工業(yè)4.0”一詞源于2011年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)，是對第四次工業(yè)革命的參考。第一次工業(yè)革命，大約18 個(gè)世紀(jì)，關(guān)聯(lián)與制造過程的機(jī)械化。第二次工業(yè)革命是指在20月初制造電氣化個(gè)世紀(jì)。
80年代的第三次工業(yè)革命源于個(gè)人電腦技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)和信息處理技術(shù)的進(jìn)步，并得到了自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化的支持。
正在進(jìn)行的數(shù)字革命正在迎來第四次工業(yè)革命，它提供了不同行業(yè)可以嵌入技術(shù)的新渠道。其結(jié)果是制造業(yè)在向完全數(shù)字化邁進(jìn)時(shí)發(fā)生了迅速變化。
數(shù)字通信是工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。監(jiān)控電機(jī)，滾動(dòng)軸承和齒輪箱的性能和狀態(tài)的傳感器進(jìn)行通訊有助于優(yōu)化機(jī)器和系統(tǒng)的使用壽命，減少停機(jī)時(shí)間并提高生產(chǎn)力。
通過互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在允許有能力分析和處理大量數(shù)據(jù)的新商業(yè)模式。但是，為了充分利用工業(yè)4.0的優(yōu)勢，必須實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化。為此，制造商將需要最新的工業(yè)通信，控制和傳感器技術(shù)。為了滿足這些需求，德州儀器（TI）將一系列產(chǎn)品組合在一起，這些產(chǎn)品可幫助制造商實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0。

來自Sitara家族的處理器

所述的Sitara? AMIC110：這個(gè)裝置是一個(gè)多協(xié)議可編程工業(yè)通信處理器能夠提供準(zhǔn)備使用的大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線通信的從站的解決方案，具有一定的主人一起。AMIC110基于Arm?Cortex?-A8處理器，外設(shè)和工業(yè)接口選件（圖1）。

圖1：德州儀器的Sitara AMIC110功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
AMIC110支持高級(jí)操作系統(tǒng)（HLOS）。TI可免費(fèi)提供Linux和TI-RTOS，而其他RTOS軟件可從TI生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴處獲得。該微處理器與C2000 連接驅(qū)動(dòng)器的微控制器系列配合使用，可以充當(dāng)互補(bǔ)的通信芯片。
Sitara AM3357： Sitara AM335x微處理器基于Arm Cortex-A8處理器，支持EtherCAT和PROFIBUS等工業(yè)接口選件，并且增強(qiáng)了圖像和圖形處理功能。這些器件還支持TI提供的Android和Linux免費(fèi)HLOS。
Sitara AM4379： AM437x系列處理器性能卓越，基于Arm Cortex-A9內(nèi)核。因此，除了提供更新的外設(shè)（包括LPDDR2和QSPI-NOR等存儲(chǔ)器選件）之外，這些器件還提供基于性能較低的Arm內(nèi)核的系統(tǒng)升級(jí)。
處理器支持工業(yè)通信協(xié)議，如EtherCAT，PROFIBUS，EnDat等。還有其他增強(qiáng)功能，包括用于豐富圖形用戶界面的3D圖形加速功能，以及用于確定性實(shí)時(shí)處理的協(xié)處理器。此外，這些器件支持HLOS，可從TI免費(fèi)獲得Linux，而其他HLOS軟件則可從TI的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴處獲得。
Sitara AM5718： AM571x器件通過完全集成的混合處理器解決方案提供高處理性能。這些處理器還將高度集成的外設(shè)與可編程視頻處理相結(jié)合（圖2）。

圖2：德州儀器的Sitara AM571x功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
可編程性由TI C66x VLIW浮點(diǎn)DSP內(nèi)核以及帶有Neon擴(kuò)展的單核Arm Cortex-A15 RISC CPU提供。Arm處理器允許開發(fā)人員將控制功能與DSP和協(xié)處理器上編程的視覺算法分開，從而降低系統(tǒng)軟件的復(fù)雜性。
此外，TI還為Arm和C66x DSP提供了一套完整的開發(fā)工具。這些工具包括C編譯器，一個(gè)簡化編程和調(diào)度的DSP匯編優(yōu)化器，以及一個(gè)用于源代碼執(zhí)行可見性的調(diào)試接口。
Sitara AM571x Arm處理器系列符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。
Sitara AM5728：這些處理器具有與AM571x設(shè)備相同的功能，但也具有加密加速功能。
該66AK2G：該66AK2G0x系列提供了異構(gòu)多核片上系統(tǒng)芯片（SoC）基于TI業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的梯形II（KS2）架構(gòu)的器件。這些器件旨在解決需要DSP和ARM性能的應(yīng)用，同時(shí)集成用于網(wǎng)絡(luò)和加密功能，高速外設(shè)和存儲(chǔ)器接口以及HLOS支持的硬件加速。
與現(xiàn)有的基于KS2的SoC器件類似，66AK2G0x可使DSP和Arm內(nèi)核掌握系統(tǒng)中的所有內(nèi)存和外設(shè)。這種架構(gòu)的使用有助于最大限度地提高軟件的靈活性，無論是DSP還是以ARM為中心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都可以互換使用。
此外，66AK2G0x通過在處理器內(nèi)核，共享存儲(chǔ)器，模塊中的嵌入式存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器接口中廣泛實(shí)施糾錯(cuò)碼，可顯著提高器件可靠性。基于全面分析軟錯(cuò)誤率和開機(jī)時(shí)間，指定的66AK2G0x器件符合各種工業(yè)和汽車要求。
此外，TI還為Arm和C66x DSP提供了一套完整的開發(fā)工具。這些工具包括C編譯器，用于簡化編程和調(diào)度的DSP匯編優(yōu)化器，以及用于源代碼執(zhí)行可視性的調(diào)試接口。

超聲波傳感MSP430微控制器

所述MSP430FR6047：本系列超聲波傳感和測量系統(tǒng)單芯片是高度集成的微控制器（MCU），用于水和熱米優(yōu)化（圖3）。這些MCU通過集成的超聲波傳感解決方案模塊為各種流速提供高精度。該模塊由于最大限度的集成，只需要很少的外部元件，有助于實(shí)現(xiàn)超低功耗計(jì)量和降低系統(tǒng)成本。

圖3：德州儀器MSP430FR604x的功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
MSP430FR6047 MCU實(shí)現(xiàn)基于高速ADC的信號(hào)采集，然后使用集成的低能加速器模塊優(yōu)化數(shù)字信號(hào)處理。這就為電池供電計(jì)量應(yīng)用優(yōu)化了高精度，超低功耗計(jì)量解決方案。

集成的以太網(wǎng)PHY MCU

該MSP432E：該SimpleLink?MSP432E401Y的ARM Cortex-M4F微控制器適用于需要與顯著控制處理連接功能的高性價(jià)比應(yīng)用。
這些MCU集成了各種通信功能，使高度連接的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)功率和性能的實(shí)時(shí)控制。借助集成的通信外設(shè)以及其他高性能模擬和數(shù)字功能，這些設(shè)備為從人機(jī)界面（HMI）到聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理控制器的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以太網(wǎng)工業(yè)接口模塊

所述DP83822I：這種低功率單端口10/100 Mbps以太網(wǎng)PHY提供了所有用于接收和發(fā)送在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙絞線電纜數(shù)據(jù)所需和連接到外部光纖收發(fā)器中的物理層功能。此外，該設(shè)備還提供了通過IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)媒體獨(dú)立接口（MII），千兆位媒體獨(dú)立接口（GMII）或簡化GMII（RGMII）連接MAC的靈活性。
此外，DP83822還支持多條工業(yè)總線，其快速鏈接時(shí)序以及強(qiáng)制模式下的Auto-MDIX，并提供集成環(huán)回功能，內(nèi)置自測和電纜診斷工具。
該DP83867：該設(shè)備是一款低功耗，強(qiáng)大的，功能齊全的物理層收發(fā)器。它具有集成的PMD子層以支持10BASE-Te，100BASE-TX和1000BASE-T以太網(wǎng)協(xié)議。關(guān)于電路保護(hù)的ESD，DP83867超過了8 kV IEC 61000-4-2（直接接觸）標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)用于輕松實(shí)現(xiàn)10/100/1000 Mbps以太網(wǎng)LAN，DP83867通過外部變壓器直接連接到雙絞線介質(zhì)。直接連接到MAC層是通過IEEE 802.3 MII，GMII或RGMII標(biāo)準(zhǔn)完成的。QFP軟件包支持MII / GMII / RGMII，而QFN軟件包僅支持RGMII。
帶有數(shù)字隔離的RS-485（ISO1176T： ISO1176T是一款隔離差分線路收發(fā)器，該器件具有集成的振蕩器輸出，用于為隔離變壓器提供初級(jí)電壓，由于接地環(huán)路斷開，允許器件以更大共模電壓范圍，ISO1176T非常適合長距離傳輸線路。
隔離式CAN收發(fā)器（ISO1050）： ISO1050是一款符合ISO11898-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的電流隔離式CAN收發(fā)器。邏輯輸入緩沖器和輸出緩沖器通過氧化硅絕緣層隔離，為ISO1050DW 提供高達(dá)5,000 V RMS的電流隔離，為ISO1050DUB提供2,500 V RMS的電流隔離。當(dāng)與隔離電源結(jié)合使用時(shí)，該設(shè)備將防止數(shù)據(jù)總線或其他電路上的噪聲電流進(jìn)入本地，并干擾或損壞敏感電路。
IO-Link收發(fā)器（TIOL111）：該收發(fā)器系列實(shí)現(xiàn)用于工業(yè)雙向點(diǎn)對點(diǎn)通信的IO-Link接口（圖4）。當(dāng)通過3線接口連接到IO-Link主機(jī)時(shí)，主機(jī)可以啟動(dòng)通信并與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)，而TIOL111則充當(dāng)通信的完整物理層。

圖4：德州儀器TIOL111-x IO-Link收發(fā)器的典型應(yīng)用圖。（圖片來源：德州儀器）
這些器件具有浪涌保護(hù)功能，能夠承受高達(dá)每IEC IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的1.2 kV（500Ω）浪涌。TIOL111還具有集成反極性保護(hù)功能。
數(shù)字傳感器輸出驅(qū)動(dòng)器（TIOS101）： TIOS101器件可配置為高端，低端或推挽式驅(qū)動(dòng)器。這些器件能夠承受每個(gè)IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)1.2 kV（500Ω）的電壓浪涌，并具有集成反極性保護(hù)功能。
通過一個(gè)簡單的引腳可編程接口便于與控制器電路接口，而輸出電流限制可通過使用外部電阻進(jìn)行配置。
提供欠壓，過流和過熱內(nèi)部保護(hù)功能以及故障報(bào)告。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)快速，精確和安全

所述ADS124S0x：所述ADS124S06和ADS124S08是精密，24位，Δ-Σ（ΔΣ），模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。這些器件具有低功耗和許多集成特性，可降低小信號(hào)傳感器測量應(yīng)用中的系統(tǒng)成本和元件數(shù)量。
這些ADC具有50Hz或60Hz抑制功能，適用于嘈雜的工業(yè)環(huán)境，以及可配置的數(shù)字濾波器，可提供低延遲轉(zhuǎn)換結(jié)果。對于電阻電橋或熱電偶應(yīng)用，低噪聲可編程增益放大器（PGA）可提供范圍從1到128的增益，以放大低電平信號(hào)。此外，這些器件通過集成低漂移2.5 V基準(zhǔn)電壓來減少印刷電路板（PCB）面積。最后，兩個(gè)可編程激勵(lì)電流源允許簡單精確的電阻溫度檢測器（RTD）偏置。
所述ADS122U04：該裝置是一種精密，24位，ADC，具有兩個(gè)差分或通過柔性輸入多路復(fù)用器MUX四個(gè)單端輸入。ADS112U04還具有集成低噪聲，可編程增益放大器（PGA），可提供高達(dá)128的增益，兩個(gè)可編程激勵(lì)電流源，一個(gè)電壓參考，一個(gè)振蕩器和一個(gè)精密溫度傳感器。
這部分能夠以高達(dá)每秒2000個(gè)樣本（SPS）的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并具有單周期穩(wěn)定性。當(dāng)工作在20 SPS時(shí)，數(shù)字濾波器可為噪聲較大的工業(yè)應(yīng)用同時(shí)提供50 Hz和60 Hz抑制。PGA使得ADS122U04非常適合涉及測量小型傳感器信號(hào)的應(yīng)用，例如RTD，熱電偶，熱敏電阻和電阻式橋式傳感器。
該DAC8775：該DAC8775是專為滿足工業(yè)控制應(yīng)用的需求。該器件是一款完全集成的四通道精密16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），具有自適應(yīng)電源管理功能。自適應(yīng)功耗在啟用時(shí)可最大限度地降低芯片管理電路的功耗。
DAC8775可以編程為電流或電壓輸出設(shè)備。當(dāng)編程為電流輸出時(shí)，電流輸出驅(qū)動(dòng)器上的電源電壓基于通過集成降壓/升壓轉(zhuǎn)換器持續(xù)反饋電流輸出引腳上的電壓，在4.5 V至32 V之間調(diào)節(jié)。當(dāng)編程為電壓輸出時(shí)，該電路為電壓輸出級(jí)（±15 V）生成可編程電源電壓。DAC8775還包含一個(gè)低壓差（LDO），可從單個(gè)電源引腳產(chǎn)生數(shù)字電源（5 V）。
所述DAC8740H：所述DAC874xH設(shè)備HART?，基金會(huì)現(xiàn)場總線?和PROFIBUS PA兼容低功率調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)用于工業(yè)過程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用（圖5）。

圖5：德州儀器DAC874xH的功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
在HART模式下，DAC874xH集成了所有必需的電路，以半雙工HART物理層調(diào)制解調(diào)器的形式工作，無論是從屬還是主配置，只需最少的外部濾波元件。基金會(huì)現(xiàn)場總線模式中的DAC874xH集成了所有必需的電路，以作為半雙工基金會(huì)現(xiàn)場總線兼容的H1控制器和MAU運(yùn)行。

配套產(chǎn)品：電源，時(shí)鐘和電路保護(hù)

的LM5166降壓轉(zhuǎn)換器：這個(gè)裝置是一個(gè)緊湊的，容易使用的，3 V 65 V，超低我Q同步降壓轉(zhuǎn)換器。它在寬輸入電壓和負(fù)載電流范圍內(nèi)具有高效率。集成的高端和低端功率MOSFET允許在3.3 V，5 V固定輸出電壓或可調(diào)輸出的情況下提供高達(dá)500 mA的輸出電流。
LM5166旨在簡化實(shí)施，同時(shí)提供優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)用性能的選項(xiàng)。為獲得最佳輕負(fù)載效率，選擇脈沖頻率調(diào)制模式，而恒定導(dǎo)通時(shí)間控制模式選擇幾乎恒定的工作頻率。兩種控制方案都不需要環(huán)路補(bǔ)償來提供出色的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，并且需要較短的PWM導(dǎo)通時(shí)間以實(shí)現(xiàn)較大的降壓轉(zhuǎn)換比。
該TPS7A39 LDO穩(wěn)壓器：該TPS7A39是一款雙通道，單片式，高PSRR（電源抑制比），正，負(fù)LDO穩(wěn)壓器。該器件能夠供應(yīng)并吸收高達(dá)150 mA的電流。調(diào)節(jié)輸出可以獨(dú)立和外部調(diào)節(jié)為對稱或非對稱電壓。這使該器件成為信號(hào)調(diào)理的理想雙路雙極電源。
TPS7A39輸出，正反兩方面，在啟動(dòng)過程中按比例跟蹤對方。這有助于緩解雙軌系統(tǒng)中常見的浮動(dòng)情況和其他電源排序問題。負(fù)輸出具有被調(diào)節(jié)到0 V的能力，擴(kuò)大了單電源放大器的共模范圍。TPS7A39還具有較高的PSRR，有助于消除電源噪聲（如電源開關(guān)噪聲），從而危及信號(hào)完整性。
該TPS2660的eFuse：這些小型設(shè)備是具有保護(hù)功能的全套高壓eFuses。由于4.2 V至55 V的寬電源輸入范圍，因此可以控制許多常用的直流母線電壓。該器件可承受并保護(hù)負(fù)載免受高達(dá)±60 V的正負(fù)電源電壓的影響。
由于集成式背靠背FET提供反向電流阻斷功能，因此TPS2660適用于在電源故障和欠壓情況下具有輸出電壓保持要求的系統(tǒng)。包括過流，輸出擺率和過壓在內(nèi)的可調(diào)功能，欠壓閾值提供負(fù)載，電源和器件保護(hù)。集成的，強(qiáng)大的保護(hù)控制模塊以及TPS2660x的高額定電壓有助于簡化浪涌保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
的TPS82130降壓轉(zhuǎn)換器：這個(gè)裝置是一個(gè)17 V輸入，3的降壓轉(zhuǎn)換器。TPS82130 MicroSiP?電源模塊針對小型解決方案尺寸和高效率進(jìn)行了優(yōu)化，集成了同步降壓轉(zhuǎn)換器和電感器，以簡化設(shè)計(jì)，減少外部元件并節(jié)省PCB面積。小巧緊湊的解決方案適用于通過標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化組裝。
該轉(zhuǎn)換器在PWM模式下工作，標(biāo)稱開關(guān)頻率為2 MHz。它在輕負(fù)載電流下自動(dòng)進(jìn)入省電模式操作，以最大限度地提高效率。該器件在節(jié)能模式下的典型靜態(tài)電流為20μA。TPS82130采用DCS控制拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)精確的輸出電壓調(diào)節(jié)和出色的負(fù)載瞬態(tài)性能。
的TVS3300電涌保護(hù)器：這是一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）裝置，其用于暴露于高瞬態(tài)電壓事件的電子電路提供保護(hù)。與傳統(tǒng)的TVS二極管不同，TVS3300精密鉗位器可在較低的擊穿電壓下觸發(fā)，并提供調(diào)節(jié)以在整個(gè)瞬態(tài)過電壓事件中保持平坦的鉗位電壓。

圖6：該圖比較了典型德州儀器平板鉗位器件與傳統(tǒng)TVS相比，電壓鉗位響應(yīng)與8/20μs浪涌事件的對比。（圖片來源：德州儀器）
較低的鉗位電壓和較低的動(dòng)態(tài)電阻的組合允許一種獨(dú)特的TVS保護(hù)解決方案，與傳統(tǒng)TVS二極管相比，它能夠在浪涌事件期間降低系統(tǒng)的電壓暴露，單向配置時(shí)可降低多達(dá)30％在雙向配置中高達(dá)20％。較低的鉗位電壓和平坦的鉗位性能允許選擇最低額定電壓額定值低于傳統(tǒng)TVS二極管的下游系統(tǒng)組件。這樣可以節(jié)省系統(tǒng)成本，減少電路板面積，并提高整體性能。
所述REF3425電壓參考：這是一個(gè)低溫度漂移（6ppm的/℃），低功耗，高精密CMOS基準(zhǔn)電壓源，具有±0.05％的初始精度，并具有小于95個(gè)微安的功耗低的工作電流。REF3425還具有非常低的5μVP -P / V輸出噪聲，可通過高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和噪聲關(guān)鍵系統(tǒng)保持高信號(hào)完整性。采用小型SOT-23封裝，REF3425為MAX6071和ADR3425器件提供增強(qiáng)的規(guī)范和引腳至引腳替換。

HMI顯示電源解決方案

該TPS65150 LCD電源：該設(shè)備是一個(gè)緊湊和小型電源解決方案，提供了由薄膜晶體管（TFT）LCD顯示器所需的所有三個(gè)電壓。1.8 V至6 V的輸入電壓范圍使該器件適用于由2.5 V或3.3 V輸入電源供電的筆記本電腦，或適用于采用5 V輸入電壓軌的監(jiān)視器應(yīng)用。此外，TPS65150器件還包含一個(gè)集成的高電流緩沖器，為TFT背板提供VCOM電壓。

結(jié)論

為了幫助制造商實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，他們需要最新的工業(yè)通信，控制和傳感器技術(shù)。德州儀器通過整合一系列產(chǎn)品來幫助制造商實(shí)現(xiàn)全廠數(shù)字化，從而滿足這些需求。