应对工业智能化 模拟IC大厂出新招

工业4.0的发展对于IC、特别是模拟IC厂商很重要。

当前，工业智能化正在向工厂网络前沿、边缘发展，提高生产的自适应调节能力，自适应调节可以实现更高的灵活性，这样用一条产线可以生产多种产品，而不需要扩建更多的产线。另外一个好处，是获得更高的生产效率（提升65%），还可以大幅缩短产品的开发时间。

保证产品的一致性也很重要，这会直接影响到产品的质量，比如，同一巧克力品牌的产地可能不同，而不同产地可以获得原材料不完全相同。产线的自适应调整功能允许对原材料用量进行调节，确保产品的一致性。另外，产线还要引入自诊断功能，提升监测能力，从而让产线更安全，进而提高产线工人的安全性。

举一个例子，在Intel的晶圆厂，通过在晶圆设备上增加一些传感器，对这些传感器收集的数据进行分析、监测，实现对晶圆状况的实时检测，这个平台采用GE的AI平台GEPredix，通过AI算法，对收集的数据做计算，能够准确无误地、快速地对系统进行调整。从而大幅提升系统的正常运行时间，提高生产效率。

工业4.0带动大型PLC向小尺寸、紧凑型PLC转化，目前，对小型PLC的需求量几乎是大型需求量的2倍，小型PLC能够把智能化推进到工厂前端，实现真正的智能化制造、自适应调节。

Go-IO厚积薄发

无论是工业4.0，还是工业智能化，对半导体厂商意味着什么呢？对此，Maxim Integrated工业及医疗健康事业部总经理 Jeff DeAngelis先生表示：“我们要用新的思维方式去定义产品，首先它要求集成电路提供更高的灵活性，或者说是软件可编程、可配置能力，以提供更灵活的调节能力。另外还有自适应能力，自适应诊断功能，应对环境的变化，从而助力工业智能化的发展。”

作为半导体厂商，不仅提供IC，还要提供一些智能化的参考设计平台，一方面向客户展示，用我们的IC能够实现什么，达到什么样的目标，另外，有了参考设计，客户可以很容易地把参考设计移植到他的平台上去，做实际验证。

2014年，Maxim Integrated推出了第一代智能化工业 IoT 平台产品，即微型PLC，跟当时同等功能的PLC相比，尺寸缩小了15倍，功耗降低了50%。

2016年，随着IC集成功能向前推进，基于其更高集成度的解决方案，Maxim推出了pocket IO参考设计平台，并引入了IO-Link智能传感器技术，IO-Link技术让用户真正实现自适应制造概念。

pocket IO的尺寸是167K立方毫米，它的尺寸和上一代的微型PLC相比，缩小了2.5倍，功耗降低了30%。

2018年11月，Maxim推出了第三代产品Go-IO参考设计平台。Go-IO在只有信用卡一半大小的面积上整合了17个可配置IO，作为自动化工厂子系统可大幅提升生产效率和自诊断功能。

Go-IO支持主动监测和交流设备健康和状态信息，并实现了更高的吞吐量和生产效率。该参考设计也满足PLC日益严格的尺寸及功耗要求，与其参考设计Pocket IO相比，方案尺寸缩小10倍、功耗降低了50%。

Jeff表示，这种集成度和设计密度的参考设计平台，现在还没有哪家竞争对手能够达到如此高的集成密度。

图：Maxim Integrated工业及医疗健康事业部总经理 Jeff DeAngelis先生

在谈到IC工作温度时，Jeff表示：”我们现在面向工业应用推出的IC的工作温度范围是-40°C到125°C，一般工业应用要求温度上限达到85°C就可以了，但是我们已经超出原有的工业级范围要求，另外强调一点，实际上也是很重要的一点，IC低功耗很重要，因为小尺寸IC必须发热少，所以低功耗很重要，比如说我们GO-IO卡用三节的AA电池供电可以工作10小时。”

整合三大技术

GO-IO整合了三大技术，一是工业通信，由于整合了高度集成的工业通信接口，多个GO-IO模块可以相互之间进行数据传输、信息交流，借助GO-IO的通信能力，还可以把数据最终推送到云端，这是它的一大优势。另外一个技术是工业输入输出技术，即数字IO技术。还有一项技术是工业电源技术。

Maxim的上一代隔离RS-485提供了数字隔离技术和变压器驱动，外部只需搭一个变压器，就可以实现电源和数据隔离了。其数字隔离采用电容隔离技术，可以支持更高的通信速率。而新一代GO-IO平台中，将上一代隔离RS485与变压器两者集成到了一起，构成MAXM22510，使整体尺寸缩小了40%。

GO-IO平台的另一个高集成度设计是八通道数字输入技术，器件将数字输入与数字隔离集成在一起，构成隔离的数字输入解决方案 (MAX22192) ，使整体尺寸缩小31%。这种数字隔离技术不仅仅把数字输入和隔离整合到一起，它实际上还提供更多功能，比如：开路、短路、过压、过流故障诊断，这对工业IoT的设计是有帮助的，可以实时监测产线上的运行状况。

这里，Jeff还特别强调了Maxim的数字输出技术MAX14912，八路数字输出芯片。MAX14912除了能够实现快速的切换，还有一个安全消磁功能，这对工业控制非常重要，比如许多现场执行器是感性负载，开关瞬间会有很强的反冲。这个能量处理的不好就会损毁机器设备。Maxim的这款IC里面由于集成了释放通道，也就是消磁功能，可以把感性负载的反冲能量吸收掉，而不会损坏设备上的其他部件，帮助用户摆脱了设计上的局限。

另据Jeff介绍，第二代工业PLC平台pocket IO所采用的电源还需要外部电感，而在GO-IO新一代平台中，则采用了单电源模块uSLIC，将高效同步整流高压DC-DC转换器、电感、电容集成在同一模块内。

一切为了客户

Jeff表示： “我们通过几代产品的研究，一直紧跟市场的发展趋势，并保持与客户的密切沟通和配合。比如说，依照客户的要求，我们的数字IO引入了SPI接口配置功能，使得用户可以重复利用设计，提升设计灵活性。另外，数字IO器件的菊链功能，使得客户可以在同一SPI接口上实现多片级联，扩展数字IO的通道数。

GO-IO意味着不仅应用于工业自动化，而且可以从工厂走到楼宇自动化，再走到机器人，走到不同的终端应用上去，这就是把它定义为GO-IO的原因。Go IO的小尺寸设计可以很容易地放置到楼宇的压力、温度监测探头，以及空调等控制器中；当然也可以把它安装到机器人手臂上做现场控制和调整。

下图所示是Maxim基于这个平台提供的一个参考设计，可以通过网站订购，在这套参考设计里面，包含了GO-IO模块、主板和应用处理器板(MAX32630)。

Jeff表示，这个参考设计是一个标准配置，与二进制IO兼容。Maxim针对这个GO-IO提供API支持。

在谈到GO-IO与客户对接时，Jeff表示：“现在，我们处在工业变革时期，集成产品需要快速发展跟进工业智能化的进程。另外，在应用层面，不单单是工业自动化，包括楼宇自动化、机器人，所覆盖的终端应用也越来越广，需求也就更大了。我们的GO-IO平台已经得到工业领先厂商的认可。”

文/半导体行业观察 张健

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