“工業 4.0”一詞源于 2011 年的漢諾威工業博覽會，意指第四次工業革命。第一次工業革命發生在大約 18世紀，與生產過程的機械化有關。第二次工業革命是指 20世紀初的制造業電氣化。

20 世紀 80 年代期間的第三次工業革命源于個人計算機技術、互聯網和信息處理技術的進步而推動的自動化和計算機化。

時下的數字革命正拉開第四次工業革命的帷幕，為不同行業提供了融入技術的新渠道。由此，制造業在向完全數字化邁進的過程中，發生了迅速變化。

數字通信是網絡化生產系統即工業 4.0 的基礎。用于監控電機、滾動軸承和齒輪箱性能及狀態的傳感器通信，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。

借助由互聯網推動的自動化系統聯網，新的商業模式現得以實現，能夠分析和處理大量數據。但是，為了充分利用工業 4.0 的優勢，必須實現完全數字化。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，Texas Instruments (TI) 已推出一系列產品組合，幫助制造商邁向工業 4.0。

Sitara 系列處理器

Sitara? AMIC110：該器件是一款支持多協議的可編程工業通信處理器，可為大多數工業以太網和現場總線通信從屬設備及部分主設備提供一套即用型解決方案。AMIC110 采用 Arm? Cortex?-A8 處理器、外設和工業接口選件（圖 1）。

圖 1：Texas Instruments 的 Sitara AMIC110 功能框圖。（圖片來源：Texas Instruments）

AMIC110 支持高級操作系統 (HLOS)。Linux 和 TI-RTOS 可從 TI 免費獲取，其他 RTOS 軟件由 TI 生態系統合作伙伴提供。該微處理器是互聯驅動器的 C2000 系列微控制器的理想配套通信芯片。

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。該器件同樣支持高級操作系統 (HLOS)。Android 和 Linux 可從 TI 免費獲取。

Sitara AM4379：AM437x 系列高性能處理器基于 Arm Cortex-A9 內核。因此，此類器件是對基于較低性能 ARM 內核的系統的升級換代，并提供更新外設，包括 LPDDR2 和 QSPI-NOR 等存儲器選件。

該系列處理器支持各種工業通信協議，如 EtherCAT、PROFIBUS、EnDat 等。其他增強功能則包括可實現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，此類器件支持高級操作系統 (HLOS)。Linux 可從 TI 免費獲取，其它 HLOS 軟件可從 TI 的設計網絡和生態系統合作伙伴處獲取。

Sitara AM5718：AM571x 處理器通過一套全集成混合處理器解決方案提供高處理性能。這些處理器還將可編程的視頻處理功能與高度集成的外設組完美融合（圖 2）。

圖 2：Texas Instruments 的 Sitara AM571x 功能框圖。（圖片來源：Texas Instruments）

可編程功能是通過具有 Neon 擴展組件的單核 ARM Cortex-A15 RISC CPU 和 TI C66x VLIW 浮點 DSP 內核實現的。借助 ARM 處理器，開發人員能夠將控制函數與在 DSP 和協處理器上編程的視覺算法分離開來，從而降低系統軟件的復雜性。

此外，TI 為 Arm 和 C66x DSP 提供了一系列完整的開發工具，其中包括 C 編譯器、用于簡化編程和調度的 DSP 匯編優化器、可查看源代碼執行情況的調試界面等。

Sitara AM571x Arm 處理器系列符合 AEC-Q100 標準。

Sitara AM5728：這些處理器不僅具有與 AM571x 處理器相同的功能，還具有加密加速功能。

66AK2G：66AK2G0x 系列提供基于 TI 經現場驗證的 Keystone II (KS2) 架構的異構多核片上系統 (SoC) 處理器。這些處理器旨在應對需要集成以下功能的應用：DSP 和 Arm 性能；用于網絡和加密功能的硬件加速；高速外設和存儲器接口；支持高級操作系統 (HLOS)。

66AK2G0x 與基于 KS2 的現有 SoC 設備類似，可以讓 DSP 和 Arm 內核控制系統中的所有存儲器和外設。此架構有助于最大限度地提高軟件靈活性，其中以 DSP 或 Arm 為中心的系統設計可以互換使用。

此外，66AK2G0x 通過在處理器核、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，顯著提高設備可靠性。基于對軟錯誤率和通電時間的全面分析，指定 66AK2G0x 零件可滿足廣泛的工業和汽車應用需求。

此外，TI 為 Arm 和 C66x DSP 提供了一系列完整的開發工具，其中包括 C 編譯器、用于簡化編程和調度的 DSP 匯編優化器、可查看源代碼執行情況的調試界面等。

超聲波感應 MSP430 微控制器

MSP430FR6047：此超聲波感應和測量 SoC 系列是針對水表和熱量計進行了優化的高度集成微控制器 (MCU)（圖 3）。這些 MCU 具有集成的超聲波感應解決方案模塊，可針對多種流速提供高精度。該模塊高度集成，需要的外部元器件極少，因而有助于實現超低功耗計量并降低系統成本。

圖 3：Texas Instruments 的 MSP430FR604x 功能框圖。（圖片來源：Texas Instruments）

MSP430FR6047 MCU 采用集成式低功耗加速器模塊，實施基于 ADC 的高速信號采集以及后續經優化的數字信號處理，為電池供電型計量應用提供了一款理想的超低功耗、高精度計量解決方案。

集成式以太網物理層 (PHY) MCU

MSP432E：SimpleLink? MSP432E401Y Arm Cortex-M4F 微控制器非常適用于需要強大的控制處理和連接功能且具有成本效益的應用。

這些 MCU 集成了大量豐富的通信功能，使高度互連的設計能夠實現功率和性能的實時控制。這些微控制器具有集成式通信外設以及其他高性能的模擬和數字功能，為開發從人機界面 (HMI) 到聯網系統管理控制器在內的許多目標應用奠定了堅實的基礎。

以太網工業接口塊

DP83822I：DP83822 是一款低功耗單端口 10/100Mbps 以太網 PHY 收發器。它提供所有所需物理層功能以支持通過標準雙絞線電纜和連接到外部光纖收發器發送和接收數據。此外，DP83822 還可通過 IEEE 802.3 標準介質無關接口 (MII)、吉比特介質無關接口 (GMII) 或簡化型吉比特介質無關接口 (RGMII) 靈活地連接到 MAC。

同時，DP83822 能夠憑借自身的快速下行鏈路時序和強制模式下的自動 MDIX 功能支持多條工業總線，并提供集成回送功能、內置自檢和電纜診斷工具。

DP83867：該器件是一款穩健耐用型低功耗全功能物理層收發器，它集成了 PMD 子層以支持 10BASE-Te、100BASE-TX 和 1000BASE-T 以太網協議。在 ESD 電路保護方面，DP83867 超過了 8kV IEC 61000-4-2（直接接觸）標準。

DP83867 可輕松實現 10/100/1000Mbps 以太網 LAN，它通過外部變壓器直接連接雙絞線介質。該器件通過 IEEE 802.3 MII、GMII 或 RGMII 標準直接與 MAC 層相連。QFP 封裝支持 MII/GMII/RGMII，而 QFN 封裝僅支持 RGMII。

帶數字隔離的 RS-485 (ISO1176T)：ISO1176T 是一款隔離式差分線路收發器，具有可為隔離變壓器提供初級電壓的集成式振蕩器輸出。ISO1176T 的接地環路已斷開，允許器件在更大的共模電壓范圍內工作，因而適用于長傳輸線路。

隔離式 CAN 收發器 (ISO1050)：ISO1050 是一款滿足 ISO11898-2 標準的電位隔離 CAN 收發器。該器件具有通過二氧化硅絕緣片隔離的輸入和輸出緩沖器，實現了高達 5,000 VRMS (ISO1050DW) 和 2,500 VRMS (ISO1050DUB) 的電隔離能力。配合隔離式電源使用時，該器件有助于防止數據總線或其它電路中的噪聲電流進入本地接地，以避免干擾或損壞敏感電路。

IO-Link 收發器 (TIOL111)：此收發器系列實現針對工業雙向點到點通信的 IO-LINK 接口（圖 4）。當收發器通過三線接口連接到 IO-Link 主機時，主機能夠發起通信并與遠程節點交換數據，而 TIOL111 則作為這種通信的完整物理層運行。

圖 4：Texas Instruments 的 TIOL111-x IO-Link 收發器典型應用圖。（圖片來源：Texas Instruments）

TIOL111 具備浪涌保護功能，能夠承受 IEC 61000-4-5 標準規定的高達 1.2 kV (500 ?) 的浪涌，并集成了反極性保護功能。

數字傳感器輸出驅動器 (TIOS101)：TIOS101 可配置為高壓側、低壓側或推挽式驅動器。這些器件能夠承受 IEC 61000-4-5 標準規定的高達 1.2 kV (500 Ω) 的浪涌電壓，而且集成了反極性保護功能。

只需通過一個簡單的引腳可編程接口，便可輕松連接到控制器電路。輸出電流限制可使用外部電阻器進行配置。

TIOS101 還提供了故障報告和針對欠壓、過流和超溫的內部防護功能。

快速、精準、安全的數據轉換器

ADS124S0x：ADS124S06 和 ADS124S08 均為高精度 24 位三角積分 (ΔΣ) 模數轉換器 (ADC)，兼具低功耗特性與多種集成功能，能夠減少小型傳感器信號測量應用中的系統成本以及元器件數。

這兩款 ADC 均配有可配置的數字濾波器，能夠在嘈雜的工業環境中提供低延遲轉換結果和 50 Hz 或 60 Hz 噪聲抑制。可編程增益放大器 (PGA) 具備低噪聲特性，并且可提供 1 到 128 的增益，能夠為電阻橋或熱電偶應用放大低點平信號。此外，這兩款器件還集成有一個低漂移 2.5 V 基準電壓，減小了印刷電路板 (PCB) 面積。最后，兩個可編程激發電流源允許實現簡單而精確的電阻溫度檢測器 (RTD) 偏置。

ADS122U04：該器件是一款 24 位精密型模數轉換器 (ADC)，通過靈活的輸入多路復用器 (MUX) 實現兩個差分輸入或四個單端輸入。ADS112U04 還具有一個集成式低噪聲可編程增益放大器 (PGA)，可提供高達 128 的增益；兩個可編程激發電流源；一個電壓基準；一個振蕩器以及一個精密溫度傳感器。

該器件能夠以高達每秒 2000 次采樣 (SPS) 的數據速率執行轉換，并且能夠在單周期內穩定。當以 20 SPS 運行時，數字濾波器能夠在嘈雜工業應用中同步 50 Hz 和 60 Hz 頻率抑制。PGA 使得 ADS122U04 非常適合用于測量小傳感器信號的應用，例如電阻溫度檢測器 (RTD)、熱電偶、熱敏電阻和阻性橋式傳感器。

DAC8775：DAC8775 是一款全集成精密型四通道 16 位數模轉換器 (DAC)，具有自適應電源管理功能，設計用于滿足工業控制應用的要求。自適應電源能夠在芯片管理電路啟用后最大程度降低其功率耗散。

DAC8775 可編程為電流輸出或電壓輸出。當編程為電流輸出時，基于連續反饋的電流輸出引腳上的電壓通過集成的降壓/升壓轉換器將電流輸出驅動器的電源電壓在 4.5 V 至 32 V 之間調節。當編程為電壓輸出時，這種電路為電壓輸出級 (±15 V) 提供可編程的電源電壓。DAC8775 還包含一個低壓差穩壓器 (LDO)，利用單電源引腳產生數字電源 (5 V)。

DAC8740H：DAC874xH 器件是與 HART?、FOUNDATION 現場總線? 和 PROFIBUS PA 兼容的低功耗調制解調器，適用于工業過程控制和工業自動化應用（圖 5）。

圖 5：Texas Instruments 的 DAC874xH 功能框圖。（圖片來源：Texas Instruments）

在 HART 模式下，DAC874xH 集成所有必需電路，以作為一個半雙工 HART 物理層調制解調器運行，支持從配置或主配置，使用最少的外部濾波元器件。在 FOUNDATION 現場總線模式下，DAC874xH 集成所有必需電路，以作為兼容 FOUNDATION 現場總線的半雙工 H1 控制器和 MAU 運行。

支持性產品：電源、時鐘和電路保護

LM5166 降壓轉換器：該器件是一款易于使用的緊湊型 3V 至 65V、超低 IQ 同步降壓轉換器，可在寬輸入電壓和負載電流范圍內提供高效率。它集成了高壓側和低壓側功率 MOSFET，在 3.3 V、5 V 恒定或可調輸出電壓下其輸出電流高達 500 mA。

LM5166 設計旨在簡化實施，同時優化目標應用的性能。脈沖頻率調制模式可確保在輕負載條件下獲得最優效率，而恒定導通時間控制模式可實現近似恒定的工作頻率。兩種控制方案均不需要回路補償，同時還能夠針對較高的降壓轉換比實現出色的線路和負載瞬態響應以及短 PWM 導通時間。

TPS7A39 LDO 穩壓器：TPS7A39 是一款是雙路、單片、高電源抑制比 (PSRR)、正負 LDO 穩壓器，支持高達 150 mA 的拉電流和灌電流。該器件的穩壓輸出可獨立調節和經外部調節為對稱或非對稱電壓，因此是進行信號調節的理想型雙路雙極性電源。

TPS7A39 的正負兩種輸出在啟動期間相互進行比例跟蹤，從而緩解雙軌系統中常見的浮動狀況和其他電源定序問題。負輸出可調節至最高 0 V，從而擴大單電源放大器的共模范圍。TPS7A39 還具有高 PSRR，消除了可能影響信號完整性的電源噪聲，例如開關噪聲。

TPS2660 電子保險絲：這些器件是緊湊型高電壓電子保險絲，具有一整套保護功能。4.2 V 至 55 V 的寬電源輸入范圍可實現對很多常用直流總線電壓的控制。器件可以承受高達 ±60 V 的正負供電電壓并保護負載免受損害。

集成的背對背 FET 提供反向阻斷電流功能，因此 TPS2660 非常適合在電源故障和欠壓條件下要求保持輸出電壓的系統。該器件還具備許多可調特性，包括過流、輸出壓擺率、過壓以及欠壓閾值，可為負載、電源和器件提供保護。TPS2660x 強大的集成式保護控制塊以及高電壓額定值有助于簡化系統設計并實現浪涌保護。

TPS82130 降壓轉換器：該器件是一款 17V 輸入、3A 降壓轉換器。經優化的 TPS82130 MicroSiP? 電源模塊兼具小尺寸和高效率優勢，集成了同步降壓轉換器和電感器，可簡化設計、減少外部元器件數量并節省 PCB 面積。這一外形扁平的緊湊型解決方案適于通過標準表面貼裝設備進行自動化裝配。

該轉換器以 2 MHz 的標稱開關頻率在 PWM 模式下工作。為了最大限度地提升效率，該器件在輕負載電流下自動進入省電模式。在省電模式下，該器件靜態工作電流的典型值為 20 μA。憑借 DCS-Control 拓撲，TPS82130 可獲得出色的負載瞬態性能和精確的輸出電壓調節。

TVS3300 浪涌保護器件：這是一款為暴露于高瞬態電壓事件的電子電路提供保護的瞬態電壓抑制器 (TVS) 器件。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，并提供調節功能，以在整個瞬態過電壓事件中保持平緩的鉗位電壓。

圖 6：此圖對比了典型 Texas Instruments 平緩鉗位器件與傳統 TVS 對 8/20 μs 浪涌事件的電壓鉗位響應。（圖片來源：Texas Instruments）

較低的鉗位電壓和低動態電阻組合可實現獨特的 TVS 保護解決方案，與傳統 TVS 二極管相比，該解決方案在浪涌事件期間能夠降低系統的電壓暴露，單向配置時降幅高達 30%，雙向配置時降幅高達 20%。該器件具有低鉗位電壓和平緩鉗位性能，這使得所選下游系統組件的最大額定電壓可比傳統 TVS 二極管更低，從而節省系統成本，減少電路板面積，并提高整體性能。

REF3425 電壓基準：這是一種低溫漂 (6 ppm/°C)、低功耗、高精度 CMOS 電壓基準，具有 ±0.05% 初始精度、低工作電流以及小于 95 μA 的功耗。此外，該電壓基準的輸出噪聲低至 5 μVP-P/V，這使得它在用于噪聲關鍵型系統和高分辨率數據轉換器時能夠保持較高的信號完整性。REF3425 采用小型 SOT-23 封裝，具有更高的規格參數并且能夠以引腳對引腳方式替代 MAX6071 和 ADR3425 器件。

HMI 顯示屏電源解決方案

TPS65150 LCD 電源：該器件是一種緊湊且小巧的電源解決方案，提供薄膜晶體管 (TFT) LCD 顯示屏所需的全部三個電壓。借助于 1.8 V 至 6 V 的輸入電壓范圍，此器件非常適合于由 2.5 V 或 3.3 V 輸入電壓軌供電的筆記本電腦，或具有 5 V 輸入電壓軌的監視器應用。此外，TPS65150 包含一個集成式高電流緩沖器，為 TFT 背板提供 VCOM 電壓。

總結

為實現工業 4.0，制造商需要最新的工業通信、控制和傳感器技術。為滿足其需求，Texas Instruments 推出一系列產品組合，幫助制造商向全數字化工廠邁進。