法：
作者：TI 工程师 Max Han, Winter Yu
简介
工业以太网交换机和服务器在功率较大时会产生较多热量，通常需要进行散热来保证系统正常工作，一般会采用安装散热风扇的方案。对于带温度测量反馈的可调速风扇散热系统，根据对象温度灵活调节风扇转速，同时用MSP430微控制器作为控制平台，与主机通过I2C接口通信，加入故障检测和报警功能，具有可靠性高，控制灵活，节省系统能耗的优势。
系统架构
采用MSP430主控MCU和DRV8871电机驱动芯片结合的系统结构，如图1所示。系统利用MSP430的片上ADC采集NTC热敏电阻两端的电压，实现低成本的温度测量功能。另外，主控MCU在输出可调占空比的PWM波形的同时，预留了I2C通信接口，主机CPU可以给MSP430下达控制命令和读取温度、转速、故障状态等信息。通过在散热系统中加入温度测量反馈，可根据待散热对象的温度情况…
在工业应用中，传感器节点、工业仪表和控制面板上的机械按钮很容易落满灰尘，而越积越多的灰尘最终会导致设备故障。在工业环境中用电容触摸机制来替代机械按钮的人机接口 (HMI) 系统提供诸如更加时尚设计、易于清洁和不容易出现机械故障等优势。最新的电容触摸技术在解决某些工业HMI中最棘手难题方面向前迈进了一步。
抗扰度挑战
运行在工业环境中的电机、中继器和开关会在电力线中注入巨大噪声。这些噪声源会在测量信号中的波动与检测阀值相交时错误地触发一个器件。下面的图片显示了电容测量在噪声出现时会受到哪些影响。
借助于硬件中内置的多频率扫描和处理、展频调制、零交叉检测，支持电容技术的按钮会克服系统中噪声的影响。下面的图片显示的是用上面提到的技术所处理的干扰信号。
厚保护罩和手套问题
为了保护电子元器件不受危险和不洁净环境的影响，工业用面板经常具有一个厚玻璃或塑料保护罩。在不对保护罩进行钻孔的情况下，通常不太可能将机械按钮安装在所需要的地方…
图1：T0-220形状因子的高效5V，1A开关电源设计
“积少成多”——这是我们一贯坚持的目标，对于电器功耗来说尤其如此。作为设计师，您的目标是获得更多的电流为更多的子系统供电，同时降低总体功耗。
为家用电器添加新功能当下很流行，例如，当洗涤循环完成时，洗衣机会发送消息；或者在屏幕上或通过电子邮件发送图片显示冰箱内部情形。这些附加功能需要新的子系统，如无线通信、传感器、人机界面（HMI）和照明，这些都需要电源。
同时，电器需要消耗尽可能少的功率，以便限制它们对环境的影响，降低消费者的电力成本，并且成功地通过越来越严格的能量评级。
此外，成本、尺寸和可靠性始终是关键要求。
低压差稳压器（LDO）传统上用于家用电器，从12V电压轨产生5V或3.3V电压。但是LDO的效率真的很差。图2比较了TO-220形状因数与输出电流中，LDO和高效率DC / DC开关模式电源（SMPS…
作者：深圳工程师 Zhou Fang
在工厂自动化应用中，由于现场设备节点数量与日俱增，同时对于自动化设备加工精度与实时性要求越来越高，传统的串行工业总线已经无法满足生产线同步性与大规模数据传输的要求。以太网逐渐成为主流，基于以太网全球主流OEM开发确定性网络工业以太网协议包括Profinet, Ethercat, Powerlink等。这些协议都需要以太网作为传输介质，以太网PHY主要负责。目前工业以太网总线速率以10/100M速率为主，下一代工业总线技术将会基于TSN（时间敏感网络）与速率1000M及以上的以太网协议。
在进行以太网口功能调试过程中，最常见的问题是两个端口之前无法正确建立物理层链接。所以本文档的内容基于TI以太网PHY产品DP83822，介绍以太网网口自协商（Auto-Negotiation）功能现象，正确的测试波形与Strap电阻设置…
该系列文章的第一部分介绍了电网换相换流器（LCC）。在这部分中，我将讨论电压源换流器（VSC）并比较两种拓扑结构。
VSC目前已成为首选实施对象，原因如下：VSC具有较低的系统成本，因为它们的配站比较简单。VSC实现了电流的双向流动，更易于反转功率流方向。VSC可以控制AC侧的有功和无功功率。VSC不像LCC那样依赖于AC网络，因此它们可以向无源负载供电并具有黑启动能力。使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）阀，则无需进行晶闸管所需的换流操作，并可实现双向电流。
表1对LCC和VSC进行了对比。VSC的电压电平通常在150kV-320kV范围内，但一些电压电平可高达500kV。VSC有几种不同的类型。让我们来看看两电平、三电平和模块化多电平。
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电压源换流器 |
电网换相换流器 |
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换流 |
不需要交流波形。独立于电网工作，具有黑启动功能。 |
在网络的交流侧需要正弦波以进行换流… |
从定位和邻近度测量，到确定液面位置和光照强度，传感器解决方案为我们提供了一个感测、数字化表达和处理周围世界的途径。特定的应用问题已经催生出大量不同的传感器技术，使得系统能够在各种各样的条件下，以不同的精度等级来感测周围情况。随着近期智能基础设施的兴建，工厂内的工业4.0 (Industry 4.0)、楼宇自动化产品，以及自动驾驶无人机等更新型应用的兴起，开发人员正期待传感器能够将系统性能和效率提升到全新水平。
设备上配备的毫米波 (mmWave) 雷达技术专门用来在短距离 (5cm) 到长距离（150m以上）范围内实现探测功能，这项技术本身可以探测快速运动物体（速度高达300kph）的范围、速率和运动角度，而它的精度不受周围光照、下雾、降雨和灰尘的影响。图1是范围、速率和运动角度信息的可视化示例。
毫米波传感器技术在汽车领域非常成功，不过设计人员目前正在解决这项技术扩展至其它市场时所面临的挑战…
作者：Richard Wang
接近传感器及现有方案
接近感应传感器在我们的生活中发挥着重要的作用，在智能家居家电中广泛存在，如自动感应出水的水龙头，自动感应送风的空调，自动检测并避开障碍物的扫地机及自动打开与关闭的走廊灯等等。接近感应的主要技术手段目前主要有红外传感（包括主动红外和被动红外）、超声波传感、多普勒微波传感及红外光飞行时间（ToF）等。每一种技术手段都有其独特性及优缺点，下面我们将展开讨论。
主动红外因其成本低廉而应用广泛，其主要由一个红外发射管和一个红外接收管组成。红外发射管会发射一调制红外光信号，该信号在遇到障碍物后被反射回来，接收管通过接收该反射信号并判断反射信号的强度（即反射幅值）来判断障碍物的远近。然而，由于反射信号的强度不仅和障碍物距离有关系，还和障碍物的颜色有关，因为不同颜色的障碍物有不同的反射率，而且容易受到环境光的影响，故其可靠性比较低…
随着电动自行车和电动摩托车越来越受欢迎，消费者对电池组的续航能力也提出了更高的要求。延长电池组的续航时间可让车辆行驶更远里程而无需频繁充电。
可以通过以下两种方法来提高锂离子（Li-ion）电池组的续航能力：增大电池总容量或提高能效。增大电池总容量意味着要使用更多或性能更佳的电池单元，这会显著增加电池组的总体成本。而提高能效可在不增加容量的情况下为设计人员提供更多的可用能源。有两种方法可以提高能效：提高荷电状态精度和/或降低电流消耗。
要获得更长的运行时间，需要从电池组中吸收尽可能多的能量；但若发生过过度放电，电池将被永久损坏。为避免电池过度放电，准确了解电池容量或荷电状态信息至关重要。有三种方法可准确测量荷电状态：
电池电压测量。
库仑计数。
TI Impedance Track™技术。
电池电压测量是最简易的方法，但它也具有低精度的过载条件。库仑计数测量并随时间积分电流。但是，实现更佳的荷电状态精度需要定期的全转…
您决定尝试一个新的菜品，给某人惊喜，但做出来的菜品并非合意。烹饪是一门精确的科学。您可以通过反复试验最终获得结果，但称好食材将有助于您烹饪一道佳肴。
为了在烹饪时获得更好效果，您需要集成称重功能的食品加工机、烤箱和灶具。导向型烹饪功能甚至可以直接从文件或从互联网方便加载食谱和目标重量。微波炉可以自动感测食物重量，并相应地调整除霜时间。
这些设备中的天平需要准确。每个人都可能有过所做菜肴中盐或香料过多的经历。食材的精确称重对于期望的结果很关键，并且分辨率需要处于1克或低于1克。
由于大多数称重的食材小于1kg，您可能会认为1/1000的分辨率足以满足一克的分辨率。但是为了确保稳定性、防潮和长久保存，重量计集成到设备的支脚或固定装置中。因此，计量器需承受器具、食物、锅和附件的总重量。总重量可达到20kg，而这个最大值决定了动态范围。成本节约型有线称重计及称重计的配置具有低至0.2mV/kg的灵敏度。稳定的显示需要峰-峰读数噪声为几分之一克…
春风十里，不如你 - 2018 德州仪器工业月强势来袭！
届时将会有 8 场直播课程正式上线，TI 资深应用工程师全程在线坐镇，
将针对：测试和测量、楼宇自动化、电力输送、电网基础设施、电器、电机驱动等领域的热门应用
对 TI 最新方案进行详细介绍，并结合实际案例解决设计中的常见问题。
参与者还可实时与工程师提问互动，现场答疑，分享设计经验。
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当我撰写这篇文章的时候，德州正值炎热的夏天，气温高达95华氏度（32摄氏度）。但因为空调的缘故，我感到非常舒适。有时候，这就像一个现代奇迹，只要轻轻一按恒温控制器上的按钮，整个房间就会在不知不觉间迅速变得气候宜人。与此同时，空调外机却自始至终都在工作，然而它离控制器很远，在屋内完全听不到机器运行的声音。这种可靠的远距离连接就如同魔法一般看起来很神奇，尤其是当气温达到一天中最高时。这种“神奇的魔法”主要得益于一种相对常见的通信标准RS-485。
RS-485是一种差分信号标准，除了住宅环境之外，其在商用暖风空调（HVAC）系统、工厂自动化、电网基础设施、电器和电机驱动工业设计中也很常见。这些应用有时需要在同一根电缆上的主节点和远程节点之间远距离传输RS-485信号和电源。传统的RS-485系统至少使用四根电线同时传输信号和电源：两…
徐晓辰
摘要:
高性能超声成像系统广泛应用于各种医学场景。在过去十年中，超声系统中的分立电路已经被高度集成的芯片（IC）所取代。先进的半导体技术不断推动系统性能优化及尺寸小型化。这些变革都得益于各类芯片技术，如专用低噪声放大器、多通道低功耗ADC、集成高压发射、优化的硅工艺和多芯片模块封装。随着芯片功耗和尺寸减小至原来的20%。此外，得益于低功耗、高性能硅工艺的发展，部分波束合成预处理模块已经集成于通用的模拟或混合信号芯片而非专用的数字处理器。同时，先进的高速串行或是无线接口大大降低了系统布局复杂度，并且能够将尽可能多的RF数据转移到系统集成芯片（SOC）、CPU或GPU。当前超声技术的应用也从特定的放射学诊断扩展到各类便携式应用，床旁实时监测以及医疗现场就地检查等各个领域。
本应用指南综述了超声系统的架构和原理，分析了系统设计的注意事项，综述了应用于超声芯片的先进技术，最后讲解了医学超声芯片的模拟参数。
注：本应用指南是基于徐晓辰所发表的书籍章节及论文翻译而成…
该系列文章的第一部分介绍了电网换相换流器（LCC）。这篇文章将讨论电压源换流器（VSC）并比较两种拓扑结构。
VSC目前已成为首选实施对象，原因如下：VSC具有较低的系统成本，因为它们的配站比较简单。VSC实现了电流的双向流动，更易于反转功率流方向。VSC可以控制AC侧的有功和无功功率。VSC不像LCC那样依赖于AC网络，因此它们可以向无源负载供电并具有黑启动能力。使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）阀，则无需进行晶闸管所需的换流操作，并可实现双向电流流动。
表1对LCC和VSC进行了对比。VSC的电压电平通常在150kV-320kV范围内，但一些电压电平可高达500kV。VSC有几种不同的类型。让我们来看看两电平、三电平和模块化多电平。
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不需要交流波形。独立于电网工作，具有黑启动功能。 |
在网络的交流侧需要正弦波以进行换流… |
随着对更紧凑和更高效电力系统的日益重视，双向转换器越来越受到关注。具有双向功率流的双向DC/DC换流器可将电池充电和备份操作传统上所需的两个DC/DC换流器组合在一起，降低了整个系统的成本、组件数量和尺寸。
此系列博文将分两个部分研究在不间断电源（UPS）、电池备份单元和储能系统装置应用中双向换流器的使用。
UPS或电池备份单元可在各种关键和非关键应用中提供不间断电源。UPS系统可从传统意义上分为备用UPS、线路交互式UPS和在线式或双换流UPS。在新类别的UPS开发方面，如备用在线式混合动力或高级ECO模式UPS，获得的进展甚少。
图1所示为传统在线式UPS的框图。
图1：常规在线式UPS的框图
在正常运行中，主直流母线通过交流网格源调节在300V至400V之间。电池作为储能单元，可以使用专用的AC/DC或DC/DC换流器通过AC电源或DC总线进行充电。另一台DC/DC升压转换器用于在断电期间将电池的电力从电池传输到DC…
模拟
汽车
DLP® 技术
嵌入式处理
工业
电源管理
