Categories
學習平台 技術文章

3D打印機技術比較

3D打印機技術比較

本文章會分別解釋及比較現今三種最常用的材料及其製造技術的基礎知識,分別是:FFF(熔絲式線材製作,Fused Filament Fabrication),SLA(光固化立體造型製作,Stereolithography)和SLS(選擇性激光燒結,Selective Laser Sintering)。

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

3d printer

在過去的十年中,對3D打印技術的越來越多的使用已經徹底改變了各個領域的現狀,包括學校、企業、軍事和醫療領域等,甚至是家中DIY maker創客的普及。但是,有了許多可用的方法,決定使用哪種方法可能是一個艱鉅而令人困惑的過程。本文章會分別解釋及比較現今三種最常用的材料及其製造技術的基礎知識,分別是:FFF(熔絲式線材製作,Fused Filament Fabrication),SLA(光固化立體造型製作,Stereolithography)和SLS(選擇性激光燒結,Selective Laser Sintering)。

FFF (熔絲式線材製作 / Fused Filament Fabrication)

FFF是最通用,最實惠且較易接觸及入門的3D打印過程,應用範圍最廣。用這種方法,將固體熱塑性塑料加熱到所需的熔融溫度並通過噴嘴擠出。3D打印機將熔化的長絲沉積在冷卻過程中,然後沿著預定坐標逐層沉積到構建板上,直到完成物體,熔化的長絲在冷卻時會固化。近年來,隨著高分辨率工具頭的推出,FFF打印質量證明了分辨率的提高。這項技術可在任何環境中使用,它可以放置在您的辦公桌上,放在教室裡的推車上或家中放置的打印機架子上。

SLA (光固化立體造型製作 / Stereolithography)

使用SLA,可將感光型光敏聚合物樹脂倒入盛有淹沒型表面的槽中。 使用紫外線調諧的激光,一次將樹脂選擇性地固化一層,以形成固體。 一旦完成印刷階段,下一個清潔任務便開始了。 打印機操作員戴上手套,眼睛保護裝置。視工序及規模,操作員可能需要面罩及開啟呼吸器的個人防護設備。將未固化的樹脂從零件中排出,除去印刷表面,並用溶劑或化學藥品沖洗掉剩餘的樹脂。然後,零件將經受額外的UV固化過程。 儘管此方法特別適用於具有復雜幾何形狀和小尺寸對象的零件,但相對於其他3D打印方法,構建完成所需的周期時間和其他設備更為重要。

SLS (選擇性激光燒結 / Selective Laser Sintering)

SLS利用粉末狀的合成聚合物,這些聚合物形成片狀,放在「建構」區域上一層,之後使用高功率激光將選定的部分融合在一起,然後逐層重複此過程,直到完成對象。該方法主要使用聚酰胺,通常簡稱為尼龍,簡稱PA。 這種3D打印方法不需要支撐材料,仔細度高,甚至可以在成品外觀上完全不會看見層線。

FFF

SLA

SLS

應用材料

工程熱塑性塑料,包括ABS、尼龍、聚碳酸酯,柔性TPE,PVA/PLA等

光敏樹脂

尼龍粉

層高範圍

0.05 mm – 1.5 mm

0.025 mm – 0.15 mm

0.06 mm – 0.15 mm

尺寸精度

±200 μm

±100 μm

±300 μm

價錢

專業台式機起價為2000美元,更大規模的起價為15,000美元

台式機起價為$ 3000,較大的價格為$ 80,000- $ 750,000

台式機起價為9000美元,更大的價格範圍為10,000美元至100,000美元

應用材料價錢

$20-$50/kg

$50-$100/liter

$100-$500/kg

物料消耗

一卷1公斤的燈絲等於約400件標準尺寸的棋子

一升樹脂等於大約90個標準尺寸的棋子

不確定,取決於機器和材料

額外費用/注意事項

PEI構建的表面塗層可確保在打印時保持適當的底座附著力,在正確保養後幾乎不需要更換。 一些較昂貴的市場選擇需要定期更換打印床表面。

一些FFF打印機製造商收取服務費用,例如基本技術支持和必需的培訓。 更大型的可能要求維修合約費用。
個別FFF類型打印機要求專有的線絲,限制了用家在材料上的選擇,同時增加了成本。
徹底清洗成品上的樹脂可能需要使用超聲波清洗機,價格從$ 300- $5000不等
如需要樹脂在單獨的單元中進行「後固化(post-curing)」,
這可能會額外增加成本$ 100- $ 5000
樹脂托盤需要時常更換,並且壽命根據托盤類型和所用樹脂的不同,可能在2或3幅打印紙之間變化,最多20幅打印紙。 這些通常每個花費在$ 20- $ 50之間。
PEC/PAD無污染抹布(用於清潔敏感的打印機組件)
用於處理樹脂和溶劑的個人護理設備(丁腈手套,安全眼鏡或護目鏡)
需要良好的通風系統
防爆真空吸塵器(有些粉塵可燃,只需點燃一點火花即可),價錢約為1000美元
需要添置設備,例如用於「後處理」時的成品清潔櫃(約(3000美元及以上)及粉末回收系統($2,000-$12,000)
操作和設備維修需要熟練的操作員
高功率激光可能是危險的,需要特定空間
個人護理設備(丁腈手套,安全眼鏡或護目鏡)用於處理和清潔粉末

優點

使用安全,無毒,無刺激性化學物質
清理簡單,無有害粉末或樹脂
材料選擇範圍最廣; 使用最終用途材料(如ABS)進行打印。 可以使用雙擠壓3D打印機打印水溶性支撐物,多種顏色和多種材料模型
最低的新手「入場」門檻和材料成本
易於設備操作和維護
最小的物理佔地面積,不需要額外的實體設備
可以快速打印
打印的物體可以具有光滑的表面光潔度
印刷成品精確,尺寸公差小
無需其他支撐物料
牢固的層附著力
可以同時打印大量零件而不會影響打印時間

缺點

印刷件的結構強度可能取決於印刷密度、方向和印刷分辨率
如需最佳的成品表面處理,便需要更薄的層處理和更長的打印時間
多種材料選擇可能需要線絲存儲空間
已知樹脂和清潔劑有毒; 含有紫外線固化樹脂的材料應作為危險廢物進行處理和處置
不打印最終用途的材料。 材料僅模擬所需的聚合物。
由於難聞的煙氣和雜亂的樹脂,需要專用的空間; 易損件可能會污染附近的表面
不能一次打印多種材料
打印後需要額外的洗滌和固化
薄壁成品通常很脆
UV過度或曝光不足會影響打印次數和壽命
與其他方法相比,桌面模型的構建量較小
具有封閉結構的成品需要添加孔,以使未固化的樹脂逸出
原料是粉末,如果吸入有害
只適合大批量生產; 中小型單品打印不經濟
粒狀,沙質表面處理
材料通常是專用的
產生大的平面和小孔可能會產生問題,因為它們容易翹曲和過度燒結
印刷品本質上是多孔的(通常約為30%),需要特殊潮濕的環境在可為成品「後處理」
打印需要長達12小時的冷卻時間
必須在設計中添加排料孔,以去除空心部分中未燒結的粉末

Share:

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin

Social Media

Most Popular

Get The Latest Updates

Subscribe To Our Weekly Newsletter

No spam, notifications only about new products, updates.

Categories

Categories
產品介紹

Mikroe CODEGRIP for ARM

Mikroe CODEGRIP for ARM

用於ARM的Mikroe CODEGRIP是一種快速的USB-C和WiFi編程器以及硬件調試器,支持基於ARM Cortex M0,M3,M4和M7的MCU。

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

codegrip這器件在微控制器編程和調試過程中提供了移動性和完全控制能力。適用於ARM的CODEGRIP可以在任何難以接近的地方使用,包括高層建築、危險環境和農業環境。

使用CodeGrip進行無線遠程調試


CODEGRIP提供一個一致的解決方案,通過Wi-Fi連接遠程基於ARM®Cortex®-M體系結構在一系列不同的微控制器設備(MCU)上執行編程和調試任務,包括ARM Cortex M0,M3,M4和M7的MCU。

通過連合各種MCU之間的差異,它允許對來自幾個不同MCU供應商的大量MCU進行編程和調試。

儘管受支持的MCU數量眾多,但將來可能會添加更多的MCU以及一些新功能。

得益於無線連接和USB-C連接器等一些先進的獨特功能,對眾多基於ARM®Cortex®-M的各種微控制器進行編程的任務變得無縫而輕鬆,從而為用戶提供了移動性和完整的控制 通過微控制器編程和調試過程。

與傳統使用的USB Type A / B連接器相比,USB-C連接器提供了更高的性能和可靠性。 無線連接重新定義了開發板的使用方式。

該設備具有即插即用功能和重新定義的技術支持,可直接訪問用戶的硬件以通過WiFi進行調試。 CODEGRIP Suite是功能強大的軟件工具,可以智能地管理編程和調試任務。

特點

  • USB-C和WiFi編程器以及硬件調試器
  • 支持超過1500個基於ARM Cortex M0,M3,M4和M7的MCU
  • 完全控制微控制器的編程和調試過程
  • 可在任何難以接近的地方使用,包括高層建築,危險環境和農業環境
  • 即插即用功能
  • CODEGRIP Suite功能強大的軟件工具

產品詳情請瀏覽Mikroe網頁

Share:

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin

Social Media

Most Popular

Get The Latest Updates

Subscribe To Our Weekly Newsletter

No spam, notifications only about new products, updates.

Categories

Categories
學習平台

運算放大器 OP-Amp (五)

運算放大器 OP-Amp (五)

繼續講解運算放大器,下一個參數「增益帶寬積(Gain-Bandwidth Product )」。

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

之前一章解釋了什麼是「開環增益」,它不單是一個基本的知識,它亦是運算放大器的一個重要參數。開始下一個參數「增益帶寬積(Gain-Bandwidth Product )」的講解前,先以下圖一重溫「增益」。

opamp-gain
圖一 運算放大器增益帶寬關係圖

增益帶寬積

如圖一,一個運算放大器的開環增益達到某一頻率時會以6 dB /octave 下降。 在這6 dB /octave 下降率的範圍內,如果我們將頻率加倍,則增益將下降到原來的一半。 相反,如果頻率減半,則開環增益將增加一倍,如圖一所示。

這就產生了所謂的增益帶寬積。 如果我們將開環增益乘以頻率,則乘積為總是一個「常數」。需要注意的是,這乘積必須處於下降6 dB /octave 的部分。這為我們提供了一個方便的因數,用於確定特定的運算放大器在特定的應用中是否可用。

例如,如果我們有一個需要10的增益和100 kHz帶寬的應用,那麼我們就需要一個運算放大器,其增益帶寬積至少為1 MHz。例如Microchip MCP6001

mcp6001
圖二 Microchip MCP6001 規格(GBWP = 1MHz)

不過,這樣解釋有點過分簡化。在現實中,由於增益帶寬乘積的可變性,以及在閉環增益與開環增益相交的位置處,響應實際上下降了3 dB,因此應留一點安全餘量(safety margin)。在上述應用中,增益帶寬乘積為1 MHz的運算放大器是微不足道的。

增益帶寬安全餘量(或裕度)

優良的設計習慣是確保放大器的GBP擁有一定的額外餘量。40dB是一個很好的安全裕度,可確保運算放大器的開環特性引起的誤差減至最少。為以下圖為例

ti-opamp-application
圖三 增益帶寬安全餘量示意圖(圖片來源 Amplifiers and Bits: An Introduction to Selecting Amplifiers for Data Converters, Texas Instruments)

這是一個GBWP 1MHz 運算放大器,如果40dB(100倍)是期望中的增益,能有25kHz的帶寬。但由於要有40dB的額外餘量,即是要「假設」這40dB其實是在80dB增益狀態下表現出來,根據1MHz 增益帶寬積,則意味著最大可用頻率僅為1 kHz。這就是為什麼即使對於相對低速的系統也可能需要高速運算放大器的原因之一。

Share:

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin

Social Media

Most Popular

Get The Latest Updates

Subscribe To Our Weekly Newsletter

No spam, notifications only about new products, updates.

Categories

Categories
技術文章

目測檢查對電子工業的重要性

visual-inspection

引言

現在科技的進步,可以將大部份的生產工序自動化,但是仔細的外觀目測(visual inspection)仍然是確保電子裝配質量和發現缺陷的主要方法。實際上,可以通過肉眼檢測到大多數缺陷,例如組件未對準、焊料橋接(solder bridging)、共面問題、焊接缺陷、表面板損壞(以及組件損壞,例如塑料成型問題)以及焊球等問題。

當然,有些缺陷類型只能通過更複雜的技術(例如X射線成像)才能發現。但是,目測仍然是發現電路組件中的缺陷並在它們到達測試的後期階段並作為交付的產品進入現場之前對其進行糾正的主要方法。

良好的視覺檢查需要兩個基本要素:一個熟練且訓練有素的檢查員,以及用於協助檢查員工作的適當設備。前者是通過人才訓練及經驗累積得來,在這文章不會詳述。我集中討論向後者,因為現在已有很多精密儀器或技術協助單從「肉眼」以嚴密檢查的微型零件和組件。

放大和照明

人眼能識別反射光所攜帶的細節。因此,不僅有必要放大細節,而且還要適當地照亮它們。原因不僅僅在於識別難以發現的缺陷,例如焊點中的裂紋。操作員的舒適度是進行良好檢查的主要因素。 疲倦的工人能否很好地執行面向細節的任務? 否,視力疲勞的檢查員很可能會錯過否則會被檢測到的缺陷。因此,製造主管的職責是確保其檢查人員使用的設備能夠最大程度地減少眼睛疲勞的可能性。適當的放大倍率,適當的照明以及設備的人體工程學功能(例如可調節性和可定位性)至關重要。

顯微鏡和照明

顯微鏡可提供最高水平的光學檢查放大倍率和清晰度。市場上有許多優質顯微鏡,本文的目的不是深入討論或評估許多可用的類型和選件。 顯然,當今使用的幾乎所有顯微鏡都是立體型的,可為操作人員提供高質量的圖像,並在一定程度上提供一定的深度感知。 高倍率CCD相機也用於光學檢查,從而將圖像投影到彩色監視器屏幕上。儘管使用這種方法的細節可能略少一些,但該設備的一個優勢是,多個人可以同時查看同一幅圖像,以達成共識,分析或指導。捕獲數字化圖像以通過Internet傳輸或培訓視頻等也很容易。無論哪種方式,正確的照明都是至關重要的。

顯微鏡/ CCD相機照明有幾種形式。一種類型安裝在顯微鏡本身上,由一個封閉圓形熒光燈罩的罩組成。 圓形設計用於均勻分佈照明。 熒光燈長期以來一直受到青睞,因為它們提供冷光。然而,過去,發出的綠色光譜,加上鎮流器引起的令人討厭的閃爍,陰影和嗡嗡聲,使操作員感到煩惱並導致眼睛疲勞。固態技術的出現和熒光燈泡科學的發展現在使這些燈泡可以在整個光譜範圍內提供更高強度的冷白光。無閃爍或陰影,且無聲操作。 此外,通過複雜的微電子控件可以輕鬆地完成曾經不可能的事情-使熒光燈變暗的能力。

MUSTOOL-G600
MUSTOOL-G600

另一種類型的顯微鏡光提供由外部電源產生的照明,並通過柔性的,金屬護套的光纜提供給顯微鏡上的附件。 該附件將通過一個環形圈在均勻的圓形區域內提供光線,並可能帶有可調節以保持恆定的色溫的虹膜光圈。在發生器端,可以調節光的強度,從而使操作員可以高度控制分佈在檢查區域上的光的密度和強度,例如MUSTOOL G600

為了向照明點提供足夠的光,必須在原點產生足夠強度的光。過去,存在光纖燒毀,強度調節變阻器發熱並燒毀的問題。當今的發電機組對光線進行紅外過濾,以防止損壞光纖並保持冷光光線。固態強度控制已經取代了變阻器。纖細的環形光導有助於連接顯微鏡,快速連接設計使其易於適應CCD相機。

市場上還提供了這些光纖系統,以代替附在顯微鏡上的環形環,帶有可聚焦透鏡的雙點照明器。這些使操作員能夠從無數種不同角度以多種不同方式調節照明,從而在嚴格的PCB架構中實現照明的完整和總體靈活性。聚焦鏡頭的能力增加了操作員「度身定制」照明以及定向角度和光源的能力。視乎設備而定,它可能配有微型環或8點環形(用於更長的工作距離),可變光闌和彩色濾光片套件。

色溫的作用

在使用機器視覺檢查的某些應用中,保持色溫恆定非常重要。通常,使用不同他類型的照明設備,例如用於檢查光感弱(photoresist)物類的黃色燈泡和用於檢查保形塗層、鍍層空隙和某些其他缺陷的紫外線(ultraviolet)。當然,所使用的紫外線的波長不在與曬傷等相關的有害紫外線的範圍內。但是,總的來說,在檢查中使用的特種彩色照明的百分比非常小,並且特定於某些有限的應用。

廣告

防靜電

照明放大倍數中的ESD安全問題是一個重要的問題。通常,製造商會竭盡全力保護與操作員和台式機接觸的所有物體並使其接地,而忘記了懸掛在工件上方的強大的ESD潛在潛能源–發光的放大鏡!保護產品免受潛在ESD損害的最佳方法是,確保所使用的放大鏡是由優質金屬部件(支架、遮光罩等)或最近開發的ESD安全塑料設計和製造的。 當然,操作員應該關注的是,ESD是否會懸而未決,就像他們關注其他來源一樣。

照明放大鏡

基於顯微鏡的檢查可能會使操作員感到厭煩。在較低放大倍率就足夠的應用中,帶照明的放大鏡比顯微鏡更簡單易用。它們提供了廣闊的視野,並且與顯微鏡相比,使用、調整、聚焦等方面的工作更輕鬆。通常,可以在單個視圖中檢查整個組件。 照明放大鏡本質上是一個大型放大鏡,安裝在帶有內置照明的框架中,所有放大鏡都固定在可調節臂的末端,該臂夾在工作台上。 這是最簡單的描述,但是帶照明的放大鏡比總和要多得多。

首先,有不同級別的玻璃,它們會影響透鏡的清晰度和允許的反射光質量。例如,許多照明放大鏡使用B級綠色透鏡,但是這種類型的玻璃會限制光的透射,並與長期的眼睛疲勞有關。 照明放大鏡最好的鏡片是透明的白色鏡片,具有最高的透光率。

不同的放大倍數用「屈光度(diopter)」表示,它基本上是透鏡屈光力的測量單位,等於焦距的倒數,以米為單位。 例如,典型的5英寸直徑的鏡頭可被定為3屈光度,放大倍數為1.75倍。 5屈光度中的同一鏡頭將具有2.25倍的放大倍率。

照明放大鏡的光源仍然是熒光燈,這些產品也得益於熒光燈技術的進步。通常,將燈放置在鏡頭的任一側或 U形,以提供盡可能均勻且無陰影的照明。固態微電子技術使得熒光調光成為可能,並且如前所述,消除了閃爍和嗡嗡聲。此外,市場還有一種新的「防眩光」燈泡。眩光會加劇操作員的眼睛疲勞,並掩蓋否則會明顯看到的缺陷。一種新的三混合磷光體,與設計用於產生白光的熟悉的冷白色磷光體不同,但也具有產生反射性反跳和眩光的缺點。這種新的熒光粉混合物消除了反彈的光線,從而減少了60%的眩光。它使操作員的眼睛可以更好地吸收和更有效地利用燈泡產生的光。結果是提高了舒適度,改善了操作員的性能和效率,並提供了更高質量的產品。

人們不能足夠強調熒光調光已用於照明放大檢查的突破。將熒光燈從100%調低至25%的能力非常重要,因為它可以輕鬆看到高反射表面,而在過去,眩光將是一個重大問題。

結論

全面了解當今用於視覺檢查的技術以及檢查應用程序的特殊需求,可以幫助製造商選擇最適合工作的檢查設備。最大限度地減少操作員的疲勞(無論是眼睛疲勞還是其他疲勞),對於維持良好的檢查程序,做法和操作員效率至關重要。光學檢測設備並不像看起來的那麼簡單,並且持續的技術創新不斷改善視覺檢測設備的質量和功能。

(原文參考:Key Elements For Good Visual Inspection, by Richard May, President, O.C. White Company)

(歡迎轉載,請註明出處。)

廣告
Categories
學習平台 技術文章 科技資訊

什麼是eSIM?

sim-card

要了解eSIM前,要先說一下IOT(物聯網,Internal of Thing)這「東西」。物聯網是近幾年電子界熱騰騰的話題,事實上,物聯網部署正在上升。以前,這種技術被認為是技術性很高且實施起來很複雜,而今天,我們看到了多個跨部門和用例的IoT連接高峰,這在很大程度上歸功於IoT SIM卡在易用性方面的巨大改進。讓我們回顧一下不同類型的IoT SIM卡,以及它們如何使在全球範圍內實施IoT變得更加容易。

什麼是IoT SIM卡?

簡而言之,IoT SIM卡是一種SIM卡,它可以將網絡用於物聯網服務,或者有時也稱為「機器對機器(M2M)」通訊。

但是,IoT SIM卡的構建並非全部相同,不同網絡對應單一的實體SIM卡,阻礙了IoT 的發展。儘管某些用例仍依靠實體SIM卡來連接IoT設備,但eSIM技術正在興起,使用戶能夠連接其IoT設備並完全通過無線管理IoT配置文件。

eSIM由GSMA開發,已經被電訊市場廣泛接受,是SIM卡技術的新標準。以下是在實體尺寸的比較圖。尺寸形式-從「傳統」形式包括迷你(2FF),微型(3FF)和nano(4FF)以及單獨的嵌入式eSIM芯片(MFF2),例如Truphone eSIM

esim
圖一 實體SIM卡與eSIM體積的比較 (圖片來源 Truphone Pty Ltd.)

eSIM卡與常規SIM卡有什麼分別?

eSIM完全不需要塑料SIM卡。與標準的塑料SIM卡相比,eSIM卡的主要優點是它不會將您鎖定在任何一個網絡提供商中。eSIM卡是完全可重寫的,這意味著您可以快速輕鬆地切換網絡-類似於我們如何使用不同的WiFi網絡,具體取決於我們身在何處以及哪種網絡效果最好。

廣告

在物聯網領域,eSIM變得特別方便,因為可以使用Bootstrap技術遠程激活它。使用塑料SIM卡(與移動設備一樣),您必須將SIM卡物理插入IoT設備中。借助Bootstrap技術,對於已內置eSIM卡的IoT設備,您可以將其從包裝中取出後立即連接到世界另一端的任何網絡(如果需要)。 Bootstrap消除了為正確的設備找到正確的IoT SIM的麻煩,無論您在哪個國家/地區部署設備,Bootstrap都能為您提供最佳的第一個連接。

eSIM如何用於物聯網?

正如我們剛剛談到的那樣,eSIM是物聯網的巨大受益者,因為它簡化了實施過程,並使大規模推出物聯網設備變得更加容易。

為了說明這一點,假設您是一家為大型機械生產傳感器或跟踪器的公司,以便公司可以使用Bootstrap監視其送貨卡車,無論何時何地,您都可以連接和監視整個卡車車隊(或您)在世界上。比手動添加塑料IoT SIM卡容易得多。在這種情況下,eSIM使服務將不再次受限於主要運營商的漫遊夥伴的功能,就算漫遊夥伴可能無法在所訪問的國家/地區提供最佳覆蓋範圍或最佳網絡性能,eSIM亦可以立即被讀寫而用於當區網絡。

eSIM 安全問題

在安全標準上,安全eSIM生態系統被廣泛認為與現有傳統SIM技術一樣安全。eSIM技術不同於傳統SIM的地方是遠程SIM設置平台的新增功能。 GSMA要求提供遠程SIM供應平台服務將根據其嚴格的SAS安全要求進行認證。這樣的安全規格是無可置疑。

總結

eSIM能夠實現網絡的遠程切換的靈活性將為未來的IoT設備提供支持,對於產品設計師而言,eSIM的最大優勢在於其模塊化架構,電路及外型設計更具靈活性。

對於製造商而言,eSIM的最大優勢在於可以在整個生命週期內構建,維護和支持產品,不需再昂貴地生產多個SKU,每個SKU都是為單個運營商量身定制的。借助eSIM,製造商可以生產單個SKU,隨後可以空中對其進行個性化設置。將您的業務模式從一次性交易轉變為終身關係,並釋放新的經常性收入來源。

eSIM的步伐還是剛開始…

廣告

(歡迎轉載,請註明出處。)

Categories
學習平台

運算放大器 OP-Amp (四)

開環增益(Open-Loop Gain)

開環增益(通常稱為AVOL)是在沒有閉合反饋環路的情況下放大器的增益,因此稱為「開環」。對於精密運算放大器,該增益可以高到大約160 dB或更高,這代表是是1億倍的增益。

該增益從DC到主導極點(Dominant Pole)是平坦的。之後從那裡開始以6 dB /Octave 或20 dB /Decade 下降。(注:Octave是兩倍頻,Decade是10倍頻)。這稱為單極點響應(single-pole response)。

它會繼續以這種速度下降,直到它到達響應的另一個極點為止。第二極將使開環增益下降的速率增加一倍,即達到12 dB /倍頻程或40 dB /十倍頻程。

如果開環增益在到達第二極點之前已經降到0 dB(單位增益,unity gain)以下,則運算放大器在任何增益下都將是無條件穩定(unconditionally stable)的。在規格書上,這通常被稱為單位增益穩定(Unity Gain Stable)。

但是,如果在開環增益大於1(>0 dB)時達到第二極點,則放大器在某些情況下可能不穩定。我利用兩張圖為大家解釋可能更易明白。

圖一是「無條件穩定」的運算放大器,可見在0 dB時還在第一極點6 dB /Octave範圍。

Unity Gain Stable
圖一 「無條件穩定」的運算放大器

圖二是「可能不穩定」增益的運算放大器,可見達到第二極點12 dB /倍頻程時,開環增益還大於0dB。

Unstable
圖二 「可能不穩定」增益的運算放大器

由於這是顯而易見的「不穩定」,所以運算放大器生產商將產品推出市場時已設計成「無條件穩定」,例如texas instruments OPA820,規格書寫明「Unity Gain Stable」。但是如何驗證? 一般運算放大器的規格書都有提供開環增益頻率響應(Open-Loop Gain Frequency Response)圖,再以OPA820為例,開環增益頻率響應是這樣的-

frequency-response
圖三 開環增益頻率響應(圖片來源 TI OPA820 規格書)

這就是標準的Unity Gain Stable。

了解開環增益後,之後了解閉環增益、環路增益、信號增益和噪聲增益之間的差異說明就容易很多,而這些參數在選擇運算放大器非常重要。它們本質上是相似的,相互關聯的,但又有所不同。 我之後將詳細討論它們。

事實上,開環增益不是一個完全受到精確控制的規格。在生產上,它可以而且確實具有相對較大的範圍,並且在大多數情況下在規格中將以典型數字(typical)而不是最小/最大數字給出。 在某些情況下,通常是高精度運算放大器,其規格將是最低的。

voltage-gain
圖四 規格書上開環增益範圍(圖片來源 TI OPA820 規格書)

另外,開環增益會因輸出電壓電平和負載而變化。對溫度也有一定的依賴性。通常,這些影響程度很小,在大多數情況下可以忽略不計。 際上,這種非線性並不總是包含在該器件的數據手冊中。

(歡迎轉載,請註明出處。)

廣告
全球最多的課程選擇
130000 個線上影片課程與每個月發佈的新增內容,任您選擇
Categories
學習平台 技術文章

什麼是熱成像(Thermal Imaging)?

「眼見為憑」,但可惜人類視覺固有的局限性使我們只可在狹窄的可見光範圍內看東西。紅外線(Infrared)能量是從太陽,甚至地球上的每個物體和生物所散發出的電磁輻射(electromagnetic radiation),是人類只能使用熱像儀(thermal imaging camera, TIC)才能看到的東西。紅外線輻射恰好在750nm(納米)左右的可見光波長之外,並且屬於較長頻率範圍的一部分,緊接著的是太赫茲(terahertz),微波和無線電波。由於人類視覺「看不見」紅外線,我們需要利用工具將紅外線轉為人類「可視」影像,即是熱像儀(thermographic camera)。

Visible Spectrum
圖一 可見光頻譜(圖片來源 Seek Thermal, Inc)

從以前的大體積,如何成為細小的便攜式操作?

每個熱像儀都通過測量物體發射、透射和反射的紅外能量來進行操作。使用稱為微測輻射熱計(microbolometer)的微小釩氧化物傳感器,使現今市場上的熱像儀可以便攜式操作,而不必依靠固定的低溫冷卻器即可正常工作。

照相機對從物體發出的熱量進行表面溫度測量,然後將其作為圖像投射到屏幕上,稱為熱分析圖。儘管此功能可以識別表面的「涼爽」或「熱點」,但通常不會給用戶提供X-ray射線視力看穿牆壁的能力,哪麼說可看穿水管漏水或喉管電線過熱,如何做到?

黑體的基準發射率是「1」,並且提供了一個參考,可以根據該參考測量其他輻射度。然後利用算法功能來計算和分析物體周圍的多個紅外能量源,並構建隨後顯示在LCD屏幕上的圖像。由於在測量及分析過程中會受到外界環境影響,例如光源、濕度、反射等,將可能造成影響的「因子(factor)」演化成數學模組,經不斷的環境測試、實驗及數學計算,將得出的誤差值減到最低,這說是一價值USD100 與USD1000一部熱像儀的分別了。

廣告

與光學相機不同,熱成像儀不依賴玻璃製成的聚焦透鏡,因為它會阻擋長波紅外光。部份生產商會使用由特殊材料製成的鏡頭,例如鍺或藍寶石晶體,它們是自然物料但易碎且生產成本昂貴。硫屬化物玻璃(Chalcogenide glass)是一種更新、更便宜的材料,可以降低熱像儀進入市場並進入客戶手中的成本。 該材料是透鏡的理想選擇,因為它可以通過其表面傳輸各種電磁頻率。鏡頭焦點處的矩形光感測像素稱為焦平面陣列(Focal Plane Arrays, FPA),有助於接收紅外能量並將其聚焦到傳感器上。

顯示影像

圖像往往是單色的,或顯示錯誤的配色方案,以使溫度的任何變化都可辨別。相機芯片處理器從不同像素的顯示屏中分配每個像素來代表溫度。計算完後,然後為像素分配顏色,從而在屏幕上生成結果圖像。在熱配色方案中,通常使用較深的藍色,紫色和綠色來表示較低的溫度,而較亮的顏色(黃色,橙色,紅色)通常表示存在熱量。

圖二 熱成像照相機影像生成圖 (圖片來源Seek Thermal, Inc)

與夜視儀(Night Vision Devices,NVD)之間的區別

儘管夜視鏡熱成像儀通常都屬於「NVD」一詞的總稱,但它們的工作方式卻大不相同。

傳統的夜視鏡使用真空管(又稱圖像增強器)來增強低水平的環境光以生成可區分的圖像,並以不同的綠色陰影對其進行演色(rendering)。它們廣泛用於軍事和執法界,是監視和防止罪案發生的好幫手。

但是,獲得清晰的圖像在很大程度上取決於現有環境光的存在。在一個完全黑暗的房間裡看夜視鏡將幾乎無法提供清晰度。相比之下,熱像儀不需要光線亦可操作,並且可以在完全黑暗的環境中以及煙、霧和霾中進行掃描。

儘管NVD提供了更多的「逼真」輪廓圖像,但它們在軍事應用之外的使用仍然很少。隨著越來越多的應用,熱像儀利用其豐富多彩的,鮮明的對比從遠處照亮物體和人物,並在眾多設置中突出顯示關注的區域,這是熱像儀的成功及普及的原因及優勢。

(歡迎轉載,請註明出處。)

Categories
科技資訊

Batteries left in Space!

遺留在軌道上爆炸的廢電池加劇了太空碎片問題

歐洲航天局(ESA)警告說,在環繞地球運行時爆炸的廢棄燃料和電池是造成不斷增長的太空碎片問題的最大原因。

ESA在有關該問題的年度報告中表示,隨著繞地球軌道運行的粒子數量呈指數增長,對運轉中的衛星的威脅逐年增加。

自1957年太空時代開始以來,數噸的火箭、航天器和儀器已被發射到太空。

最初,我們好像還未有計劃在它們「生命完結」的後續處理。自那時以來,數量不斷增加,太空中的爆炸和碰撞造成了成千上萬的危險碎片碎片。

「造成當前太空碎片問題的最大因素是在軌道上爆炸,這是由航天器和火箭上剩餘的能量(燃料和電池)引起的。儘管為防止這種情況已經採取了多年的措施,但我們認為此類事件的數量並沒有減少。任務結束後處置的趨勢正在改善,但進展緩慢。」歐洲航天局空間安全計劃負責人霍爾格•克拉格(Holger Krag)解釋說。

引入了國際準則以使太空更可持續,包括設計火箭和航天器,以最大程度地減少「脫落」的數量 – 由於太空上的條件限制,火箭部份物料在發射和運行過程中會脫落。

他們還建議在使用壽命結束時對航天器進行「鈍化(passivating)」,以防止爆炸,並通過取消軌道運行或將其移到「墓地軌道(graveyard orbit)」,將任務完成的航天器移出工作軌道。

儘管如此,ESA報導了令人擔憂的趨勢,即越來越多的碎片物體。從目前的情況來看,預計碎片和工作衛星之間的碰撞將取代爆炸成為碎片的主要來源。在過去的二十年中,平均每年在太空中發生12件意外的「碎片」,而且這種趨勢正在增加。

碎片事件描述了由於碰撞、爆炸、電氣問題甚至在太空中惡劣條件下物體脫離而產生碎片的瞬間。

不過,根據歐空局的數據,僅約15%至30%的有效載荷進入太空試圖遵守旨在減輕空間碎片問題的措施。

火箭的數字令人鼓舞,本十年中,在不符合標準的低地球軌道上的火箭中,約有40%至80%試圖遵守減少碎片的措施。 其中,30%至70%成功地做到了。

經濟學家最近建議,解決圍繞地球軌道建造空間碎片問題的最有效方法是,向運營商收取每顆進入軌道的衛星的費用。

(歡迎轉載,請註明出處。)

Categories
產品介紹

Xilinx Kintex UltraScale+ FPGA KCU116 Evaluation Kit

KCU116評估套件

可編程邏輯 IC 開發工具

Xilinx的評估套件非常適合評估28 Gbps收發器的功能

製造商編號:EK-U1-KCU116-G

Xilinx的Kintex UltraScale + FPGA KCU116評估套件非常適合評估關鍵的Kintex UltraScale +功能,尤其是28 Gbps收發器性能。Kintex UltraScale +器件在FinFET節點中提供了性價比和功率之間的最佳平衡之一,為需要高端功能的應用(包括33 Gb / s收發器和100G連接內核)提供了經濟高效的解決方案。該FPGA系列非常適合數據包處理和DSP密集型功能,非常適合諸如無線MIMO技術、N x 100G有線網絡以及數據中心網絡和存儲加速等應用。

KCU116 Board
KCU116 Board (圖片來源 Xilinx Inc.)

特點

配置

  • 板載JTAG配置電路可通過USB進行配置
  • 雙Quad-SPI閃存提供2 x 1 Gb的非易失性(non-volatile)存儲

擴展連接器

  • FMC-HPC
  • 2個PMOD接頭(一公一母)

記憶

  • 1 GB 32位DDR4組件內存(兩個256 Mb x 16設備),速度為1333 MHz / 2666 Mbps
  • 64 MB(512 Mb)四路SPI閃存
  • MicroSD卡插槽

顯示

  • HDMI視頻輸出
  • 8個GPIO用戶LED

通訊和網絡

  • 4個zSFP +固定框架 (cage)
  • 4個SMA
  • UART轉USB橋接器
  • RJ45以太網連接器支持10 Mbps、100 Mbps或1000 Mbps的SGMII以太網通信
  • 符合PCIe Gen3x8和Gen4標準

控制和I / O

  • 5X方向按鈕
  • 4X DIP開關
  • PMBUS和系統控制器

時錶

  • 雙Si570時鐘芯片(用戶和GT)
  • SI5328抖動衰減精密時鐘
  • 2個SMA MGT輸入時鐘

應用領域

KCU116 Board Introduction
KCU116 Board Introduction (圖片來源 Xilinx Inc).
Categories
學習平台

運算放大器 OP-Amp (三)

擺率(Slew rate)

擺率(Slew Rate,或稱迴轉率)測量運算放大器的輸出變化的速度。 該值定義為每單位時間的電壓變化,通常以V /μS為單位。

在線路設計上,如使用了擺率不足的Op-Amp,將會導致輸出波形失真,如下圖所示。 為了避免這種失真,工作頻率必須滿足以下不等式:

圖片來源: Yves-Laurent Allaert / Wikimedia Commons / CC-BY-SA-3.0 / GFDL

紅色方波是預期的輸出,綠色波是實際的失真輸出。

舉例,峰值輸出擺幅為1V且產生1Mhz正弦波的運算放大器必須具有6.28 V / us的最小擺率。

擺率與帶寬的分別

乍看,轉換速率似乎只是運放帶寬限制的時域表現。 有人可能會認為,當我們使用正弦信號時,運算放大器會在高頻下損失增益,而當我們使用瞬態事件時,相同的基本機制會限制輸出信號的最大變化率。 但是,重要的是要認識到頻率響應和壓擺率是不同的現象,並且這兩種現象的影響在根本上是不同的。

運算放大器傳遞函數中的「極(Pole)」表演出典型的低通濾波器行為;信號幅度隨頻率增加而減小,並發生相移。 但是這些效應是線性的,因此它們不會在輸出信號中引入失真。

但是,擺率是非線性效應。 如果正弦輸入信號乘以運算放大器的增益後得出的斜率高於運算放大器的壓擺率,則輸出波形的一部分將是一條直線,而不是正弦曲線的彎曲部分。 因此,擺率可以改變信號的形狀,因此是失真的來源,而不僅僅是幅度或相位的改變。

實際擺率注意事項

工程師目前可以選擇的運算放大器種類繁多,涵蓋了很大的壓擺率範圍。 一些設備每微秒提供幾伏特甚至更低,而其他設備每微秒提供幾百伏特。 如果您要設計一個涉及瞬態信號,高振幅正弦波或數字波形的電路,請在選擇運算放大器之前快速考慮壓擺率。

如下表所示,電流消耗與壓擺率之間存在很強的關係。 如果您試圖將良好的迴轉性能納入低功耗設計中,則必須謹慎選擇組件。

圖二 對應不同擺率OP-Amp的瞬態電流的比較表