EMC

貿澤電子(Mouser)日前宣布與身為智慧感測器解決方案商將近20年的Amphenol i2s簽訂全球代理協議。貿澤供貨的Amphenol i2s產品系列包含CCT、IPS、IPT和VSP壓力感測器。 氣候控制壓力發射器(CCT)特別設計用來測量汽車空調(HVAC)冷卻液壓力。感測器採用氣密密封且堅固的鋁合金外殼，還有高品質的不鏽鋼製測量元件，可測量不同壓力範圍，為適用於汽車空調(HVAC)系統的經濟實惠型解決方案選擇。感測器係針對汽車業需求量身調整，且能滿足目前的電磁相容性(EMC)和靜電放電(ESD)法規。 IPS和IPT壓力感測器是專為需要高耐用度和媒介相容性的應用所設計。即使在嚴峻的氣候狀況下，在不佳的操作條件下，或暴露於高強度震動下使用，感測器於整個使用壽命期間內都能提供精準且穩定的測量結果。不鏽鋼製的壓力感測器元件可測量高達600bar的絕對與相對壓力，適合機油、汽油、柴油、氫燃料(H2)、壓縮天然氣(CNG)和液化石油氣(LPG)等應用。 VSP感測器採用堅固且可浸入式的設計，且符合汽車的ESD和EMC標準，是汽車和商用車任何機油壓力應用的選擇。VSP即使在嚴峻的氣候狀況下亦能測量額定壓力範圍高達600bar的絕對與相對壓力，作業溫度最高可到150°C。

TrendForce指出，2020年上半年受COVID-19疫情衝擊，多數企業為因應疫情與整體經濟環境的不確定性，對伺服器採購由資本支出(CAPEX)類別轉向以租用雲服務為主的營運支出(OPEX)，導致既有伺服器採購訂單暫緩、第三季以Dell、HPE為首的企業伺服器供應商開始下修全年出貨數字，TrendForce近期將第三季伺服器出貨量預估由原先的季衰退0.8%，下修至季衰退4.9%。 伺服器品牌廠在首季淡季效應後，第二季進行季節性回補，第三季原為傳統旺季，但因疫情使得企業資本支出減緩的效應發酵、市場缺少明顯的成長動能，導致伺服器品牌出貨量將呈現季衰退趨勢，主要品牌包含戴爾(Dell)、HPE、華為與浪潮預估均會出現近雙位數的出貨量季減幅度。 從個別廠商今年的布局來看，Dell將高毛利產線轉移至台灣，並更為著重協力廠商資料中心佈局（如金融機構與小規模資料中心等），此一策略的轉變使得Dell可確保企業逐步投入雲端的趨勢下，仍維持其競爭優勢；而旗下EMC也專注於企業上雲所對應的存儲市場，仍為最具競爭力的廠商。然而，疫情使得全球企業調降資本支出造成的影響，仍衝擊Dell下半年出貨表現。 HPE上半年因產品線調整，約有近10%伺服器轉移至AMD Rome平台，但轉換初期客戶因既有平台仍維持在Intel而面臨較大的挑戰，使得首兩季度表現不如預期。除此之外，上半年產線也受疫情影響，許多半成品受制於組裝廠缺工問題，使得半成品庫存偏高，加之既有企業客戶減少訂單的影響，第三季出貨將比第二季衰退。 Lenovo則是受惠於資料中心組裝訂單逐漸在北美業者中嶄露頭角，產線於第三季銜接上Microsoft伺服器的組裝需求，故表現格外亮眼，第三季出貨量是前五大品牌廠中唯一逆勢成長的公司。 在中國伺服器市場方面，由於第二季中國境內大規模資料中心部署以及運營商建置的伺服器絕大多數採用來自國內業者製造的伺服器產品，進而帶動浪潮與華為的出貨。但第三季度受總體經濟下行的影響，中國新基建題材並未如期發酵，導致企業客戶的伺服器採購低於年初預期，中國兩大伺服器廠同樣面臨衰退局面。  

亞德諾半導體(ADI)日前推出ADM2867E系列強化型iCoupler隔離RS485 + 整合隔離式DC-DC轉換器。新元件具有低電磁輻射干擾，能在更少的電路板返工和避免預算超支條件下滿足EMC合規要求。相較於ADI前一代產品以及競爭對手目前所提供的產品，此款收發器採用簡化的PCB布局，SOIC外形小巧，可在空間有限的應用中整合更多功能。 下載資料手冊、申請樣品及訂購評估板：www.analog.com/en/products/adm2867E.html 透過線上技術支援社群EngineerZone聯繫工程師和ADI產品專家：  ezchina.analog.com/interface-isolation 查看ADI數位隔離技術應用筆記和技術文章：  www.analog.com/products/interface-isolation/isolation.html 此款隔離式RS485 + 整合式隔離電源收發器系列提供智慧功能，可縮短終端系統安裝和調試的時間，以及輕鬆校正與安裝有關的連接問題。憑藉iCoupler數位隔離和IEC 61000-4-2 ESD 值得信賴的安全性，使其可在嚴苛環境下可保持訊號完整性。 ADM2867E主要特性包括5.7 kV rms隔離式全雙工RS-485/RS-422收發器，爬電距離8mm；於不需跨接電容的條件下，雙層PCB符合CISPR32 B類電磁相容裕度；電纜反向智慧特性可修正反向電纜連線，同時保持整個接收器的故障安全特性，以及可連接至FPGA和微處理器的靈活低壓電源軌，及採用5V隔離電源支援PROFIBUS。

穿過隔離層移動訊號和電源對設計工程師而言是一項常見的挑戰。為了提高安全性和抗噪，或產生較大的電位元差時，可能需要在不同系統領域間進行隔離。如手機充電器透過內部隔離，可以在連接器短路時防止用戶觸電。而在工廠機器人等其他應用中，敏感控制電路單獨接地，並與產生較大直流電流、噪音和接地反彈的馬達進行隔離。 通訊和感應通常在隔離層中進行。具有控制器區域網路(CAN)或CAN靈活資料傳輸速率(FD)通訊協定的汽車應用，透過整合隔離和收發器元件的隔離式CAN收發器，可以將這些訊號和汽車的高壓側隔離。工業應用也可以使用CAN協定和RS-485協定進行遠距離序列通訊。與隔離CAN和CANFD訊號雷同，設計工程師可以使用專門為RS-485協定設計的隔離式收發器。保護繼電器使用隔離式電流和電壓感測器來感測電網中的電力輸送。牽引逆變器和馬達驅動器接收馬達控制器發出的脈衝寬度調變訊號，然後訊號經過隔離器向閘極驅動器發出開啟或關閉絕緣柵雙極電晶體的指令。 隔離偏置轉換器可透過從隔離層一側提供另一側偏置電源，實現隔離通訊和感應。電流和電壓感測器、數位隔離器和閘極驅動器通常需15W以下甚至低至幾十毫瓦的電源。圖1為上述每個應用的範例。 圖1　隔離式偏置應用 隔離式DC/DC偏置電源應用多 無論是具有外部電源開關的控制器、集結了多個電源開關和控制器的轉換器，或是整合控制器、電源開關和變壓器為一體的電源模組，都有許多可提供隔離式偏置電源的解決方案。因為偏置電源解決方案的種類廣泛，涉及的應用也五花八門，為了以最低成本符合各類規格，全面瞭解應用需求至關重要。設計人員至少應該瞭解偏置電源的輸入電壓範圍、輸出電壓和輸出功率需求。 有些應用需要多個偏置電壓，因此確定每個輸出的可接受調節範圍為關鍵。隔離等級、操作環境溫度範圍、電磁干擾(EMI)和電磁相容性(EMC)等系統要求會進一步影響設計決策。表1從較廣泛的角度展示隔離式偏置轉換器的四種規格範例。 接下來介紹隔離式偏置電源拓撲的一些範例。 返馳式架構靈活調節/隔離/輸出 返馳式轉換器是一種眾所皆知的拓撲架構，數十年來被廣泛應用。這種電源轉換器因擁有靈活性和低成本等特點，可用於多種應用。透過整合場效電晶體(FET)和一次側控制等增強功能，這種拓撲結構更受矚目。 相較順向、推挽和半橋型等降壓拓撲，返馳式拓撲僅需要一個初級開關、一個整流器和一個類似變壓器的耦合電感器，如圖2為轉換器的簡化電路圖。當初級開關打開時，輸入電壓會施加在初級線圈上，在變壓器的氣隙內儲存能量。在這種情況下，僅有輸出電容器能給輸出負載供電。初級開關關閉時，儲存在變壓器中的能量通過整流器輸送到次級側，為負載和輸出電容器供電。 圖2　返馳式轉換器 返馳式轉換器完全可作為偏置轉換器，原因為返馳式轉換器能在一個轉換階段內實現調節和隔離，也可靈活用於多個輸出。因此讀者可選擇輸出繞組的數量，隨後在變壓器上纏繞線圈，借此支援自身選擇的配置。輸出繞組上的電壓是工作週期和初級到次級繞組匝數比的函數；同時為滿足系統隔離需求，也可以將每個輸出端作為不同的接地基準點。此外，返馳式轉換器的其他優勢，包括相對較低的成本和寬輸入輸出工作電壓範圍。 為實現最佳性能，正確設計返馳式變壓器非常重要。變壓器應有良好的耦合力且漏電感低，以實現最高效率和最佳調節，尤其是在多輸出的情況下。然而還必須限制初級和次級側間的寄生電感，以防止產生過多的電磁干擾(EMI)。 隔離式偏置電源拓撲實現穩定控制 如德州儀器(TI)用於搭建隔離式偏置電源的專用拓撲—Fly-Buck轉換器，其工作輸入電壓可高達100V。與返馳式轉換器相同，金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)通常整合在積體電路(IC)內，可輕鬆實現初級側控制。圖3所示為Fly-Buck轉換器。該拓撲採用同步降壓轉換器和耦合電感器來產生一個或多個隔離式輸出；當高側開關打開時，初級側則作為降壓轉換器運作，次級繞組電流為零；而當高側開關關閉且低側開關打開時，初級側則利用其儲存的能量對次級側供電。 圖3　Fly-Buck轉換器 推挽式變壓驅動器彈性又降噪 推挽式變壓驅動器是適用於低噪聲、小型隔離式電源的常用解決方案，由具有嚴格電壓調節功能的輸入軌供電，以開環模式運作，固定工作週期50%。整合MOSFET到積體電路中，可實現緊湊的電磁解決方案。 圖4所示為推挽式拓撲。推挽式拓撲是順向雙端拓撲，有兩個MOSFET作為接地基準，因此毋須外部自舉電路。與單端順向拓撲轉換器類似，FET的電壓應力是輸入電壓的兩倍。兩個MOSFET每隔半個週期切換一次，工作週期為50%，驅動變壓器裡中心抽頭的繞組。 圖4　推挽式變壓驅動器 同步降壓轉換器非常普遍，因而使得Fly-Buck轉換器拓撲備受青睞。由於回饋迴路可以在初級輸出電壓處閉合，該轉換器不需要額外的輔助繞組或光絕緣器來進行控制。同時，因耦合電感器的結構靈活，匝數比、額定絕緣等級、次級繞組數和PWM工作週期都可控制，因此適用於多種應用。 與返馳式轉換器相同，耦合電感器也必須合理設計，尤其注意要在限制初級到次級的寄生電容時控制漏電感。對於需要100V以上輸入的應用，可以使用具有外部MOSFET的Fly-Buck轉換器。 推挽式變壓驅動器是一種普遍的隔離式偏置電源解決方案，原因是其具有靈活性，能支援多路輸出；其開環配置省去回饋迴路，進而簡化設計。該變壓器具有較低的初級和次級電容，相較返馳式和Fly-Buck轉換器能降低共模噪音。此外，推挽式拓撲能更有效利用變壓器鐵芯的磁化電流，以實現比返馳式和Fly-Buck轉換器更小的磁解決方案。 即使變壓驅動器具有許多優點，但也應注意權衡利弊。不同於返馳式和Fly-Buck轉換器，變壓驅動器不支援寬輸入電壓範圍，需要嚴格調節輸入電壓；且由於沒有閉合迴路，不容易滿足輸出電壓反饋調節需求，可能需要低壓差線性穩壓器(LDO)。 電源模組常搭配隔離式偏置轉換器 電壓模組具有數十年的發展歷史。這類解決方案非常普遍，與離散式電源相比可顯著提高整合度。電源模組種類繁多，可提供輸入電壓、輸出電壓、輸出功率、輸出數量、隔離等級和調節等選項。 一般電源模組內部運作的原理，其拓撲包括變壓驅動器，與離散式拓撲雷同；某些元件可能整合成一個輸出LDO作為調節。 電源模組為大部分的隔離式偏置轉換器應用提供多種選項，因為毋須規定、設計或選擇變壓器，可以大幅簡化設計過程，只需加入輸入和輸出去耦電容就可以開始設計。同樣地，也提供同步、輸出電壓選擇、賦能和錯誤訊號等其他選項。 在使用專門配置輸出數量和變壓器匝數比的模組時，可能會降低靈活性。與額定環境溫度為125℃的模組相比，55℃和85℃選項的模組更受青睞；同樣地，採用完全增強式隔離的模組數量也不及採用功能型或基本隔離的模組。 未來偏置解決方案趨向整合 變壓器設計的創新和更高頻率的拓撲可使IC設計者將變壓器和矽整合到一個IC中，而終端用戶不需再設計變壓器或降低系統性能，便能獲得小型輕量級的隔離式DC/DC偏置電源。圖5所示為德州儀器偏置電源UCC12050的原理圖，儘管看起來與具有整合功率級和整流器的電源模組類似，但研究其運作後發現，其開關頻率比電源模組高很多。 圖5　UCC12050隔離式DC/DC偏置電源 相較開關頻率較低的其他電源，該電源的高度和重量都顯著降低；若使用內部拓撲控制方案，毋需LDO或外部回饋元件即可實現閉合迴路運作，因此可為各種隔離式DC/DC偏置電源應用帶來許多優勢。其設計使用EMI最佳化變壓器，初級側至次級側之間的電容僅為3.5pF，採用雜訊控制方案。毋需鐵氧體磁珠或LDO，雙層PCB解決方案本身即符合CISPR32B類標準。該裝置性能強勁，增強型隔離額定值為5kVrms，額定工作電壓為1.2kVrms，可在125℃環境溫度下運作。該裝置系列還包括UCC12040，其基本隔離額定值為3kVrms，額定工作電壓為800Vrms。 表2則對上述各種拓撲進行比較，可藉此看出，具有外部變壓器的拓撲能帶來較大的靈活性，而電源模組和UCC12050簡便易用。 現今已有許多隔離式電源可以選擇，但仍須瞭解輸出數量、調節需求、輸出功率、隔離等級、工作溫度和輸入電壓範圍等系統級規格。 (本文作者為德州儀器業務主管)

盛群(Holtek)針對手持產品與個人護理應用領域，推出簡易型無線充電發射端專用Flash MCU BP45F0044，整合高壓NMOS，直接驅動線圈傳遞能量。內建解調電路，可實現ID識別、異物判斷、降低待機功耗等功能。外部元件精簡，可縮小PCB面積與降低成本，適合簡易型無線充電器產品應用，如電動牙刷、剃鬚刀等產品。 BP45F0044具有0.5K×13 Flash程式記憶體，並內建16MHz與32kHz振盪器。在I/O方面具有4個多功能引腳，皆可直驅LED，具4段電流可調整亮度。具備8-bit PWM驅動內部NMOS，最高耐壓32V、最大發射功率為3W，內建解調電路搭配外部電流採樣電阻可實現無線訊號解調。 在封裝方面，BP45F0044提供8-pin SOP封裝，封裝尺寸小，適合應用於手持與便攜的產品。BP45F0044所製造的無線充電發射端毋需額外元件即可通過傳導干擾、輻射干擾等EMC測試，有效縮短客戶產品上市時間。

貿澤(Mouser)日前攜手亞德諾半導體(ADI)將AD242x汽車音訊匯流排(A²B)系列中的最新款收發器引進代理通路。A²B收發器歷經三代產品研發，可將高保真度的數位音訊傳送至高階的多功能汽車資訊娛樂系統，減少多達75%的電纜線束重量。 A²B為高頻寬的數位匯流排，只需要一條無屏蔽的雙絞線，便能將I²S音訊和I²C數位控制資料連同時脈與電力一併長距離傳送。貿澤電子所供應的AD242x收發器能擴大麥克風連線的使用案例，使用在汽車、交通運輸、建築物技術和消費性應用領域中的語音辨識、個人化聲區和主動式降噪等用途。這些收發器能讓開發人員量身打造系統級效能，使產品符合最高的電磁相容性(EMC)需求，包括個別OEM的特殊需求。 收發器可透過多通道I²S/TDM介面(適用於AD2428和AD2429型)，直接連接到通用型數位訊號處理器 (DSP)、現場可程式化閘陣列 (FPGA)、特定應用積體電路 (ASIC)、麥克風、類比轉數位轉換器 (ADC)、數位轉類比轉換器 (DAC) 和編解碼器。 AD242x A²B收發器採用小型32導線、5 mm×5 mm封裝，且腳位完全相容，有助於縮短產品上市時間，簡化升級程序。A²B收發器的進階功能可大幅降低整體系統成本，使其成為自主交通運輸、免持/語音辨識、先進駕駛輔助系統 (ADAS)、會議室、小型舞台音訊、頂級家庭劇院和汽車音訊等應用的選擇之一。

機器人以及各種旋轉機具的狀態監測(CbM)，像是渦輪、風扇、泵浦、馬達等機具，會記錄下機具健康與效能方面的即時資料，藉以進行針對性的預測維護，以及優化控制。在機器生命週期初期執行針對性預測維護能降低生產線停擺的風險，進而提高可靠度，省下可觀成本，以及提高廠區的生產力。 振動感測為狀態監測常用方案 工業機具的狀態監測可採用許多種類的感測器資料，包括如電性量測、振動、溫度、潤滑油品質、聲響等，以及像流量與壓力等製程量測數據。目前最常見的則是振動量測，因為振動是反映諸如不平衡以及軸承失效等各種機器問題最可靠的指標。本文專注探討運用振動感測，而這類量測方法同樣也適用於其他感測器的資料。 感測器資料從感測節點傳至主控制器或雲端的傳輸方式極大程度取決於應用。在許多應用中，本地端資料處理機制會建置在邊界節點上，整理後的資料接著會以無線方式傳送到網路閘道器，或透過手機網路直接傳送到雲端或分析伺服器。 在這些情況中，傳送資料量一般都很低，而且邊界節點由於使用電池供電，其傳送功率也比較低，反觀其他應用，傳送的則是未經處理的資料。 舉例來說，在匹配與融合多個感測器的資料之後，再將結果傳出並進行分析。一些應用還需要傳送未處理資料，這些資料用來執行即時控制。在這些應用中，較可行的資料傳輸解決方案則是有線介面。工業應用的狀態監測可採用優化型微機電系統(MEMS)訊號鏈加速計、低功耗微控制器，以及有線型iCoupler隔離介面，利用它們執行擷取、整理，以及可靠地傳遞機具的健康資料，並將這些從遠端CbM從屬設備取得的資料傳回到主控制器進行後續的分析。 經過長時間累積後，機器的健康資料即可用來建立軟體模型，藉此判斷機器行為的變化，以及維護機器的健康。在像是CNC數控加工機這類應用中，這類資料還可用來即時優化系統的效能。 實作有線CbM介面面臨的挑戰包括透過長纜線傳送資料時EMC強固性、在高傳輸率下資料完整性(即時CbM資料串流傳輸)，以及通訊實體層/協定的不匹配等。本文將以ADI的有線介面解決方案為例，它們除了能協助客戶縮減設計週期與測試時間外，還能讓工業CbM解決方案加快上市時程。 有線CbM設計實作考量 在設計與部署有線式狀態監測解決方案方面，必須考量許多系統效能因素以及做出取捨。第一，在選擇適合MEMS加速計方面，必須考量需要量產的失效種類，才知道應該挑選具備什麼樣頻寬以及雜訊效能的MEMS元件，才能因應相關的系統需求。另外邊界節點的處理能力則須匹配選中的處理器，以確保能發揮最大的系統彈性。 第二，有線CbM系統的設計必須小心挑選適合的有線通訊協定以及實體層元件，以進行高速即時資料串流傳輸。建置有線介面方面，其中，需要審慎考量EMC效能、資料傳輸線路/連接器/以及透過線路傳送電力等因素。 選擇適合MEMS加速計 選擇適合MEMS振動感測器涉及多個層面的因素，首先是軸向數量。監控軸向的數量，通常和失效種類以及感測器裝設方位有關聯。如果失效分布在明顯的軸向，而且沿著該軸向有著明顯的傳遞路徑，那麼單軸向感測器就足夠應付需求。對於涉及分布在多個軸向上能量的失效，或是失效能量的傳遞路徑並不明顯的狀況，就適合採用三軸感測。 其次是失效種類。要監視的失效種類，對於挑選感測器有很大的影響。在這方面，感測器的雜訊密度以及頻寬都是重要的規格，因為它們決定了能可靠擷取到振動以及頻寬的範圍。以一個例子來看，低轉速機器的不平衡以及錯位(Misalignment)失效，需要一個低雜訊密度感測器，頻寬需求則相當低；若是齒輪失效的偵測，感測器需要的規格則是低雜訊密度以及高頻寬。 最後則是效能需求。除了失效種類，還必須瞭解CbM的效能需求。在建構精密預警機制方面，需要基本流量狀況的偵測警訊，藉以反映效能水準。這方面除了涉及到部署的分析機制以及演算法，同時也會影響到選用的感測器。感測器在頻寬、雜訊密度，以及線性度等方面的效能越高，分析功能就會越先進。 選擇適合的訊號處理 在訊號處理設計方面，考量因素則有三點。第一是加速計輸出，加速計的輸出端通常是類比或序列數位訊號介面，通常是SPI。類比輸出感測器則需要一個轉換階段，將資料轉換成數位格式，以及訊號調節步驟。包括採用分立ADC以及前置放大器調節，或是在微控制器內嵌入ADC。 第二為邊界節點處理要求，邊界節點必須執行一些基本的高速傅立葉轉換(FFT)或訊號處理演算法，才能降低資料鏈路與/或中央控制器/伺服器的工作負擔。 第三則是資料傳輸協定要求。ADC或感測器的輸出端通常是一個SPI介面。該介面本身並沒有提供任何涉及資料完整性檢查、時間標記(Time Stamping)，以及混合不同感測器資料等方面的機制。其中一種有效的處理方法就是在邊界節點上以高階通訊協定將感測器資料裝入封包，然後再進行傳輸。 這種作法雖然會提高感測器介面的強固性以及彈性，然而，邊界節點的負擔也會隨之增加，因此須妥善處理以及封裝資料流。 將加速計輸出端移植到有線通訊匯流排 如先前所述，加速計的輸出通常為類比或序列數位訊號，大多為SPI規格。SPI輸出訊號可就地處理(促成協定的彈性)之後再加入到實體層介面，或直接移植到實體層。 SPI是一種非平衡式單端序列介面，用在短距離通訊上。想要直接將SPI移植到更長距離傳輸的實體層，則可採用RS-485線路的發送與接收元件。RS-485訊號為平衡的差動格式，其原本就擁有抗擾性，且經過長距離傳輸仍能維持強固性。 利用SPI介面在主控與從屬兩端進行較長距離的傳輸則會面臨許多挑戰。SPI本質上屬於同步式，由SPI主控端啟動一個時脈(SCLK)。而SPI資料線-主設備輸出/從設備輸入(MOSI)以及主設備輸入/從設備輸出(MISO)–則會與SLCK時脈同步化，這種機制在短距離內會可靠地達成。此外，SPI還有一種主動式低電平啟動(Low Enable)晶片選擇(CS)訊號，若有需要也能允許個別從屬端定址。 在經過長纜線傳輸後，SCLK訊號會延著纜線出現傳輸延遲，每100公尺會延遲500奈秒。在MOSI的資料傳輸方面，MOSI與SCLK經過纜線傳輸後產生的延遲會呈現一致。然而，由從屬端MISO到主控端的資料傳輸，產生的延遲則會是纜線傳輸延遲的兩倍。 想要回復主控與從屬兩端的同步性，其中一種作法是把時脈訊號由從屬端饋送到主控端，另一種方法，則是利用時脈相位偏移(Phase Shift)特性，在主控端補償纜線延遲。時脈的相位偏移必須匹配系統的延遲總和。 有線通訊實體層 在進行長距離通訊時，強固的實體層是不可或缺的要素。如先前提到，RS-485訊號擁有平衡、差動，以及天生的雜訊抗擾等特性。系統雜訊會等量耦合到RS-485雙絞線的兩條線路。 其中一個訊號發出另一個訊號的反相波，而耦合到RS-485匯流排通道的電磁場則會相互抵銷，因此整個系統的電磁干擾(EMI)便得以降低。RS-485還具備了一些額外關鍵的優點，使它適合用在CbM系統，其中包括： ．更高的資料傳輸率，在較短線路中最高可達 50Mbps(低於100公尺)。 ．以較低的資料傳輸率，在最長至1000公尺的纜線進行傳輸。 ．全雙工/半雙工RS-485與RS-422多重發送/接收纜線對，可用最少零件轉換成雙向SPI至RS-485匯流排訊號。 ．較寬的共模輸入範圍，允許主控端與從屬端之間存在對地電位差。 有線介面EMC效能 通訊網路經過冗長纜線的傳遞時容易遇到包括共模雜訊、對地電位差，以及高瞬時電壓等干擾的危害。長達100公尺的纜線容易受到各種導通與幅射雜訊源影響通訊的可靠度。 想要提高對這些雜訊源的免疫力，可採用iCoupler晶片級變壓器隔離技術。另外，共模瞬態抗擾度(CMTI)指的是隔離元件拒斥高電壓/高迴轉率(Slew Rate)雜訊瞬態，並維持無錯誤通訊的能力。訊號以及isoPower隔離元件提供25kV/μs的最低共模瞬態抗擾度，並能承受最高100kV/μs的瞬態電壓而不會永久閂鎖(Latch Up)或損壞。 在工廠自動化環境中，系統設計者通常無法控制通訊網路的電氣安裝工作。因此最好的作法是假設存在對地電位差。在動作控制系統方面，對地電位差經常多達數百伏特。一個RS-485通訊節點需要電氣隔離，並確保數據線路在可環境中能可靠工作。訊號與isoPower隔離元件能提供600V峰值(基本)的最高持續工作電壓或353V峰值(增強)電壓。對於存在相當大對地電位差的狀況下，基本隔離機制能促成可靠的通訊。而強化隔離機制則能保護操作人員在廠房環境不會觸電。 在有線通訊網路中，包括外露的連接器以及布線會暴露在嚴苛的瞬態電壓干擾下。系統層級IEC 61800-3標準針對可調整速度的電力驅動系統在抗擾性方面的要求，最低須達到±4kV接觸/±8kV空氣IEC 61000-4-2 ESD保護能力。 透過資料線傳遞幻象電源 主控端控制器與遠端CbM感測器節點之間的電力與數據線需要創新解決方案來降低布線成本。數據與供電整合到一個雙絞線對，不僅能大幅降低成本，還能造就出更小的印刷電路板(PCB)連接器解決方案，適合用在空間受限的邊界感測器節點。 透過一個電感-電容網路，可藉由雙絞線傳遞電源與資料。高頻率資料透過串聯電容耦合到數據線，這些串聯電容也會保護RS-485收發器不會受到直流匯流排電壓影響。電源則是透過連到數據線的電感接到主控端的控制器，而供電接著在CbM從屬端感測器節點透過一個電感進行濾波，而該節點位於纜線的終端處。 另外，纜線兩端的電感應妥善匹配以避免產生差模雜訊，而自我共振頻率應至少在10MHz以上，以避免和新一代振動量測系統的即時快衝模式相互干擾。請注意，電源與資料耦合解決方案應加入數據線，這些數據線中不應出現dc資料內容，像是RS-485介面的MOSI或MISO。 選擇適宜方案實現高效振動檢測 根據設計者的設計考量因素，圖1可提供幾種選擇途徑來協助建構強固的有線工業振動DVD-R/RW解決方案。在圖1中，選項2包含ADuM5401，該元件從資料匯流排擷取5伏直流電，並向ADcmXL3021提供3伏隔離供電。此外，ADuM5401還包含4個訊號隔離通道，這種組態適合3+1的SPI隔離。 圖1　強固/高度整合/有線MEMS加速計狀態監測解決方案的選項 圖1的選項3包含ADuM5402，這個元件類似ADuM5401。兩者之間的關鍵差異在於ADuM5402提供2個傳送以及2個接收數位隔離通道。 如先前所述，ADuM5401/ADuM5402能提高有線CbM介面的EMC抗擾力，保護ADcmXL3021使其不會受高電壓干擾，以及避免在RS-485纜線介面上出現對地電位差。 表1比較三種解決方案，以多項關鍵標準進行比較，包括設計彈性、電路板空間、解決方案成本、複雜度，以及EMC效能。將微控制器整合到CbM感測器節點雖然會提高設計彈性，但代價是會增加電路板空間以及額外的軟體複雜度。由於日後主控端CbM節點會配置處理器，故圖1中選項3基本上會是一個雙微控制器的系統，因此相較於主控端CbM節點的單微控制器配置，啟動運行的速度會比較慢。 表1　各種CbM選項的取捨比較 選項1與選項2雖然設計彈性比較低，但卻提供一條部署速度更快的途徑，因為它們能促成低複雜度、透明化的SPI連結RS-485鏈路。相較於選項3，選項1與選項2還提供邁向更小電路板的途徑，選項3的應用需要額外的電路板空間來容納微控制器以及相關的電路(像是時脈振盪器以及多個被動元件)。在選項2與選項3中加入iCoupler訊號與電源隔離機制，不僅增加占用的電路空間最小，還會提升EMC效能，勝過採用晶片內部保護機制搭配RS-485/RS-422收發器的作法。 (本文作者分別為ADI自動及能源事業部系統應用工程師和系統應用經理)

從無線電時代最早的時候開始，就必須努力減輕那些路徑交疊並且相互碰撞到一起的各種訊號(那時是無線電訊號，現在則是無線訊號)的流量。在早些時候，汽車中並沒有很多的電子元件，而調幅廣播(AM)仍然被視為高端技術。 對於汽車工程師來說，重要的一點就是需要避免使用可能無意中產生與調幅廣播的頻率範圍(525KHz~1705KHz)相同的系統。具有「EMI特性」、在該頻率範圍內具有高發射頻率的設備會與調幅廣播的通道發生干擾，進而在無線電揚聲器上產生嘈雜的嗡嗡聲或者靜電雜訊。 汽車製造商長期以來一直面臨著EMI上的問題，並且，隨著車輛導入越來越多的電子設備，包括GPS、Wi-Fi、藍牙、資訊娛樂系統、調幅/調頻/衛星廣播、功率逆變器、USB資料、USB充電器、無線充電器、CAN/LIN匯流排、攝影機、雷達及乙太網主幹/閘道等等，在EMI管理上出現的挑戰正在以指數方式成長。 另外還有一個事實就是，消費者也在將外部設備和可攜式裝置加入到車輛當中，那些設備的EMI特性和頻譜會發生重疊，有一定的危險，而這只會加劇對於減輕干擾的需求。 EMI易影響互聯車輛/自動駕駛安全性 隨著汽車製造商不斷開發需要最高程度的安全性與高效能的智慧車輛和自動駕駛車輛，開始將許多電氣系統和電子系統安放到汽車之類密閉的空間當中，這也意味著降低電磁干擾要比以往任何時候都還要重要。 汽車製造商必須認真細緻的確定並實施電磁相容性上的規範，從而確保電子設備相互之間不會產生干擾，否則會導致設備或系統的效能不盡如人意，或者在更惡劣的情況下產生危險的後果。 充分瞭解一個具體的汽車網路中存在的全部EMI特性以及潛在的相容性問題，並不是一件簡單的任務，而在考慮到安全性的情況下，這項工作尤其重要。比如說，收聽調幅無線電台節目時遇上雜訊形式的干擾，當然並非好事。 然而，如果一台設備造成的干擾會使汽車的轉向和制動系統的預期效能發生中斷，並且危及乘客的安全，那麼這個風險便更加值得關注了。本文將探討一些基本類型的電磁相容性(EMC)測試，以及驗證電子設備是否適合汽車應用使用的一些必需的具體測試。 降低EMI前先了解電磁波發射類型 首先，對於必須考慮並減輕的各種類型電磁波發射，我們必須要充分瞭解。電子設備會將電磁能輻射到空中，而這種能量可以劃分為有意或者是無意的。舉例來說，手機會有意的發出雜訊。分類為有意的原因在於，手機必須在空中連接到手機發射塔。由於電磁相容性的緣故，我們為有意的發射施加了功率極限和譜特性。 但是，一些電子設備也會無意的輻射出雜訊，與有意的雜訊不同的是，這類雜訊往往可以在強度上有所減低並受到控制。有很多方法可以行之有效的降低無意的輻射雜訊，包括新增金屬遮蔽、改進印刷電路板(PCB)的布局，或者策略性地加入共模扼流圈、鐵素體、電阻器和電容器等等之類的濾波裝置。 此外，電子設備在連接到設備本身的接線上可以發出稱為傳導發射的雜訊。常見的互聯接線的例子包括電力線束、USB電纜和乙太網電纜等等。在某些情況下，電纜上的傳導雜訊(傳導發射)可以轉換成空中的雜訊(輻射發射)，成為「嘈雜的」電纜，這種電纜可以發揮天線的作用，將傳導發射轉換為輻射發射(圖1)。 圖1　供電導線上的傳導發射設定。 實現最佳電磁相容設計從模擬/測試階段做起 由於車輛處於不斷的運動中，幾乎可以行駛到任何地方，因此汽車製造商必須按照最壞情況進行假設並從事設計，同時還必須在成本最低的條件下實現能夠提供極高可靠性的解決方案。答案就是：最優的電磁相容設計並選取最好的EMI遮罩材料，這就要求不僅在設計階段、而且還要在測試和模擬階段達到極高的精度。 由於輻射發射通過空氣來傳播，因此可以採用校準的天線設定進行測量。必須採用以各種方向(垂直、水準等)來排列的多種類型的天線，從而捕捉到整個頻率範圍。 對於輻射發射和傳導發射的測試設定、功率極限和頻率範圍，汽車製造商制定了具體而又嚴格的要求，並且他們還必須確保測量技術以及合格/不合格的標準符合自身的要求。如果標準過於嚴格，則意味著要花費過多的成本來減輕雜訊，而標準太過寬鬆則會無意中與其他電子設備產生干擾，造成與EMI有關的問題。 輻射發射的測試範圍通常在100KHz~2GHz，需要三種不同類型的天線來覆蓋整個範圍。這個設置包括(被測元件)DUT、DUT布線、GND銅板架、前置放大器、電腦、電源、光纖資料轉換器以及頻譜分析儀。 汽車製造商還必須指定要接受測試的多種DUT作業模式。例如，USB埠的作業模式只包括快閃記憶體盤的讀寫，而其他作業模式則可能要求USB埠提供最大的充電電流，同時另一種作業模式則可能包含將手機連接到USB埠，從而啟動Apple Carplay或者Android Auto。然後，測試階段就必須考慮到全部這些變數。 透過輻射/傳導抗擾度測試確認DUT干擾狀況 輻射抗擾度和傳導抗擾度測試的目的是確定DUT在嘈雜的干擾情況下會出現甚麼情況。輻射發射和傳導發射的通過限值必須始終低於輻射抗擾度和傳導抗擾度的通過限值。一台設備的輻射發射必須低於鄰近設備的輻射抗擾度容許公差，否則就會造成不良作業(圖2)。 圖2　輻射發射的設置(單一DUT模式下的垂直BICON測試)。 輻射抗擾度測試可確定DUT在電磁干擾訊號於空中穿過的情況會有何表現。必須採用校準的噪音源，在發射天線對準DUT的條件下進行測試。傳導抗擾度測試可確定進入到電纜(例如電力線束、USB電纜或者乙太網電纜)中的干擾訊號在連接到DUT的情況下，DUT的表現如何。汽車製造商通常會指定測試多種DUT作業模式，並且還將指定預期的狀態級別回應。例如： 1.狀態1回應：可能是「無回應」。這意味著在抗擾度測試過程中，設備必須在各種作業模式下正確工作，而不會出現明顯的效能降級。 2.狀態2回應：可能會出現明顯的回應，但是在關掉干擾訊號後必須自動恢復。 3.狀態3回應：會出現明顯的回應，並且在排除掉干擾後需要使用者干預才可回復正常作業(點火迴圈)。 對於EMC有無數個類型的測試設定，包括： ．可攜式發射機 ．大電流注入器 ．耦合抗擾度 可攜式發射機測試設定 一種特定類型的輻射抗擾度測試稱為「可攜式發射機」。該測試會測試DUT對於手機和掌上型雙向無線對講機之類設備的抗擾度。 大電流注入測試設定 一種特定類型的傳導抗擾度測試稱為「大電流注入」(BCI)。該方法會穿過一個磁場來路由使用者的電纜和線束，從而模擬窄帶輻射電磁能。 耦合抗擾度測試設定 還有一種傳導抗擾度測試稱為「耦合抗擾度」。該測試可模擬在同一線纜束或相鄰線纜束中路由到干擾線的DUT電纜；然後接受測試的DUT電線/電纜將在一米的長度內連接到干擾訊號。 其他抗擾度測試可以模仿車輛中苛刻的電氣環境。其中一些測試包括： ．靜電放電(ESD)：一項重要的EMC測試。IEC標準IEC61000-4-2是一項廣泛採用的標準，可以測試電子設備的ESD抗擾度。 ．電源線干擾：暫態壓降(振動和連接器)、啟停電池壓降、溫暖曲柄壓降。 ．瞬態干擾：繼電器震顫耦合、電動遙控鎖電感負載、觸點電弧、觸點顫動。 ．功率迴圈：車輛發動機啟動過程中的點火迴圈電壓波動。 ．電壓過大：負載突降(交流發電機產生充電電流並且在其他電力負載已連接的情況下，電池斷開)、跳線跨接啟動、交流發電機失控、變換極性。 總結來說，將大量的電氣系統和電子系統安放到極其有限的空間當中，這些汽車系統以輻射發射和傳導發射的電磁會相互干擾，我們必須解決這個問題。如果不正確的進行控制，那麼產生的干擾會造成系統故障或者在某些情況下使系統徹底失效。 為此，零組件供應商如Molex，便透過豐富的互聯車輛團隊經驗，引入了由各種汽車業解決方案、途徑和方法組成的久經考驗的產品組合，用於對電磁發射和相關技術進行控制，從而使電子設備良好的耐受電磁干擾。 (本文作者Greg Bella為Molex首席工程師；Jeff Ciarlette為Molex電氣工程師主管)

是德科技(Keysight Technologies)日前宣布推出Keysight N9048B PXE EMI接收器。此接收器完全符合最高的國際標準，讓使用者能高靈敏度的量測和故障診斷，以加速取得電磁相符性認證。 取得EMC認證是推出電子裝置的必要準備步驟，以確保安全可靠的操作。如果因設計不良而無法通通EMC相符性測試，可能導致新產品推出時間大幅延宕，甚至還會增加產品的成本。Keysight N9048B PXE EMI讓擁有自我認證能力的獨立相符性測試實驗室和企業，能夠自行進行輻射傳導放射測試，以確認產品符合當地的法規要求。 Keysight PXE EMI接收器簡化了全球EMC測試實驗室的測試工作。它符合最高的國際標準，量測效能居產業之冠，另外還配備EMC應用軟體，讓認證實驗室能信心十足地對新產品進行指定的相符性測試。 N9048B PXE EMI接收器有三個頻率選擇，最高可達26.5GHzm。並擁有領先業界的靈敏度效能，可偵測輻射放射量測中常見的，接近雜訊位準的微小訊號。另完全符合CISPR 16-1-1和MIL-STD-461國際標準，確保裝置與任何全球標準的相符性。利用時域掃描(TDS)功能，可滿足法規關於停留時間的要求，並能有效縮短接收器掃描和測試時間。多點觸控操作介面及EMC量測應用軟體讓測試作業變得輕而易舉。

Analog Devices(ADI)近日推出一系列收發器產品，可透過現有非遮罩雙絞線和非遮罩連接器實現高解析度(HD)視訊，使OEM廠商輕鬆地將標準解析度攝影機升級為HD攝影機，並提供目前汽車攝影機應用所需的優異解析度和圖像品質。相較於其他汽車鏈路解決方案，新型ADV7990和ADV7991發送器與ADV7380和ADV7381接收器運用ADI的汽車攝影機匯流排(C2B)技術，可大幅縮減重量、體積和成本，並降低電纜布線限制。 C2B收發器專為汽車應用而定義與設計，其代表除了在非遮罩基礎設施上實現卓越的視覺品質以外，並特別運用晶片內EMC/EMI緩解技術使之完全符合相關EMC、EMI和ESD強固性之嚴苛業界要求。創新的電纜補償設計性能支援帶多個線上連接的30公尺長電纜，解析度於30Hz時達200萬像素或60Hz時達100萬像素。 Denso駕駛艙系統業務部先進硬體開發部門總經理Motoki Kanamori表示，C2B已被證明是一項極具成本效益的解決方案，其支援主流低解析度NTSC無縫轉移至高解析度攝影機，可降低線束成本和重量，為汽車製造商創造高度價值，Denso很高興能與ADI合作將C2B技術運用於該公司的車輛產品線中，實現可擴展的攝影機和視訊連接解決方案。