施耐德电气:稳健低空能源底座,点亮广阔“空中舞台”

在深圳街头,一份手机下单的炸鸡套餐“从天而降”,打开时还冒着喷香的热气;在浦江之滨,游客正搭乘轻盈的“飞的”,从空中俯瞰壮丽的江景;在燕山之郊,无人机组成的巡查分队穿梭在崇山峻岭之间,为古城墙保护提供详实的影像数据……

这些生动场景的背后,是低空经济的加速崛起。作为近两年连续被写入国务院政府工作报告的产业关键词,低空经济如雨后春笋般蓬勃发展,不断将一个个新的应用场景从蓝图变为现实。更值得关注的是,在2025年10月24日中共中央新闻发布会上,《十五五规划建议》提出打造新兴支柱产业,加快航空航天、低空经济等战略性新兴产业集群发展,这将催生数个万亿元级甚至更大规模的市场。无人机、电动垂直起降飞行器(eVTOL)等新型交通工具的普及和规模化应用,正为城市立体交通网络的形态带来一场深刻的重构。

作为一项以广阔空域为舞台的新兴产业,低空经济却并非“凭空起舞”,而是需要依托“从空中到地面”的立体运营保障体系,为不断扩展的多样化场景提供支撑。其中,服务于低空经济基础设施的能源底座,正是不可或缺的关键角色之一。

《赋能低空经济发展:构建安全、弹性、可持续的空中交通能源底座》白皮书

近期,全球能源技术的引领者施耐德电气,结合自身在能源管理领域的专业洞察和基于低空经济产业的现实需求,精心编撰了《赋能低空经济发展:构建安全、弹性、可持续的空中交通能源底座》白皮书(以下简称“《白皮书》”),深入解读了低空起降基础设施供配电系统的关键挑战,以及可供切实落地的应对之策。

分级保障,按需配置,筑牢能源稳健底座

低空起降基础设施面临的首要供电挑战,是如何确保其安全稳定。对于这类需要连续可靠运行的“空地枢纽”,无论是电网稳定性不足,还是被动应对故障导致的运营中断,都会直接影响飞行器的正常起降、充电与调度,并损害其长期商业价值。

这一挑战来源于多重因素,例如,不同低空起降场站的地理位置、供电负荷、服务频次及功能有很大差异,现有供配电方案难以直接复用;再如,一些场站位于偏远地域,电网不稳导致场站在暴雨、台风等极端天气下极易出现断电风险,而传统配电系统又难以实时监测多负载用电状态,无法快速定位和排除故障,使得运营成本居高不下。

为应对这些挑战,构建适配低空经济规模化发展的配电保障体系势在必行。《白皮书》遵循“分级保障、按需配置”的理念,提出了低空起降场的三级分级体系。

与此同时,低空基础设施配电场景设计围绕无人飞行器的充电需求展开,核心逻辑是通过电力容量评估和运营规模预测,实现变压器容量与实际需求的精准匹配,并有效平衡固定充电、移动充电与内置充电的适配性,以避免出现“核心负荷断电风险高、普通负荷过度投入”的资源错配。

此外,针对低空基础设施面临的雷击、电气火灾、消防设备供电中断等风险,除了部署必要的监测、监控系统外,还应将安全监控数据接入统一平台,实现告警推送和各灾备子系统的有效联动,从而缩短响应时间。

数字赋能,弹性抗扰,提升电网适配能力

作为物流、载客、中继服务等场景的空中交通枢纽,保障低空起降场站的弹性运营同样至关重要。其中最典型的挑战在于,配电基础设施能否承载大量无人机瞬时快充产生的“负载浪潮”。

和电动汽车充电桩对电网造成的冲击类似,无人机高频次、集中起降而产生的瞬时快速充电需求,极易使配电线路和变压器过载。作为新兴的基础设施,起降场站在微电网规划设计、设备部署及与现有供电体系衔接方面缺乏成熟方案,短期内难以借助微电网储能系统进行有效调节。

对此,《白皮书》有针对性地提出了一系列解决方案,包括升级基础设施、应用分布式能源以及提升电网韧性等,以显著消解电网的负面影响。

升级基础设施的核心,是将变压器与线路作为升级的主要对象。除了选取具备高耐冲击性与低损耗特性的变压器,以延缓设备升级改造周期。另外,还可以在升级前,借助施耐德电气的能源顾问平台(EMA)模拟不同升级方案下的电压、电流变化,为“按需升级”提供精准数据支撑。为避免升级后潜在的电压恶化问题,还可以配套增设智能电压调节器(DVR)等辅助措施,保障电网电压处于安全范围。

应用分布式能源的核心,在于利用短续航、高功率的储能设施,有效平抑飞行器充电产生的负荷尖峰,并搭配光伏应用进一步优化经济性。为实现更多成本节约,宜结合场站屋顶面积和当地电价特性灵活配置,挖掘光储协同的效益潜能。

提升电网韧性的核心,则在于应对突发断电的持续供电能力,可以通过自备电源与储能的组合实现 “双重保障”。在这方面,施耐德电气EcoStruxure 微网控制器可实现“自备电源+储能”的协同控制:当电网突发断电时,该控制器不仅能在毫秒级内切换至微网模式,优先满足即时充电需求并及时补能,还可以结合实时监测和历史数据预测断电风险,帮助业主以合理投资实现弹性运营。

绿色合规,低碳运营,铸就可持续发展之翼

在“双碳”目标持续推进的今天,低空经济基础设施的环境友好性与运营合规性,已成为行业可持续发展的核心议题。促进低空经济与生态环境的协同发展,需着眼于降低全生命周期内的碳足迹,并致力于提升能源利用效率及安全合规水平。

对此,《白皮书》从绿色产品应用,数字化运维、能源与可持续指标的量化等不同维度,探讨了推动低空经济绿色可持续发展的一系列可行之道。

借助绿色产品应用,可提升低空起降设施供配电系统的可持续性。施耐德电气正积极使用空气来替代六氟化硫(一度广泛用作绝缘的高温室效应气体),为低空场站的设备选型提供了更环保的选择。

在数字化运维方面,施耐德电气的电力综合运营管理平台(EEO)不仅可以整合环境及设备运行数据,动态调整设备参数,以规避极端环境对设备产生效率影响,还能够结合智能传感技术,实现设备维护的预判化与远程化,避免故障和非计划停机产生的额外碳排放。不仅如此,这一数字化运营平台还能助力实现配电数字化,通过数据分析、能耗统计、故障排查等功能,实现能源管理的有效优化。另外,依托创新的充电网络优化技术,可以充分利用充电柜与储能系统的联动实现“削峰填谷”,乃至使起降场站成为向电网反馈电能的“产消者”,从而进一步提升能源利用效率,减少整体碳排放。

与此同时,低空经济基础设施的可持续发展指标还需聚焦“从建设到运营”全生命周期的环境影响,通过对能源消耗率、温室气体排放、水资源利用率、废弃物、土地和生物多样性以及噪声影响等量化指标的考量,确保数据可采集、可对比、可优化。

稳健的供配电系统,是支撑低空经济规模化运营的关键底座。我们期待,伴随着市场需求和商业模式的不断扩展,低空经济基础设施能够在规模化发展的同时,通过构建和实施分级保障体系、应用弹性运行技术以及推行绿色可持续举措,实现经济效益与环境效益的协同增长。

以玻璃为媒,与改革同频:肖特玻璃从产业链“隐形”处引爆创新

上海,2025年11月3日 —— 国际领先的特种材料制造商德国肖特集团(SCHOTT AG)将于11月5日至10日连续第八次参加中国国际进口博览会(上海国家会展中心,3号馆技术装备展区 3C3-04展位)。肖特也是连续两届受邀参加新材料专区展览的企业。

进博八年来,肖特一直在默默地为各个展区的创新产品提供材料科学的支持。在今年的展台上,肖特将用一个个孕育和守护创新之火的“灯塔罩”呈现最新的产品技术,展现肖特作为特种玻璃领域的“隐形冠军”,如何用材料科学串联起各个进博会场上的科技创新。观众也将有机会在展台上看到肖特集团与我国改革开放同行的珍贵历史影像,感受中德合作如何将技术发展推向新高。

此次肖特进博会的首展产品有:中国首展——芯片世界的“透明基石”天然石英玻璃,助力半导体产业突破摩尔定律的瓶颈;进博首展——用于汽车电子安全防护的玻璃密封技术,在中国打造集团内部规模最大的汽车安全密封产品生产基地;进博首展——用于太空光伏的超薄柔性光伏电池盖板玻璃,用头发丝一般薄的身躯精准阻挡宇宙中的有害辐射,为发光伏性能保驾护航。

进博八年,“隐形”展品孕育创新之火

虽然灯塔罩自身不发光,但却是光芒得以远播的关键,正如肖特的“隐形产品”为各领域带来不容忽视的价值。肖特集团副总裁、肖特全球市场与传播负责人罗杰表示:“进博会的独特之处在于,我们极少有机会能在一场展会中如此淋漓尽致地展现肖特‘隐形冠军’的特质。我们的材料可能是医疗器械展区中某台机器的光学部件,或者是某种药品的包装材料;可能是技术装备展区中某款芯片的原材料之一;也可能是消费电子展区某台设备中的人脸识别传感器,或是某款灶台上的显示台面。可以说,肖特的特种材料是连接进博会上不同创新领域的一条暗线,这也印证了进博会是一场开放、多元、不断进化的全球性盛会。正因如此,进博会在中国已经成为肖特在集团层面参加的最重要的展会。”

今年,肖特又将串联起汽车展区,重点展示应用于汽车电子安全防护的玻璃密封技术。这些产品个头虽小,却是飞速发展的电动汽车行业中的“隐形英雄”,蕴含着巨大价值。比如在电车系统中,为了降低电池风险,电动汽车内部的气囊数量更多、布局更为复杂,每年有数以亿计的安全气囊电极塞在守护行驶安全。肖特电子封装事业部凭借可靠的玻璃-金属密封技术,成为了主导全球安全气囊电极塞市场的“安全密码”。

为了强化本地供应链并支持中国汽车行业创新,肖特电子封装事业部于2025年6月在苏州正式开启新产线,全力打造集团内部规模最大的汽车安全密封产品生产基地,毗邻肖特中国研发中心形成创新产业集群效应。新产线重点生产用于安全气囊及新能源汽车的关键密封部件。

一块玻璃,无处不在。观众不仅能在肖特的展台上看到肖特的产品,只要仔细观察,就能在生活的方方面面都瞥见肖特的身影:

一辆新能源汽车中可能有30多个零部件都使用了肖特的特种材料,包括各种保障行车安全的汽车电池和电子气密封装、赋能自动驾驶的激光雷达传感器、营造车内氛围的光纤内饰等;

全球范围内,平均每分钟有超过2.5万次药剂注射通过肖特生产的医药包装提供给患者,全球前30大制药公司均采用肖特的医药包装解决方案;

一台智能手机里可能隐藏着多达十几个肖特玻璃元器件,包括各种光学部件、传感器、镜头玻璃、盖板玻璃等。

肖特中国区总经理陈巍打趣道:“用现在的流行语来说——你可能没有听说过肖特,但是你极大概率在某时某刻使用过肖特玻璃。我们甘为灯塔的玻璃灯罩,确保光芒稳定、可靠地照亮前路。‘隐形’不是距离,而是我们与中国市场深度绑定、共同成长的独特姿态。

“进博溢出效应:从“指尖”走向“星际”

得益于进博会的溢出效应,肖特的产品正从消费市场走向前沿领域的高端应用。比如,源于中国市场的消费需求与肖特中德两国专家合作创新的超薄柔性玻璃(Ultra-Thin Glass, UTG)正在从“指尖”走向“星际”。从2020年初登进博会舞台开始,这块比头发丝还要薄的SCHOTT UTG®就成为了肖特展台的明星展品,如今已作为OPPO、vivo等国产手机品牌的折叠盖板玻璃出现在无数消费者的口袋中,真正实现了进博会“展品变商品”的初衷。

今年,肖特将进一步拓展其应用领域,首展适用于太空光伏电池盖板的超薄柔性玻璃。在全球清洁能源持续拓展的当下,该产品既能满足太空任务的严苛要求,也适配地面光伏系统的规模化应用。它能精准阻挡中短波紫外线、高能粒子等有害辐射,抵御恶劣环境与长期日晒老化,同时可最大化提升太阳能吸收效率,为发电性能保驾护航。

除了空间上的突破,肖特也在引领芯片算力的突破,不仅再次带来广受关注的半导体玻璃封装解决方案,还将在本次进博会首展芯片世界的“透明基石”——天然石英玻璃。石英玻璃在芯片制造领域具有难以撼动的重要地位,是微芯片制造的关键材料,可耐上千度的高温且具有绝佳的化学纯度、惰性和电绝缘性。基于特种材料的肖特半导体封装解决方案,可满足人工智能、高性能计算和自主系统对应用性能、集成度和能效的极高要求,突破摩尔定律下的算力瓶颈。

另一项借助进博会获得了更多发展机遇的产品是肖特增强现实(AR)光学晶圆。去年,肖特的AR晶圆在进博会上首展并迅速火爆,今年进一步被中国市场领先的可穿戴设备企业所认可,并已经作为上市产品与消费者见面。2025年,随着越来越多可穿戴设备的发布,AR眼镜开始真正走向大众市场。肖特的高折射率光学玻璃及其专利产品 SCHOTT RealView®系列玻璃晶圆,使智能眼镜不仅具备高清画质与宽广视角,而且外型轻巧美观,大幅提升用户体验。同时,肖特亦开发出适用于 AR 的反射式波导技术,并在2025年成为首个实现量产能力的企业,将这一快速发展的技术推向消费市场。

同时,源于星际的肖特赛兰®零膨胀微晶玻璃灶具面板将通过两款崭新的产品走入千家万户——CERAN® matte line哑光面板和CERAN Luminoir® TFT触控面板。两款新品分别从美学和智能化的角度出发,针对不同的市场需求引领现代厨电的设计与功能趋势,为消费者、家电制造商和设计师提供新的灵感。

守护公众健康,坚定可持续发展,“隐形”材料塑造有形未来

作为肖特进博会展台的老朋友,肖特玻管事业部今年带来了可持续发展领域的最新进展。肖特一直致力于推广可持续的玻璃制造技术,其中一项重要的灯塔项目是在德国巴伐利亚州打造一座100%绿电驱动的低碳药用玻璃熔炉,并将玻璃熔炼过程中的温室气体排放减少80%。该熔炉计划于2027年正式点火,用于制药行业的特种玻璃材料,预计可使产品碳排放降低50%。依据肖特集团的技术蓝图,这是在肖特工厂内逐步实现全面可持续化技术的重要一步。

除了用于生产高品质预灌封注射器、卡式瓶、西林瓶及安瓿瓶的菲奥来®Pro药用中性硼硅玻管及菲奥来®B10药用中性硼硅棕色玻管,肖特玻管事业部也将首次带来技术玻管的产品。肖特集团技术玻管事业部市场与商务副总裁谢彼德邀请观众参与一项互动:“我想借此向前来参观的观众发起一项挑战。今年,肖特的技术玻管事业部将首次参展进博会,你能发现我们的‘隐形’展品藏在哪里么?”

在医药包装领域,肖特带来了全球首款无硅油预灌封注射器syriQ BioPure®,可大幅降低硅油敏感型药物与容器发生相互作用的风险,帮助医药企业加快注册登记流程,快速进入市场。适用于深冷药物的SCHOTT TOPPAC® freeze聚合物预灌封注射器也迎来了技术突破。该款产品是市场上首款能在深冷低温条件下确保珍贵的细胞与基因疗法安全储存的产品,最低耐受温度从去年发布的耐-100°C 到今年实现-180°C的突破。

上一财年中,肖特集团的营收达28亿欧元。得益于天文航天、半导体、医药健康和新能源汽车等领域的发展,肖特在中国市场的营收达约24.2亿元人民币,剔除汇率因素后实现了3%的持续增长。

智能制造中,如何为物理AI挑选传感器?

智能制造是数字技术与传统制造流程深度融合的体现。其中的核心是物理人工智能 (AI),它将 AI 算法引入物理系统,例如机械臂、自动引导车辆 (AGV) 和计算机数控 (CNC) 机床。物理系统要能有效运行,离不开来自物理环境的实时数据,而传感器的作用正在于此。

工业传感器扮演着“眼睛和耳朵”的角色,在现代制造和自动化领域中已成为不可或缺的基石,从基础的测量设备蜕变为能够全方位监测离散自动化与过程自动化的精密系统。当与 AI(视觉 AI、声学 AI 或物理 AI)相结合时,工业传感器让物理系统具备了自学习能力,进而助推制造效率、安全性的提升,并促进数字孪生技术和数据分析的应用。本文将深入探讨各类传感器及其应用。

洞悉工业传感器及其工作原理

工业传感器是感知和处理各种物理参数的器件,如距离、压力、温度、流量、液位、运动、速度、加速度等。它们收集的数据,对于监测和控制制造流程而言,可谓举足轻重。收集到的数据随后会通过数字/模拟输入输出 (I/O) 及通信模块发送到可编程逻辑控制器 (PLC) 或 CNC。

在典型的工业传感器中,主要组件(见图 1)包括传感元件、电压基准源、运算放大器 (OpAmp)、模数转换器 (ADC)、处理器、接口和电源管理模块。传感元件负责测量物理参数,并将其转化为电压、电流、电阻等电信号。

工业传感器充当着 AI 与物理世界之间的接口,恰如人体中的神经系统。当数字世界需要与物理环境进行交互时,离不开模拟和混合信号传感器。下一代工业自动化系统不仅在信息技术 (IT) 云端融入 AI 能力,还将 AI 嵌入到部署在现场的操作技术 (OT) 器件中。换言之,AI 算法将应用于边缘端的传感器或可编程逻辑控制器 (PLC)/机器人中,以实现快速决策。 在此,我们将重点探讨工业自动化中所使用的传感器。

传感器类型

图像(视觉)传感器:

图像传感器借助摄像头拍摄在制产品的图像和视频,以此判断产品的有无、方位及精度,是质量控制与检测环节中不可或缺的器件。图像传感器凭借单个装置即可实现对产品多个点位的检测,为机器视觉提供有力支撑。安森美 (onsemi)的图像传感器和短波红外摄像头兼具低功耗和出色的图像质量,具备高动态范围和低光性能,助力系统在各类智能工厂场景中均发挥出理想效能。

位置和扭矩传感器:

尽管霍尔效应传感器、力传感器和光学传感器已应用于电机位置控制,但考虑到磁体、精密电阻等感应元件及光学编码器复杂的制造工艺,整体方案的成本实则居高不下。

如今,一种新趋势逐渐兴起:在运动控制和机器人技术相关应用中开始采用电感式位置传感器,以带绕组的印刷电路板 (PCB) 作为感应元件,并搭配模拟前端 (AFE) 和控制器。NCS32100和 NCV77320两款产品相较传统位置传感器具有专门优势,包括但不限于耐温性强、机械结构简化、抗污染能力出色等。

超声波传感器:

超声波传感器借助超声波来测量距离,非常适合检测透明物体(不同于光学传感器),且不受灰尘和污垢的影响。安森美的 NCV75215是一款性能出色的接近传感器,检测距离为 25 厘米至 4.5 米。在自主移动机器人中,超声波传感器用于导航和避障;在过程自动化应用中,可对流体进行流量与液位检测;而在成品质量检验中,可用于识别缺陷与裂纹。

光电传感器:

光电传感器借助光线实现物体检测,分为对射式、反射式和漫反射式三种类型,各自具备不同的特性和应用场景。光电传感器以非接触检测、适用几乎所有材料、支持长距离视距检测为显著优势,主要采用红外与激光技术。安森美的 QR1113是一款性能优良的反射式传感器,940 纳米红外发射器与配套的硅光电晶体管并排封装,提供表面贴装和通孔两种封装形式。

接近传感器:

接近传感器基于电磁感应原理,可在无物理接触的情况下检测金属物体,且对灰尘、油污等环境因素具有极强的耐受能力。若需检测非金属物体,则以超声波和光电技术为优选方案。

压力传感器:

压力传感器应用于气动、液压或洁净室环境中,用于维持理想运行状态并对偏差发出警报。它们通常以应变片或力敏电阻为核心,采用惠斯通 (Wheatstone) 电桥结构来抵消误差,通过微小电压变化实现压力测量。

温度传感器:

温度传感器用于监控和调节温度,应用范围覆盖食品加工、机械运行等多个行业。常用类型包括热电偶、电阻温度检测器 (RTD) 及半导体温度传感器,例如安森美的 ADM1023。

环境传感器:

气体传感器、化学传感器等环境传感器,用于在需要保持警惕的环境中监控特定的有毒或易燃气体,常常集成在安全系统中。例如,NCV76124雨量和光线传感器最初为汽车应用设计,可通过光电二极管发射并测量反射光,进而识别环境中的颗粒物。再如,用于连续血糖监测 (CGM) 的 CEM102 电化学传感器模拟前端与 RSL15 蓝牙 5.2 微控制器配合使用时,能在极低的系统功耗下实现对化学电流微小变化的测量。

传感器的主要考量因素

为智能制造中的物理 AI 系统挑选适配传感器时,需重点关注以下五大因素:

应用所需的精度与速度:传感器必须满足特定AI 任务对精度和速度的要求,例如实时质量检测、预测性维护、机器人控制等任务。

数据质量与可靠性:传感器会随着时间推移生成海量数据,而AI 可对海量数据进行分析以挖掘其中的规律。能够持续提供可靠数据的传感器,对于训练和运行 AI 模型至关重要,可为整个制造生态系统中的敏捷决策奠定坚实基础。

互操作性与集成:传感器应当能与现有制造系统无缝集成,并支持标准的现场总线和通信协议。换言之,新型 AI 传感器必须具备小型化特性且能够实现互操作。

网络安全与数据隐私:随着联网传感器数量增多,网络威胁风险也在增高,对OT 和IT 安全的要求愈发严苛。确保边缘数据传输的安全至关重要,尤其是当 AI 系统依赖传感器提供的敏感操作数据进行决策时。为此,可采用具备自校准和冗余功能的传感器,用于检测和隔离威胁。

可持续性与能效:在为物理AI 系统扩充传感器数量时,操作人员仍需将功耗控制在预算范围内,而具有低工作电流的传感器在系统扩展性方面具备显著优势。

综上,工业传感器是物理 AI 系统的基本构成要素,使物理 AI 系统能够在边缘与云端对真实世界进行感知、理解和交互。随着 AI 的不断演进,传感器技术的进步将成为充分释放 AI 潜力的关键,助力智能制造领域开发出更智能且适应性更强的系统。安森美在智能传感技术领域具有优势,凭借丰富的传感器产品组合与深厚的应用专业知识,正走在助力客户向工业 5.0 转型的前列。

 

如何选择通用运算放大器、零漂移放大器、电流检测放大器?

在低功耗传感器接口、高速数据采集、精密仪器等各类应用领域中,所选放大器的性能将显著影响系统维持信号完整性与整体表现的能力。鉴于市面上放大器的类型与架构繁多,明确如何为特定应用选择适配的放大器,是保障设计成功的关键。

挑战:使用通用放大器来兼顾多功能性和成本效益

设计人员常面临的一项挑战是:如何找到兼具足够灵活性与成本效益的元件,以满足各类信号调理任务需求,特别是当超高精度并非核心要求时。这种场景常见于基础信号调理电路、各类汽车子系统及电池供电器件中。

为解决这一挑战,通用运算放大器(简称“运放”)应运而生:它们兼具可靠性能与低功耗特性,因此在以灵活性、成本效益为优先考量的项目中,成为理想之选。例如,基于 PMOS 工艺的 LM358便是典型代表,这类成熟的双极型器件已在行业中应用数十年,展现出持久的应用价值;而 NCS20072作为一款 CMOS 通用放大器,提供多种紧凑型封装形式供选择。

挑战:利用零漂移放大器攻克准确度和稳定性难题

在即使细微误差亦能引发严重后果的应用场景中,设计人员面临一项关键挑战:需要在宽温度范围和长工作周期内,维持极高的精度与稳定性。这一点在医疗设备、工业仪器、物联网 (IoT) 应用及电机控制反馈系统等领域尤为重要。

为满足这些严苛需求,专用放大器提供了针对性解决方案。

零漂移放大器

放大器的一项核心挑战是,失调电压会因温度变化和器件老化而产生固有漂移。零漂移架构(如 NCS21911等器件所采用的架构)经过专门设计,可抵消这种漂移,无论环境如何波动,都能保持精度与长期稳定性。

这类放大器通常集成了轨到轨输入/输出能力、低静态电流等特性,进一步提升了高要求应用场景下的精度与能效。此外,出色的共模抑制比(CMRR) 是关键性能指标:它能有效抑制无用的共模噪声,这在与模数转换器(ADC) 连接以实现高质量数据采集时不可或缺。例如,NCS21911在 4V 电压下的典型 CMRR 可达 130dB。

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挑战:解决动态供电系统中的精准电流监测问题

在电源管理、电池供电系统(如智能手机、笔记本电脑、电动汽车)及汽车安全诊断等各类应用中,精准电流监测面临一系列独特挑战。设计人员需要的解决方案要能满足:在宽共模电压范围内精确测量电流,同时最大限度降低功耗与物料单 (BOM) 成本。

电流检测放大器正是为应对这些挑战而专门研发的器件:

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宽共模电压范围

一大关键难题是上桥配置中的电流测量,其中的分流电阻并非以地为参考点。这就要求放大器需具备处理大共模输入电压的能力:部分型号的共模电压上限可达 40V,而像 NCS7031 或 NCV7031(汽车级)和 NCS7041 或 NCV7041(汽车级)等型号,共模电压上限甚至可达到 80V。这种能力对上桥和下桥电流检测意义重大:既为设计提供灵活性,又能在上桥应用中实现负载短路检测。

高准确度与低偏移

电流测量的精确度至关重要。这类放大器通常具备极低的失调电压(例如,Treo 平台及零漂移架构的放大器,其最大失调电压仅为 ±12 µV),即便分流电阻两端的电压降极小,也能确保测量结果准确。这种设计选择既能最大限度降低分流电阻的功率损耗,又能保证测量的完整性。

集成化与成本效益

缩减电路板空间、降低 BOM 成本始终是设计优化的核心方向。部分电流检测放大器解决方案会集成增益设定电阻,既能简化设计,也能减少外部元器件的使用数量。例如,NCS214R和 NCS(V)2167x等器件便具备此特性。此外,这些器件还支持单向或双向电流检测,是电池充电器等存在电流反向流动的应用不可或缺的功能。

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挑战:借助先进放大器特性突破通用设计限制

除了满足特定放大器类型的需求外,电子设计领域还普遍存在多项共性挑战,而最新的放大器解决方案凭借关键特性,为解决这些难题提供了有效的技术思路:

在恶劣环境下保持可靠性

许多应用(尤其是汽车领域,如先进驾驶辅助系统 (ADAS)、电机控制及电池管理系统)对元器件的要求极为严苛,需能承受极端温度(Treo 平台即将推出的部分器件,耐受温度上限可达 150°C)与复杂电气环境。获得车规级认证(如 AEC-Q100 标准认证、具备 PPAP 提交能力)是核心前提,唯有如此才能确保 NCV210R和 NCV333等元器件满足此类高可靠性需求。

能效

在便携式设备、物联网及工业系统中,延长电池续航、降低功耗是核心诉求,这就要求放大器具备超低静态电流。例如,运算放大器的静态电流有时需低至数十微安(µA),比较器甚至需低至纳安(nA) 级别,例如Treo 平台的器件,每通道静态电流仅315 nA。这种极低的功耗表现,需在不影响性能的前提下实现。

空间优化

微型化是现代电子设备的一贯需求。放大器解决方案提供紧凑型封装选项,例如 Treo 平台所采用的芯片级封装 (CSP) 与微型无引脚四方扁平封装 (uQFN),能帮助设计人员大幅缩减电路板空间,这对于智能手机、可穿戴电子设备等应用而言非常重要。

快速响应与控制

在电机控制、功率调节这类动态系统中,快速信号处理能力起着关键作用。Treo 平台即将推出的比较器具备 40 ns 的快速传播延迟与快速瞬态响应能力,可实现精准、及时的控制,对保障系统稳定性与性能起着关键作用。

让放大器功能与应用需求精准匹配

为电子设计选择合适的放大器,恰似在复杂的建筑工程中为特定工序挑选适配的工具:正如专用工具能让工匠精准、高效地完成精细或高难度的操作,不同架构的放大器也具备经过专门设计的特有性能,可针对性地解决电子电路中的各类特殊挑战。

无论是需要广泛的通用性、在波动环境中实现极高精度,还是在电源系统中进行精准电流监测,只要明确具体的设计挑战,工程师就能充分利用最新的放大器产品组合(如基于先进 Treo 平台打造的放大器系列)的专用特性,将电子设计构想转化为现实。

从集中处理迈向本地智能,Arm助力物联网AI创新加速前进

10 月 30 日,Arm Unlocked 2025 AI 技术峰会深圳站圆满落幕。面对持续增长的人工智能 (AI) 算力需求,Arm 正持续推进“平台优先”战略,在高性能、高能效及高可扩展性的底层计算架构基础上,携手产业各方共建从云到端的 AI 计算平台。

业界普遍认为,下一波AI创新正从云端“下沉”至边缘。从我们身边的智能手表、AI助手,到工厂的智能摄像头、家庭的服务机器人,一场端侧智能的变革已悄然开启。市场数据同样印证了这一趋势。SHD Group《边缘 AI 市场分析报告》指出,到 2030 年,基于边缘 AI 的系统级芯片 (SoC) 市场营收规模将达到 800 亿至 1,000 亿美元;另据 VDC Research 的报告,到 2028 年,AI 将成为物联网 (IoT) 各类项目中应用占比最高的主导性技术。

为加速边缘 AI 的发展,Arm于今年年初推出了全球首个基于 ArmÒ v9 架构的边缘 AI 计算平台,以 Arm CortexÒ-A320 CPU 和 Arm EthosÔ-U85 NPU 为核心,专为物联网应用优化,支持运行超 10 亿参数的端侧 AI 模型。该 Armv9 边缘 AI 计算平台也将纳入 Arm 技术授权订阅模式中的 Arm Flexible Access 方案,助力初创企业与 OEM 厂商加速下一代智能边缘设备的研发进程。截至目前,Arm Flexible Access 方案已拥有 300 余家活跃成员,其中,中国企业超过 70 家,全球累计实现超 400 次成功流片,持续为整个生态系统注入快速创新动力。

Arm 的生态伙伴正从不同领域推动边缘智能的落地。Alif Semiconductor 作为首家使用 Arm Ethos-U85 NPU 的芯片供应商,正在推动 Arm Ethos-U 系列在新兴边缘 AI 应用场景中的持续部署。研华科技以高性能边缘计算设备与预训练 AI 模型,加速工业 AI 的产品化进程。银河边缘科技与舆芯半导体展示了 Cortex-M85 与 Ethos-U65 为边缘侧 AI 在智能家电中的创新赋能。普渡科技则依托 Arm 架构,在服务与清洁机器人领域实现商业化突破。随着边缘计算与智能算法的深度融合,AI 正从云端走向边缘,为物联网注入更智能的计算动力。

目前,全球已有超过 2200 万名开发者活跃在 Arm 平台上,覆盖手机、笔记本、汽车及云数据中心等广泛领域。为持续赋能开发者的 AI 创新潜力,Arm 一方面在技术与开发工具上推陈出新,以图形与系统优化为例,Arm ASR 超分技术与神经技术将通过 Arm GPU,实现移动图形的效能与创新;另一方面,Arm 与生态伙伴紧密合作,为开发者打造便利、无缝的开发环境。以端侧 AI 为例,KleidiAI 软件库已与主流边缘 AI 框架集成,为开发者无缝衔接底层硬件性能,打造端侧或边缘 AI 创新的性能根基;与微软共同在 WoA 的性能调优,从 x86 向 AArch64 的平滑迁移工具链的建构与技术推广等,为开发者提供全栈式知识与工具平台。

在 AI 全面从云端走向边缘的关键阶段,Arm 不仅展示了其作为“AI 计算基石”的技术布局,也凸显出强大的生态凝聚力。通过“平台优先”战略,Arm 正与全球伙伴携手构建云、边、端一体化的智能基础架构。通过将 Armv9 计算平台加入 Arm Flexible Access 方案,Arm 降低了物联网创新的进入门槛,从而助力更高效的产品开发。这一举措不仅能够强化 Arm 在边缘 AI 生态中的核心地位,也为整个产业链的协同发展注入持续动能。

未来,随着更多设备接入智能网络,Arm将继续引领这一变革,推动AI技术真正融入日常生活,实现从云端到指尖的无缝智能体验。让我们共同期待,看Arm如何携手全球开发者与合作伙伴,共同开启万物智联的新时代!