工業4.0”一詞源于2011年的漢諾威工業博覽會，是對第四次工業革命的參考。第一次工業革命，大約18 個世紀，關聯與制造過程的機械化。第二次工業革命是指在20月初制造電氣化個世紀。
80年代的第三次工業革命源于個人電腦技術，互聯網和信息處理技術的進步，并得到了自動化和計算機化的支持。
正在進行的數字革命正在迎來第四次工業革命，它提供了不同行業可以嵌入技術的新渠道。其結果是制造業在向完全數字化邁進時發生了迅速變化。
數字通信是工業4.0網絡化生產系統的基礎。監控電機，滾動軸承和齒輪箱的性能和狀態的傳感器進行通訊有助于優化機器和系統的使用壽命，減少停機時間并提高生產力。
通過互聯網自動化系統的網絡現在允許有能力分析和處理大量數據的新商業模式。但是，為了充分利用工業4.0的優勢，必須實現全面的數字化。為此，制造商將需要最新的工業通信，控制和傳感器技術。為了滿足這些需求，德州儀器（TI）將一系列產品組合在一起，這些產品可幫助制造商實現工業4.0。

來自Sitara家族的處理器

所述的Sitara? AMIC110：這個裝置是一個多協議可編程工業通信處理器能夠提供準備使用的大多數工業以太網和現場總線通信的從站的解決方案，具有一定的主人一起。AMIC110基于Arm?Cortex?-A8處理器，外設和工業接口選件（圖1）。

圖1：德州儀器的Sitara AMIC110功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
AMIC110支持高級操作系統（HLOS）。TI可免費提供Linux和TI-RTOS，而其他RTOS軟件可從TI生態系統合作伙伴處獲得。該微處理器與C2000 連接驅動器的微控制器系列配合使用，可以充當互補的通信芯片。
Sitara AM3357： Sitara AM335x微處理器基于Arm Cortex-A8處理器，支持EtherCAT和PROFIBUS等工業接口選件，并且增強了圖像和圖形處理功能。這些器件還支持TI提供的Android和Linux免費HLOS。
Sitara AM4379： AM437x系列處理器性能卓越，基于Arm Cortex-A9內核。因此，除了提供更新的外設（包括LPDDR2和QSPI-NOR等存儲器選件）之外，這些器件還提供基于性能較低的Arm內核的系統升級。
處理器支持工業通信協議，如EtherCAT，PROFIBUS，EnDat等。還有其他增強功能，包括用于豐富圖形用戶界面的3D圖形加速功能，以及用于確定性實時處理的協處理器。此外，這些器件支持HLOS，可從TI免費獲得Linux，而其他HLOS軟件則可從TI的設計網絡和生態系統合作伙伴處獲得。
Sitara AM5718： AM571x器件通過完全集成的混合處理器解決方案提供高處理性能。這些處理器還將高度集成的外設與可編程視頻處理相結合（圖2）。

圖2：德州儀器的Sitara AM571x功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
可編程性由TI C66x VLIW浮點DSP內核以及帶有Neon擴展的單核Arm Cortex-A15 RISC CPU提供。Arm處理器允許開發人員將控制功能與DSP和協處理器上編程的視覺算法分開，從而降低系統軟件的復雜性。
此外，TI還為Arm和C66x DSP提供了一套完整的開發工具。這些工具包括C編譯器，一個簡化編程和調度的DSP匯編優化器，以及一個用于源代碼執行可見性的調試接口。
Sitara AM571x Arm處理器系列符合AEC-Q100標準。
Sitara AM5728：這些處理器具有與AM571x設備相同的功能，但也具有加密加速功能。
該66AK2G：該66AK2G0x系列提供了異構多核片上系統芯片（SoC）基于TI業經驗證的梯形II（KS2）架構的器件。這些器件旨在解決需要DSP和ARM性能的應用，同時集成用于網絡和加密功能，高速外設和存儲器接口以及HLOS支持的硬件加速。
與現有的基于KS2的SoC器件類似，66AK2G0x可使DSP和Arm內核掌握系統中的所有內存和外設。這種架構的使用有助于最大限度地提高軟件的靈活性，無論是DSP還是以ARM為中心的系統設計都可以互換使用。
此外，66AK2G0x通過在處理器內核，共享存儲器，模塊中的嵌入式存儲器和外部存儲器接口中廣泛實施糾錯碼，可顯著提高器件可靠性。基于全面分析軟錯誤率和開機時間，指定的66AK2G0x器件符合各種工業和汽車要求。
此外，TI還為Arm和C66x DSP提供了一套完整的開發工具。這些工具包括C編譯器，用于簡化編程和調度的DSP匯編優化器，以及用于源代碼執行可視性的調試接口。

超聲波傳感MSP430微控制器

所述MSP430FR6047：本系列超聲波傳感和測量系統單芯片是高度集成的微控制器（MCU），用于水和熱米優化（圖3）。這些MCU通過集成的超聲波傳感解決方案模塊為各種流速提供高精度。該模塊由于最大限度的集成，只需要很少的外部元件，有助于實現超低功耗計量和降低系統成本。

圖3：德州儀器MSP430FR604x的功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
MSP430FR6047 MCU實現基于高速ADC的信號采集，然后使用集成的低能加速器模塊優化數字信號處理。這就為電池供電計量應用優化了高精度，超低功耗計量解決方案。

集成的以太網PHY MCU

該MSP432E：該SimpleLink?MSP432E401Y的ARM Cortex-M4F微控制器適用于需要與顯著控制處理連接功能的高性價比應用。
這些MCU集成了各種通信功能，使高度連接的設計能夠實現功率和性能的實時控制。借助集成的通信外設以及其他高性能模擬和數字功能，這些設備為從人機界面（HMI）到聯網系統管理控制器的應用提供了堅實的基礎。

以太網工業接口模塊

所述DP83822I：這種低功率單端口10/100 Mbps以太網PHY提供了所有用于接收和發送在兩個標準雙絞線電纜數據所需和連接到外部光纖收發器中的物理層功能。此外，該設備還提供了通過IEEE 802.3標準媒體獨立接口（MII），千兆位媒體獨立接口（GMII）或簡化GMII（RGMII）連接MAC的靈活性。
此外，DP83822還支持多條工業總線，其快速鏈接時序以及強制模式下的Auto-MDIX，并提供集成環回功能，內置自測和電纜診斷工具。
該DP83867：該設備是一款低功耗，強大的，功能齊全的物理層收發器。它具有集成的PMD子層以支持10BASE-Te，100BASE-TX和1000BASE-T以太網協議。關于電路保護的ESD，DP83867超過了8 kV IEC 61000-4-2（直接接觸）標準。
設計用于輕松實現10/100/1000 Mbps以太網LAN，DP83867通過外部變壓器直接連接到雙絞線介質。直接連接到MAC層是通過IEEE 802.3 MII，GMII或RGMII標準完成的。QFP軟件包支持MII / GMII / RGMII，而QFN軟件包僅支持RGMII。
帶有數字隔離的RS-485（ISO1176T： ISO1176T是一款隔離差分線路收發器，該器件具有集成的振蕩器輸出，用于為隔離變壓器提供初級電壓，由于接地環路斷開，允許器件以更大共模電壓范圍，ISO1176T非常適合長距離傳輸線路。
隔離式CAN收發器（ISO1050）： ISO1050是一款符合ISO11898-2標準規范的電流隔離式CAN收發器。邏輯輸入緩沖器和輸出緩沖器通過氧化硅絕緣層隔離，為ISO1050DW 提供高達5,000 V RMS的電流隔離，為ISO1050DUB提供2,500 V RMS的電流隔離。當與隔離電源結合使用時，該設備將防止數據總線或其他電路上的噪聲電流進入本地，并干擾或損壞敏感電路。
IO-Link收發器（TIOL111）：該收發器系列實現用于工業雙向點對點通信的IO-Link接口（圖4）。當通過3線接口連接到IO-Link主機時，主機可以啟動通信并與遠程節點交換數據，而TIOL111則充當通信的完整物理層。

圖4：德州儀器TIOL111-x IO-Link收發器的典型應用圖。（圖片來源：德州儀器）
這些器件具有浪涌保護功能，能夠承受高達每IEC IEC 61000-4-5標準的1.2 kV（500Ω）浪涌。TIOL111還具有集成反極性保護功能。
數字傳感器輸出驅動器（TIOS101）： TIOS101器件可配置為高端，低端或推挽式驅動器。這些器件能夠承受每個IEC 61000-4-5標準高達1.2 kV（500Ω）的電壓浪涌，并具有集成反極性保護功能。
通過一個簡單的引腳可編程接口便于與控制器電路接口，而輸出電流限制可通過使用外部電阻進行配置。
提供欠壓，過流和過熱內部保護功能以及故障報告。

數據轉換器可實現快速，精確和安全

所述ADS124S0x：所述ADS124S06和ADS124S08是精密，24位，Δ-Σ（ΔΣ），模擬-數字轉換器（ADC）。這些器件具有低功耗和許多集成特性，可降低小信號傳感器測量應用中的系統成本和元件數量。
這些ADC具有50Hz或60Hz抑制功能，適用于嘈雜的工業環境，以及可配置的數字濾波器，可提供低延遲轉換結果。對于電阻電橋或熱電偶應用，低噪聲可編程增益放大器（PGA）可提供范圍從1到128的增益，以放大低電平信號。此外，這些器件通過集成低漂移2.5 V基準電壓來減少印刷電路板（PCB）面積。最后，兩個可編程激勵電流源允許簡單精確的電阻溫度檢測器（RTD）偏置。
所述ADS122U04：該裝置是一種精密，24位，ADC，具有兩個差分或通過柔性輸入多路復用器MUX四個單端輸入。ADS112U04還具有集成低噪聲，可編程增益放大器（PGA），可提供高達128的增益，兩個可編程激勵電流源，一個電壓參考，一個振蕩器和一個精密溫度傳感器。
這部分能夠以高達每秒2000個樣本（SPS）的數據速率進行轉換，并具有單周期穩定性。當工作在20 SPS時，數字濾波器可為噪聲較大的工業應用同時提供50 Hz和60 Hz抑制。PGA使得ADS122U04非常適合涉及測量小型傳感器信號的應用，例如RTD，熱電偶，熱敏電阻和電阻式橋式傳感器。
該DAC8775：該DAC8775是專為滿足工業控制應用的需求。該器件是一款完全集成的四通道精密16位數模轉換器（DAC），具有自適應電源管理功能。自適應功耗在啟用時可最大限度地降低芯片管理電路的功耗。
DAC8775可以編程為電流或電壓輸出設備。當編程為電流輸出時，電流輸出驅動器上的電源電壓基于通過集成降壓/升壓轉換器持續反饋電流輸出引腳上的電壓，在4.5 V至32 V之間調節。當編程為電壓輸出時，該電路為電壓輸出級（±15 V）生成可編程電源電壓。DAC8775還包含一個低壓差（LDO），可從單個電源引腳產生數字電源（5 V）。
所述DAC8740H：所述DAC874xH設備HART?，基金會現場總線?和PROFIBUS PA兼容低功率調制解調器設計用于工業過程控制和工業自動化應用（圖5）。

圖5：德州儀器DAC874xH的功能框圖。（圖片來源：德州儀器）
在HART模式下，DAC874xH集成了所有必需的電路，以半雙工HART物理層調制解調器的形式工作，無論是從屬還是主配置，只需最少的外部濾波元件。基金會現場總線模式中的DAC874xH集成了所有必需的電路，以作為半雙工基金會現場總線兼容的H1控制器和MAU運行。

配套產品：電源，時鐘和電路保護

的LM5166降壓轉換器：這個裝置是一個緊湊的，容易使用的，3 V 65 V，超低我Q同步降壓轉換器。它在寬輸入電壓和負載電流范圍內具有高效率。集成的高端和低端功率MOSFET允許在3.3 V，5 V固定輸出電壓或可調輸出的情況下提供高達500 mA的輸出電流。
LM5166旨在簡化實施，同時提供優化目標應用性能的選項。為獲得最佳輕負載效率，選擇脈沖頻率調制模式，而恒定導通時間控制模式選擇幾乎恒定的工作頻率。兩種控制方案都不需要環路補償來提供出色的線路和負載瞬態響應，并且需要較短的PWM導通時間以實現較大的降壓轉換比。
該TPS7A39 LDO穩壓器：該TPS7A39是一款雙通道，單片式，高PSRR（電源抑制比），正，負LDO穩壓器。該器件能夠供應并吸收高達150 mA的電流。調節輸出可以獨立和外部調節為對稱或非對稱電壓。這使該器件成為信號調理的理想雙路雙極電源。
TPS7A39輸出，正反兩方面，在啟動過程中按比例跟蹤對方。這有助于緩解雙軌系統中常見的浮動情況和其他電源排序問題。負輸出具有被調節到0 V的能力，擴大了單電源放大器的共模范圍。TPS7A39還具有較高的PSRR，有助于消除電源噪聲（如電源開關噪聲），從而危及信號完整性。
該TPS2660的eFuse：這些小型設備是具有保護功能的全套高壓eFuses。由于4.2 V至55 V的寬電源輸入范圍，因此可以控制許多常用的直流母線電壓。該器件可承受并保護負載免受高達±60 V的正負電源電壓的影響。
由于集成式背靠背FET提供反向電流阻斷功能，因此TPS2660適用于在電源故障和欠壓情況下具有輸出電壓保持要求的系統。包括過流，輸出擺率和過壓在內的可調功能，欠壓閾值提供負載，電源和器件保護。集成的，強大的保護控制模塊以及TPS2660x的高額定電壓有助于簡化浪涌保護系統設計。
的TPS82130降壓轉換器：這個裝置是一個17 V輸入，3的降壓轉換器。TPS82130 MicroSiP?電源模塊針對小型解決方案尺寸和高效率進行了優化，集成了同步降壓轉換器和電感器，以簡化設計，減少外部元件并節省PCB面積。小巧緊湊的解決方案適用于通過標準表面貼裝設備進行自動化組裝。
該轉換器在PWM模式下工作，標稱開關頻率為2 MHz。它在輕負載電流下自動進入省電模式操作，以最大限度地提高效率。該器件在節能模式下的典型靜態電流為20μA。TPS82130采用DCS控制拓撲實現精確的輸出電壓調節和出色的負載瞬態性能。
的TVS3300電涌保護器：這是一個瞬態電壓抑制器（TVS）裝置，其用于暴露于高瞬態電壓事件的電子電路提供保護。與傳統的TVS二極管不同，TVS3300精密鉗位器可在較低的擊穿電壓下觸發，并提供調節以在整個瞬態過電壓事件中保持平坦的鉗位電壓。

圖6：該圖比較了典型德州儀器平板鉗位器件與傳統TVS相比，電壓鉗位響應與8/20μs浪涌事件的對比。（圖片來源：德州儀器）
較低的鉗位電壓和較低的動態電阻的組合允許一種獨特的TVS保護解決方案，與傳統TVS二極管相比，它能夠在浪涌事件期間降低系統的電壓暴露，單向配置時可降低多達30％在雙向配置中高達20％。較低的鉗位電壓和平坦的鉗位性能允許選擇最低額定電壓額定值低于傳統TVS二極管的下游系統組件。這樣可以節省系統成本，減少電路板面積，并提高整體性能。
所述REF3425電壓參考：這是一個低溫度漂移（6ppm的/℃），低功耗，高精密CMOS基準電壓源，具有±0.05％的初始精度，并具有小于95個微安的功耗低的工作電流。REF3425還具有非常低的5μVP -P / V輸出噪聲，可通過高分辨率數據轉換器和噪聲關鍵系統保持高信號完整性。采用小型SOT-23封裝，REF3425為MAX6071和ADR3425器件提供增強的規范和引腳至引腳替換。

HMI顯示電源解決方案

該TPS65150 LCD電源：該設備是一個緊湊和小型電源解決方案，提供了由薄膜晶體管（TFT）LCD顯示器所需的所有三個電壓。1.8 V至6 V的輸入電壓范圍使該器件適用于由2.5 V或3.3 V輸入電源供電的筆記本電腦，或適用于采用5 V輸入電壓軌的監視器應用。此外，TPS65150器件還包含一個集成的高電流緩沖器，為TFT背板提供VCOM電壓。

結論

為了幫助制造商實現工業4.0，他們需要最新的工業通信，控制和傳感器技術。德州儀器通過整合一系列產品來幫助制造商實現全廠數字化，從而滿足這些需求。