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    SIEMENS 脈晟電氣設(shè)備（上海）有限公司（西門子授權(quán)一級代理商）

       姚超（銷售部）        

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SIEMENS 可編程控制器

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西門子電源模塊6ES7307-1BA01-0AA0是調(diào)節(jié)型電源 PS307 輸入：AC 120/230 V 輸出：24 V DC/2 A

　　TI認為在可穿戴設(shè)備中，電池通常非常小(例如100 mAh)，設(shè)備又需要持續(xù)幾天甚至是幾個星期而又不用充電，因此功耗是一個關(guān)鍵的設(shè)計考慮因素。因此，高功率轉(zhuǎn)換效率將是一個關(guān)鍵的設(shè)計要素。時尚的手腕式可穿戴設(shè)備要想保持其酷炫特點，電子電路需要保持在極小的尺寸以內(nèi)。這推動了高水平的包括電源管理IC在內(nèi)的全器件集成。此外，功率器件的占板面積和封裝應(yīng)做到盡可能小。另外，可穿戴設(shè)備可能采用新型電源，例如對太陽能或熱能進行能量采集。同時，某些產(chǎn)品可能更傾向于非接觸式充電。這些非接觸式充電當中包括了無線充電。

　　對于可穿戴電源目前存在的設(shè)計挑戰(zhàn)，總結(jié)了以下五點。

　　1、在鋰電池過充或溫度過高會導(dǎo)致起火，鋰電池的安全性問題仍讓人擔憂的同時，充電器應(yīng)具有幾乎所有類型的安全設(shè)計，包括過壓保護、過流保護、過溫保護、短路保護和低溫充電等，甚至是在充電器IC及解決方案尺寸必須保持非常小的情況下也是如此。

　　2、因為可穿戴設(shè)備中的電池較小，充電精度的需求提高使為這些小電池充電并非易事。充電器必須能夠提供更小的充電截止電流。換言之，充電器的精度應(yīng)該更高，達m*。例如，在智能手機系統(tǒng)中，2,000 mAh電池的正常充電電流為1.2 A(0.6 C)，充電截止電流應(yīng)為正常充電電流的1/10～1/20，即120 mA～60 mA。然而在手環(huán)中，由于電池容量可能為100 mAh，正常充電電流將為60 mA，充電截止電流應(yīng)為6 mA～3 mA。滿足這種要求的充電器器件很難找到。

　　3、可穿戴設(shè)備應(yīng)具有較長續(xù)航時間。通常，如果消費者每天都要為設(shè)備充電，他們就會不高興。在現(xiàn)在許多的智能手機都必須一兩天充電一次的情況下，終端用戶顯然期待能夠有所改善。整個電源管理應(yīng)能夠提供高效率的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，這包括：穩(wěn)壓器效率，以及穩(wěn)壓器和電池充電器應(yīng)提供低靜態(tài)電流、低待機電流和低漏電流。具有極低漏電流和待機電流以及低靜態(tài)電流的電源管理器件更加難于設(shè)計。

　　4、甚至是現(xiàn)今的電池技術(shù)也不能完*電池運行時間的訴求。我們需要在使用可穿戴設(shè)備的同時，開發(fā)新的電源。新型電源的瓶頸在于其轉(zhuǎn)換為可用功率時，功率密度和轉(zhuǎn)換效率極低。

　　5、在可穿戴設(shè)備中，因為濕度、腐蝕等關(guān)系，許多產(chǎn)品的失效點為充電/信號連接器。

　　針對這些設(shè)計挑戰(zhàn)，TI 的應(yīng)對措施如下。

　　1、TI的充電器IC和電量計IC為工作中的電池提供了廣泛的保護和監(jiān)控。TI在保持相同水平保護功能的同時縮小半導(dǎo)體尺寸的過程中取得了成功。例如，bq24040和bq25100都與JEITA標準兼容。兩者都具有Ts輸入用于監(jiān)控電池熱敏電阻，以保證充電溫度在合適范圍內(nèi)。bq24040尺寸為2mm×2mm，并且在2014 年中期推出bq25100之前是小的充電器。bq25100尺寸為1.6 mm×0.9 mm，與0603尺寸的電容相當(圖1)。

　　2、主流可穿戴設(shè)備品牌采用TIbq24040/45或bq24232(帶電源通路)充電器IC，是因為它們的尺寸較小(分別為2mm×2mm和3mm×3mm)、精度較高。并且在適配器連接時，甚至是電池電量耗盡時，bq24232允許系統(tǒng)立即上電。在*的可穿戴設(shè)計中，精度和電源通路特性受青睞。另外，bq25100允許正常充電電流小為10 mA，并且能夠?qū)⒊潆娊刂闺娏骰蝾A(yù)充電電流設(shè)置為1mA，這是針對可穿戴設(shè)備的業(yè)界精度。

　　3、為了在電源管理系統(tǒng)中降低功耗，TI針對可穿戴設(shè)備在極低的流耗下工作改造了這些器件。例如，bq25100在工作模式下的靜態(tài)電流小于1μA，并且在bq25100處于關(guān)閉模式時，電池漏電流低至75 nA。同時，“Nano -Buck”TPS62736降壓轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流極低，僅為380nA，在15nA低負載的情況下，能夠幫助實現(xiàn)超過90%的效率。與在低負載條件下的傳統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換相比，這能夠延長30%～50%的電池運行時間。

　　4、能量采集技術(shù)刺激了可穿戴設(shè)備的新應(yīng)用。TPS25504能夠從單個太陽能電池(約0.3～0.6V)或TEG(熱電發(fā)生器，0.3V)等低能量源中獲取能量。它對啟動電壓的要求較低，僅為0.33V，并且能夠在低至80 mV的電壓下工作。其靜態(tài)電流也很低，僅為330nA。

　　5、隨著Moto360等應(yīng)用取得大大的成功，無線充電變成了可穿戴設(shè)備，尤其是智能手表的取代性選擇方案。使用無線充電可使可穿戴設(shè)備無需使用連接器，做到更好地密封;無線充電有利于推廣帶有定制底座的易于充電的使用案例;無線充電Rx推薦是Qi兼容的，這樣可穿戴設(shè)備能夠在任何標準的Qi充電器上進行充電. Tx可以是Qi兼容的,但有些設(shè)計限于尺寸或特殊形狀要求，TX線圈需要定制(非Qi規(guī)范)。 ST：小體積、單芯片電源管理方案是發(fā)展趨勢

　　意法半導(dǎo)體(ST)認為可穿戴設(shè)備有以下三點趨勢。，超低靜態(tài)電流和小封裝電源管理單芯片是個趨勢。該電源管理芯片需集成線性充電、LDO和DC/DC等功能。LDO和DC/DC給其他模塊供電，比如藍牙、傳感器、MCU、GPS等。比如，STNS01是一個集成路徑管理、3 .1V/ 100mA超低靜態(tài)電流LDO、線性充電和過放保護的電源管理芯片。整個芯片尺寸只有3mm×3mm ,同時待機功耗只有100 nA。路徑管理可以保證即插即用，和減少電池充放電次數(shù)以延長電池壽命。3.1V/100mA超低靜態(tài)電流LDO在沒有負載時可以實現(xiàn)1nA的靜態(tài)電流。線性充電的充電電流可以通過外圍電阻設(shè)置充電電流從15mA～200mA，可以滿足所有各種可穿戴設(shè)備對充電電流的要求。

　　第二，太陽能充電及無線充電將廣泛用于智能手表。隨著國家對節(jié)能要求和可穿戴設(shè)備用戶戶外運動比較多的特點，太陽能充電就是一個很好的解決方案。無線充電本身帶有封閉性好的特點，尤其對一些戶外運動或水下運動的可穿戴設(shè)備將是一個很好的充電解決方案。第三，AMOLED屏驅(qū)動芯片。AMOLED屏將廣泛應(yīng)用于智能手表。跟傳統(tǒng)LCD屏比較，AMOLED屏具有更高的亮度、更薄、更好的分辨率和更省電等特點。STOD32W是一個能滿足不同尺寸要求的驅(qū)動芯片。

　　在可穿戴設(shè)備電源方面，ST有很多解決方案，包括：PMIC(電源管理IC)、線性充電器、超低靜態(tài)電流的LDO、太陽能和無線充電方案、顯示屏驅(qū)動芯片。比如，STNS01是一款帶有路徑管理、3.1V/100mA LDO、線性充電和過放保護功能的電源管理芯片。STLQ015具有超低靜態(tài)電流的LDO。在沒有負載的狀態(tài)下，其靜態(tài)電流只有1uA，不工作狀態(tài)下只有1nA。同時，ST還提供太陽能和無線充電方案。STOD32W是一款100mA電流和三路輸出的AMOLED屏驅(qū)動芯片，可以給3”的AMOLED屏供電。SPV1050是一款集成兩路LDO的太陽能充電芯片。

　　在可穿戴設(shè)備電源設(shè)計方面，不同芯片平臺廠家將會推出自己不同功能的可穿戴設(shè)備解決方案，設(shè)計適合不同廠家平臺的電源管理芯片將是一個挑戰(zhàn);還有就是超低功耗和小尺寸。另外，目前還沒有適合不同尺寸要求的無線充電。現(xiàn)有的無線充電三大標準下，對于用于無線充電線圈大小定義都不適合現(xiàn)有可穿戴設(shè)備尺寸。我們將會推出更小尺寸(比如CSP封裝)的電源管理芯片。同時對于現(xiàn)有的無線充電三大標準下，用于無線充電的線圈大小定義都不適合現(xiàn)有可穿戴設(shè)備尺寸的情況，ST將推出具有自定義無線充電線圈大小的解決方案。比如針對智能手表，我們將會推出基于Qi標準的2.5W無線充電方案。另外，ST計劃推出的產(chǎn)品還有：更高效率的AMOLED驅(qū)動器芯片，CSP封裝的集成線性充電器、LDO或DC/DC等功能的電源管理芯片等。”

　　ADI：迎合電源管理低功耗、小體積及低成本要求

　　可穿戴設(shè)備本身是很寬泛的概念覆蓋各類產(chǎn)品形態(tài)，包括傳統(tǒng)便攜設(shè)備(如手表)，也包括在非設(shè)備類的穿戴產(chǎn)品中附件上各類傳感器進而成為可穿戴設(shè)備的范疇，例如衣服鞋帽等。可穿戴設(shè)備所提供的功能目前多集中在在工具類(如GPS、環(huán)境等)和運動健康類(如計步、睡眠、心率、體脂分析，以及血氧等)。

　　可穿戴設(shè)備現(xiàn)狀有如下幾個特點：整個智能可穿戴設(shè)備市場還是在啟動培養(yǎng)階段，例如功能的豐富性，結(jié)果實用性及服務(wù)性特征等，都需要進一步的完善;很多功能及性能實現(xiàn)還需要進一步的技術(shù)突破，例如功耗、體積以及使用的方便性等;開發(fā)可穿戴設(shè)備的公司越來越多，幾乎所有的品牌手機廠商都在進行著某種形式的投資及開發(fā);越來越多的IDH(獨立設(shè)計公司)參與到相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，尤其是在軟件數(shù)據(jù)處理方面。

　　從可穿戴設(shè)備發(fā)展趨勢角度來看，以下幾點可能會被業(yè)內(nèi)關(guān)注：宏觀來看必將是電子設(shè)備市場的新的增長點;持續(xù)不斷的增加并完善健康保健類功能，甚至某些性能到達或通過醫(yī)療級的應(yīng)用標準;高集成度、小體積、低功耗以及低成本的傳感器硬件在將來的可穿戴設(shè)備開發(fā)中會成為越發(fā)關(guān)鍵的要素;后臺數(shù)據(jù)的分析處理及反饋到終端用戶將是維持用戶持續(xù)使用的必經(jīng)之路。

　　ADI作為在傳感器及模擬混合信號的供應(yīng)商，在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域也會緊跟客戶及市場發(fā)展趨勢，并用專門的醫(yī)療保健團隊提供系統(tǒng)級包括軟件在內(nèi)的的方案。除此以外，在迎合可穿戴設(shè)備中電源管理特定的低功耗、小體積及低成本的要求，例如ADP150、ADP160等，在可穿戴市場都有很好的表現(xiàn)。

　　關(guān)于ADP16x系列而言，ADP160/ADP161/ADP162/ADP163均為超低靜態(tài)電流、低壓差線性穩(wěn)壓器，工作電壓為2.2V～5.5V，輸出電流可達150mA。在150mA負載下壓差僅為195mV，不僅可提高效率，而且能使器件在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)工作。

　　ADP16x 經(jīng)過專門設(shè)計，利用1μF±30%小陶瓷輸入和輸出電容便可穩(wěn)定工作，適合高性能、空間受限應(yīng)用的要求。ADP160可提供1.2V～4.2V范圍內(nèi)的15種固定輸出電壓選項ADP160/ADP161還包括一個開關(guān)電阻，當LDO禁用時，該電阻自動使輸出放電。ADP162不包括輸出放電功能，其余與ADP160*相同。ADP161和ADP163可用作可調(diào)輸出電壓穩(wěn)壓器，僅提供5引腳TSOT封裝。ADP163不包括輸出放電功能，其余與ADP161*相同。短路和熱過載保護電路可以防止器件在不利條件下受損。 村田：手機用微型DC/DC轉(zhuǎn)換器沿用到可穿戴設(shè)備中

　　日前，村田制作所(Murata)在展會推出了可穿戴設(shè)備的整體解決方案。展出的可穿戴設(shè)備集成了薄膜型溫度傳感器(用于檢測體表的溫度)、光傳感器(用于檢測心率)以及MEMS氣壓傳感器(檢測氣壓，進而檢測高度)三種傳感器。同時，它還集成了藍牙智能模塊、微型DC-DC轉(zhuǎn)換器，以及片狀多層陶瓷電容。對于該產(chǎn)品的續(xù)航能力，村田工程師介紹說：“產(chǎn)品的續(xù)航時間取決于具體應(yīng)用設(shè)計。這款展示方案采用CR2032鋰錳扣式電池，若所有功能全開，可以工作3～4天時間。

　　其中，該設(shè)備采用的微型DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊系列集成了功率IC、功率電感，以及輸入和輸出電容(圖4)。該系列模塊尺寸為2.5mm×2.0mm×1.1/1.2mm，其特點是體積非常小，抗EMI*力強。該系列輸出電壓為1.0V～3.3V，輸入電壓為2.3V～5.5V，負載電流為600mA。它總共有3大類：降壓、升降壓和升壓。

西門子從集成化傳動和智能控制器到創(chuàng)新的PLM 軟件
工業(yè)領(lǐng)域正處于第四次工業(yè)革命的開端。自動化之后是生產(chǎn)的數(shù)字化。目標是生產(chǎn)率、效率、速度和質(zhì)量的提高，使公司在通向工業(yè)未來的道路上獲得更高競爭力。這里提供了西門子在自動化技術(shù)和生產(chǎn)數(shù)字化領(lǐng)域中的全面產(chǎn)品系列。

工業(yè)通訊提供更高生產(chǎn)率，
沒有工業(yè)通訊，管理機器控制、生產(chǎn)線監(jiān)測和生產(chǎn)區(qū)域協(xié)調(diào)等復(fù)雜任務(wù)是不可能的。在其范圍廣泛的工業(yè)通訊數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中，西門子通過 SIMATIC NET 和其他產(chǎn)品系列，滿足了這些需求。
 

工業(yè)控制：SIRIUS 輕松實現(xiàn)，
SIRIUS，完整的控制程序，提供了開關(guān)、保護和起動負載以及進行監(jiān)測、控制、檢測、指令、信號和供電等各種操作所需的全部功能。
 

SIMATIC 嵌入式自動化
過去的幾年，由于 PC 技術(shù)的迅速發(fā)展，創(chuàng)建新的嵌入式 PC 系列也已成為可能。此處，技術(shù)被用于增強這些設(shè)備的堅固性以達到一個新的水平。由于新的、低功率處理器入合理的外殼設(shè)計，現(xiàn)代嵌入式 PC 已不再需要風扇。

而且，轉(zhuǎn)動式海量存儲單元已不再用作常規(guī)硬盤，而由閃速存儲卡取代。非常簡潔、強大和堅固的嵌入式自動化系統(tǒng)可用于機器層級，可基于緊湊型嵌入式操作系統(tǒng)（XPe），使用 PLC 軟件、可視化軟件和技術(shù)或運動控制功能進行生產(chǎn)。在相關(guān)版本中，SIMATIC 嵌入式自動化在預(yù)裝好邏輯控制和可視化功能方面能夠進一步使客戶受益。這確保了能夠在您應(yīng)用的設(shè)計/試運行過程中節(jié)省時間。以后還會增加技術(shù)和傳動控制功能。
 

SITOP電源：可靠性，緊湊性和功能性的標準
功能強大的西門子工業(yè)電源為工業(yè)用戶提供了異常出色的電源整體解決方案，兼?zhèn)淇煽啃浴⒛陀眯院涂蓴U展性。超過10年的市場檢驗，電源的可靠性和安全性得到了事實的印證，超千萬臺的西門子工業(yè)安全穩(wěn)定的在運行。

我們多個穩(wěn)壓電源系列產(chǎn)品線，覆蓋了幾乎所有的自動化工程要求。此外，SITOP特殊設(shè)計電源*客戶的特殊要求。同時，SITOP擴展模塊可以提供電源系統(tǒng)整套解決方案，不管你使用的是何種系列的開關(guān)電源。
 

人機界面：自動化領(lǐng)域*的組成部分
面對日益復(fù)雜的機器和系統(tǒng)過程，作為一站式供應(yīng)商，西門子專門設(shè)計開發(fā)出了 SIMATIC HMI 人機界面技術(shù)。SIMATIC HMI 采用開放式、標準化硬件和軟件接口，可快速集成到用戶的自動化系統(tǒng)中，從而滿足用戶的特定人機界面需求。