模拟IC如何应对工业控制应用高要求

发布时间：2009-09-08 来源:www.cechina.cn

        工业设备模拟IC与消费者电子产品设计之间可能存在相似处，但是为了满足工业电子环境要求，在某些方面要求采用特殊的方法。
        “虽然有本质上的不同，但还是会存在重叠的相似部分。”Microchip Technology公司模拟产品高级市场经理Art Eck 指出。
        工业控制的电压在48,24,12V频道上，而分给处理器的电压为5V，3.3V甚至更低。由于高电压超出了普通模拟设计的可承受范围，一些模拟IC供应商特别为工业设备开发了特殊的处理器。
        “两年前我们为工业设备设计出了两种处理器。” Analog Device公司应用工程师Matt Duff说道，“其中一个名为iCMOS处理器，而另外一种是iPolar 处理器。”
        ADI公司的iCMOS或者工业CMOS处理器将高电压硅与亚微粒CMOS结合，补偿使用了bipolar技术。借助这种制造能力，电路设计师开发出了基于iCMOS设计技术在30V电压操作下的高性能模拟IC。例如，ADI公司的AD8253产品是一种采用CMOS处理器设计的可开关仪表放大器（http:/
        /designnews.com.cn/0907-601.aspx）。采用iCMOS处理技术设计开关比bipolar技术更加容易。除了可编程增益放大器之外，该IC产品能够承受±5到±15V的电压。
        更加新颖的iPolar处理器在工业设备中使用浅槽隔离技术，设备要求应用biplar模拟组件以承受高压。ADI公司的AD8226产品（http://designnews.com.cn/0907-602.aspx）采用了iPolar处理技术。
        “在8226产品中，我们植入一些电路，能够让零件承受比电源电压稍高的电压值。”Duff说道。AD8226产品是一种轨至轨输出仪表放大器，可以在单一电源电压±1.3 到±18V 或者 2.6V 到 36V范围内进行操作。
        温度要求越来越高
        较高电压只是模拟IC在工业操作环境中遇到的一个问题而已。总是比用户产品要高出一些的工业设备内操作温度也在持续增加。　
　

        Analog Device公司为工业设备特别设计的AD8226产品，能够测量大约±15V范围内的电压，并且能保证承受±25V的电压，而一般情况下可以承受±40V。

        “每个行业都在担心温度问题，但是工业设备看起来尤为突出。”Microchip公司的 Eck说道。为了监控和感应这些温度变化，Microchip公司用MCP9800和MCP9700产品设计了硅基温度感应器。9800系列产品是数码控制温度感应器，它具有双线I2C/SM总线兼容界面，可以读出-55℃到125℃范围内的数值（http://designnews.com.cn/0907-603.aspx）。相反的，9700产品是使用简单电压输出、0℃到70℃范围内±4℃精确度的电热调节器来降低成本（http://designnews.com.cn/0907-604.aspx）。电热调节器要求的处理时间前提下，在硅的设计避免了采用额外的无源器件，也省去了对处理器内输出值进行线性化的需求。
        “工业设备一般是在-40℃到125℃范围较宽的温度环境内变化。” Eck说道。不像市场上或消费者电子产品操作温度范围在0℃到70℃，工业设备的温度操作范围在-40℃到85℃之间。“我们发现需要将温度提升到125℃。”他说道。
        也许将技术往更高温度上推进并不值得惊讶，因为汽车引擎盖下的温度就是-40℃~125℃，而引擎盖动力组控制的模拟电路与之类似。Eck说他相信在工业设备内转移到该温度范围需要一个过程。于是，将所有ADC产品、操作放大器、数字电位计以及其他设备中较高的温度数据提供给工业电子设计师们，这已成为Microchip公司模拟小组的目标。
        “所有这些产品都是模拟制造，我们提供了表格和数字图给他们，如果温度极限存在的话，他们就能对超过最高温度范围进行操作时，温度可达到的标准有个基本的概念。”Eck 说道。　　

        根据数据表上提供的各种温度极限趋势变化，例如测量出的输入电流比输入电压（低于Vss）,工程师们使用Microchip公司设计的MCP6291-6295 增益放大器来了解温度达到125℃时会发生什么。

        Microchip公司的MCP62XX系列运算放大器就是在-40℃~125℃范围内工作的一个例子（http://designnews.com.cn/0907-605.aspx）。这些产品在这
        种温度范围内，需要通上低电流电压。设计师们通过扩展的温度数据，可以更好应用可交替产品，如带宽对工作电流等。
        模拟IC内增加的集成功能是工业电子设计师追求高温度性能的一部分原因之一。
        “我们所看到的是没有很多用户对高温度范围有需求，虽然还是有可能性，但随着更多的器件安装进来，这些设备内的自身温度也变得越来越高。”ADI公司的Duff指出。
        除了较高的电压以外，ADI公司的AD8226仪表放大器的操作温度也超过了-40℃~125℃这个范围。如果给出A、B、C三个级别，那么C级别版本就是温度较高的版本，大约为-40℃~105℃内。
        在高温条件下操作的能力具备超出预期的设计优势，因此对所有工业IC进行推广将会成为一种趋势。
        工业模拟IC的成长　　

        在一般的工业控制系统中，模拟IC包括了实时记录功能 (RTC)，数码控制分压计 (DCPs) 以及混合信号模拟序列解串器 (SERDES)。

        根据市场调查公司Databeans数据显示，整体工业半导体市场正在经历8.8%的综合年增长率。这对关注工业设备的模拟IC制造商来说是个好消息。在这份名为220;2008年工业模拟IC”（http://designnews.hotims.com/23091-561）报告中，研究者指出工业模拟IC行业的年平均增长率较高，为9%。在这种形式下，市场研究员分析出一些主要的趋势变化来。
        “特殊工业设备模拟前段一体化趋势越来越明显。大多数都在工艺控制和医药行业。” Databeans研究主管兼首席分析师Susie Inouye说道。这只是影响工业模拟IC的其中一个因素。“低能耗设备也有明显增长。”她补充道。