广告

模拟技术在物联网设计中的重要性与日俱增

2023-03-22 14:24:20 Majeed Ahmad,EDN主编 阅读:
物联网(IoT)的模拟部分一直都存在,然而设计工程师们直到最近几年才意识到,它在让物联网系统鲁棒可靠方面扮演了重要角色…

物联网(IoT)的模拟部分一直都存在,然而设计工程师们直到最近几年才意识到,它在让物联网系统鲁棒可靠方面扮演了重要角色。Pzlednc

过去物联网工程师主要关注物联网的数字部分,直到他们发现,如果处理器或是微控制器(MCU)没有从传感器前端取得正确信息,因为设计不良的模拟前端所得到的错误假设,做出的任何决策也不会精确。换句话说,信号链路径中的决策是相关的,并且与环境中发生的情况一致;因此,拥有一个可以读取并准确解释来自传感元件数据的信号链至关重要。Pzlednc

在这种情况下,设计工程师需要精确、低噪声、精密且高速的IC,来设计可靠、耐用的物联网系统,这些系统可以感知现实世界并做出建议或决策,避免像是设备故障等问题,并因此有望提高建筑、工厂等系统的运作效率。Pzlednc

德州仪器(TI)楼宇自动化部门总经理Giovanni Campanella表示,像是传感器、放大器、模拟数字转换器(ADC)等新一代的模拟IC,现在的设计都是为了满足这类需求并改善物联网系统;他亦强调,无论是模拟或数字部分,创新正以相同的速度发生。Pzlednc

Campanella指出:“在模拟部分,传感器与处理器、放大器、ADC、数模转换器(DAC)与收发器之间的信号调节通讯至关重要,对于确保正确的信息被检测、读取并在恰当时间传输到处理器。”Pzlednc

在很多人的印象中,如今的物联网大部分创新都集中在数字技术上。但实际上由于模拟技术位于网络的最边缘,模拟层的质量才最终决定了系统中其他一切的质量,所以设计工程师需要精确、低噪声、精密且高速的IC,来设计可靠、耐用的物联网系统。Pzlednc

3月30日,AspenCore将在上海举办国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2023),同期举办的“EDA/IP 与 IC 设计论坛”,为大家提供一个高效交流的互动平台,欢迎感兴趣的朋友到场交流。点击这里报名。Pzlednc

Pzlednc

图1:模拟与混合信号解决方案在从传感器到微控制器的物联网设备中至关重要。Pzlednc

(来源:德州仪器)Pzlednc

虽然模拟电路明显能比数字电路更有效的执行特定电子操作,但模拟与混合信号电路如何助力物联网设计?首先,它们在让数字电子设备与真实世界情况的互动上至关重要。Pzlednc

模拟技术扮演桥梁角色

随着物联网应用中的传感器与驱动器不断增加,模拟与混合信号电路在将传感器、驱动器桥接到电子系统方面,变得越来越重要。因此,物联网应用正带动模拟/混合信号、连接性、安全性与智能边缘处理等功能之间的更高水平的整合。英飞凌(Infineon Technologies)物联网、计算与无线产品部门执行副总裁Sam Geha举了一个将蓝牙(Bluetooth)连接功能整合到电机控制系统的案例,后者就是一个复杂的混合信号系统。Pzlednc

Microchip的8位MCU业务部门营销副总裁Greg Robinson则指向另一个物联网设计的重要角度──物联网节点数量持续增加。“在IoT网络变得越来越复杂的同时,在经济上却需要更小、更便宜的节点;”他表示:“要满足这些相悖需求的一个方法,是通过将更多模拟功能区块加进小型、经济高效的微控制器,来增加模拟与数字信号的混合。”Pzlednc

除了提供独立的混合信号组件,Microchip还推出了具备先进模拟功能的微控制器,扩展了能以单芯片设计所实现的应用数量。Robinson指出,这通常能降低每一个节点的成本,从而实现大规模的物联网部署。Pzlednc

物联网模拟功能区块

Robinson表示,模拟功能区块的扩展是因为几乎每一个物联网节点,都与检测环境的某些方面相关。“因此,几乎所有物联网节点都需要读取传感器数据、以某种方式进行处理,并通过网络来通信。”他进一步解释,“而提供模拟输出的传感器,在处理数据之前可能需要放大或是过滤。”这也是配备片上运算放大器的微控制器能提供优势的地方。Pzlednc

数字输出传感器可能也需要I/O电平转换,以与数字电路对接。这是因为在大多数的案例中,设计工程师会需要将模拟信号转换为数字信号,反之亦然。这反过来又使智能片上ADC和DAC成为此类任务的关键区块。此外,如Robinson指出的那样,触控传感成为具备用户界面的物联网节点中越来越常见的功能,这成为先进的片上ADC非常适合的应用案例。Pzlednc

英飞凌的Geha也认为,数据转换器是至关重要的模拟功能区块。“ADC是量化模拟信号以便对其进行数字处理的关键,而DAC是将来自微控制器的数字信号转换为驱动驱动器的模拟信号的关键。”Pzlednc

Geha以智能家居应用的语音助手为例,其中来自麦克风与扬声器的音频信号基本上是模拟信号,必须以ADC与DAC相互转换,以支持人工智能(AI)、智能处理,以及行动。“在一个高度整合的语音助手解决方案中,低功耗模拟/混合信号电路与低功耗边缘处理方案的结合,能提供事件唤醒功能,以节省语音助手设备等产品的电力。” Pzlednc

Pzlednc

图2:物联网应用正在提升芯片设计中的模拟整合水平。Pzlednc

(来源:Synopsys)Pzlednc

Geha也提及,运行微控制器需要以锁相环(PLL)产生频率,还有可变增益放大器与滤波器,以实现物联网传感器与驱动器的优化与鲁棒。开关电源对于让物联网系统能够有效利用电源、以实现碳中和目标相当重要。在此同时,用于特定模拟设计的射频(RF)电路,是实现物联网数据传输的关键推动因素。Pzlednc

边缘应用的模拟技术

物联网是一个应用广泛的行业,因此更多设计前的想法不只聚焦安全性,还放在与模拟技术鲁棒性相关的可靠性上──特别是在汽车应用上的要求。对此Synopsys物联网战略营销经理Ron Lowman表示,“我们希望在未来几年内看到模拟技术的逐步采用。”Pzlednc

此外他也指出,随着物联网解决方案转移至更新的节点,我们也看到各家公司更加关注使用内存技术的处理器及其模拟特性的人工智能应用。将模拟技术与边缘处理方案结合,以优化功耗,就是一个基于模拟系统如何补充物联网设计的最佳案例。 Pzlednc

(原文刊登于EDN姊妹网站EE Times,参考原文:Analog Bridges Digital Electronics in IoT Designs,由Susan Hong编译。)Pzlednc

在很多人的印象中,如今的物联网大部分创新都集中在数字技术上。但实际上由于模拟技术位于网络的最边缘,模拟层的质量才最终决定了系统中其他一切的质量,所以设计工程师需要精确、低噪声、精密且高速的IC,来设计可靠、耐用的物联网系统。Pzlednc

3月30日,AspenCore将在上海举办国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2023),同期举办的“EDA/IP 与 IC 设计论坛”,为大家提供一个高效交流的互动平台,欢迎感兴趣的朋友到场交流。点击这里或扫码报名:Pzlednc

Pzlednc

责编:Ricardo
本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了