忽如一夜春风来，千树万树梨花开。2020年短短两个月时间，政策春风便彻底吹开了“新基建”这朵花。新基建，全称是“新型基础设施建设”，具体是指以5G、人工智能、工业互联网、物联网等为代表的新型基础设施建设，立足于高新科技，其本质是信息数字化的基础设施建设，其中又尤以工业互联网与工业4.0的建设首当其冲。
作为模拟技术提供商，ADI公司的产品和技术在这些“新基建”领域都有广泛的应用，特别是作为“新基建”的重点工业4.0领域近年来耕耘颇深并有建树，ADI将其无与伦比的模数技术——检测、测量、解读、连接、电源和安全等相结合，站在系统层面帮助行业克服挑战，找到迈入工业4.0的最佳途径。本文尝试从多角度分析其如何以模拟技术助推新一代工业自动化建设。
工业4.0发展再提速，高集成度、跨平台设计助攻
工业互联网作为推动数字经济与实体经济深度融合的关键路径，现已成为全球主要经济体促进经济高质量发展的共同选择。据麦肯锡调研报告显示，工业互联网在2025年之前每年将产生高达11.1万亿美元的收入。全球知名咨询公司埃森哲也给出了积极预测，到2030年，工业互联网能够为全球带来14.2万亿美元的经济增长。而工业4.0旨在构建和利用网络-物理系统以实现新的可能性，源于以新方式打通物理世界和数字世界的能力，代表了将这种智能化与广泛的检测范围、分布式控制以及可靠、无缝连接整合在一起的愿景。
作为“新基建”与智能制造发展的基础，工业4.0可帮助提供共性的基础设施和能力，包括先进的工艺、材料、技术和制造能力，通过网络采集数据并进行分析，相关的结果用以提高生产效率，减少资源消耗。因此，用于跟踪环境和过程监测变量的传感器数量不断增长，工厂通过将PLC靠近传动控制过程，寻求减少瓶颈以及缩短环路的机会，这就加速了向分布式控制架构的转变。最终，提高运营效率和收益预期将推动发生自PLC发明以来最大的工厂改造。
为赢得这一市场，系统设计师需要将更多的I/O和功能封装起来，以保证更小的体积。问题是，能够从微处理器数字器件获得的空间相对较小。当今的高级PLC模块中，模拟和分立式元件占据了大约85%的电路板空间。电路板上这一显著问题是工程师们不容忽略的关键因素。对于微型PLC和嵌入式控制器，许多在前期工作良好的模拟和分立式元件占据太大的空间。只有凭借更高的集成度、跨PLC平台设计，才能实现工业4.0的优势。
关键核心模拟技术加速智能制造下的模块创新
得益于数字产业革命，多年以来，PLC日益强大，能够处理更多输入、更宽字节以及更为复杂的指令集。现在，模拟和传感器技术领域的创新正在帮助制造商充分发挥计算资源的优势，包括工厂内部和云端。ADI致力于解决客户遇到的挑战难题，提供高性价比解决方案，特别是把对于客户系统的理解，融入到产品设计当中，从近日荣获的全球工业数字化领域领导者西门子工业自动化产品(成都)有限公司授予的“Quality Star”称号，也体现了ADI一贯的高质量产品交付。
在PLC领域中，核心的产品之一就是I/O模块，包括数字输入输出，模拟输入输出等。作为模拟芯片领域的领导者，ADI新近便推出了几款典型产品，包括高集成的模拟量输入芯片AD4111、低功率损耗的模拟量输出芯片AD5758、高灵活度的软件定义I/O芯片AD74413等。
作为一款高度集成的系统级ADC，AD4111具有全面的可配置性。利用 ADI的iPassives集成式精密无源技术，集成了精密匹配的电流检测电阻和电阻分压器。通道至通道的高度匹配简化了校准要求，并且支持多达八个单端电压输入和四个电流输入，它能够接受工业现场普遍的电压输入和电流信号输入，采用5 V 或3.3V 单电源供电，该新产品非常适合用作可重新配置的平台解决方案，同时减少 PLC 和 DCS 模块的尺寸、复杂性和成本。
AD4111功能框图
在PLC的输出模块设计中，负载、环境温度、板上温度、通道数、尺寸、精度等等也都是需要考量的要素，AD5758则完美地满足了上述的要求，特别是在功率损耗方面尤为突出，是 ADI 公司功耗最低的工业 DAC。由于集成了ADI公司第二代动态功率控制（DPC）功能， AD5758具有自适应调节功能，其功率损耗仅在很低程度上取决于负载电阻，对于0 kΩ至1 kΩ的负载，其功率损耗始终保持在250 mW 以下，从而实现更低成本、更紧凑的设计。因此，根据输出模块的设计，将能实现八个隔离通道，其总体功率损耗< 2 W。5 mm × 5 mm LFCSP 封装的结至环境热阻ΘJA为46 K/W，在200 mW的功率损耗下温升小于10°C。AD5758的额定环境温度可高达115°C，这为多通道模块提供了很大的裕量，无需降额，因此十分适用于工厂自动化、过程自动化和电机控制中的通道间隔离工业应用。
AD5758的功能框图
随着工业4.0的持续推进，客户也日益要求一个平台化的方案，从而可以使用标准化的单一平台来扩展出多个产品，满足不同场景需求，同时也希望优化生产和采购成本。AD74413R便是一款四通道的，可任意配置输入输出，并集成保护功能的全新平台性产品。其中，高灵活度的软件定义I/O芯片AD74413支持电流电压输出输出，数字输入以及RTD测温， 内部集成16位的ADC以及13位的DAC。再结合ADI高效率的电源产品，可以有效满足客户的要求。
结语
事实上，“新基建”虽然是中国提出的新概念，但就全球范围而言，都在对数字基础设施进行大规模投入，例如德国提出的工业4.0、新签署的美国人工智能发展倡议等。从这个角度而言，“新基建”不但是长期趋势也是国际潮流，将长远的改变人类未来生活。在此过程中，ADI将通过不断提供传感、高速连接、软件定义I/O、数据安全和安全系统等领域的创新技术来支持这些发展，并帮助客户将这些技术整合为完整的系统解决方案。
责编：Yvonne Geng
(本文由ADI供稿，电子工程专辑对文中陈述、观点保持中立)
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