By Charles Kuo, Sensor Marketing Manager
Automotive engineers around the world are immersed in harnessing the latest technologies to bring smart, autonomous vehicles to our roads. Those technologies will also enhance the driver and passenger experience far beyond today’s norm, through intuitive human-machine interfaces and highly personalized cockpits.
By Charles Kuo, Worldwide Sensor Marketing Manager
Many words have been written about how the Internet of Things (IoT) will transform the lives of everyone. What is less often said is that at the heart of the IoT is the humble sensor, which enables previously inanimate objects to communicate with each other and to be controlled and monitored.
作者：Diodes 公司 LED 照明事业部经理 Allan Lin 全世界的家庭和工厂都在拥抱智能技术，通讯与控制系统的连网程度藉由各种无线技术而不断提升，要将便利性与效率带入每个人的生活中。进入物联网 (IoT) 的世界后，我们随时随地都能存取致动器和传感器，用更细腻的角度去检视设备状态，进而将数据传送到云端进行分析，在系统故障之前预先进行维修。例如，我们可以透过 Wi-Fi、Zigbee 或蓝牙低功耗，实时遥控 LED 灯泡，以及选择适合环境的光线色温。 所有这些智能连网装置都需要低待机功耗，这对功率系统设计人员来说是一大挑战。功率转换需在所有负载下维持高效率，包括无线收发器在收发数据封包，或致动器启动时。但是，这些动作其实不常发生，智能系统多数时间都在闲置及等待接收指令，这种「闲置负载」的待机状况对功率转换不佳的系统来说尤其浪费能源。 极大的挑战，便是开发针对各种负载范围将效率优化，拥有恒定稳定输出电压的功率转换器。但由于输出电压会随消耗电流改变，因此这可说是一项相当复杂的设计工作。 法规挑战 对这类系统的开发人员来说，还有除了功率子系统效能以外的更多挑战。全世界有许多不同的法规环境，各个不同国家/地区为了满足其待机功耗、瞬态要求和其他法规，都需要略为不同的功率系统版本。 对智能连网功率系统的开发人员来说，这项设计挑战极为复杂，另外对成本敏感的应用也同样艰难。一个能满足所有要求的设计，其成本可能相当高昂，而且能源效率也可能比针对特定国家/地区优化的装置更低。但若是针对不同地区设计个别的产品与拓扑，要管理所有不同的版本又会产生额外的成本。 高整合度 想要解决这些挑战，我们需要提高智能连网装置功率系统内芯片的整合度。透过在同一封装内整合高电压 MOSFET 开关与功率控制器，不只能满足全球所有的法规要求，还能提供功率效率，并降低待机功耗，花很少的钱就能满足设计人员所需。 例如，AL17050 降压转换器可应用于 85V AC 至 265V AC 的 AC 输入电压范围，无论身处任何地区，皆能安心使用此产品。它可产生 3.…
作者：Diodes 公司应用工程部经理 Qin Zhuang 许多电子电路都需要振荡器来同步活动或提供频率参考。 以微控制器为例，频率讯号用于控制数据来往内存的移动、指令的执行，以及外部通讯的速度。另外在无线电系统中，振荡器则提供固定频率，以供发射器与接收器进行通讯。 除了频率，还有一些与振荡器有关的重要属性。像准确度与稳定性 (以百万分之一或 ppm 指定) 对通讯协议和时间记录极为重要。对于便携设备或电池供电的应用来说，低功耗可能是关键的因素。其他需要考虑的特性还有成本，以及频率是否可调。 振荡器会使用某些谐振电路类型的反馈来产生固定频率的输出，谐振电路可作为电阻电容 (RC) 或电感电容 (LC) 网络。这些装置较为简单，且能在宽广的范围内变更频率。但从另一方面来看，这些装置无法提供许多应用所需要的准确度与稳定性。 像是石英等晶体，则因为压电效应，因此可用作谐振器。对晶体施加压力时，晶体内部会产生电压，施加电压时，晶体则会变形。将晶体搭配反馈，便可作为高准确度和稳定性的谐振器，而其自然频率则取决于晶体的大小和裁切方式。 图 1：使用 CMOS 逆变器的皮尔斯振荡器 简单的晶体振荡器 晶体本身是一种被动式组件，需搭配振荡器电路使用。晶体通常整合到需要频率讯号的装置内，例如，微控制器一般会有两个脚位，用来连接晶体和一些外部的负载电容器。这些电容器需与指定的晶体负载电容 (CL) 匹配，确保其能以正确的频率振荡。 变更负载电容器的数值，也会稍微改变振荡频率。我们可以利用电压控制型晶体振荡器 (VCXO) 达到此效果，因为这种振荡器会使用可变电容组件 (变容二极管) 调整频率。 您可用独立型装置来打造外部振荡器，像是使用晶体管或反向逻辑闸极提供放大和反馈。不过，虽然晶体厂商会提供设计指南，但想从头打造出高质量的振荡器却极为复杂。 直接使用现成的振荡器模块，通常会比较方便。振荡器模块包含晶体和振荡器电路，您唯一需要做的，就是为其提供电源。振荡器模块的准确度通常比目标装置内整合的基本电路更为出色。 但尽管晶体非常稳定，但振荡器的频率却可能因供应电压和温度影响而产生变化。要将这些影响降低，可以使用温度补偿晶体振荡器 (TCXO) 模块。TCXO 模块的内部电路可调整频率，藉此补偿温度变化的效应。模块经常也会内含整合式电压稳压器，用于降低外部供应电压变动的效应。TCXO 可达到 2ppm 以上的稳定性。 晶体振荡器提供简易、低成本且高准确度的频率来源，适用于宽广的频率范围，是许多应用类型的合适选择。若要深入了解，请参阅我们关于石英晶体振荡器技术的白皮书，或参阅 Diodes 公司产品页面。 …
作者：Diodes 公司产品营销经理吴其昆 您注意到有些东西搭配使用，会产生多么理想的效果吗？我要谈的不是火腿和鸡蛋或盐和胡椒，这些真的只是互补。不，我要谈的是为了真正发挥功效，需要搭配使用的东西，例如凸轮轴与推杆。 把两件东西放在一起，产生一个全新的物品，但仍取决于其组成部分，在自然界相当罕见，然而对于我们这些聪明的工匠来说，这正是我们真正擅长的。在电子业中，这么做非常盛行，更重要的是，在这个领域中，科技可以为我们提供在一致的基础上不断改进的方式。 以电力为例，一般而言总是愈多愈好。我们每获得一项电器产品，就建立了对更多原始电力的需求，因此更有效率地使用电力变得愈来愈重要。这表示在每一个层级，我们都需要更有效率的发电、配电和转换电力的方式。从早期的能源开始，高压交流电一直被视为是有效率的发电和配电方式，当主要产品应用是马达和灯泡时，交流电是很不错的。随着晶体管和集成电路的发明，在局部层级，直流电变得更为重要。 除非我们依据个别情况，开发出可以产生所有所需电力的方式，否则我们仍将继续倚赖高电压交流配电，将电力以管道输送到办公室和家庭。在管道末端会发生转换，从千瓦的交流电降压成毫瓦的直流电。其中的步骤存在效率不彰的问题，电子业正采取措施，以减轻效率低下问题。 这让我们回到了同步性。我们消耗能量的方式，愈来愈多是透过脱机转换，亦即将高压交流电源变成低压直流电源。近期它出现的形式是将电池充电，以供电给便携设备。近期出现的转换拓扑之一，是在二次侧使用一个与一次侧的功率晶体管同步动作的晶体管。次级晶体管取代了效率较差的二极管，也使得此种拓扑结构被命名为：同步整流或 SR。 用行径像二极管的晶体管取代二极管，看起来似乎很没有效率，尤其是通常我们并不认为模仿是一个无损过程。然而在 SR 的情况下，这样做却能提供显著的优点，因为它让关联控制器在可变负载条件下能发挥更大的管理能力。效率的增益百分比取决于 SR 的实作方式，表示我们必须选择正确的解决方案。 以 Diodes 公司生产的次级侧 SR 控制器 APR346 为例。这是一个二次侧 MOSFET 驱动器，支持各种转换器模式，包括连续传导模式、不连续传导模式及准谐振返驰模式，这些模式在脱机转换架构中都很常见。这个装置会感测一次侧 MOSFET 两端的汲极源极电压，并提供正确的闸极驱动器给二次侧 MOSFET。这样一来，它可以在提供 5V 到 20V 直流输出电压的电路中产生更大的效率。这就涵盖了大量的现代产品应用，包括在消费者电子产品中愈来愈重要的 USB 供电 (PD)。 加入像 APR346 这样多用途和能力充足的 SR 控制器，可以在任何脱机转换器中提供秘密源极；由于它省去了使用替代控制器时需要的大量外部组件，还可以降低 BOM…
作者：Diodes 公司模拟产品 - 欧洲与汽车营销经理 Simon Ramsdale 过去二十年来，汽车照明发生了重大变化，相关发展在前向照明领域特别显著。头灯已经从简单的「开/关」、单一方向灯具发展到更具自适应性的照明解决方案，而且从汽车市场的 LED 发展以来，更明显地加速发展。 在其完整生命周期约 100 年间，头灯发生了很大变化以符合新的安全要求，但在过去 20 年中，这些变化是受到其他因素的推动，例如效能、效率、可靠性及造型设计。就这一点而言，上述因素都是 LED 具有极大提升潜力的领域，这并非巧合。 例如，在效能与可靠性方面，头灯已从白炽灯与卤素灯泡发展为 LED 与自适应光束成形。1960 年代引进了卤素灯泡，它可产生更清晰明亮且更强大的光束，提供更远的投射距离。进化过程的下一步是氙气「高强度气体放电」灯泡，大幅提高头灯的光输出，并成为部分高阶制造商的首选技术。本世纪初引进的 LED 灯泡改良了氙气「高强度气体放电」灯泡，当时此进化阶段对于效率并无太大的影响。但是，LED 技术的进一步发展，使 LED 头灯的成本与效率超越 HID。 头灯自适应光束成形的发展代表头灯进化的另一个重要阶段。自适应光束成形使前向照明提升至另一个层级，利用「可操纵」的光束，使光束实际改变方向。虽然实作方式各不相同，但通常藉由开启和关闭特定的 LED 来实现。如此可大幅提高前向照明的效能，同时大幅提升安全性，特别是减少对向车辆产生的眩光。自适应光束成形头灯在复杂程度上有很大的差异，包含的 LED 数量可以从至少 9 个到 80…
作者：Diodes 公司模拟产品 - 欧洲与汽车营销经理 Simon Ramsdale 汽车市场正经历一场有关联网汽车的革命。对产业而言，它代表了分析与行动的整合，其中的本机数据将转换为远程信息，而驾驶辅助功能则成为 ADAS。对消费者而言，其范围超越此抽象的实作定义；联网汽车将有助于克服目前城市环境中驾驶所面临的一些大的实际问题，例如寻找停车位、在繁忙的街道中进行自适应导航，或利用科技以避免城市之间主要道路的拥塞，以及提高驾驶与行人的安全。 虽然联网功能对于提升所有道路用户的整体体验与安全性至关重要，但终极目标是全自动驾驶车，这只有透过高速数据通讯才能实现。 随着车对物 (V2X) 通讯的持续发展，包括车对车、车对行人、车对装置以及车对电网，藉由越来越多的 ADAS 功能的推动，汽车中所产生、传输及处理的数据量正以指数性增加。涉及的资料量极为庞大；一些分析师估计，一辆自动驾驶车每天将产生超过 4GB 的资料，但我们可以假设即使是非自动驾驶的联网汽车每天也会达到 1GB 以上。 为汽车产业开发的现有通讯管道，例如 CAN、FlexRay 及 MOST，将继续为车载通讯提供骨干，但预期不会用它们来处理大量增加的时间关键数据。采用 ADAS 与自动驾驶必须大幅提高处理效能，特别是使用机器视觉系统时，因为这部分的数据极为重要。为维持传输速率，汽车产业正在转向新的高速数据总线与通讯协议，以响应更快速的网络与通讯基础设施，这些类型通常出现在高效能计算 (HPC)。这包括 PCI Express (PCIe) 与 USB 3.…
作者：Diodes 公司欧洲产品应用经理 Colin Davies IoT 是推动「EoT」(万物电子化) 现象的力量。IoT 只是意味着对象拥有 Web 可寻址的连结；利用此相互链接性，可推动电子业的巨大浪潮。 家庭自动化涵盖暖气、照明、安全及能源监控，并可透过手表、智能型手机、平板电脑及计算机等各种互连装置，从远程进行控制。 大量数据的在线储存与存取加上高速联机，使得在线娱乐与社交媒体平台改变我们的浏览习惯。要立即满足需求，必须有高速数据传输速率，这正是 Diodes 公司提供解决方案的领域。 所有 IOT 联网装置共通的问题是安全与保密，范围从个人资料遗失到失去对发电站的控制。IOT 联网装置相互进行通讯的意愿，必须以应用于软硬件层级且更复杂的安全解决方案来解决。 光学、距离、温度、全球定位系统 (GPS) 以及特别是微机电系统 (MEM) 等各种传感器的使用越来越多，意味着可以远程监视与控制的「事物」也更多。电子科技是促成 EOT 的技术，但差别在于越来越抽象的软件。 Diodes 的优势始终在于开发高效率电源管理技术，所有 IoT 系统皆需要这些技术，以达到极长的运作时间与极高的效率。Diodes 在提供涵盖电源管理与保护电路的上述技术拥有良好的成果，而近期的并购也让我们能够掌握高速数据传输领域的技术。这表示我们现在能为过去 Diodes 未能服务的应用领域，提供具有竞争力的解决方案。 智慧计量公用事业 (天然气、自来水及电力) 的监控与报告已透过 IoT 获得提升；具备…
作者：Diodes 公司 EMEA 销售部门副总裁 Oliver Woyke 图 1 电子产业对于变化一向很熟悉，但目前我们正在经历整个产业的重新定义，其中电子是一种促成技术，由持续增加的联通功能推动。 大数据与物联网正在影响着现代生活的每个领域，虽然便利性似乎是关键驱动因素，但真正的诱因是提高效率。即便是全球规模的微小改进也会带来巨大的节省，这为我们将住家、办公室、城市及汽车变得更有智慧而必须投入的巨额投资，提供了必要的经济利益。 联通功能是上述变化重要的证据，但实际上我们可以感受到极小组件所带来的影响。若要感受到其影响，必须在整个设计中保持效率；高效率电源管理将是使广泛使用的联网装置成为可行的重要推动因素。 这些趋势也以不太明显的方式影响着供应链。制造商现在能够也愿意选择符合其特定需求的组件，以提供优化解决方案。这意味着随着越来越多的应用成为互联世界的一部分，电子组件供货商的整体市场正在扩大，而非创造利基机会的环境。想象一下，您的住家、办公室或工厂中的每个「事物」都能感知其状况，并将相关信息传递给云端服务；这就是我们正在创造的世界。如此将透过多种方式改变客户关系。更紧密追踪资产的能力将为客户提供后勤洞察，例如让他们能够更佳管理自己的生产计划。 若要满足此层级优化解决方案的需求，需要一种能胜任其任务的设计、制造及创新的方法。这需要一家具有全球视野与本地知识的公司，其还能够响应市场发展与客户需求。2019 年，Diodes 将庆祝其成立 60 周年，以及在 2017 年超过 10 亿美元的营收门坎。作为一家在全球拥有 7,600 多名员工及多个制造厂的公司，Diodes 公司了解目前正在发生的变化。 凭借其包括汽车、工业、消费性产品、通讯及运算等所有主要市场的均衡产品组合，您很难找到没有采用 Diodes 组件的产品。 图 2：Diodes 公司的产品组合 Diodes 致力于发展其产品组合、扩大其应用领域，并在封装领域不断创新，Diodes 计划同时进行有机成长与透过收购成长，并在未来几年将收入增加一倍以上，以迎接新的挑战。 图 3：电子组件制造商需要为更广泛的市场提供更多选择，同时满足对优化解决方案的需求 联网汽车的出现推动了 ADAS、远程信息及信息娱乐领域的创新，Diodes 于 2015 年透过策略性收购 Pericom…
作者：资深技术营销与计划经理朱文龙 我们每个人偶尔都需要发泄一下，但通常我们知道何时该适可而止；我们可以自我管理自己的行为，因为我们是负责任的成年人。另一方面，谈论到孩子的行为时，他们通常可以有一、两次犯错的机会，因为这也是学习过程的一部分，这也许是一些成年人讨厌自己身为大人的原因。 尽管嵌入式电子装置有许多充满巧思的设计，我们并不能说它们真的「学会」了如何自我调节自己的行为。我们的电路就像自己的孩子，它们在做某些事情时可能真的很聪明，然而在其他方面则仍然需要一些帮助。 那些会考验我们自我调节自我行为能力的，通常是我们无法控制的因素，对电子电路而言也是如此。意想不到的东西才会造成问题，当我们谈论到电源时，这一点也许再明显不过了。 对于敏感的模拟和数字电子装置而言，电源的扰动可能会引起主要问题。之后，集成电路是在抽象层运作，它以相对于电源供应器的电压位准代表「真实世界」的参数。如果电源供应器的动作开始不正确，而我们又没有任何办法可以调节它的话，整个系统的完整性就会出现问题。 减轻电源扰动的影响 尽管一个五岁的孩子在玩具店里崩溃可能让人非常尴尬，但通常不会造成任何长期持续性的损害。然而，当一部电子装置突然决定它不想再控制那台大机器时，恐怕就不能这么说了。在一个连网世界中，即使看起来似乎无关紧要的事情 (例如遗失了几字节的数据)，也有可能产生严重的后果。 那么我们该怎样保护自己的「孩子」不受未知事物所影响？这个问题让父母和工程师在夜里无法入眠。在宏观层次，我们将可靠的电源供应视为理所当然，家庭和办公室很少遭遇停电之苦，但如果真的发生了，我们有备援系统 (例如不断电系统) 可以让生活照常运行，至少短时间内是如此。 在微观层次也是如此，只是其形式变成维持电容器和电池备用电源。但这些并不一定总是能保护敏感电路遭遇电源位准的突发、频繁或持续的变化，这才是真正严重的问题。在这里调节就必须介入了。 标准做法会在电源转换阶段实施调节，当中间总线和负载点等概念获得接受后，在比较靠近使用点的地方实施调节，已经变得愈来愈常见和必要。即使如此，一些小型系统仍可倚赖绕行整个 PCB 电路板，将电源供应给许多装置的单一调节电源线。当晶体管密度和 IC 容量增加时，会需要更多电力，通常是在活动爆发期 (很像五岁孩子需要更多关注，却根本无暇顾及)。这些活动爆发期会对电源线产生严重的影响，造成压降和瞬态，使得从同一条电源线供电的所有装置操作全部中断。 LDO 协助我们一同表现出色 真正的问题在于连接到电源总线的每一部装置都有自己的需求，而且它们很少相互协调。例如，如果某个装置知道自己即将进入一段活动高峰期，有 100 毫秒的时间需要增加 10% 的电力，它可以要求与电源相连的其他装置进入低功率模式，或通知电源调节器增加可用的总功率。目前有一些研发朝这个方向在进行，然而对于大部分的零件而言，这种情况仍然是不可行的，因此开发人员改为求助于低压差稳压器 (或 LDO) 来提供解决方案。 LDO 针对可能遭遇扰动的电源线提供局部调节。LDO 通常只服务一个或少数几个组件，将稳定的恒定电压或电流提供给可变负载。负载的变化并不会造成电源电压下降，因为 LDO 的输入电压和输出电压之间有足够的空间，可以维持稳压。LDO 通常是线性的，并完全整合于小型封装内，这表示它们可以放在负载附近，并可大量使用，即使在小型 PCB 板上亦然。类似 AP7381 的装置，其设计目的是为 USB 端口提供恒定电压，例如当装置开启电源时，负载可能会接上及移除数次。在这种情况下，良好的电源电压抑制比 (PSRR) 也是很重要的；AP7381…
