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在国内的众多自媒体上，一直在说当前国内职场发生的各种现象，还有各种剪不断理还乱的“职场梗”，有人将其归结为过度内卷，也有乘机制造焦虑的文章，更有AI将替代人类职业的各种所谓的“名人说”（传言）。但我一直在思考的是，这些现象的背后到底代表了什么？是因为全球疫情造成的供应链断裂影响了大产业发展，还是真的因为网传的现代职场太卷了？ 为此我查阅了不少资料，包括：为什么35岁是个很难跨过去的“槛”？为什么AI那么容易造成职场恐慌？最终我在上个月，动手翻译了一篇海外观点文章，内容说的是全球人口下降造成的一系列职场问题，以及有哪些解决策略。说不上一定很有用，但比较有利于看清职场现实。 我想，一旦看清楚了混乱现象背后的逻辑，我们也就不会有过多焦虑和迷茫了吧！感兴趣的可以移步我翻译的这篇文章： 《未来职场，如何应对人口下降的挑战》 。或许它对正在从事技术工作的你没有任何启发，但也或许会有那么一点点启发和新视角。 总之，随缘吧，分享译文网址： https://mp.weixin.qq.com/s/vQzjep7Z3q3pRkUGnblh0g -------- 本文首发于【牛言喵语】公众号，由 姚晶磊 翻译（非原创）。 公众号【牛言喵语】，主张并推动跨界思维与职场经验，欢迎关注！

如何为新一代可持续应用设计电机编码器 从定速电机转向提供位置和电流反馈的变速电机，不仅可以实现工艺改进，还能节省大量能源。本文介绍了电机编码器（位置和速度）、器件类型和技术以及应用案例。此外还解答了一些关键问题，例如对特定系统最重要的编码器性能指标有哪些。本文将探讨编码器应用中电子器件的未来发展趋势，包括设备健康监测和智能型长期稳健的检测。最后，本文解释了为什么完整的信号链设计是实现新一代电机编码器设计的基础。 电机编码器性能指标、趋势和电子器件 阅读本文后，您应该能够回答以下关键问题： ● 什么是编码器，它如何提高逆变器和 电机驱动 系统的性能？ ● 哪些编码器性能指标对特定系统最重要？阅读本文后，您将了解如何使编码器的分辨率、精度和可重复性规格与电机和机器人系统规格相匹配。 ● 编码器常用的电子元件有哪些，未来的发展趋势是什么？阅读本文后，您将了解设备健康监测、边缘智能、稳定可靠的检测和高速连接如何支持未来的编码器设计。 闭环电机控制反馈系统 在过去的几十年里，从传统的并网电机向逆变器驱动电机的过渡一直在稳步、持续地进行。这是工业旋转设备的重大转型，通过提高电机和终端设备的使用效率，不仅实现了工艺改进，还能节省大量能源。变速驱动器和伺服驱动系统提高了电机控制性能，从而可以改善要求严苛应用的质量和同步功能。如图1所示，功率级使用了功率逆变器、高性能位置检测以及电流/电压闭环反馈，因此电机性能和效率得以提高。 将变频电压施加于逆变器采用脉冲宽度调制的电机，可以实现对电机的开环速度控制。在稳态或缓慢变化的动态条件下，这将相当有效，并且较低性能应用中的许多电机驱动器采用开环速度控制，而不需要编码器。但是，这种方法有几个缺点： ● 由于没有反馈，速度精度很有限 ● 由于无法优化电流控制，电机效率很低 ● 必须严格限制瞬态响应，以免电机丧失同步 图1.闭环电机控制反馈系统 什么是位置编码器？ 编码器通过跟踪旋转轴的速度和位置来提供闭环反馈信号。光学和磁编码器技术使用非常广泛，如图2所示。在通用伺服驱动器中，编码器用于测量轴位置，从中可推导出驱动器转速。机器人和离散控制系统需要准确且可重复的轴位置。光学编码器由带有精细光刻槽的玻璃圆盘组成。当光穿过圆盘或从圆盘反射时， 光电二极管 传感器 检测光的变化。光电二极管的模拟输出经过放大和数字化处理后，通过有线电缆发送到逆变器控制器。磁编码器由安装在电机轴上的磁体和磁场传感器组成，传感器提供正弦和余弦模拟输出，输出经过放大和数字化处理。光学和磁传感器信号链类似，如图2所示。 电机编码器类型、技术和性能指标 单圈绝对值编码器在通电后会返回机械或电气360°范围内的绝对位置信号。电机轴的位置可以立即读取。多圈绝对值编码器不仅具有绝对位置功能，而且能提供360°圈数计数。相比之下，增量编码器提供相对于旋转起点的位置。增量编码器提供一个索引脉冲来指示0°，并提供一个单脉冲来计数圈数，或提供一个双脉冲来提供方向信息。 图2.(a) 光学编码器，(b) 磁编码器 编码器的分辨率是指电机轴旋转360°时可以区分的位置数量。通常，最高分辨率的编码器使用光学技术，而中高分辨率的编码器使用磁或 光学传感器 。中低分辨率编码器使用旋变器（旋转变压器）或霍尔传感器。光学或磁编码器使用高分辨率信号调理。大多数光学编码器是增量式的。编码器可重复性是一项关键性能指标，用于衡量编码器返回到同一指令位置的一致性。这对于重复性任务至关重要，例如在PCB制造过程中，放置半导体所用的机器人或贴片机须具有良好的可重复性。 图3.编码器类型 表1.编码器关键性能指标 电机编码器精度和可重复性的重要性 贴片机/机器人是食品包装和半导体制造行业中常用的自动化机器。为了提高工艺效率，需要具有高精度和可重复性的机器或机器人。使用高性能电机编码器可实现高精度、可重复性和高效率。 图4展示了机器人中的编码器应用案例。电机通过精密减速变速箱驱动机器臂中的每个关节。机器人关节角度通过电机上安装的精密轴角编码器(θ m )和机器臂上安装的附加编码器(θ j )来测量。 对于机器人，数据手册上列出的主要性能规格是可重复性，其数量级通常在亚毫米级。在了解可重复性规格和机器人的作用范围之后，就可以推断旋转编码器的规格。 图4.电机编码器(θm)和关节编码器(θj)的角度可重复性，以及机器人作用范围(L) 关节编码器所需的角度可重复性(θ)可从三角函数得出：机器人可重复性除以作用范围的反正切。 多个关节结合起来可实现机器人的整体作用范围。传感器应具有比目标角度精度更高的性能。必须改善每个关节的可重复性规格，这里假设改进10倍。对于电机编码器，可重复性由齿轮比(G)定义。 例如，对于表2所示的机器人系统，关节编码器需要20位到22位的可重复性规格，而电机编码器需要14位到16位的分辨率。 表2.编码器可重复性和机器人可重复性规格 电机编码器技术的未来发展趋势 图5说明了编码器的未来发展趋势和实现这些趋势的技术。 图5.编码器发展趋势和实现这些趋势的技术 Rockwell 1 关于伺服驱动器、编码器和编码器通信端口的研究表明，用于反馈通信的收发器每年增长20%。支持通过两条线（IEEE 802.3dg标准100BASE-T1L） 1 进行100 Mbps通信的单对以太网(SPE)收发器目前正在研究中，未来的编码器驱动接口将受益于低延迟，目标性能为≤1.5 µs。这种低延迟将支持更快的反馈数据采集和更短的控制环路响应时间。 对机器人和旋转机器（例如涡轮机、风扇、泵和电机）实施的状态监控会记录与机器的健康和性能相关的实时数据，以便针对性地实施预测维护和优化控制。在机器生命周期的早期进行针对性的预测维护，可以减少生产停机的风险，从而提高可靠性、显著节约成本和提高工厂的生产率。将MEMS加速度计放置在编码器中可提供机器的振动反馈，这适合质量控制至关重要的应用。将MEMS加速度计添加到编码器中会很方便，因为编码器具有现成的布线、通信和电源，可以向控制器提供振动反馈。在数控(CNC)机床等一些应用中，从编码器发送到伺服器的MEMS振动数据可用于实时优化系统性能。 使用CbM并结合稳健且寿命更长的位置传感器，可以延长工业资产的使用寿命。磁传感器产生指示周围磁场角位置的模拟输出，可以代替光学编码器。磁编码器可用于湿度较高、污垢严重和灰尘较大的区域。这些恶劣的环境会影响光学解决方案的性能和使用寿命。 对于机器人和其他应用，必须始终清楚机械系统的位置，哪怕在断电的情况下也要明确知晓。标准机器人、协作机器人和其他自动化装配设备在运行过程中突然断电后，需要重新归位并初始化电源，这些停机时间会带来一定的相关成本并导致效率低下。由ADI公司开发的磁性多圈存储器 2 不需要外部电源也能记录外部磁场的旋转次数，因而可以减小系统尺寸并降低成本。 对于机器人和协作机器人，电机编码器和关节编码器通常需要16位至18位ADC性能，在某些情况下需要22位ADC。有些光学绝对位置编码器也需要高达24位分辨率的高性能ADC。 电机编码器信号链 图6、图7、图8和图9展示了磁性（各向异性磁阻(AMR)和霍尔技术）、光学和旋变编码器的编码器信号链。主要元件分为五大类： 1. 使用磁传感器（AMR、霍尔）跟踪轴位置和速度 2. 设备健康状况监测 a. MEMS传感器 b. 温度传感器 3. 智能 a. 带/不带集成ADC的 微控制器 b. 旋变数字 转换器 (RDC) 4. 电缆接口 a. 高速RS-485/RS-422收发器 b. SPI转RS-485扩展器收发器 5. 信号调理 a. 高性能ADC（12位至24位分辨率） 磁编码器(AMR) 检测 在磁位置传感器应用领域，AMR传感器兼具稳定可靠的性能和高精度。如图6所示，传感器通常位于安装在电机轴上的偶极磁体对面。 图6.AMR传感器系统 AMR传感器对磁场方向变化很敏感，而霍尔技术对磁场强度很敏感。所以传感器对系统中的气隙和机械公差变化具有很强的容忍度，这一点很有优势。此外，AMR传感器的工作磁场没有上限，因此，这种传感器在高磁场下工作时几乎不受杂散磁场的影响。 ADA4571 是一款低延迟集成信号调理功能的AMR传感器，提供单端模拟输出。ADA4571单芯片解决方案提供良好的角度精度（典型角度误差仅为0.10度），工作速度可高达50k rpm。ADA4571-2是双通道版本，可提供完全冗余能力而不影响性能，适合安全关键型应用。 ADA4570 是AAD4571的衍生产品，具有相同的性能，但提供差分输出，适用于更恶劣的环境。ADA457x系列提供的高角度精度和可重复性改善了闭环控制，降低了电机扭矩纹波和噪声。与竞争技术相比，单芯片架构提高了可靠性，减小了尺寸和重量，并且更易于集成。 信号调理和电源 AD7380 4 MSPS双通道同步采样、16位SAR ADC具有许多系统级优势，包括节省空间的3 mm × 3 mm封装，这对于空间受限的编码器PCB板非常重要。4 MSPS吞吐速率确保捕捉到正弦和余弦周期的详细信息，以及最新的编码器位置信息。高吞吐速率支持实施片内过采样，从而缩短数字ASIC或微控制器将准确的编码器位置反馈给电机时的时间延迟。AD7380片内过采样还有一个好处，它可以额外增加2位分辨率，从而与片内分辨率增强功能轻松配合使用。应用笔记AN-2003 3 详细介绍了AD7380的过采样和分辨率增强功能。该ADC的VCC和VDRIVE以及放大器驱动器的电源轨可以由LDO稳压器（例如LT3023）供电。ADP320、LT3023和 LT3029 等多路输出低噪声LDO可用来为信号链中的所有元件供电。 收发器 ADM3066E RS-485收发器具备超低的发送器和接收器偏斜性能，所以非常适合用于传输精密时钟，EnDat 2.2 4 等电机控制标准通常要求精密时钟。事实证明，ADM3065E在电机控制应用中采用典型电缆长度的确定性抖动小于5%。ADM3065E具有较宽的电源电压范围，因此这种时序性能水平也可用于需要3.3 V或5 V收发器电源的应用。有关更多信息，请参阅技术文章" 利用现场总线提升速度，扩大覆盖范围 " 5 。 微控制器 对于需要12位或更低分辨率的应用，可以用集成ADC的微控制器来代替AD7380 ADC。小巧的 MAX32672 超低功耗Arm ® Cortex ® -M4F微控制器包含一个12位1 MSPS ADC，具有增强的安全性、外设和 电源管理 接口。 图7.磁编码器(AMR)信号链 资产状况监控 ADXL371 是一款超低功耗、3轴、数字输出、±200g微机电系统(MEMS)加速度计，适用于机器监控。ADXL371性价比高，采用小型3 mm × 3 mm封装，工作温度高达+105°C。在即时导通模式下，ADXL371消耗1.7 μA的电流，同时能持续监测环境影响。当检测到冲击事件超过内部设定的阈值时，器件会切换到正常工作模式，其速度非常快以便记录事件。 ADT7320 是一款高精度数字温度传感器，无需用户校准或校正，具有出色的长期稳定性和可靠性。ADT7320的额定工作温度范围为-40°C至+150°C，采用小型4 mm × 4 mm LFCSP封装。 表3.磁编码器(AMR)信号链推荐元件 磁编码器（霍尔） 可以使用AD22151或 AD22151G 设计霍尔编码器。AD22151G是一款线性磁场传感器，其输出电压与垂直施加于封装上表面的磁场成比例。为了设计编码器系统，将等间距的磁体放置在旋转电机轴上。当旋转轴磁体经过霍尔传感器时，传感器输出的电压达到峰值。使用更多磁体或传感器可以获得更高的分辨率。霍尔效应编码器可以使用MAX32672和ADM3066E以支持有线接口。ADXL371 MEMS和ADT7320可为恶劣的编码器环境提供状态监控。磁编码器(AMR)部分提供了有关这些信号链元件的更多信息。 表4.磁编码器（霍尔）信号链推荐元件 光学编码器 光学编码器信号链元件与磁编码器(AMR)部分介绍的元件几乎相同。但是，为了支持更高的编码器分辨率，建议使用 AD7760 2.5 MSPS、24位、100 dB Σ-Δ ADC。它融合了宽输入带宽、高速特性和Σ-Δ转换技术的优势，2.5 MSPS时信噪比(SNR)可达100 dB，因此非常适合高速数据采集应用。 图8.磁编码器（霍尔）信号链 图9.光学编码器信号链 表5.光学编码器信号链推荐元件 旋变（耦合）编码器 旋变编码器具有一些优点，例如较高的机械可靠性和高精度；但与磁体和ADA4571相比，旋变器价格昂贵。 AD2S1200 将来自旋变器的信号转换为数字角度或角速率。图10显示了旋变器信号链。两个放大器用于创建三阶巴特沃斯 低通滤波器 ，以将旋变器信号传递到AD2S1200。有关更多信息，请参阅电路笔记CN0276。 为节省空间并降低设计复杂性，建议使用 LTC4332 SPI扩展器。LTC4332支持系统分区，提供了将微控制器置于伺服器中而非编码器中的选项。如果编码器需要微控制器，可以使用MAX32672 SPI接口直接连接AD2S1200，并且可以用ADM3065E RS-485收发器代替LTC4332。 如果使用LTC4332，AD2S1200 SPI输出会转换为稳健的差分现场总线接口。LTC4332包括三条从机选择线，因此MEMS和温度传感器等额外传感器可以与AD2S1200连接到同一条总线上。 表6.旋变编码器信号链推荐元件 结论 ADI公司利用其深厚的领域专业知识和先进技术，帮助合作伙伴设计未来工业电机编码器和网络。利用小巧而强大的微控制器、ADXL371 MEMS加速度计和ADT7320温度传感器，可以轻松地将资产健康洞察能力集成到编码器中。与光学或旋变器检测解决方案相比，ADI公司先进的AMR磁传感器（例如ADA4571）提高了可靠性，减小了尺寸和重量，并且更易于集成到编码器中。采用AD7380或AD7760等中高端ADC可实现贴片机和机器人所需的高精度和可重复性。 图10.旋变编码器信号链 参考电路 1 Dayin Xu。 “用于电机反馈通信的100BASE-T1L” 。Rockwell Automation，2022年5月。 2 Stephen Brad shaw、Christian Nau和Enda Nicholl。 “具有真正上电能力与零功耗的多圈位置传感器(TPO)” 。《模拟对话》，第56卷第3期，2022年9月。 3 Jonathan Colao。 “ADI公司AD7380系列SAR ADC的片内过采样” 。ADI公司，2020年6月。 4 “EnDat 2.2——位置编码器的双向接口” 。Heidenhain，2017年9月。 5 Richard Anslow和Neil Quinn。 “利用现场总线提升速度，扩大覆盖范围” 。ADI公司，2020年3月。

清康有为《广艺舟双楫》云：“古人论书，以势为先。”这句话运用到今天的经济生活中，也是一句指导性很强的名言。中国人向来有个老习惯，年末是喜欢总结，年初时喜欢预测。下面就简单预测下2013年IT行业可能会发生的几个趋势：     1、传统PC持续下滑，台式机将被淘汰   这个行业就是这么神奇，突然之间从前不敢想的东西都会实现。不得不承认，现在已经进入后PC时代，我们数字化生活的核心正在由PC向移动终端发生转变。未 来的一切，尽在移动。各种数据表明，传统PC是不断下滑的趋势，以智能手机和平板电脑为代表的移动终端是不断上升的势头。据说，英特尔已经停止研发供台式 机使用的芯片了。2013年，在传统PC下滑的大趋势下，台式机将充当急先锋，即将告别大众消费市场，进入一些专门的领域。从大众消费这个角度 说，2013年，台式机即将被淘汰。     2、弹性设备元年   我在参加微软Windows 8的发布会时，其中的一个惊讶就是出现了部分弹性设备，有笔记本，有平板电脑，有可折叠的，有可弯曲的，有可旋转的。据悉，三星公司正在积极研发弹性、可 弯曲的显示屏。目前研发已进入最后阶段，有望在2013年上半年推向市场。以手机和电脑为代表，相信有越来越多的弹性设备推向市场。2013年，活血就是 弹性设备的元年。我们的各种智能设备，即将告别规规矩矩的年代。     3、告别匿名互联网的时代   互联网时代有句名言：坐在电脑那一边的，不知道是一个人还是一只狗。遗憾的是，这句名言即将失效。种种迹象表明，我们要告别匿名互联网的时代了，即将进入后台实名制的时刻。据了解，前台还是可以匿名的。     4、云计算进一步普及，U盘和移动硬盘将退居二线   云计算、云存储、云笔记、云账本、云相册……未来的一切，尽在云中。在业界看来，云计算有望成为继大型计算机、个人计算机、互联网之后的第四次IT产业革命。根据Gartner的数据，预计到2016年，1/3的全球数字内容将储存在云上。云存储在2013年将得到长足发展，今天我们还依赖的U盘和移动硬盘即将退居二线。比如我，除非一些特别私密的资料，绝大多数资料已经全部存储在云端。     5、大数据初显威力   《时代》周刊在一个多月前撰文指出，数据挖掘团队为奥巴马的连任立下了汗马功劳，政治领域的大数据时代已经到来。数据挖掘支持下的决策为奥巴马的连任立下 了汗马功劳，并将成为研究2012年总统大选的重要元素。这意味着华盛顿的竞选专家的作用极具下降，能够分析大数据的量化分析专家和程序员的地位却大幅提 升。2013年，越来越多的基于大数据的模式将发挥威力。      

1. 上游厂家以光源模组的形式向下游垂直整合 从飞利浦发布的fortimo模组可以看到一种趋势。作为灯具设计公司，不用再去费力考虑如何从驱动一颗LED，一直到灯具如何设计这样一系列问题了。fortimo就是一个交流输入，自带散热方案，能提供调光和恒定光输出的光源，整体上看来和一个白炽灯泡没有区别。 2. ACled的应用 目前业内用的较多的还是DCled，因此在面向室内照明应用的时候，还需要ac-dc模块将交流变为直流使用。为了照顾到LED的发光特性，dc端需要使用恒流模式。一个优质又高效的驱动电路，在LED灯具的成本中所占的比例，肯定会让很多厂商头疼。于是有人开始思考，ac-dc是不是一定必要？ 发光二极管也是二极管，能不能把它当作整流桥使用？在这方面做尝试的以台湾和韩国的厂商为主，市面上也推出了相关的产品。  ACLED要解决的主要是可靠性和安全性的问题： 电压大范围波动会直接造成过载，没有驱动电路的缓冲会直接作用在ACLED上。 ACLED为了PN结的散热仍然和基板采用共阴或共阳的封装，如果基板直接和导电的散热片采用非绝缘的接触，会导致使用者接触散热片后触电。   这两个趋势的意义都是降低LED灯具应用的门槛，让灯具设计和光源设计脱离开来。这样可以让更多的灯具设计厂商有时间和精力在外型、功能等方面做尝试，把光源的可靠性，散热，驱动等专业问题留给光源模组去解决。作为LED应用领域的公司，需要密切关注这两个方向的发展势头。前者继续扩张会挤占方案设计类公司的市场，后者会使LED驱动电路，驱动IC的市场缩水。这些受到影响的公司如不能随市场变化而动，将会被市场淘汰。  

过去的一年，对移动互联网可以说是跌宕起伏，惊心动魄。3G牌照的发放，大家进行过欢呼；年底开始的WAP整顿到互联网整顿，大家如履薄冰。2009，以别样的精彩，在移动互联网的发展史上留下了重重的一笔。 沿着过去的轨迹，我们来看看新的一年里，移动互联网可能会呈现的趋势。 1、移动互联网的盈利方式有更多的探索。中国的移动互联网行业，更像是一个增值行业，门户网站，交友社区,游戏公司等等，最终的赢利点绝大部分都要归结于增值业务，也就是要依附于运营商。运营商在整个产业链中处于绝对的强势地位，这就限制了整个行业的进一步发展。在这次互联网的整顿过程中，更是激化了这种矛盾。而实际上，空中网通过收购大承网络布局于PC网络游戏,开始逐渐减少对移动运营商的过分依赖。会有更多的企业会尝试绕过运营商计费，像手机商城，会员制，虚拟道具，等等。 2、面向企业的收费可能会有突破。日韩的移动互联网，来自终端用户的增值业务是收入的主要来源，企业付费占的比重很小。在国内，伴随着手机互联网的发展，一直有公司在做这方面的概念：短信实名，品牌广告，搜索关键字等等。业务的成功与否先不说，但是不乏探索者。进入新的一年，互联网的整顿之风没有减弱，来自增值业务的收入就不会稳定，这就加大了移动互联网公司开拓企业付费的紧迫性。在3G这个大概念的不断普及下，不排除中国在企业付费上会出现突破。百度在中国的崛起是因为百度更懂中国。 3、行业集中程度提高。经过这次互联网的整顿，一些小的网站会被淘汰，用户会逐渐的向知名网站集中。对于网络联盟，小的联盟也会逐渐淘汰，向实力雄厚，正规的联盟集中。据来自某网站联盟的资料，国家对WAP整顿开始后，该联盟的数据显示部分网站受到了冲击，但是联盟的注册会员数却在直线上升。一些自身实力弱小，没有强势运营商资源的SP也面临着生存的压力。小的网站和联盟也不会完全消失，只是相比之前会更艰难。 4、手机上网用户继续保持大幅度的增长。据某移动互联网站运营商透露，2009年他们的用户构成中除广东外的其他各省占比例大幅度提升。2008年前该站来自广东一个省的用户占到全站用户的60%，但是09年广东省用户比例下降到30%，说明其他各地的手机上网用户已经获得了大幅增加，尤其是沿海城市，而内地用户主要分布在四川、河南等省份。这里说的是通过手机上网的用户，不仅仅是3G用户，而用户群结构也可能会变动，中高端用户群体可能会有大的增长，这部分用户相当部分是和互联网重合的。 5、国家队加大移动互联网的布局。运营商方面，像王建宙带队到腾讯取经，在达沃斯论坛期间也表达了对移动互联网的浓厚兴趣，三大运营商纷纷上马软件商店项目。另外国家队的传统媒体也在积极的布局，首批获得3G视听牌照的8家企业,清一色的广电正规军。 经历了3G元年的移动互联网，期待着在新的一年能有着更好的发展。