为实现工业 4.0的数字通信德州仪器推出的产品介绍

“工业 4.0”一词源于 2011 年的汉诺威工业博览会，意指第四次工业革命。第一次工业革命发生在大约 18 世纪，与生产过程的机械化有关。第二次工业革命是指 20 世纪初的制造业电气化。

20 世纪 80 年代期间的第三次工业革命源于个人计算机技术、互联网和信息处理技术的进步而推动的自动化和计算机化。

时下的数字革命正拉开第四次工业革命的帷幕，为不同行业提供了融入技术的新渠道。由此，制造业在向完全数字化迈进的过程中，发生了迅速变化。

数字通信是网络化生产系统即工业 4.0 的基础。用于监控电机、滚动轴承和齿轮箱性能及状态的传感器通信，有助于优化机器和系统的使用寿命，减少停机时间并提高生产力。

借助由互联网推动的自动化系统联网，新的商业模式现得以实现，能够分析和处理大量数据。但是，为了充分利用工业 4.0 的优势，必须实现完全数字化。为此，制造商将需要最新的工业通信、控制和传感器技术。为了满足这些需求，Texas Instruments (TI) 已推出一系列产品组合，帮助制造商迈向工业 4.0。

Sitara 系列处理器

Sitara™ AMIC110：该器件是一款支持多协议的可编程工业通信处理器，可为大多数工业以太网和现场总线通信从属设备及部分主设备提供一套即用型解决方案。AMIC110 采用 Arm® Cortex®-A8 处理器、外设和工业接口选件（图 1）。

图 1：Texas Instruments 的 Sitara AMIC110 功能框图。（图片来源：Texas Instruments）

AMIC110 支持高级操作系统 (HLOS)。Linux 和 TI-RTOS 可从 TI 免费获取，其他 RTOS 软件由 TI 生态系统合作伙伴提供。该微处理器是互联驱动器的 C2000 系列微控制器的理想配套通信芯片。

Sitara AM3357：Sitara AM335x 微处理器基于 Arm Cortex-A8 处理器，支持 EtherCAT 和 PROFIBUS 等工业接口选件，并且增强了图像和图形处理功能。该器件同样支持高级操作系统 (HLOS)。Android 和 Linux 可从 TI 免费获取。

Sitara AM4379：AM437x 系列高性能处理器基于 Arm Cortex-A9 内核。因此，此类器件是对基于较低性能 ARM 内核的系统的升级换代，并提供更新外设，包括 LPDDR2 和 QSPI-NOR 等存储器选件。

该系列处理器支持各种工业通信协议，如 EtherCAT、PROFIBUS、EnDat 等。其他增强功能则包括可实现丰富图形用户界面的 3D 图形加速功能，以及用于确定性实时处理的协处理器。此外，此类器件支持高级操作系统 (HLOS)。Linux 可从 TI 免费获取，其它 HLOS 软件可从 TI 的设计网络和生态系统合作伙伴处获取。

Sitara AM5718：AM571x 处理器通过一套全集成混合处理器解决方案提供高处理性能。这些处理器还将可编程的视频处理功能与高度集成的外设组完美融合（图 2）。

图 2：Texas Instruments 的 Sitara AM571x 功能框图。（图片来源：Texas Instruments）

可编程功能是通过具有 Neon 扩展组件的单核 ARM Cortex-A15 RISC CPU 和 TI C66x VLIW 浮点 DSP 内核实现的。借助 ARM 处理器，开发人员能够将控制函数与在 DSP 和协处理器上编程的视觉算法分离开来，从而降低系统软件的复杂性。

此外，TI 为 Arm 和 C66x DSP 提供了一系列完整的开发工具，其中包括 C 编译器、用于简化编程和调度的 DSP 汇编优化器、可查看源代码执行情况的调试界面等。

Sitara AM571x Arm 处理器系列符合 AEC-Q100 标准。

Sitara AM5728：这些处理器不仅具有与 AM571x 处理器相同的功能，还具有加密加速功能。

66AK2G：66AK2G0x 系列提供基于 TI 经现场验证的 Keystone II (KS2) 架构的异构多核片上系统 (SoC) 处理器。这些处理器旨在应对需要集成以下功能的应用：DSP 和 Arm 性能；用于网络和加密功能的硬件加速；高速外设和存储器接口；支持高级操作系统 (HLOS)。

66AK2G0x 与基于 KS2 的现有 SoC 设备类似，可以让 DSP 和 Arm 内核控制系统中的所有存储器和外设。此架构有助于最大限度地提高软件灵活性，其中以 DSP 或 Arm 为中心的系统设计可以互换使用。

此外，66AK2G0x 通过在处理器核、共享存储器、模块中的嵌入式存储器和外部存储器接口中广泛实施纠错码，显著提高设备可靠性。基于对软错误率和通电时间的全面分析，指定 66AK2G0x 零件可满足广泛的工业和汽车应用需求。

此外，TI 为 Arm 和 C66x DSP 提供了一系列完整的开发工具，其中包括 C 编译器、用于简化编程和调度的 DSP 汇编优化器、可查看源代码执行情况的调试界面等。

超声波感应 MSP430 微控制器

MSP430FR6047：此超声波感应和测量 SoC 系列是针对水表和热量计进行了优化的高度集成微控制器 (MCU)（图 3）。这些 MCU 具有集成的超声波感应解决方案模块，可针对多种流速提供高精度。该模块高度集成，需要的外部元器件极少，因而有助于实现超低功耗计量并降低系统成本。

图 3：Texas Instruments 的 MSP430FR604x 功能框图。（图片来源：Texas Instruments）

MSP430FR6047 MCU 采用集成式低功耗加速器模块，实施基于 ADC 的高速信号采集以及后续经优化的数字信号处理，为电池供电型计量应用提供了一款理想的超低功耗、高精度计量解决方案。

集成式以太网物理层 (PHY) MCU

MSP432E：SimpleLink™ MSP432E401Y Arm Cortex-M4F 微控制器非常适用于需要强大的控制处理和连接功能且具有成本效益的应用。

这些 MCU 集成了大量丰富的通信功能，使高度互连的设计能够实现功率和性能的实时控制。这些微控制器具有集成式通信外设以及其他高性能的模拟和数字功能，为开发从人机界面 (HMI) 到联网系统管理控制器在内的许多目标应用奠定了坚实的基础。

以太网工业接口块

DP83822I：DP83822 是一款低功耗单端口 10/100Mbps 以太网 PHY 收发器。它提供所有所需物理层功能以支持通过标准双绞线电缆和连接到外部光纤收发器发送和接收数据。此外，DP83822 还可通过 IEEE 802.3 标准介质无关接口 (MII)、吉比特介质无关接口 (GMII) 或简化型吉比特介质无关接口 (RGMII) 灵活地连接到 MAC。

同时，DP83822 能够凭借自身的快速下行链路时序和强制模式下的自动 MDIX 功能支持多条工业总线，并提供集成回送功能、内置自检和电缆诊断工具。

DP83867：该器件是一款稳健耐用型低功耗全功能物理层收发器，它集成了 PMD 子层以支持 10BASE-Te、100BASE-TX 和 1000BASE-T 以太网协议。在 ESD 电路保护方面，DP83867 超过了 8kV IEC 61000-4-2（直接接触）标准。

DP83867 可轻松实现 10/100/1000Mbps 以太网 LAN，它通过外部变压器直接连接双绞线介质。该器件通过 IEEE 802.3 MII、GMII 或 RGMII 标准直接与 MAC 层相连。QFP 封装支持 MII/GMII/RGMII，而 QFN 封装仅支持 RGMII。

带数字隔离的 RS-485 (ISO1176T)：ISO1176T 是一款隔离式差分线路收发器，具有可为隔离变压器提供初级电压的集成式振荡器输出。ISO1176T 的接地环路已断开，允许器件在更大的共模电压范围内工作，因而适用于长传输线路。

隔离式 CAN 收发器 (ISO1050)：ISO1050 是一款满足 ISO11898-2 标准的电位隔离 CAN 收发器。该器件具有通过二氧化硅绝缘片隔离的输入和输出缓冲器，实现了高达 5,000 VRMS (ISO1050DW) 和 2,500 VRMS (ISO1050DUB) 的电隔离能力。配合隔离式电源使用时，该器件有助于防止数据总线或其它电路中的噪声电流进入本地接地，以避免干扰或损坏敏感电路。

IO-Link 收发器 (TIOL111)：此收发器系列实现针对工业双向点到点通信的 IO-LINK 接口（图 4）。当收发器通过三线接口连接到 IO-Link 主机时，主机能够发起通信并与远程节点交换数据，而 TIOL111 则作为这种通信的完整物理层运行。

图 4：Texas Instruments 的 TIOL111-x IO-Link 收发器典型应用图。（图片来源：Texas Instruments）

TIOL111 具备浪涌保护功能，能够承受 IEC 61000-4-5 标准规定的高达 1.2 kV (500 Ω) 的浪涌，并集成了反极性保护功能。

数字传感器输出驱动器 (TIOS101)：TIOS101 可配置为高压侧、低压侧或推挽式驱动器。这些器件能够承受 IEC 61000-4-5 标准规定的高达 1.2 kV (500 Ω) 的浪涌电压，而且集成了反极性保护功能。

只需通过一个简单的引脚可编程接口，便可轻松连接到控制器电路。输出电流限制可使用外部电阻器进行配置。

TIOS101 还提供了故障报告和针对欠压、过流和超温的内部防护功能。

快速、精准、安全的数据转换器

ADS124S0x：ADS124S06 和 ADS124S08 均为高精度 24 位三角积分 (ΔΣ) 模数转换器 (ADC)，兼具低功耗特性与多种集成功能，能够减少小型传感器信号测量应用中的系统成本以及元器件数。

这两款 ADC 均配有可配置的数字滤波器，能够在嘈杂的工业环境中提供低延迟转换结果和 50 Hz 或 60 Hz 噪声抑制。可编程增益放大器 (PGA) 具备低噪声特性，并且可提供 1 到 128 的增益，能够为电阻桥或热电偶应用放大低点平信号。此外，这两款器件还集成有一个低漂移 2.5 V 基准电压，减小了印刷电路板 (PCB) 面积。最后，两个可编程激发电流源允许实现简单而精确的电阻温度检测器 (RTD) 偏置。

ADS122U04：该器件是一款 24 位精密型模数转换器 (ADC)，通过灵活的输入多路复用器 (MUX) 实现两个差分输入或四个单端输入。ADS112U04 还具有一个集成式低噪声可编程增益放大器 (PGA)，可提供高达 128 的增益；两个可编程激发电流源；一个电压基准；一个振荡器以及一个精密温度传感器。

该器件能够以高达每秒 2000 次采样 (SPS) 的数据速率执行转换，并且能够在单周期内稳定。当以 20 SPS 运行时，数字滤波器能够在嘈杂工业应用中同步 50 Hz 和 60 Hz 频率抑制。PGA 使得 ADS122U04 非常适合用于测量小传感器信号的应用，例如电阻温度检测器 (RTD)、热电偶、热敏电阻和阻性桥式传感器。

DAC8775：DAC8775 是一款全集成精密型四通道 16 位数模转换器 (DAC)，具有自适应电源管理功能，设计用于满足工业控制应用的要求。自适应电源能够在芯片管理电路启用后最大程度降低其功率耗散。

DAC8775 可编程为电流输出或电压输出。当编程为电流输出时，基于连续反馈的电流输出引脚上的电压通过集成的降压/升压转换器将电流输出驱动器的电源电压在 4.5 V 至 32 V 之间调节。当编程为电压输出时，这种电路为电压输出级 (±15 V) 提供可编程的电源电压。DAC8775 还包含一个低压差稳压器 (LDO)，利用单电源引脚产生数字电源 (5 V)。

DAC8740H：DAC874xH 器件是与 HART®、FOUNDATION 现场总线™ 和 PROFIBUS PA 兼容的低功耗调制解调器，适用于工业过程控制和工业自动化应用（图 5）。

图 5：Texas Instruments 的 DAC874xH 功能框图。（图片来源：Texas Instruments）

在 HART 模式下，DAC874xH 集成所有必需电路，以作为一个半双工 HART 物理层调制解调器运行，支持从配置或主配置，使用最少的外部滤波元器件。在 FOUNDATION 现场总线模式下，DAC874xH 集成所有必需电路，以作为兼容 FOUNDATION 现场总线的半双工 H1 控制器和 MAU 运行。

支持性产品：电源、时钟和电路保护

LM5166 降压转换器：该器件是一款易于使用的紧凑型 3V 至 65V、超低 IQ 同步降压转换器，可在宽输入电压和负载电流范围内提供高效率。它集成了高压侧和低压侧功率 MOSFET，在 3.3 V、5 V 恒定或可调输出电压下其输出电流高达 500 mA。

LM5166 设计旨在简化实施，同时优化目标应用的性能。脉冲频率调制模式可确保在轻负载条件下获得最优效率，而恒定导通时间控制模式可实现近似恒定的工作频率。两种控制方案均不需要回路补偿，同时还能够针对较高的降压转换比实现出色的线路和负载瞬态响应以及短 PWM 导通时间。

TPS7A39 LDO 稳压器：TPS7A39 是一款是双路、单片、高电源抑制比 (PSRR)、正负 LDO 稳压器，支持高达 150 mA 的拉电流和灌电流。该器件的稳压输出可独立调节和经外部调节为对称或非对称电压，因此是进行信号调节的理想型双路双极性电源。

TPS7A39 的正负两种输出在启动期间相互进行比例跟踪，从而缓解双轨系统中常见的浮动状况和其他电源定序问题。负输出可调节至最高 0 V，从而扩大单电源放大器的共模范围。TPS7A39 还具有高 PSRR，消除了可能影响信号完整性的电源噪声，例如开关噪声。

TPS2660 电子保险丝：这些器件是紧凑型高电压电子保险丝，具有一整套保护功能。4.2 V 至 55 V 的宽电源输入范围可实现对很多常用直流总线电压的控制。器件可以承受高达 ±60 V 的正负供电电压并保护负载免受损害。

集成的背对背 FET 提供反向阻断电流功能，因此 TPS2660 非常适合在电源故障和欠压条件下要求保持输出电压的系统。该器件还具备许多可调特性，包括过流、输出压摆率、过压以及欠压阈值，可为负载、电源和器件提供保护。TPS2660x 强大的集成式保护控制块以及高电压额定值有助于简化系统设计并实现浪涌保护。

TPS82130 降压转换器：该器件是一款 17V 输入、3A 降压转换器。经优化的 TPS82130 MicroSiP™ 电源模块兼具小尺寸和高效率优势，集成了同步降压转换器和电感器，可简化设计、减少外部元器件数量并节省 PCB 面积。这一外形扁平的紧凑型解决方案适于通过标准表面贴装设备进行自动化装配。

该转换器以 2 MHz 的标称开关频率在 PWM 模式下工作。为了最大限度地提升效率，该器件在轻负载电流下自动进入省电模式。在省电模式下，该器件静态工作电流的典型值为 20 µA。凭借 DCS-Control 拓扑，TPS82130 可获得出色的负载瞬态性能和精确的输出电压调节。

TVS3300 浪涌保护器件：这是一款为暴露于高瞬态电压事件的电子电路提供保护的瞬态电压抑制器 (TVS) 器件。与传统的 TVS 二极管不同，TVS3300 精密钳位器可在较低的击穿电压下触发，并提供调节功能，以在整个瞬态过电压事件中保持平缓的钳位电压。

图 6：此图对比了典型 Texas Instruments 平缓钳位器件与传统 TVS 对 8/20 µs 浪涌事件的电压钳位响应。（图片来源：Texas Instruments）

较低的钳位电压和低动态电阻组合可实现独特的 TVS 保护解决方案，与传统 TVS 二极管相比，该解决方案在浪涌事件期间能够降低系统的电压暴露，单向配置时降幅高达 30%，双向配置时降幅高达 20%。该器件具有低钳位电压和平缓钳位性能，这使得所选下游系统组件的最大额定电压可比传统 TVS 二极管更低，从而节省系统成本，减少电路板面积，并提高整体性能。

REF3425 电压基准：这是一种低温漂 (6 ppm/°C)、低功耗、高精度 CMOS 电压基准，具有 ±0.05% 初始精度、低工作电流以及小于 95 µA 的功耗。此外，该电压基准的输出噪声低至 5 µVP-P/V，这使得它在用于噪声关键型系统和高分辨率数据转换器时能够保持较高的信号完整性。REF3425 采用小型 SOT-23 封装，具有更高的规格参数并且能够以引脚对引脚方式替代 MAX6071 和 ADR3425 器件。

HMI 显示屏电源解决方案

TPS65150 LCD 电源：该器件是一种紧凑且小巧的电源解决方案，提供薄膜晶体管 (TFT) LCD 显示屏所需的全部三个电压。借助于 1.8 V 至 6 V 的输入电压范围，此器件非常适合于由 2.5 V 或 3.3 V 输入电压轨供电的笔记本电脑，或具有 5 V 输入电压轨的监视器应用。此外，TPS65150 包含一个集成式高电流缓冲器，为 TFT 背板提供 VCOM 电压。

总结

为实现工业 4.0，制造商需要最新的工业通信、控制和传感器技术。为满足其需求，Texas Instruments 推出一系列产品组合，帮助制造商向全数字化工厂迈进。