工控市场稳中求变,纳芯微提供安“芯”之选

Release time:2023-09-20
author:AMEYA360
source:纳芯微
reading:3020

  工业控制市场是现代工业中不可或缺的一部分,它涉及到自动化、智能化、数字化等多个方面。随着全球经济的发展和科技的进步,工业控制市场也在不断扩大。据市场调研机构研究统计,2022年全球工业控制市场规模约8000亿元,预计未来将持续保持平稳增长的态势,到2029年市场规模将超过万亿元,未来六年CAGR约3%。

工控市场稳中求变,纳芯微提供安“芯”之选

  一、工控行业稳中求变

  工业控制对系统的可靠性、稳定性要求比较高,因为故障停机会造成比较大的损失。传统的工控设备只能完成简单的控制和操作,而工业4.0的兴起正在将智能工厂引入各行各业。新的工控设备能够自适应、自监测、自维护,不仅提高了生产精确度、效率和产品质量,还能更好地适应多变的生产环境。

  智能化升级是工控行业的主要趋势之一,工业互联网加快了工业控制系统向智能化、网络化和数字化方向的发展。例如机器人控制,融合了AI(人工智能)的模糊控制以及神经网络算法等,在智能控制的同时也实现了高速化。不管是智能化还是高速化,都需要更精确的采样和更精准的控制;由于数据量越来越大,在更高速采样的同时还需要更高速的通信,才能实现更精准的控制。

  另一个不变的趋势是小型化,工控设备一直在向模块化和集成化方向发展,以快速适应不同的生产流程和应用场景,有效提高生产效率。通过模块化设计和集成化应用,工控设备能够更好地完成生产任务,降低成本并提高精确度。

  此外,工控云化可以满足数据共享和协同的需求,通过云平台实现远程控制与监测,大幅提高生产效率和管理效果,并提高企业的竞争力。

  二、半导体技术与工控天作之合

  工控行业的发展需要先进的半导体技术做支撑,比如满足宽温环境要求的半导体器件及电子元件,如CPU、MCU、DSP,以及隔离接口、隔离驱动、电流传感器等。上述趋势恰恰也为半导体尤其是模拟芯片带来了巨大的应用机会。

  智能化首先要有一个最强的大脑——主控芯片,它既要有更大的容量,还要有更强的计算能力,并支持不同的算法;其次,智能化还要有强壮的躯干——更高精度、更快速率和更高带宽的采样能力;系统可靠性也要更强,器件还需要有保护功能,以确保模块不会因失效而烧毁、炸机。

  从小型化角度来说,在系统中使用高频器件,可以实现变压器、电感等的小型化,从而有效简化系统结构,降低设备的体积和重量;还可以利用热地方案来优化电气架构,让整个系统变得更加简单。

  纳芯微数年前就开始了工控领域的产品布局,其完善的解决方案现已广泛应用于工业变送器、变频器、PLC、伺服等应用中。

  三、纳芯微完善的工控系统解决方案

  针对工控行业升级的大趋势,纳芯微可提供完整的工控系统芯片解决方案,目前,在工业变频和PLC方面已经推出了非常多的产品。如下图工业电机系统解决方案所示,逻辑控制部分有公司的传统优势产品,如数字隔离器、隔离接口、非隔离接口等通信类产品;在变频、伺服等大功率应用方面,有全品类的驱动和电压采样、电流采样解决方案。

  纳芯微工业电机系统解决方案

  1)在可靠性方面,纳芯微的产品已经过市场和客户的验证,具有很高的稳定性和可靠性;针对中大功率的系统,纳芯微也推出了带保护功能的产品,以便更好地满足系统的高可靠性要求。

  ◆ 单通道隔离驱动NSI6801:目前已在工业变频器和伺服系统中大批量应用。它基于容耦隔离技术,兼容光耦输入,信号调制方式采用自有专利Adaptive OOK® 技术,能够提供更强的隔离性能。该器件的CMTI(共模瞬变抗扰度)大于150kV/μs,提高了系统的抗干扰能力,有效减少了误导通现象,能够适配更多的应用场景,系统的稳定性和可靠性更高。

  ◆ 智能隔离单管驱动NSI68515:集成了更多保护功能,如米勒钳位、DESAT(退饱和)保护、软关断保护、故障报警等,能够在功率管发生过流或短路时,快速检测到故障并关断管子,防止功率管损坏。

  2)在支持工控系统小型化方面,纳芯微还提供一些有针对性的产品解决方案,例如,以下两款更高集成度的芯片产品。

  ◆ 数字输入(DI)隔离器NSI860x:用单颗器件即可替代多颗低速或高速光耦器件,能够有效缩小系统尺寸,简化系统设计。与数字隔离器不同,数字输入(DI)隔离器的输入级为电流型输入,且集成了电流限制功能,允许在-60V~60V范围内将输入电压转换为逻辑输出。

  ◆ 四通道低边驱动器NSD5604:它是为小型化PLC主机与DO模组提供的集成式驱动方案。4通道集成漏级输出结构节省了DO模块PCB面积,支持小尺寸或名片式DO模组设计。它可以替代传统MOS管+隔离器的分立方案,一颗NSD5604加一颗数字隔离器即可完成整个PLC数字输入,集成度更高。

  3)为实现工控系统智能化、高速化,需要更高精度、更快速率和更高带宽的采样能力,以下两款产品是理想的选择。

  ◆ 隔离电压采样芯片NSI1312x:支持单端模拟输出,可以直接连接MCU的ADC I/O口,不需要额外的运放作为差分转单端,使整个传输路径变得更加简单,可以实现更高的精度、更高的带宽和更快的响应速度。该器件在满幅输入条件下可满足±0.5% @25℃、±1.5% @-40~125℃的精度要求。

  ◆ 集成式电流传感器NSM201x:具有高精度、高可靠性、高灵敏度、低零点误差及良好的线性度(非线性度误差<±0.2%)等特性,能够降低器件的整体输出误差,在工作温度范围内,最大测量误差±1.5%。基于霍尔效应原理,采用隔离方式将±200A以内的电流转换成线性电压输出,通过集成电流路径,芯片无需额外的电源供电,能够实现更高精度的电流采样。此外,它还具备高隔离耐压、强通流能力、快速过流保护等功能。该系列适用于多种隔离电流采样场合,如工业变频器中的母线电流及桥臂电流采样。

  四、聚焦工控行业,适配更多应用

  纳芯微始终聚焦终端应用,围绕系统应用开发产品,为客户提供高性能、高可靠性的产品和解决方案,助力客户提升系统的整体性能。

  在未来,纳芯微也将持续发力工控行业,开发更多适配行业应用的丰富产品,特别是符合行业趋势的前瞻性产品,助力工控领域的创新,迎接工业自动化市场的爆发式增长。

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纳芯微成功登陆港交所!
  2025年12月8日,国内模拟芯片设计企业苏州纳芯微电子股份有限公司(以下简称“纳芯微”)正式在香港联合交易所主板挂牌上市,成功构建“A+H”双资本平台,标志着公司全球化战略迈入全新阶段。  此次上市,纳芯微全球共发售1906.84万股H股,发行价最终确定为116.00港元/股,市值187.45亿港元。按此计算,公司通过本次上市预计募集资金净额约为20.96亿港元。  本次IPO的亮点之一是引入了阵容强大的基石投资者。比亚迪、小米集团等7家知名产业及投资机构共同认购了总额约10.89亿港元的股份,占本次发售股份总数的近一半。  尤其值得注意的是,基石投资者之一的“元禾纳芯”其最终出资方包含国家集成电路产业投资基金三期,这使得纳芯微成为模拟芯片领域首家获得“大基金三期”基石投资的企业。  纳芯微成立于2013年,采用fabless模式运营,专注于芯片研发和设计,同时将晶圆制造外包予外部晶圆厂以及大部分封装测试外包予第三方封装测试服务供应商。集团围绕汽车电子、泛能源及消费电子等应用领域,提供丰富、高性能、高可靠性的产品及解决方案。根据弗若斯特沙利文的资料,以2024年模拟芯片收入计,纳芯微在中国模拟芯片市场的所有模拟芯片公司中位列第14名(占市场份额0.9%)以及在中国模拟芯片公司中位列第五名。  作为中国少数在传感器、信号链、电源管理三大核心领域均实现深度布局的企业,纳芯微凭借体系化技术平台与产品矩阵,在汽车电子、泛能源、智能终端等关键赛道建立领先优势,从“中国模拟芯片标杆”加速迈向“全球优选供应商”。  纳芯微创始人、董事长、CEO 王升杨表示,港股上市不仅是一次业务发展的里程碑,更是公司全球叙事的起点。公司将以此次上市为锚,持续加大底层技术投入、扩展产品组合、完善海外销售与市场体系,并推动全球化运营能力跃升,为客户与合作伙伴提供长期价值。
2025-12-08 15:59 reading:324
纳芯微 | SPI 隔离通信实战避坑:数字隔离器输出并联电平异常的原因与解决方案
  在工业系统 SPI 一主多从通信架构中,为节省 IO 资源,数字隔离器输出通道并联复用是常见设计,但实际应用中极易出现电平无法正常拉高 / 拉低的异常问题,严重影响通信稳定性。本文先梳理工业系统主流通信方式及 SPI 隔离的应用场景,深入剖析数字隔离器输出并联导致电平异常的核心原因,再针对性给出两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断配合软件配置),并明确实施过程中的关键注意事项,为工程师解决同类 SPI 隔离通信问题提供直接参考。  01 工业系统常见通信方式  通信接口是硬件系统中实现数据交换的核心模块,常分为内部通信接口(板级通信)、外部通信接口(对外通信),如图1,不同接口在速率、距离、复杂度等方面各有特点,是纳芯微产品主要的应用场景之一。图1 板级通信和对外通信  板级通信  板级通信为设备内部组件间的通信,通常具备速度快、距离短的特性,通常具备速度快、距离短的特性,常见有UART、I2C、SPI、单总线等。具体参数如表1所示:表1 板级通信具体参数  对外通信  对外通信为设备级信号传输,用于实现设备间的数据交互,多采用差分传输方式,具备传输距离远的优势,常见类型包括 RS-232、RS-485、CAN 等,具体参数如下表所示:  表2 对外通信具体参数  02 隔离SPI机会点  SPI全称为Serial Peripheral Interface(串行外设接口),由摩托罗拉公司开发的一种同步、全双工、主从式串行通讯总线,可以实现一主多从的通讯连接。  在硬件连接方式上,SPI常用4线制(SCK、MOSI、MISO、CS/SS),各信号线的传输方向及功能描述如下表3所示:表3 SPI各信号线的传输方向及功能  SPI一主多从的通讯拓扑,MOSI、MISO、SCK常采用复用接口,节省IO资源,通过独立的CS/SS实现从机选择。如图2所示。图2 SPI 一主多从基础拓扑  在工业系统中,MCU高压域与低压域之间需要做通讯隔离,纳芯微隔离器NSI8241W(3正1反)适用于SPI信号隔离。对于一主一从的隔离方式,4通道刚好一对一匹配(3正向通道对应SCK、MOSI、CS/SS,1反向通道对应MISO)。对于一主多从的拓扑架构,同样会复用通道节省IO资源,如图3示例。图3 带数字隔离器的SPI主多从拓扑  03 数字隔离器输出并联问题及解决方案  数字隔离器隔离SPI复用通道实际测试时,会发现复用MISO会出现电平异常,当一路输入高,一路输入低的情况下,MISO不能完全被拉高或者拉低。如图4,两颗8241 Out口复用,输入分别给高、低时,MISO波形。图4 Vdd1=Vdd2=5.25V,IND1高,IND2低 黄色OutD1=蓝色OutD2≈2.5V  数字隔离器Out内部为推挽输出:输入为高时,推挽上管导通,输出高电平;输入为低时,推挽下管导通,输出低电平。当输入一高一低时,就会形成分压回路,造成MISO电平异常,如图5,这显然与SPI中规定MISO复用冲突(当SS拉低使能时,从机输出配置为推挽输出,当SS拉高时,从机输出需配置为高阻态,防止多个输出导致电平冲突)。图5 数字隔离器内部分压回路  查阅NSI8241真值表(如图6所示),当EN拉低时,数字隔离器可以输出高组态,能够满足SPI复用要求。因此我们给出以下电路调整方案,来实现数字隔离器输出口并联复用需求。图6 NSI241真值表  方案1  CS 处增加反向电路,同步使能数字隔离器  在CS处增加反向电路(NPN、PNP、反相器等,需考虑Vce压降)同步使能数字隔离器。CS拉高禁用时,数字隔离器EN拉低禁用,Out复用输出高。  方案2  二极管反向阻断 + 软件配置,实现并联复用  通过二极管进行反向阻断,配合软件配置合理实现数字隔离器输出并联复用。  但需要注意的是:  (1)需添加上下拉电阻,明确默认电平,同时满足信号上升沿、下降沿的时间要求;  (2)需考虑二极管压降对电平幅值的影响,避免因压降导致通信误判;  (3)当一路输出通道由高电平切换至低电平时,受寄生参数影响,可能会短暂通过二极管抽取另一通道电流,需重视由此产生的电压尖峰问题。  结论与建议  在工业 SPI 一主多从隔离通信场景中,数字隔离器输出通道并联复用是节省 IO 资源的常用方案,但因隔离器内部推挽输出结构,直接并联易导致电平异常。本文通过分析异常产生的核心原因,提供了两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断 + 软件配置),同时明确了实施过程中的关键注意事项。工程师在实际设计中可根据项目需求选择合适方案,规避电平异常问题,保障 SPI 通信的稳定性。  高可靠性四通道数字隔离器NSI824x已通过 UL1577 安全认证,支持3kVrms-8kVrms 多档绝缘电压,同时在低功耗下提供高电磁抗扰度和低辐射。数据速率高达 150Mbps,共模瞬态抗扰度 250kV/μs。支持数字通道方向及输入失电默认输出电平配置,宽电源电压可直接适配多数数字接口,简化电平转换;高系统级 EMC 性能进一步提升使用可靠性与稳定性。
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纳芯微车载电源芯片方案,选Ta就稳了!
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