一文讀懂：恩智浦新一代可配置模擬前端，如何重塑工業(yè)自動(dòng)化？

恩智浦的工業(yè)4.0軟件可配置模擬輸入系列 ( NAFE1和NAFE7系列 ) 在市場(chǎng)上廣受好評，在此基礎上，又推出了其下一代模擬輸入/輸出 (AIO) 系列的首款產(chǎn)品NAFE33352。該產(chǎn)品專(zhuān)為工業(yè)測量與控制應用打造，旨在提供卓越的精度與靈活性。

NAFE3 AIO系列憑借其專(zhuān)為智能工廠(chǎng)打造的先進(jìn)功能，有效應對關(guān)鍵的工業(yè)4.0發(fā)展趨勢。這彰顯了恩智浦對于面向 工廠(chǎng)自動(dòng)化 應用的系統解決方案的長(cháng)期承諾與投入。

賦能機器學(xué)習驅動(dòng)的工業(yè)自動(dòng)化

在這些系統中，主控制器通過(guò)嵌入式或遠程I/O模塊接收傳感器輸入，并向執行器提供輸出。

NAFE333352 憑借高采樣率 (輸入為576kSPS，輸出為200kSPS)，以及卓越的精度與準確度 (輸入為24位，±0.005%誤差，輸出為18位，±0.0025%誤差)，成為需要快速、準確地處理數據的機器學(xué)習工業(yè)應用的理想選擇。

靈活且經(jīng)濟高效的設計

NAFE33352采用高集成度、靈活的軟件可配置架構，可降低產(chǎn)品尺寸和成本，同時(shí)大幅提升研發(fā)和制造效率。其輸入與輸出均可通過(guò)軟件進(jìn)行數字化配置，無(wú)需人工干預，支持快速調整。憑借這一優(yōu)勢，NAFE3系列能夠有效應對工業(yè)4.0的重要挑戰——如何讓工廠(chǎng)快速、高效地適應不斷變化的市場(chǎng)需求。

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NAFE33352軟件可配置模擬輸入/輸出前端為工業(yè)4.0應用提供支持

精準測量與控制，源于設計

作為AIO系列的首款產(chǎn)品，NAFE33352具備卓越的輸入與輸出靈活性，支持±12.5V電壓輸入/輸出和±25mA電流輸入/輸出范圍。其寬泛的輸入范圍可在各類(lèi)工業(yè)應用中實(shí)現精準的信號處理，確保高精度數據采集、監測與控制。

NAFE33352器件集成了一個(gè)模擬輸入/輸出 (AIO) 和兩個(gè)模擬輸入。未來(lái)，NAFE3系列還將推出包含1個(gè)AIO的版本和包含1個(gè)AO的型號，并保持引腳對引腳和固件兼容。

NAFE33352采用高集成度、創(chuàng )新的系統架構，其緊湊的6mm × 6mm封裝內包含一個(gè)精密的18位數模轉換器 (DAC)、一個(gè)24位模數轉換器 (ADC)、低漂移參考電壓、低偏置漂移緩沖器以及高壓高精度放大器，帶70V輸入保護電路，適用于EMC和布線(xiàn)錯誤情況，實(shí)現了真正的軟件可配置的通用模擬輸入/輸出。該系列還將推出帶有較低分辨率16/14位DAC及16位ADC的型號。

NAFE33352模擬前端結構框圖

NAFE3系列助力打造高速、高精度且極為精準的模擬控制環(huán)路。其14/16/18位DAC、16/24位ADC以及高性能放大器，結合高分辨率、單調性、快速穩定時(shí)間和低噪聲，構建出色的功能集，可滿(mǎn)足下一代高精度模擬環(huán)路控制系統的嚴苛要求。

用于預測性維護的診斷功能

NAFE33352系列集成了先進(jìn)的診斷電路，用于輸入與輸出級。輸出級具備內置診斷與保護電路，可檢測開(kāi)路與短路。輸入級具有先進(jìn)的診斷電路，可實(shí)現異常檢測，助力預測性維護與功能安全。

這些強大的診斷功能能夠盡量減少智能工廠(chǎng)的停機時(shí)間，確保其運營(yíng)可靠性，從而大幅提升生產(chǎn)效率。

NAFE33352為多種應用賦能

NAFE3系列集成了關(guān)鍵功能，適用于可編程邏輯控制器 (PLC)、遠程I/O、溫度測量及工業(yè)稱(chēng)重系統應用。

NAFE33352采用2:1的輸入輸出組合，并支持在共享終端上進(jìn)行軟件配置。此外，NAFE33352還集成了用于功能安全實(shí)現的診斷功能，是多功能PLC應用的優(yōu)選方案，包括切片I/O模塊和遠程I/O。

該器件的高精度、低漂移DAC參考源適用于單通道或多通道隔離式溫度測量系統。此外，NAFE33352支持工業(yè)稱(chēng)重和負載傳感器應用，提供高達25mA的激勵電流或12.5V的激勵電壓。同時(shí)，AC激勵技術(shù)有效消除偏移，進(jìn)一步提升精度。

NAFE33352適用于多功能PLC應用，如切片I/O模塊和遠程I/O

加速可配置AIO模塊的設計

KITNAFE33352-EVB用于快速評估恩智浦的模擬前端NAFE33352。該解決方案獨具特色，展現了模擬輸入/輸出模塊的完整系統設計。通過(guò)使用現成的LPC54S018 MCUXpresso SDK驅動(dòng)程序和評估專(zhuān)用的GUI工具，該解決方案能夠顯著(zhù)加速系統設計流程。

作為一款符合EMC標準并經(jīng)過(guò)全面測試的硬件解決方案，它能夠幫助工程師快速采用這一設計。它集成了經(jīng)過(guò)驗證的電源電路，可提供NAFE的電壓源 (±15V，3.3V)，同時(shí)配備數字隔離器，有效保護MCU免受各類(lèi)模擬信號的干擾，此外，還配有開(kāi)關(guān)，以充分發(fā)揮NAFE33352的軟件可配置性。所有必要的信號均已路由至接頭，可直接連接至LPC54S018 EVB。

該設計經(jīng)過(guò)全面測試，確保卓越的準確性和精度，用戶(hù)校準后，輸入精度可達±0.005%，輸出精度達±0.0025%，同時(shí)具備24位輸入分辨率和18位輸出分辨率。

KITNAFE33352-EVB評估套件幫助您加速全軟件可配置模擬輸入/輸出模塊的開(kāi)發(fā)

KITNAFE33352-EVB解決方案配備了圖形用戶(hù)界面 (GUI)，讓用戶(hù)能夠輕松配置NAFE33352并運行多種應用程序，包括稱(chēng)重傳感器、電壓測量、電流感測和RTD (溫度傳感) 等，以實(shí)現其它的快速評估。GUI能通過(guò)配置參數加速各類(lèi)傳感器的評估和試驗過(guò)程，從而優(yōu)化性能。

KITNAFE33352-EVB解決方案具有圖形用戶(hù)界面，允許用戶(hù)配置NAFE33352并運行多個(gè)應用程序

總體而言，完整的KITNAFE33352-EVB解決方案將顯著(zhù)加速完全軟件可配置模擬輸入/輸出模塊的硬件和軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

NAFE33352的評估能力即將通過(guò)NAFE33352-UIOM得到擴展。NAFE33352-UIOM是一款軟件可配置的輸入/輸出AFE Arduino Shield擴展板，支持快速評估，并與恩智浦的FRDM-MCX開(kāi)發(fā)板實(shí)現即插即用的兼容性。用戶(hù)可借助恩智浦 應用代碼中心 提供的示例代碼，快速實(shí)現電壓、電流及溫度測量 (RTD與熱電偶)，有效縮短開(kāi)發(fā)周期。

長(cháng)期供貨對于工業(yè)應用至關(guān)重要，NAFE33352和NAFE3系列器件將包含在 恩智浦產(chǎn)品長(cháng)期供貨計劃 中。

總結與展望

NAFE33352 作為模擬前端產(chǎn)品組合的新成員現已量產(chǎn)。AIO-AFE適用于PLC、流程控制、I/O模塊及稱(chēng)重應用。

工程師可使用KITNAFE33352-EVB (現已上市) 或即將推出的NAFE33352-UIOM來(lái)評估恩智浦的模擬輸入/輸出前端系列。其中，NAFE33352-UIOM作為恩智浦 FRDM開(kāi)發(fā)平臺 的組成部分，與恩智浦微控制器兼容。敬請關(guān)注這些創(chuàng )新解決方案的最新進(jìn)展。

本文作者

Madhura Tapse于2023年加入恩智浦半導體，擔任產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，專(zhuān)注于為工業(yè)4.0和工業(yè)自動(dòng)化應用開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。在加入恩智浦之前，她曾在Maxim Integrated (現為Analog Devices) 和Cypress Semiconductors擔任應用工程師。她畢業(yè)于浦那大學(xué)，獲得了電氣工程學(xué)士學(xué)位，并在孟買(mǎi)印度理工學(xué)院獲得了生物醫學(xué)工程碩士學(xué)位。