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【电表】看模拟集成技术如何颠覆工业控制

模拟电路由传统的构建模块向系统级方案发展,并直至模拟功能大规模集成的脚步一直没有停歇,而Maxim是其中的一家代表公司。

  不久前,在美国与Maxim公司工业和医疗解决方案部门高级副总裁ChrisNeil就有关模拟集成以及工业和医疗领域的发展趋势进行了面对面的交流。

  Maxim一直在模拟领域推动高集成的解决方案。按照Neil的介绍,Maxim在2012年高集成度和构建模块类产品的比例已达到47%:53%,而2010年该比例仅为30%:70%,高集成度的策略一直在坚持,而且成果显著。

  工业控制领域涉及面广,包括工厂自动化、能源生成和分配、测试测量等多个领域,ChrisNeil表示,整个工业控制产业的年增长率会达到9%。

图1:工业市场规模增长率会达到9%。

  智能电表和智能电网:集成为王

  智能电表和智能电网是我们探讨的主要话题之一。

  精确的测量、可靠的通信以及完善的安全性是能源领域关键的三要素。

  Maxim目前占据全球智能电表约50%的市场,Neil介绍到,而按照IHS的分析报告,先进的智能电表需求量在2017年会达到1.09亿台,市场需求巨大。

  中国作为全球制造/出口基地,所关注的标准和协议也必须是全球化的,而这同时涉及到电网以及电表本身。

  在欧洲,普遍采用PLC+测量的方式,在美国,偏重于RF+测量,在中国的一些厂商则采用RS-485串口+测量的方式,Neil分析到,Maxim的解决方案可以灵活地支持PRIME、G3、GPRS和无线调制解调器等多种协议。

  

图2:ChrisNeil:Maxim智能电表方案支持多种协议。

  按照Neil的介绍,目前智能电表70%仍然采用模拟+数字的双芯片解决方案,而Maxim已推出了高集成度的单芯片解决方案Zeus系列,集成了测量、安全协处理器、微控制器、通信基带于一体,测量精度达0.1%。

  保护智能电网和电表正常运作和通信的安全日益重要,Maxim目前与包括Devolo等公司合作,提供安全保障解决方案。

  控制电网质量,包括多种不同类型电网的接入、有效警告电网峰值并实现实时控制、以及确保电网和用户端的安全是智能电网架构未来健康发展的前提。他总结到,Maxim将不断提供高精度、宽动态范围的高集成度混合信号单芯片解决方案。

  

图3:Maxim智能电表解决方案的演进图。

 

 图4:智能电网的架构

  医疗电子:硬件平台应万变

  医疗电子,尤其是可穿戴医疗电子产品,成为业界普遍关注的应用,其小型性要求,更使部分医疗电子进入到消费类电子产品的范畴内,呈现出与传统的大、中型,甚至便携式医疗设备完全不同的产品特性,例如低功耗、时尚性等。

  全球每年在医疗上的花费达到6万亿美元,这使医疗行业正在发生变化,包括降低成本、重在预防和自我监控、以及医院外的病患照护,Neil表示,这促进了对可穿戴医疗电子产品的需求,而相关的技术,例如采用ARM内核的低功耗MCU、BluetoothLE,也得到更好的应用。尽管目前可穿戴医疗设备的比例仍小,但他坚信这将是未来的一个增长极。

  打造医疗电子应用硬件平台是Maxim的目标,包括低功耗MCU、高性能、低噪音模拟模块、外围接口、通讯IC、传感器等。

  可穿戴医疗设备的一个重要特性是产品的广泛性,数以亿计的用户和众多的制造商都会有不同的需求,这就需要硬件平台。他给出了在短距离通信方面的进展:Maxim会推出一款集成BluetoothLE的芯片,也会有两款产品采用NFC。预计2016年采用无线技术的可穿戴医疗电子设备会达到1亿台。他说。

  Maxim曾于2013年秋季推出了其第2代健身监控衬衫的解决方案,其中集成了可穿戴ECG(心电图)解决方案,并将安全功能也集成于一体。

图5:Maxim的医疗SoC框图,包括测量、安全和通信。

  超声波图像处理是ChrisNeil强调的另一个技术,面向高性能和便携式超声设备。已推出的高集成度芯片组合了8通道低功率超声收发器,可替代数千分立元器件。超声设备的应用开始转向诊所和现场急救等场合,对低功耗、准确度和集成度有了更高的要求。他表示。

图6:高集成度超声波应用解决方案(右)

  

图7:Maxim位于美国硅谷的总部大楼


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