從模擬到數(shù)字，引領(lǐng)智能邊緣｜ADI于上海慕尼黑電子展展示多款汽車、電源和儀器儀表解決方案

從真實(shí)物理世界到比特世界，是一個模擬量到數(shù)字量的過程，涉及到了采樣、量化、編碼和處理等多個不同的步驟。從汽車到工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)，這一過程無數(shù)不在。而其背后的真正硬件技術(shù)支撐，正是來自ADI所擅長的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)。

在近日召開的上海慕尼黑電子展上，ADI展示多款汽車、工業(yè)和儀器儀表領(lǐng)域的解決方案。我們有幸打卡了ADI的展臺，并和現(xiàn)場的工程師進(jìn)行了交流。

PassThru直通技術(shù)，提高能源系統(tǒng)效率

首先在ADI的展臺上最吸睛的一個demo，是一個城市火車模型。城市火車中有一個超級電容，超級電容給Buck-Boost供電，Buck-Boost的輸出再連接一個降壓的模塊，里面放的是LTM8064，降壓模塊再接電機(jī)來驅(qū)動城市火車跑起來。此外，這個城市火車中還有一個MCU，通過電流檢測芯片采集輸入輸出的電流、電壓、功率等信息，再通過Wi-Fi模塊上傳到電腦，從而在后面的兩個電腦屏幕上實(shí)時(shí)顯示火車不同的運(yùn)行狀態(tài)。

可以看到上下兩層完全相同的軌道和兩輛火車，唯一的不同在于上層的火車中的Buck-Boost是采用了ADI的PassThur直通技術(shù)的LT8210，下層的火車則是普通的Buck-Boost器件。在現(xiàn)場的演示中我們看到，在下層的火車電能耗盡停駛之后，上層的火車仍然可以行駛一段時(shí)間。這說明采用了PassThur直通技術(shù)的Buck-Boost具有比傳統(tǒng)Buck-Boost更高的能源效率。

據(jù)ADI亞太區(qū)電源業(yè)務(wù)高級市場經(jīng)理黃慶義介紹，具有直通功能的城市火車效率更高，這主要是因?yàn)?，在用戶設(shè)定的輸入電壓范圍之內(nèi)，直通功能可以把輸入直接連到輸出，從而消除掉開關(guān)損耗，進(jìn)而提高了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率?！霸谶@種模式下，它的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到接近100%，所以上面的城市火車才能延長儲能系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間?！?

據(jù)悉，LT8210是ADI第一款具有直通功能的四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，采用了PassThru及其優(yōu)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間比傳統(tǒng)控制器長46%。除了具有直通功能之外，還具有支持高達(dá)100V電壓輸入，面向高壓應(yīng)用的特點(diǎn)。LT8210還有很多種模式可以切換，能夠在直通、強(qiáng)制連續(xù)、脈沖跳躍和突發(fā)模式下工作。此外，LT8210內(nèi)部還集成了電流檢測放大器，可以檢測輸入輸出的電流。LT8210非常適合一些需要高效率、輸出電壓也比較高的應(yīng)用。

一站式軟硬件儀器儀表解決方案：小型化、超高精度、易于集成

除了電源產(chǎn)品外，儀器儀表是此次ADI展出的一個重要板塊。在這個板塊中匯集了ADI的高精度ADC、AFE和DSP等器件，展示了信號源、網(wǎng)絡(luò)分析儀和阻抗分析儀等多個方案。

基于ADMX3001的SMU（Source Measurement Unit）源表系統(tǒng)級解決方案：這是一款四通道高電壓、大電流輸出的SMU，其電壓輸出范圍為±100V，電流輸出可達(dá)1A。該板卡通過FMC接口連接FPGA，F(xiàn)PGA則可以連接到電腦上，通過評估軟件對評估板進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控。

ADMX3001 包括數(shù)字PID控制和狀態(tài)控制算法，用于設(shè)定輸出電平和鉗位。它可同時(shí)提供和測量輸出電壓和電流。其中集成ADI最新的24比特SAR ADC，配合高速、高精度的DAC，形成了閉環(huán)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)模擬環(huán)控制相比，該產(chǎn)品采用數(shù)字環(huán)控制，能夠有效解決模擬環(huán)難以解決的振鈴等問題，實(shí)現(xiàn)高精度、快速響應(yīng)及高壓大電流輸出。此外，針對客戶的個性化需求，ADI還提供快速上手的解決方案，幫助客戶根據(jù)自己的要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和指標(biāo)調(diào)整。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀-VNA（Vector Network Analysis）系統(tǒng)級解決方案：作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵儀器，VNA扮演著重要的角色。但通常印象中的VNA一般尺寸較大，而ADI此次展出的系統(tǒng)級方案，在緊湊的外形上，提供了10MHz～20GHz采樣頻率、-60dBm～10dBm不同信號電平范圍、8端口的實(shí)時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析功能，可以將其無縫集成到各種射頻應(yīng)用的全面測試系統(tǒng)中。

據(jù)悉，該方案中采用了最新的AFE模擬前端——ADL5960作為核心器件、使用AD9083 ADC實(shí)現(xiàn)一次16個信號的采樣，將35個以上的ADI器件組合，實(shí)現(xiàn)了多功能模塊化的設(shè)計(jì)。

基于ADMX1001 和 ADMX1002 的超低失真波形發(fā)生器和采集模塊：該方案的特點(diǎn)在于非常小的體積上集成了高保真的信號發(fā)生和采集功能。ADMX100x 采用專有的數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 算法，可實(shí)現(xiàn)杰出的總諧波失真 (THD) 性能。它具有出色的信號保真度，專為高分辨率測試精心設(shè)計(jì)，可與ADC、音頻編碼解碼器和復(fù)雜的音頻系統(tǒng)無縫集成，為精密測量和特性表征帶來突破性改進(jìn)。

在demo的現(xiàn)場演示環(huán)境中，ADI將該方案的輸出和專業(yè)音頻信號源的輸出進(jìn)行了對比，將兩個信號連接到了采集系統(tǒng)中，然后觀察在軟件上呈現(xiàn)出來的THD情況。如下圖所示，藍(lán)色的是專業(yè)音頻信號源輸出的THD，紅色的是基于ADMX100x的信號源輸出的THD。藍(lán)色的THD基本上約等于-115 dB，ADMX100x的源輸出大概在-125 dB，考慮到展會現(xiàn)場的環(huán)境產(chǎn)生的噪聲相對復(fù)雜的因素，可見基于ADMX100x的信號源輸出的性能完全可以對標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的音頻信號源輸出。

“這個小板具備小型化特征，非常容易集成到客戶的設(shè)備中，而且我們的接口就是SPI接口，ADI可以提供標(biāo)準(zhǔn)的API的函數(shù)，客戶可以直接調(diào)用，客戶如果想直接用ADI的方案，直接拿過來插在他們的板上就可以了。”ADI儀器儀表事業(yè)部高級市場經(jīng)理 姜海濤說到，“今天展示的來自儀器儀表部門的這幾個demo，包括信號源、LCR測試，都很容易集成到客戶整體的設(shè)備里。ADI提供了一站式的軟硬件的方案給到客戶，可以大大縮短客戶的產(chǎn)品研發(fā)周期和成本。像剛剛介紹的VNA的方案，如果客戶希望做一些裁減或增加一些新的功能，我們同樣也會配合客戶提供對應(yīng)的設(shè)計(jì)服務(wù)。數(shù)字控制高壓SMU也是提供了一個完整的軟硬件解決方案。總結(jié)來說，我們的目標(biāo)是給客戶提供更有價(jià)值的軟硬件服務(wù)。”

推進(jìn)汽車智能化電氣化：多通道無線電池管理+高效音視頻傳輸

隨著汽車智能化和電氣化發(fā)展，對于強(qiáng)大的感知力和算力的需求越來越高。ADI在汽車電子方面提供了高精度的感知和高速高效傳輸兩大技術(shù)，在汽車主題展示板塊，ADI展示了其傳統(tǒng)的優(yōu)勢產(chǎn)品，包括無線BMS方案、多通道抗干擾BMS、A2B音頻傳輸方案和GMSL視頻傳輸方案。

ADBMS6832抗干擾套件：由于車內(nèi)存在大量電機(jī)，這些電機(jī)會產(chǎn)生不同頻率和不同強(qiáng)度的干擾，對電池包的穩(wěn)定性和電池管理系統(tǒng) (BMS) 的測量精度造成很大影響。如何有效消除這些干擾是一個關(guān)鍵問題。

ADBMS683X 系列是業(yè)內(nèi)首款采用創(chuàng)新架構(gòu)的解決方案。傳統(tǒng)的 BMS 芯片中通常只有1到2個ADC 通道，而 ADBMS6832 系列每個通道、每個電芯都配備了兩個獨(dú)立的 ADC。主輔 ADC 同步采樣并相互校驗(yàn)，以避免故障誤報(bào)。這使得整個芯片在18個通道中擁有多達(dá)38個 ADC（包括兩個用于溫度采樣的 ADC）。

“這么多 ADC 通道的好處在于，它能夠?qū)崿F(xiàn)電芯電壓和溫度的同步采樣，通過同步采樣來屏蔽干擾。干擾源輸出一個正弦波信號到 BMS 板上的引腳，通過調(diào)節(jié)干擾源的頻率和幅值，盡管干擾源不斷變化，我們的采樣輸出信號始終保持穩(wěn)定。這展示了 BMS AFE 強(qiáng)大的抗干擾能力，這在實(shí)際應(yīng)用場景中非常實(shí)用?！盇DI亞太區(qū)汽車業(yè)務(wù)高級市場經(jīng)理 陳晟解釋到。

無線BMS電池管理系統(tǒng)：此次展示的無線BMS電池管理系統(tǒng)同樣是基于ADBMS6832，外加一個無線套片整合而來。這套系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢：

· 提高裝配效率：無線BMS省去了通信線束，大大提高了電池包的裝配效率，減少了裝配錯誤的可能性。

· 增加空間利用率：省去線束后，車內(nèi)可騰出更多空間用于電芯，從而提升了整個電池包的功率密度。

· 全生命周期健康跟蹤：基于無線BMS和云端電池?cái)?shù)據(jù)分析系統(tǒng)，打造了一個云端電池全生命周期健康度跟蹤系統(tǒng)。此系統(tǒng)從電芯生產(chǎn)、裝配、電池倉儲、運(yùn)輸、車輛生產(chǎn)、道路行駛、維護(hù)、二手交易到電池拆解及梯次利用，全面記錄電池電芯的數(shù)據(jù)。其好處包括1-提前預(yù)知潛在風(fēng)險(xiǎn)：可以提前檢測電芯是否存在異常情況，評估熱失控或起火的概率。2-二手電池估值：通過完整的數(shù)據(jù)記錄，為二手電池提供準(zhǔn)確的估值，解決二手電池估值問題，從而影響消費(fèi)者對新能源汽車的購買決策。

據(jù)陳晟介紹，這套無線BMS電池管理系統(tǒng)不僅提升了電池包的整體性能，還為電池的安全性和二手市場提供了重要保障。目前已經(jīng)在通用汽車全球平臺（奧特能平臺）上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)搭載，并與路特斯、宇通汽車等開展了密切合作。

高功率A2B音頻總線：A2B也是ADI所獨(dú)有的一項(xiàng)技術(shù)，并且量產(chǎn)了10多年，在全球?qū)崿F(xiàn)了超過一億顆的出貨，廣泛應(yīng)用于各大知名車廠。隨著汽車麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器的數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)的星形網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)連接方式在這種情況下變得非常復(fù)雜，需要大量的布線，且線纜路徑往往很長。A2B音頻總線解決方案采用菊花鏈架構(gòu)，通過一根線串聯(lián)最多18個節(jié)點(diǎn)，極大地減少了線束，降低了重量。這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無損音頻傳輸，并具有50μs的極低固定延遲。

此外，A2B音頻總線還具備直接為音響供電的功能，帶載能力最高可達(dá)50W，使得無電源線供電音響系統(tǒng)成為可能。同時(shí)，A2B還支持SPI通信，有助于車機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完美的OTA升級。它的輸入能夠滿足氛圍燈控制的需求，A2B在氛圍燈控制領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。新一代A2B更適合語音控制，能夠?qū)崿F(xiàn)語音信號的遠(yuǎn)距離傳輸，并將信號傳送到其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。

GMSL DSC視頻壓縮傳輸方案：GMSL DSC視頻壓縮傳輸技術(shù)同樣也是ADI所獨(dú)有的技術(shù)創(chuàng)新，該技術(shù)通過將大量視頻信號（包括控制信號）從并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號，進(jìn)用一根電纜（如STP電纜或同軸電纜）傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，然后再將串行信號轉(zhuǎn)換回并行信號。這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于兩個領(lǐng)域：顯示部分和ADAS或環(huán)視系統(tǒng)的攝像頭部分。

隨著車內(nèi)屏幕數(shù)量的增加，需要更高的分辨率和刷新率，以滿足車內(nèi)影音視頻觀看需求，從4HD到2K、4K，甚至未來的8K顯示需求。同時(shí)，游戲場景的應(yīng)用也要求更高的刷新率，如60Hz、120Hz甚至144Hz。這些需求大大增加了視頻傳輸?shù)膸捫枨蟆?

而采用GMSL DSC技術(shù)就可以幫助客戶來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。在現(xiàn)場演示的系統(tǒng)是基于ADI第二代GMSL技術(shù)，通過3.5GHz的同軸電纜，在3G基礎(chǔ)頻率下可以實(shí)現(xiàn)6Gbps的碼率。由于DSC提供了3:1的壓縮比，使得6Gbps的碼率實(shí)際上可以支持到18Gbps的碼率，從而完美支持4K×2K/60Hz的顯示要求，分辨率甚至可以達(dá)到8K。

兩個電腦屏幕分別展示了兩種輸出方式：一路是HDMI直接輸出，另一路是HDMI通過串行和解串，通過DP接口再轉(zhuǎn)換為HDMI輸出。通過在現(xiàn)場的肉眼對比，兩者并沒有色彩和分辨率等細(xì)節(jié)上的差異。這套方案實(shí)現(xiàn)了在低成本下帶給客戶高性能顯示的體驗(yàn)。

結(jié)語

除了上述提到的一系列方案之外，ADI還在現(xiàn)場展示了基于MAX40109和MAX32675的壓力變送器及工廠校準(zhǔn)方案、基于ADMX2001的高性能精密阻抗分析儀模塊、來自世健開發(fā)的基于ADE9430的電能質(zhì)量分析儀的方案、以及基于MAX78000的機(jī)械臂機(jī)器視覺方案等。

憑借著強(qiáng)大的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)能力和寬廣的產(chǎn)品線組合，以及針對熱門應(yīng)用的系統(tǒng)級方案，ADI正在引領(lǐng)智能邊緣的發(fā)展，推動我們邁向更加智能化和可持續(xù)發(fā)展的未來生活。