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 ) 在市場上廣受好評，在此基礎(chǔ)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)品專為工業(yè)測量與控制應(yīng)用打造，旨在提供卓越的精度與靈活性。

NAFE3 AIO系列憑借其專為智能工廠打造的先進功能，有效應(yīng)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 工廠自動化 應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案的長期承諾與投入。

賦能機器學(xué)習(xí)驅(qū)動的工業(yè)自動化

在這些系統(tǒng)中，主控制器通過嵌入式或遠程I/O模塊接收傳感器輸入，并向執(zhí)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(zhǔn)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(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。

靈活且經(jīng)濟高效的設(shè)計

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

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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(yīng)用提供支持

精準(zhǔn)測量與控制，源于設(shè)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工業(yè)應(yīng)用中實現(xiàn)精準(zhǔn)的信號處理，確保高精度數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測與控制。

NAFE33352器件集成了一個模擬輸入/輸出 (AIO) 和兩個模擬輸入。未來，NAFE3系列還將推出包含1個AIO的版本和包含1個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(tǒng)架構(gòu)，其緊湊的6mm × 6mm封裝內(nèi)包含一個精密的18位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、一個24位模數(shù)轉(zhuǎn)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和布線錯誤情況，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)框圖

NAFE3系列助力打造高速、高精度且極為精準(zhǔn)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(jié)合高分辨率、單調(diào)性、快速穩(wěn)定時間和低噪聲，構(gòu)建出色的功能集，可滿足下一代高精度模擬環(huán)路控制系統(tǒng)的嚴(yán)苛要求。

用于預(yù)測性維護的診斷功能

NAFE33352系列集成了先進的診斷電路，用于輸入與輸出級。輸出級具備內(nèi)置診斷與保護電路，可檢測開路與短路。輸入級具有先進的診斷電路，可實現(xiàn)異常檢測，助力預(yù)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的停機時間，確保其運營可靠性，從而大幅提升生產(chǎn)效率。

NAFE33352為多種應(yīng)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)稱重系統(tǒng)應(yīng)用。

NAFE33352采用2:1的輸入輸出組合，并支持在共享終端上進行軟件配置。此外，NAFE33352還集成了用于功能安全實現(xiàn)的診斷功能，是多功能PLC應(yīng)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(tǒng)。此外，NAFE33352支持工業(yè)稱重和負(fù)載傳感器應(yīng)用，提供高達25mA的激勵電流或12.5V的激勵電壓。同時，AC激勵技術(shù)有效消除偏移，進一步提升精度。

NAFE33352適用于多功能PLC應(yīng)用，如切片I/O模塊和遠程I/O

加速可配置AIO模塊的設(shè)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(xiàn)了模擬輸入/輸出模塊的完整系統(tǒng)設(shè)計。通過使用現(xiàn)成的LPC54S018 MCUXpresso SDK驅(qū)動程序和評估專用的GUI工具，該解決方案能夠顯著加速系統(tǒng)設(shè)計流程。

作為一款符合EMC標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)過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(shè)計。它集成了經(jīng)過驗證的電源電路，可提供NAFE的電壓源 (±15V，3.3V)，同時配備數(shù)字隔離器，有效保護MCU免受各類模擬信號的干擾，此外，還配有開關(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(shè)計經(jīng)過全面測試，確保卓越的準(zhǔn)確性和精度，用戶校準(zhǔn)后，輸入精度可達±0.005%，輸出精度達±0.0025%，同時具備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/輸出模塊的開發(fā)

KITNAFE33352-EVB解決方案配備了圖形用戶界面 (GUI)，讓用戶能夠輕松配置NAFE33352并運行多種應(yīng)用程序，包括稱重傳感器、電壓測量、電流感測和RTD (溫度傳感) 等，以實現(xiàn)其它的快速評估。GUI能通過配置參數(shù)加速各類傳感器的評估和試驗過程，從而優(yōu)化性能。

KITNAFE33352-EVB解決方案具有圖形用戶界面，允許用戶配置NAFE33352并運行多個應(yīng)用程序

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

NAFE33352的評估能力即將通過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開發(fā)板實現(xiàn)即插即用的兼容性。用戶可借助恩智浦 應(yīng)用代碼中心 提供的示例代碼，快速實現(xiàn)電壓、電流及溫度測量 (RTD與熱電偶)，有效縮短開發(fā)周期。

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

總結(jié)與展望

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

工程師可使用KITNAFE33352-EVB (現(xiàn)已上市) 或即將推出的NAFE33352-UIOM來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展。

本文作者

Madhura Tapse于2023年加入恩智浦半導(dǎo)體，擔(dān)任產(chǎn)品營銷經(jīng)理，專注于為工業(yè)4.0和工業(yè)自動化應(yīng)用開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。在加入恩智浦之前，她曾在Maxim Integrated (現(xiàn)為Analog Devices) 和Cypress Semiconductors擔(dān)任應(yīng)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，并在孟買印度理工學(xué)院獲得了生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位。