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      • 恭喜!12億,山東晶導微電子項目開工奠基2021-03-09

        2月26號,山東省濟寧市曲阜市2021年一季度重大項目集中開工儀式曲阜分會場暨山東晶導微電子年產1200萬片功率器件芯片項目開工奠基儀式舉行。本次開工的7個項目,涉及新一代信息技術、高端裝備等領域,總投資38.7億元。其中,山東晶導微電子年產1200萬片功率器件芯片項目在活動上開工奠基,項目總投資12億元,總建筑面積5萬平方米,項目建成后,可年產功率器件芯片1200萬片,新增銷售收入15億元、利稅4億元,新增就業人員1000余人?!督袢涨贰穲箢^版頭條對我市一季度重大項目集中開工進行報道介紹了我市集中開工7個項目集中開工總投資38.7億元?2月26日,濟寧市2021年一季度重大項目集中開工儀式曲阜分會場暨山東晶導微電子年產1200萬片功率器件芯片項目開工奠基儀式在我市舉行,劉東波、彭照輝、李玲、孔令玉、李強、張曉光等市領導參加活動。? 市委書記劉東波強調,起步就是沖刺,開局就是決戰,全市要緊緊抓住項目建設這個“牛鼻子”,集中優勢資源攻堅,奮力沖刺首季“開門紅”。本次開工的7個項目,涉及新一代信息技術、高端裝備等領域,均為省“十強”產業項目,總投資38.7億元,其中投資10億元以上項目1個,5億元以上項目3個,2021年計劃投資13.5億元。這些項目科技含量高,投資規模大,帶動作用強,建成投產后,年可新增銷售收入65.2億元、利稅9.8億元,對于骨干企業補鏈延鏈、重點產業發展壯大、產業結構優化升級、新舊動能加速轉換、經濟高質量發展將起到有力推動作用。? 據了解,這次開工奠基的山東晶導微電子年產1200萬片功率器件芯片項目,總投資12億元,總建筑面積5萬平方米,項目建成后,可年產功率器件芯片1200萬片,新增銷售收入15億元、利稅4億元,新增就業人員1000余人。

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      • 工業芯片的現狀與未來2019-11-25

          集成電路主要用于以下幾大領域,分別是:民用/商用,工業,軍事/航空航天。平時我們聽到和見到*多的就是民用,特別是智能手機需要用到的各種處理器、存儲器、電源管理、RF前端等,應用在該領域芯片的總體特點就是高集成度和低功耗。而工業領域對芯片的各方面性能要求,較之于民用來說要高得多,而隨著工業物聯網時代的到來,在原有性能的基礎上,對相應芯片的集成度、功耗以及低延遲等指標的要求更高了??梢哉f,工業芯片的設計和制造水平才是衡量一個國家整體半導體實力的真正試金石?! 」I對于每一個國家來說,都是*重要的支柱性產業,整體工業水平上不去,則國家的綜合國力和國際影響力肯定不行,而芯片又被稱為“工業糧食”,是各種工業設備的核心部分,其重要程度可想而知。而在國際貿易紛繁復雜、變化多端的當下,如果不具備較高水平工業芯片的設計和生產能力的話,則很有可能受制于人,從而威脅到一個國家的整體工業體系安全。因此,必須提升核心工業芯片的自主水平?! ∵@里所說的工業應用,不只是工廠、車間里的設備和機器,而是廣義上的工業場景,具體包括:工廠自動化與控制系統、電機驅動、照明、測試和測量、電力和能源等傳統工業領域,以及醫療電子、汽車、工業運輸、樓宇自動化、顯示器及數字標牌、電子銷售點 (EPOS)、智慧城市等?! ∮捎谏婕暗膽妙I域非常廣泛,所以工業芯片的種類繁多,具體包括:處理器、傳感器、存儲器、通信、放大器、時鐘和定時器、數據轉換器、接口和隔離芯片,以及功率、電源管理、電機驅動、無線連接、RF器件等。行業現狀  來自市場研究機構IHS的數據顯示,全球工業芯片市場2014至2019年以8%的年復合增長率發展,2019年市值將達595億美元。正因看好這一市場的前景,一些數字領域的半導體龍頭廠商開始將發展重點向工業半導體轉移。隨著工業數字化的發展,人工智能等新技術也開始融入工業領域,正在為工業半導體企業的發展打開一個新的領域?! ?018年,在泛工業芯片領域,快速增長的應用包括網絡設備,商用飛機、LED照明、數字標簽、數字視頻監控、氣候監控、智能儀表、光伏逆變器和人機界面系統。另外,各種類型的醫療電子設備(例如助聽器,內窺鏡和成像系統)也促進了該市場的增長。國外企業  目前,全球的工業芯片市場主要還是被歐美日的大企業所把持著,它們的整體水平和市場影響力優勢明顯。排名靠前的廠商主要有:德州儀器(TI),ADI,英飛凌(Infineon),意法半導體(STMicroelectronics),英特爾,美光科技,Microchip,安森美,恩智浦,日亞化學(Nichia)以及瑞薩電子等?! ∫陨线@些廠商在工業芯片領域,都有各自的優勢產品,例如:TI強在模擬和嵌入式芯片,ADI是ADC和DAC的領導企業,英飛凌是功率器件**者、意法半導體在MEMS傳感器方面有優勢,且正在不斷加大在工業應用領域的投入力度,英特爾是CPU市場霸主,美光科技提供工業用DRAM,安森美強在圖像傳感器,恩智浦是汽車芯片的霸主,日亞化學則是LED領域**者。中國企業  目前,中國已經擁有一批工業芯片企業,數量還是不少的,但總體比較分散,還未形成合力,綜合競爭力弱于國外大廠,且產品仍然集中在中低端市場。然而,在某幾個應用領域和產品線,已經具有較強的競爭力,且實現了國產替代,其中,典型代表就是電力和功率半導體市場?! ∧壳?,國內IPM、MOSFET和IGBT功率器件廠商市場集中在電力牽引、智能電網、高鐵和地鐵、電動車和充電樁、變頻家電和變頻空調、機器人和運動控制、保障性安居工程、節能設備以及城市基礎設施等領域?! 〗衲?月,中國半導體行業協會(CSIA)發布了“2018年中國集成電路設計十大企業”,具體如下圖所示。其中,排名第四的北京智芯微電子,是這份榜單中**一家專注做工業芯片的廠商,其它都是以民用的消費類芯片為主?! ≈切疚㈦娮拥陌踩酒?,RFID芯片,通信芯片,主控芯片等均在電力系統、軌道交通、鋼鐵冶金等工業領域得到應用。前不久,該公司的產品發布會還推出了“海燕701”主控產品以及首款嵌入式終端操作系統“樞紐OS”,不斷完善針對工業領域的產品線?! 〕嗽谟嬃?、安全、電力通信、主控芯片方面具有統治地位之外,該公司還在智能傳感、智慧城市等泛工業應用領域不斷拓展?! 〈送?,還有一些本土設計、制造工業級芯片的廠商沒有在這份榜單中體現,特別是在傳感器和功率器件方面,我國本土企業是有突破的。如歌爾聲學,是國內傳感器領域的龍頭企業,在電聲行業微型電聲元器件和消費類電聲產品的研發和制造方面具有很強競爭力。功率器件方面,以中車和比亞迪為代表的本土企業,在IGBT領域取得了佳績,實現了電動汽車和高鐵用IGBT的國產替代?! 】傮w來看,中國本土工業芯片廠商,產品還是以功率器件、工控類MCU、傳感器為主,而在其它大類的工業芯片方面,如高性能的模擬產品、ADC、CPU、FPGA、工業存儲等,我國企業與國際大廠還有較大差距。如何提升中國工業芯片發展水平?  從2018年的全球工業芯片市場發展情況來看,由于大量新應用的需求,小批量,具有更強多樣性和更高附加值的工業芯片市場增長強勁,該市場在2018年增長了10.8%,達到520億美元?! ≡诩毞诸I域方面,通用模擬IC和光電器件市場在2018年的表現非常出色。另外,得益于數字化、電源效率、連接性和其他功能的進步,預計工業應用MCU將長期發展,前景看好?! 《袊诠I功率芯片方面表現*為突出,除了要進一步鞏固之外(如正在第三代化合物半導體SiC和GaN方面加強研發和推廣力度),還要適應工業物聯網的發展需求,在高性能模擬芯片、控制器、人工智能等方面有所突破,拉近與國際大廠之間的距離?! ≡诎l展我國工業芯片方面,產業界、學術界和政府相關部門是有共識的,包括:多給本土企業提供試錯機會,產學研共同培養專業人才,稅收優惠,貼近市場、技術創新等?! ∏安痪?,工信部也出臺了一系列政策,以加快我國工業芯片技術研發及產業化自主發展。具體措施包括:對符合條件的工業芯片設計、制造等企業所得稅、進口關稅等出臺多項稅收優惠政策,對相關領域給予重點扶持;圍繞能源、交通等國家重點工業領域,充分發揮相關行業組織作用,通過舉辦產用交流對接會、新產品推介會、發布典型應用示范案例等方式,為我國工業芯片企業和整機企業搭建交流合作平臺?! ≡谌瞬排囵B方面,要推動籌建集成電路產教融合發展聯盟,促進產業界和學術界的資源整合,推動培養擁有工程化能力的產業人才,同時以集成電路為試點實施關鍵領域核心技術緊缺博士人才自主培養專項,根據企業需要,依托高水平大學和國內骨干企業,針對性地培養一批高端博士人才;支持26所高校建設或籌建示范性微電子學院,推動高校與區域內集成電路領域骨干企業、國家公共服務平臺、科技創新平臺、產業化基地和地方政府等加強合作?! ?重要的一點,就是要打造出一個扎根于我國本土的工業芯片生態體系,要想實現這一目標,就必須持續推進設計、制造、封測等環節的深度融合,不同于消費類芯片,工業芯片在性能和穩定性方面要求更高,研發周期更長,產品迭代速度也不像消費類芯片那么快,這樣就給設計、制造和封測深化合作提供了足夠的時間和空間,芯片制造企業就可以對設計企業的設計規范、參數規格、EDA工具等有更深入的了解,從而提供更好的PDK支持。我國大陸地區的晶圓代工企業,在特種工藝和制程方面還是有競爭力的,而這正適合工業芯片制造。在設計環節,我國本土的Fabless企業數量雖然很多,但專注于工業芯片的相對較少,這樣反倒有利于統一的生態系統建設。同理也可以推廣到封測環節??梢?,在我國建立起一個工業芯片生態體系,還是有較好產業基礎的,雖然整體水平還不高,但只要強化合作意識,做好頂層規劃,就可以實現更**的融合發展,提升整體水平和規模?! ×硗?,還要攜手工業芯片產業相關單位,加強產學研協同、標準建設協同、產業鏈協同、應用協同和設計企業合作,共同打造工業芯片產業生態圈?! ≈挥挟a學研界共同努力,形成合力,才能提升中國工業芯片的發展水平,從而幫助我國從工業大國向工業強國邁進。 7‵28

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      • 華為被禁,這些美國半導體廠商會好嗎?2019-05-17

        昨天,美國總統特朗普的一個毫無根據的宣布,引起了全球的廣泛關注。據報道,美國總統特朗普昨日簽署行政命令,宣布國家進入緊急狀態,需警惕“外國敵對勢力”對美國通訊系統造成的國家安全威脅。這一行政命令在華盛頓時間周三(5月15日)生效,被普遍認為意在禁止美國公司使用外國通訊設備,尤其針對中國的通訊巨頭華為。這一命令賦予美國商務部權力,禁止“對國家安全制造不可接受的風險”的相關交易。同期,美國商務部表示,將把中國公司華為及其70家附屬公司列入“實體名單”。此舉意味著將禁止這家電信巨頭在未經美國政府的批準下從美國公司購買零件。美國商務部長羅斯周四受訪時表示:「華為有關的命令將于周五生效。周三公布的這項行政命令將禁止華為在未經政府批準的情況下,從美國企業收購零組件和技術?!贯槍@件事,華為對外界表示,華為是5G電信設備領域無可比擬的***,我們也愿意和美國政府溝通保障產品安全的措施。如果美國限制華為,不會讓美國更安全,也不會使美國更強大,只會迫使美國使用劣質而昂貴的替代設備,在5G網絡建設中落后于其他國家,*終傷害美國企業和消費者的利益。在昨夜晚間,華為更是在心聲社區發表帖子稱,華為反對美國商務部工業與安全局(BIS)的決定。并將盡快就此事尋找救濟和解決方案,采取積極措施,降低此事件的影響。因為有中興事件的前車之鑒,華為這件事發生以后,引發了整個產業界的轟動,路透社更是發表了題為《Huawei's $105 billion business at stake after U.S. broadside》的文章。分析師在文中表示,對華為的此類制裁可能會對公司本身產生巨大的影響,極大地擾亂華為的業務。據一位美國科技公司的人表示,這對華為來說也很難,因為華為的任何一家美國供應商都不能被中國供應商取代,至少在幾年之內不會被取而代之。同時,這也將給美國供應商帶來重大的打擊。華為曾披露,去年核心供應商名單共有92家,美國供應商占*多,達33家,占比約36%。其次為中國,有24家,比例為27%。按產品類別劃分,華為對美國的集成電路、軟件、光通訊等廠商依賴度頗高。文中指出,在2018年華為的700億美元采購中,大約有110億美元是來自高通,英特爾和美光科技公司等美國公司。文中表示,如果美國真的制裁華為,那么肉眼可見這些企業的那部分營收將直接消失。在文章中,路透社還列舉了從華為掙得*多的美國公司和*依賴華為的供應商名單,下面我們來盤點一下其中的美國企業。從華為獲得營收*多的美國廠商排行榜如下圖所示,從華為獲得營收*多的公司是Flex(偉創力)。據官網介紹,偉創力國際有限公司成立于1969年,是世界500強企業之一,偉創力國際有限公司是全球**的從概念成型到規模量產(Sketch-to-Scale?)解決方案供應商,為互聯世界(Connected World?)設計和制造智能產品。公司在全球 30 多個國家有近 200,000 專業人士,并向不同行業和終端市場中各種規模的公司提供創新設計、工程、制造、供應鏈實時管控和物流服務,助力全世界開創智慧生活(Live Smarter?)。作為全球第二大的代工廠,華為很大一部分智能手機、筆記本電腦訂單是交給偉創力代工,如果華為真的被禁止了,對于Flex來說,損失應該是*大的。排名第二的是博通,博通公司 Broadcom Inc由原安華高科技(Avago Technologies Limited)在2015年5月29日以370億美金收購原博通公司Broadcom Corp.成立的,創立于2005年,總部位于美國加州圣何塞和新加坡,全球雇員14,000人,是一家設計、研發并向全球客戶廣泛提供各種模擬半導體設備的供應商,公司主要提供復合 III-V 半導體產品。華為將其芯片用于其手機和網絡基礎設施。排名第三的是高通,作為全球無線技術和手機SoC供應商,高通研發的芯片被華為應用到基站和手機產品中去。在本月月初,據外媒報道,高通和華為正在就**問題進行和解談判。根據業界消息人士透露的情況,此番跟高通和解,華為每年支付的**費用可能會超過5億美元,如果特朗普的禁令生效,對高通來說,也不是好結果。緊隨其后的希捷,希捷科技公司于1979年在開曼群島注冊成立,于2010年7月3日進行重組,是電子數據存儲產品的**供應商,亦是全球*大的硬盤和讀寫磁頭供應商、計算機存儲領域解決方案的領頭羊,占據了當今信息世界的核心位置。該公司的主要產品為硬盤驅動器,公司生產應用廣泛的電子數據存儲產品,包括硬盤驅動器,固態混合硬盤( SSHD )和固態硬盤(SSD ),為企業與個人用戶提供應用解決方案。相信華為跟其合作就是將其產品應用到各種云服務器。存儲大廠美光也緊跟希捷后面。另外還有Qorvo、Intel、Skyworks、康寧和AMD、TI、Marvell、Maxim intergrated 和Keysights等一系列廠商。我們可以看到,這些廠商是高性能計算、射頻、模擬、混合信號、光通信、存儲、測試甚至玻璃領域的專家,這也是國內目前相比較為薄弱的領域,那就意味著如果想做國內替換是比較困難的。對華為依賴*高的美國企業排行根據華為發布的2018年財報,公司在當年的營收錄得7212億元人民幣,同比增長19.5%。凈利潤593億元人民幣,同比增長25.1%。這么一個體量的公司給供應鏈帶來的貢獻是巨大的。讓我們來看一下對華為依賴*高的美國企業排行。如上圖所說,對華為依賴*高的企業是NeoPhotonics,據路透社報道,這家企業有47%的營收是來自華為。資料顯示,NeoPhotonics為全球第六大之光集成電路及光通信模組制造商。該公司成立于1996年,總部設在加州的San Jose。公司從事具備通訊網絡傳輸、接收,和切換高速數字光訊號的混合光子整合型光電產品的開發、制造、銷售,以提供給下游的通信網路客戶。為光纖通信零件制造商之一,為廣域網路(wan)、都會網路(MAN)、光纖通訊網路(FTTx)、系統區域網路(SAN)提供光纖主動元件和光纖被動元件,產品項目包含芯片、模組、零件等。公司透過北美,歐洲,俄羅斯,亞洲和國際直銷團隊銷售產品給網絡設備制造商。早在2008年,時任NeoPhotonics公司董事局主席兼CEO Tim Jenks就表示,他們已經成為了華為*大的光器件供應商。而根據國信證券的數據,從2007年到2017年的整整十年,國內客戶占該公司的營收比一度高達68%。NeoPhotonics公司2007年到2017年的營收(按地域分布)而對華為第二依賴的是Lumentum, 數據顯示,來自華為的訂單占該公司營收的11%。Lumentum Holdings Inc.是一家于2015年從JDSU分拆而來的公司之一(另外一家是Viavi Solutions),總部位于美國加利福尼亞州Milpitas,全職雇員2,057人,是一家美國光纖、被動元件及激光產品供應商。公司的主要生產和銷售光纖相關產品,銷售給全球光纖網絡及商用激光客戶,公司分為2個部門來運作:光通信(Optical Communications)、商用激光器(Commercial Lasers)。美國射頻供應商Qorvo也有11%的營收是來自華為。從上面榜單中我們也能看到華為對這些大企業的影響力。以英特爾為例,雖然華為公司提供的業務只占領了該公司業務的1%,但考慮到他們去年的營收高達708億美元,那就意味著華為每年給他們貢獻的營收為7.08億美元左右??紤]到華為*近兩年正在加大在筆記本電腦的投入,可以預見到,如果特朗普真的斬斷了美國供應商和華為的關系,帶來的巨大的財務損失是顯而易見的。也就是說,特朗普這樣做,只會帶來兩敗俱傷的效果。但我們也應該看到,從中興事件的任人魚肉,到現在華為被威脅,*大的問題在于本土供應鏈的缺失。據財新網報道,相比中興,華為有更深的芯片研發積累和更高的國產化率,但即使如此,華為產品中大約30%到32%的部件來自美國。富瑞發表報告稱,若華為失去美國零件供應,基站核心芯片和高端光學產品將缺乏替代品,如FPGA芯片、射頻芯片和訊號處理芯片。軟件方面,尤以用于智能手機、電訊設備的電子設計自動化(EDA)工具,用于設計集成電路(IC)及印刷電路板(PCB)的技術,均由美國公司主導,中國或其他地區沒有替代供應商。華為昨日也在致員工的一封信中表示:美國的所謂“實體清單”決定,是美國政府出于政治目的繼續打壓華為的*新一步。對此,公司在多年前就有所預計,并在研發開發、業務連續性等方面進行了大量的投入和充分準備,能夠保障在極端的情況下,公司經營不受大的影響。而我們從華為海思的表現,還有華為的研發投入來看,華為也一直在打造自己的可控生態圈,但從上文可以看到,只有華為一個是不夠的,需要全國的產業鏈參與進來,才有可能獲得真正的解脫。附海思總裁致員工的一封信:

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      • 首款TWS藍牙芯片PAU16應用案例拆解:支持5.0、雙發、低功耗2019-05-17

        此前TWS真無線藍牙耳機有很長一段時間是 CBA(高通CSR,BES恒玄,AIROHA絡達)三分天下的,而后隨著Realtek、Qualcomm高通QCC等強力選手的進場這種格局被打破了。*近我愛音頻網發現了一款有趣的藍牙耳機,它采用推拉式充電盒、TWS真無線設計,*重要的是它的芯片方案是一個新面孔,由PIXART原相制造的TWS真無線藍牙音頻芯片。原相針對TWS用戶的特殊需求推出的PAU16系列TWS真無線藍牙耳機方案,支持藍牙5.0?EDR/BLE,支持?AAC、SBC/mSBC、AEC、AES。這顆芯片采取了,隨取隨用與手機直連的方式,兼容所有手機平臺的**技術優勢解決了tws配對的難題,組隊難,容易丟失配對信息等問題。使其TWS體驗更加簡單便捷?,F在馬上來通過拆解來看看它長什么樣子。一、搭載PIXART原相方案的TWS真無線藍牙耳機外觀賞析耳機充電盒整體上是一個紅色圓柱形鋁合金。充電盒采用抽拉式設計。Micro USB充電接口位于充電盒一側,下面有一顆LED指示燈。每邊有兩個充電觸點。我愛音頻網采用ChargerLAB POWER-Z KT001進行充電測試。二、搭載PIXART原相方案的TWS真無線藍牙耳機拆解拆開充電盒一端的蓋子,主板嵌在耳機充電盒中間。套筒分為紅、黑兩層。抽出另一邊的套筒,拆開蓋子,里面用螺絲固定。底蓋的圓形磁鐵用于內筒的吸附定位。拆下螺絲之后,就可以將充電盒質壁分離。耳機充電盒內還有用于輔助耳機定位的磁鐵。耳機充電盒主板背面,導線連接著電池。耳機充電盒主板正面,有四個充電觸點。內置電池型號JYZ 702035,容量450mAh。耳機充電盒內電池有保護電路,IC絲印8205A。充電觸點是銅頂針,每邊兩枚。Micro USB充電接口上面有一顆LED燈。絲印D38f的LED控制器。5358A 鋰電池保護IC。ETA鈺泰ETA9640 5V1A充放電、LED三合一芯片。耳機是一整個黑色的。耳機背后是光滑的亮面,支持觸控。邊緣半圓條狀的是LED透光窗。耳機充電觸點,可以看出用車床車削的痕跡。耳機通話麥克風拾音孔。耳機前端有一層濾網。從耳機背蓋處拆開耳機,可以看到主板固定在背蓋上,電池在機身里。背蓋內的觸控區域內有一塊金屬網布。我愛音頻網用1元硬幣與主板和電池對比大小。耳機面蓋*下層有輔助定位的磁鐵和動圈單元。耳機內置電池,型號451012,容量45mAh。電路保護板,絲印8205A保護管。耳機充電觸點是兩根銅柱。耳機主板背面特寫。耳機主板正面特寫。主板背面的彈針,接觸背蓋上的觸控裝置。板載陶瓷藍牙天線。鐳雕3006 9181的MEMS硅麥。Tontek通泰TTP233,這是一顆單按鍵觸摸檢測IC,用來檢測觸摸按鍵操作。這款耳機采用PIXART原相 PAU1603FB-S1藍牙音頻芯片,支持藍牙5.0,支持立體聲,支持兩路麥克風。原相*新方案PAU16支持藍牙5.0?EDR/BLE,支持?AAC、SBC/mSBC、AEC、AES。這顆芯片采取了,隨取隨用與手機直連的方式,兼容所有手機平臺的**技術優勢解決了tws配對的難題,組隊難,容易丟失配對信息等問題。使其TWS體驗更加簡單便捷。這款TWS真無線藍牙耳機方案具有支持3D游戲,超低延時、支持左右分開10段EQ調節、支持雙嘜,通話降噪、支持空中升級等特點,內置充電管理?5mA-400mA?軟件可調,總體功耗比同類型藍牙5.0?TWS耳機少15%。在交互方面,支持外接入耳檢測,支持外接敲擊檢測。音質方面,支持專為TWS游戲耳機開發的3D音效,支持SBC、AAC全格式音頻解碼。通話方面,支持高清通話,16K?采樣,mSBC?編碼。作為一款特殊TWS耳機方案,原相PAU16也大大優化了延遲。一般的TWS耳機方案延遲在200~250ms,原相的PAU1603_1623系列延遲可以低至150~160ms,PAU1606_1625 在游戲模式延遲甚至可以低至30~40ms。

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      • 單片機5V轉3.3V的幾種有效技巧2019-05-17

        技巧一:使用LDO穩壓器,從5V電源向3.3V系統供電標準三端線性穩壓器的壓差通常是 2.0-3.0V。要把 5V 可靠地轉換為 3.3V,就不能使用它們。壓差為幾百個毫伏的低壓降 (Low Dropout, LDO)穩壓器,是此類應用的理想選擇。圖 1-1 是基本LDO 系統的框圖,標注了相應的電流。從圖中可以看出, LDO 由四個主要部分組成:1. 導通晶體管2. 帶隙參考源3. 運算放大器4. 反饋電阻分壓器在選擇 LDO 時,重要的是要知道如何區分各種LDO。器件的靜態電流、封裝大小和型號是重要的器件參數。根據具體應用來確定各種參數,將會得到*優的設計。LDO的靜態電流IQ是器件空載工作時器件的接地電流 IGND。IGND 是 LDO 用來進行穩壓的電流。當IOUT>>IQ 時, LDO 的效率可用輸出電壓除以輸入電壓來近似地得到。然而,輕載時,必須將 IQ 計入效率計算中。具有較低 IQ 的 LDO 其輕載效率較高。輕載效率的提高對于 LDO 性能有負面影響。靜態電流較高的 LDO 對于線路和負載的突然變化有更快的響應。技巧二:采用齊納二極管的低成本供電系統這里詳細說明了一個采用齊納二極管的低成本穩壓器方案??梢杂谬R納二極管和電阻做成簡單的低成本 3.3V穩壓器,如圖 2-1 所示。在很多應用中,該電路可以替代 LDO 穩壓器并具成本效益。但是,這種穩壓器對負載敏感的程度要高于 LDO 穩壓器。另外,它的能效較低,因為 R1 和 D1 始終有功耗。R1 限制流入D1 和 PICmicro? MCU的電流,從而使VDD 保持在允許范圍內。由于流經齊納二極管的電流變化時,二極管的反向電壓也將發生改變,所以需要仔細考慮 R1 的值。R1 的選擇依據是:在*大負載時——通常是在PICmicro MCU 運行且驅動其輸出為高電平時——R1上的電壓降要足夠低從而使PICmicro MCU有足以維持工作所需的電壓。同時,在*小負載時——通常是 PICmicro MCU 復位時——VDD 不超過齊納二極管的額定功率,也不超過 PICmicro MCU的*大 VDD。技巧三:采用3個整流二極管的更低成本供電系統圖 3-1 詳細說明了一個采用 3 個整流二極管的更低成本穩壓器方案我們也可以把幾個常規開關二極管串聯起來,用其正向壓降來降低進入的 PICmicro MCU 的電壓。這甚至比齊納二極管穩壓器的成本還要低。這種設計的電流消耗通常要比使用齊納二極管的電路低。所需二極管的數量根據所選用二極管的正向電壓而變化。二極管 D1-D3 的電壓降是流經這些二極管的電流的函數。連接 R1 是為了避免在負載*小時——通常是 PICmicro MCU 處于復位或休眠狀態時——PICmicro MCU VDD 引腳上的電壓超過PICmicro MCU 的*大 VDD 值。根據其他連接至VDD 的電路,可以提高R1 的阻值,甚至也可能完全不需要 R1。二極管 D1-D3 的選擇依據是:在*大負載時——通常是 PICmicro MCU 運行且驅動其輸出為高電平時——D1-D3 上的電壓降要足夠低從而能夠滿足 PICmicro MCU 的*低 VDD 要求。技巧四:使用開關穩壓器,從5V電源向3.3V系統供電如圖 4-1 所示,降壓開關穩壓器是一種基于電感的轉換器,用來把輸入電壓源降低至幅值較低的輸出電壓。輸出穩壓是通過控制 MOSFET Q1 的導通(ON)時間來實現的。由于 MOSFET 要么處于低阻狀態,要么處于高阻狀態(分別為 ON 和OFF),因此高輸入源電壓能夠**率地轉換成較低的輸出電壓。當 Q1 在這兩種狀態期間時,通過平衡電感的電壓- 時間,可以建立輸入和輸出電壓之間的關系。對于 MOSFET Q1,有下式:在選擇電感的值時,使電感的*大峰 - 峰紋波電流等于*大負載電流的百分之十的電感值,是個很好的初始選擇。在選擇輸出電容值時,好的初值是:使 LC 濾波器特性阻抗等于負載電阻。這樣在滿載工作期間如果突然卸掉負載,電壓過沖能處于可接受范圍之內。在選擇二極管 D1 時,應選擇額定電流足夠大的元件,使之能夠承受脈沖周期 (IL)放電期間的電感電流。數字連接在連接兩個工作電壓不同的器件時,必須要知道其各自的輸出、輸入閾值。知道閾值之后,可根據應用的其他需求選擇器件的連接方法。表 4-1 是本文檔所使用的輸出、輸入閾值。在設計連接時,請務必參考制造商的數據手冊以獲得實際的閾值電平。技巧五:3.3V →5V直接連接將 3.3V 輸出連接到 5V 輸入*簡單、*理想的方法是直接連接。直接連接需要滿足以下 2 點要求:? 3.3V輸出的 VOH 大于 5V 輸入的 VIH? 3.3V輸出的 VOL 小于 5V 輸入的 VIL能夠使用這種方法的例子之一是將 3.3V LVCMOS輸出連接到 5V TTL 輸入。從表 4-1 中所給出的值可以清楚地看到上述要求均滿足。3.3V LVCMOS 的 VOH (3.0V)大于5V TTL 的VIH (2.0V)且3.3V LVCMOS 的 VOL (0.5V)小于 5V TTL 的VIL (0.8V)。如果這兩個要求得不到滿足,連接兩個部分時就需要額外的電路??赡艿慕鉀Q方案請參閱技巧 6、7、 8 和 13。技巧六:3.3V→5V使用MOSFET轉換器如果 5V 輸入的 VIH 比 3.3V CMOS 器件的 VOH 要高,則驅動任何這樣的 5V 輸入就需要額外的電路。圖 6-1 所示為低成本的雙元件解決方案。在選擇 R1 的阻值時,需要考慮兩個參數,即:輸入的開關速度和 R1 上的電流消耗。當把輸入從 0切換到 1 時,需要計入因 R1 形成的 RC 時間常數而導致的輸入上升時間、 5V 輸入的輸入容抗以及電路板上任何的雜散電容。輸入開關速度可通過下式計算:由于輸入容抗和電路板上的雜散電容是固定的,提高輸入開關速度的惟一途徑是降低 R1 的阻值。而降低 R1 阻值以獲取更短的開關時間,卻是以增大5V 輸入為低電平時的電流消耗為代價的。通常,切換到 0 要比切換到 1 的速度快得多,因為 N 溝道 MOSFET 的導通電阻要遠小于 R1。另外,在選擇 N 溝道 FET 時,所選 FET 的VGS 應低于3.3V 輸出的 VOH。技巧七:3.3V→5V使用二極管補償表 7-1 列出了 5V CMOS 的輸入電壓閾值、 3.3VLVTTL 和 LVCMOS 的輸出驅動電壓。從上表看出, 5V CMOS 輸入的高、低輸入電壓閾值均比 3.3V 輸出的閾值高約一伏。因此,即使來自 3.3V 系統的輸出能夠被補償,留給噪聲或元件容差的余地也很小或者沒有。我們需要的是能夠補償輸出并加大高低輸出電壓差的電路。輸出電壓規范確定后,就已經假定:高輸出驅動的是輸出和地之間的負載,而低輸出驅動的是 3.3V和輸出之間的負載。如果高電壓閾值的負載實際上是在輸出和 3.3V 之間的話,那么輸出電壓實際上要高得多,因為拉高輸出的機制是負載電阻,而不是輸出三極管。如果我們設計一個二極管補償電路 (見圖 7-1),二極管 D1 的正向電壓 (典型值 0.7V)將會使輸出低電壓上升,在 5V CMOS 輸入得到 1.1V 至1.2V 的低電壓。它安全地處于 5V CMOS 輸入的低輸入電壓閾值之下。輸出高電壓由上拉電阻和連至3.3V 電源的二極管 D2 確定。這使得輸出高電壓大約比 3.3V 電源高 0.7V,也就是 4.0 到 4.1V,很安全地在 5V CMOS 輸入閾值 (3.5V)之上。注:為了使電路工作正常,上拉電阻必須顯著小于 5V CMOS 輸入的輸入電阻,從而避免由于輸入端電阻分壓器效應而導致的輸出電壓下降。上拉電阻還必須足夠大,從而確保加載在 3.3V 輸出上的電流在器件規范之內。技巧八:3.3V→5V使用電壓比較器比較器的基本工作如下:? 反相 (-)輸入電壓大于同相 (+)輸入電壓時,比較器輸出切換到 Vss。? 同相 (+)輸入端電壓大于反相 (-)輸入電壓時,比較器輸出為高電平。為了保持 3.3V 輸出的極性, 3.3V 輸出必須連接到比較器的同相輸入端。比較器的反相輸入連接到由 R1 和 R2 確定的參考電壓處,如圖 8-1 所示。計算 R1 和 R2R1 和 R2 之比取決于輸入信號的邏輯電平。對于3.3V 輸出,反相電壓應該置于VOL 與VOH之間的中點電壓。對于 LVCMOS 輸出,中點電壓為:如果 R1 和 R2 的邏輯電平關系如下:若 R2 取值為 1K,則 R1 為 1.8K。經過適當連接后的運算放大器可以用作比較器,以將 3.3V 輸入信號轉換為 5V 輸出信號。這是利用了比較器的特性,即:根據 “反相”輸入與 “同相”輸入之間的壓差幅值,比較器迫使輸出為高(VDD)或低 (Vss)電平。注:要使運算放大器在 5V 供電下正常工作,輸出必須具有軌到軌驅動能力。技巧九:5V→3.3V直接連接通常 5V 輸出的 VOH 為 4.7 伏, VOL 為 0.4 伏;而通常 3.3V LVCMOS 輸入的 VIH 為 0.7 x VDD, VIL為 0.2 x VDD。當 5V 輸出驅動為低時,不會有問題,因為 0.4 伏的輸出小于 0.8 伏的輸入閾值。當 5V 輸出為高時, 4.7 伏的 VOH 大于 2.1 伏 VIH,所以,我們可以直接把兩個引腳相連,不會有沖突,前提是3.3V CMOS 輸出能夠耐受 5 伏電壓。如果 3.3V CMOS 輸入不能耐受 5 伏電壓,則將出現問題,因為超出了輸入的*大電壓規范??赡艿慕鉀Q方案請參見技巧 10-13。技巧十:5V→3.3V使用二極管鉗位很多廠商都使用鉗位二極管來保護器件的 I/O 引腳,防止引腳上的電壓超過*大允許電壓規范。鉗位二極管使引腳上的電壓不會低于 Vss 超過一個二極管壓降,也不會高于 VDD 超過一個二極管壓降。要使用鉗位二極管來保護輸入,仍然要關注流經鉗位二極管的電流。流經鉗位二極管的電流應該始終比較小 (在微安數量級上)。如果流經鉗位二極管的電流過大,就存在部件閉鎖的危險。由于5V 輸出的源電阻通常在 10Ω 左右,因此仍需串聯一個電阻,限制流經鉗位二極管的電流,如圖 10-1所示。使用串聯電阻的后果是降低了輸入開關的速度,因為引腳 (CL)上構成了 RC 時間常數。如果沒有鉗位二極管,可以在電流中添加一個外部二極管,如圖 10-2 所示:技巧十:一5V→3.3V有源鉗位使用二極管鉗位有一個問題,即它將向 3.3V 電源注入電流。在具有高電流 5V 輸出且輕載 3.3V 電源軌的設計中,這種電流注入可能會使 3.3V 電源電壓超過 3.3V。為了避免這個問題,可以用一個三極管來替代,三極管使過量的輸出驅動電流流向地,而不是 3.3V 電源。設計的電路如圖 11-1 所示:Q1的基極-發射極結所起的作用與二極管鉗位電路中的二極管相同。區別在于,發射極電流只有百分之幾流出基極進入 3.3V 軌,絕大部分電流都流向集電極,再從集電極無害地流入地?;鶚O電流與集電極電流之比,由晶體管的電流增益決定,通常為10-400,取決于所使用的晶體管。技巧十二:5V→3.3V電阻分壓器可以使用簡單的電阻分壓器將 5V 器件的輸出降低到適用于 3.3V 器件輸入的電平。這種接口的等效電路如圖 12-1 所示:通常,源電阻 RS 非常小 (小于 10Ω),如果選擇的 R1 遠大于RS 的話,那么可以忽略 RS 對 R1 的影響。在接收端,負載電阻 RL 非常大 (大于500 kΩ),如果選擇的R2遠小于RL的話,那么可以忽略 RL 對 R2 的影響。在功耗和瞬態時間之間存在取舍權衡。為了使接口電流的功耗需求*小,串聯電阻 R1 和 R2 應盡可能大。但是,負載電容 (由雜散電容 CS 和 3.3V 器件的輸入電容 CL 合成)可能會對輸入信號的上升和下降時間產生不利影響。如果 R1 和 R2 過大,上升和下降時間可能會過長而無法接受。如果忽略 RS 和 RL 的影響,則確定 R1 和 R2 的式子由下面的公式 12-1 給出。公式 12-2 給出了確定上升和下降時間的公式。為便于電路分析,使用戴維寧等效計算來確定外加電壓 VA 和串聯電阻R。戴維寧等效計算定義為開路電壓除以短路電流。根據公式 12-2 所施加的限制,對于圖 12-1 所示電路,確定的戴維寧等效電阻 R 應為 0.66*R1,戴維寧等效電壓 VA 應為0.66*VS。例如,假設有下列條件存在:? 雜散電容 = 30 pF? 負載電容 = 5 pF? 從 0.3V 至 3V 的*大上升時間 ≤ 1 μs? 外加源電壓 Vs = 5V確定*大電阻的計算如公式 12-3 所示:技巧十三:3.3V→5V電平轉換器盡管電平轉換可以分立地進行,但通常使用集成解決方案較受歡迎。電平轉換器的使用范圍比較廣泛:有單向和雙向配置、不同的電壓轉換和不同的速度,供用戶選擇*佳的解決方案。器件之間的板級通訊 (例如, MCU 至外設)通過 SPI 或 I2C? 來進行,這是*常見的。對于SPI,使用單向電平轉換器比較合適;對于 I2C,就需要使用雙向解決方案。下面的圖 13-1 顯示了這兩種解決方案。模擬3.3V 至 5V 接口的*后一項挑戰是如何轉換模擬信號,使之跨越電源障礙。低電平信號可能不需要外部電路,但在 3.3V 與 5V 之間傳送信號的系統則會受到電源變化的影響。例如,在 3.3V 系統中,ADC轉換1V峰值的模擬信號,其分辨率要比5V系統中 ADC 轉換的高,這是因為在 3.3V ADC 中,ADC 量程中更多的部分用于轉換。但另一方面,3.3V 系統中相對較高的信號幅值,與系統較低的共模電壓限制可能會發生沖突。因此,為了補償上述差異,可能需要某種接口電路。本節將討論接口電路,以幫助緩和信號在不同電源之間轉換的問題。技巧十四:3.3V→5V模擬增益模塊從 3.3V 電源連接至 5V 時,需要提升模擬電壓。33 kΩ 和 17kΩ 電阻設定了運放的增益,從而在兩端均使用滿量程。11 kΩ 電阻限制了流回 3.3V 電路的電流。技巧十五:3.3V→5V模擬補償模塊該模塊用于補償 3.3V 轉換到 5V 的模擬電壓。下面是將 3.3V 電源供電的模擬電壓轉換為由 5V電源供電。右上方的 147 kΩ、 30.1 kΩ 電阻以及+5V 電源,等效于串聯了 25 kΩ 電阻的 0.85V 電壓源。這個等效的 25 kΩ 電阻、三個 25 kΩ 電阻以及運放構成了增益為 1 V/V 的差動放大器。0.85V等效電壓源將出現在輸入端的任何信號向上平移相同的幅度;以 3.3V/2 = 1.65V 為中心的信號將同時以 5.0V/2 = 2.50V 為中心。左上方的電阻限制了來自 5V 電路的電流。技巧十六:5V→3.3V有源模擬衰減器此技巧使用運算放大器衰減從 5V 至 3.3V 系統的信號幅值。要將 5V 模擬信號轉換為 3.3V 模擬信號,*簡單的方法是使用 R1:R2 比值為 1.7:3.3 的電阻分壓器。然而,這種方法存在一些問題。1)衰減器可能會接至容性負載,構成不期望得到的低通濾波器。2)衰減器電路可能需要從高阻抗源驅動低阻抗負載。無論是哪種情形,都需要運算放大器用以緩沖信號。所需的運放電路是單位增益跟隨器 (見圖 16-1)。電路輸出電壓與加在輸入的電壓相同。為了把 5V 信號轉換為較低的 3V 信號,我們只要加上電阻衰減器即可。如果電阻分壓器位于單位增益跟隨器之前,那么將為 3.3V 電路提供*低的阻抗。此外,運放可以從3.3V 供電,這將節省一些功耗。如果選擇的 X 非常大的話, 5V 側的功耗可以*大限度地減小。如果衰減器位于單位增益跟隨器之后,那么對 5V源而言就有*高的阻抗。運放必須從 5V 供電,3V 側的阻抗將取決于 R1||R2 的值。技巧十七:5V→3.3V模擬限幅器在將 5V 信號傳送給 3.3V 系統時,有時可以將衰減用作增益。如果期望的信號小于 5V,那么把信號直接送入 3.3V ADC 將產生較大的轉換值。當信號接近 5V 時就會出現危險。所以,需要控制電壓越限的方法,同時不影響正常范圍中的電壓。這里將討論三種實現方法。1. 使用二極管,鉗位過電壓至 3.3V 供電系統。2. 使用齊納二極管,把電壓鉗位至任何期望的電壓限。3. 使用帶二極管的運算放大器,進行精確鉗位。進行過電壓鉗位的*簡單的方法,與將 5V 數字信號連接至 3.3V 數字信號的簡單方法完全相同。使用電阻和二極管,使過量電流流入 3.3V 電源。選用的電阻值必須能夠保護二極管和 3.3V 電源,同時還不會對模擬性能造成負面影響。如果 3.3V 電源的阻抗太低,那么這種類型的鉗位可能致使3.3V 電源電壓上升。即使 3.3V 電源有很好的低阻抗,當二極管導通時,以及在頻率足夠高的情況下,當二極管沒有導通時 (由于有跨越二極管的寄生電容),此類鉗位都將使輸入信號向 3.3V 電源施加噪聲。為了防止輸入信號對電源造成影響,或者為了使輸入應對較大的瞬態電流時更為從容,對前述方法稍加變化,改用齊納二極管。齊納二極管的速度通常要比第一個電路中所使用的快速信號二極管慢。不過,齊納鉗位一般來說更為結實,鉗位時不依賴于電源的特性參數。鉗位的大小取決于流經二極管的電流。這由 R1 的值決定。如果 VIN 源的輸出阻抗足夠大的話,也可不需要 R1。如果需要不依賴于電源的更為精確的過電壓鉗位,可以使用運放來得到精密二極管。電路如圖 17-3所示。運放補償了二極管的正向壓降,使得電壓正好被鉗位在運放的同相輸入端電源電壓上。如果運放是軌到軌的話,可以用 3.3V 供電。由于鉗位是通過運放來進行的,不會影響到電源。運放不能改善低電壓電路中出現的阻抗,阻抗仍為R1 加上源電路阻抗。技巧十八:驅動雙極型晶體管在驅動雙極型晶體管時,基極 “驅動”電流和正向電流增益 (Β/hFE)將決定晶體管將吸納多少電流。如果晶體管被單片機 I/O 端口驅動,使用端口電壓和端口電流上限 (典型值 20 mA)來計算基極驅動電流。如果使用的是 3.3V 技術,應改用阻值較小的基極電流限流電阻,以確保有足夠的基極驅動電流使晶體管飽和。RBASE的值取決于單片機電源電壓。公式18-1 說明了如何計算 RBASE。如果將雙極型晶體管用作開關,開啟或關閉由單片機 I/O 端口引腳控制的負載,應使用*小的 hFE規范和裕度,以確保器件完全飽和。3V 技術示例:對于這兩個示例,提高基極電流留出裕度是不錯的做法。將 1mA 的基極電流驅動至 2 mA 能確保飽和,但代價是提高了輸入功耗。技巧十九:驅動N溝道MOSFET晶體管在選擇與 3.3V 單片機配合使用的外部 N 溝道MOSFET 時,一定要小心。MOSFET 柵極閾值電壓表明了器件完全飽和的能力。對于 3.3V 應用,所選 MOSFET 的額定導通電阻應針對 3V 或更小的柵極驅動電壓。例如,對于具有 3.3V 驅動的100 mA負載,額定漏極電流為250 μA的FET在柵極 - 源極施加 1V 電壓時,不一定能提供滿意的結果。在從 5V 轉換到 3V 技術時,應仔細檢查柵極- 源極閾值和導通電阻特性參數,如圖 19-1所示。稍微減少柵極驅動電壓,可以顯著減小漏電流。對于 MOSFET,低閾值器件較為常見,其漏-源電壓額定值低于 30V。漏-源額定電壓大于 30V的 MOSFET,通常具有更高的閾值電壓 (VT)。如表 19-1 所示,此 30V N 溝道 MOSFET 開關的閾值電壓是 0.6V。柵極施加 2.8V 的電壓時,此MOSFET 的額定電阻是 35 mΩ,因此,它非常適用于 3.3V 應用。對于 IRF7201 數據手冊中的規范,柵極閾值電壓*小值規定為 1.0V。這并不意味著器件可以用來在1.0V 柵 - 源電壓時開關電流,因為對于低于 4.5V 的VGS (th),沒有說明規范。對于需要低開關電阻的 3.3V 驅動的應用,不建議使用 IRF7201,但它可以用于 5V 驅動應用。(from qian ru shi zixun

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