作者:貿(mào)澤電子Mark Patrick
雖然大規(guī)模沖突往往會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)技術(shù)突破,但對(duì)于和平的追求也可能推動(dòng)創(chuàng)新。這兩種途徑都對(duì)于塑造當(dāng)今世界有著深遠(yuǎn)的影響。
普通的商業(yè)設(shè)備與高可靠性電子設(shè)備之間有許多共同之處,歷史上兩者也曾互相促進(jìn)。商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)的概念已經(jīng)在國(guó)防領(lǐng)域存在了幾十年,而開放式架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念可以說是始于高可靠性行業(yè),但現(xiàn)在已經(jīng)滲透到IT行業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)的存在是因?yàn)楹娇蘸教?國(guó)防等較大的行業(yè)有大量的供應(yīng)商,需要這些供應(yīng)商能夠彼此合作,并保持一定的競(jìng)爭(zhēng)力。
航空航天/國(guó)防工業(yè)受益于并推動(dòng)了全球電子行業(yè)的創(chuàng)新。國(guó)防行業(yè)的規(guī)模能夠吸引投資,這往往也可以塑造其他市場(chǎng)的發(fā)展方向,反過來,物聯(lián)網(wǎng)等市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)也會(huì)對(duì)國(guó)防工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生影響。這種共生關(guān)系意味著許多為某個(gè)市場(chǎng)而開發(fā)的技術(shù)也會(huì)在其他市場(chǎng)得到應(yīng)用,這有助于降低風(fēng)險(xiǎn),從而增強(qiáng)半導(dǎo)體制造商對(duì)研發(fā)支出的總體信心。
像其他任何行業(yè)一樣,航空航天/國(guó)防領(lǐng)域同樣需要在效率與效能之間取得平衡,此領(lǐng)域技術(shù)的當(dāng)代發(fā)展也顯而易見。在某些方面,這個(gè)領(lǐng)域處于技術(shù)發(fā)展的前沿,比如使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)來幫助在正確的時(shí)間、正確的地點(diǎn)提供正確的專業(yè)知識(shí)。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),現(xiàn)在可以讓一名士兵由一名經(jīng)驗(yàn)更豐富的士兵(可能位于互連世界的任何地方)進(jìn)行“引導(dǎo)”。這不僅在危急情況下能夠提供更多的專業(yè)知識(shí),而且減少了對(duì)數(shù)量有限的有經(jīng)驗(yàn)士兵的依賴。在醫(yī)學(xué)中也是如此,一個(gè)在特定領(lǐng)域具有專業(yè)知識(shí)的醫(yī)生可以幫助另一位醫(yī)療從業(yè)人員,但不需要他們處在同一個(gè)場(chǎng)合。
正如商業(yè)部門一樣,航空航天/國(guó)防領(lǐng)域的一些重點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)在集中在開發(fā)可穿戴技術(shù)的潛力,例如采用這種技術(shù)來監(jiān)測(cè)已部署步兵的健康狀況等。新的可穿戴解決方案(或者更具體地說是可聽解決方案,因?yàn)樗鼈兇髟诙鷥?nèi))可以連續(xù)訪問體溫和心率等重要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),并可跟蹤和定位某個(gè)特定士兵,這一應(yīng)用可通過德州儀器(TI)的AFE4410等技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。AFE4410是一款專為可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)的超小型模擬前端(AFE),該設(shè)備旨在通過光學(xué)生物傳感提供連續(xù)心率監(jiān)測(cè)和氧氣消耗等功能。這其中需要使用LED和光電二極管,AFE4410可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多達(dá)三個(gè)針對(duì)生物傳感優(yōu)化的LED。圖1所示的框圖顯示了其集成的主要功能,一個(gè)跨阻放大器、ADC、128采樣FIFO、可編程LED驅(qū)動(dòng)器和I2C/SPI接口。高度集成的AFE解決方案采用0.4mm間距DSBGA封裝,尺寸僅為2.6mm x 2.1mm。
圖1:AFE4410 AFE的功能框圖。
衛(wèi)星定位是一個(gè)眾所周知,并且經(jīng)常被引用為軍事領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)如何影響現(xiàn)代生活的例子。接收器通過與地圖軟件配合使用,可將高級(jí)導(dǎo)航功能置于大多數(shù)汽車或智能手機(jī)內(nèi),并通過用戶點(diǎn)擊即可實(shí)現(xiàn)。隨著幾個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)在提供服務(wù),可以實(shí)現(xiàn)冗余和更大的覆蓋范圍,接收器技術(shù)也已經(jīng)足夠先進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用,例如資產(chǎn)追蹤、個(gè)人導(dǎo)航和地理標(biāo)記等等。Maxim Integrated的MAX2769C是一款單芯片通用型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器,適用于GPS、伽利略、北斗和GLONASS等定位平臺(tái)。它集成了一個(gè)完整的接收器鏈路,尺寸僅為5mm x 5mm(體積非常小,幾乎可用于任何設(shè)計(jì)),而其高集成度則降低了整體物料清單(BoM)成本。該器件可以使用MAX2769CEVKIT進(jìn)行評(píng)估,由控制軟件提供支持,不需要額外的電路。
另一個(gè)對(duì)航空航天/國(guó)防和消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響的技術(shù)是無人駕駛飛行器(UAV),也稱為無人機(jī)。該市場(chǎng)的最新發(fā)展是增大了無人機(jī)的自主性,無人機(jī)不僅能夠自我穩(wěn)定,而且實(shí)際上可以確定他們自己的航線。這種無人機(jī)可用于在危險(xiǎn)或有害環(huán)境中進(jìn)行偵測(cè)和維護(hù)檢查,或者只是為了減少所需的人力。洛克希德馬丁公司開發(fā)的Outrider即是一個(gè)最好的例子,它在最近的國(guó)防和安防設(shè)備國(guó)際展覽會(huì)(Defence and Security Equipment International Exhibition)上獲正式發(fā)布,這款體積小巧的無人機(jī)僅10厘米寬,重約1.7千克,能夠從罐中發(fā)射,已經(jīng)開發(fā)用于那些傳統(tǒng)的、更大體積無人機(jī)所無法進(jìn)入的場(chǎng)合下使用。
位置感知是支撐自主飛行無人機(jī)的一個(gè)重要功能,這不僅僅是GPS坐標(biāo),還包括傾斜角、姿態(tài)、旋轉(zhuǎn)、速度和高度等。通過開發(fā)高精度的傳感器能夠測(cè)量上述參數(shù),這些傳感器正在越來越多地通過微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
圖2:Murata SCC2230-E02的功能框圖。
MEMS的特點(diǎn)是尺寸小,功耗低,這使得它們非常適用于可穿戴技術(shù)以及自主式無人機(jī)。多個(gè)MEMS傳感器的集成能夠構(gòu)建一類被稱為慣性測(cè)量單元(IMU)的設(shè)備,其中許多是專門為控制和導(dǎo)航系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。例如Murata的SCC2230-E02,它將三軸加速度計(jì)與z軸角速度傳感器集成在一起,圖2所示為其主要功能框圖,該傳感器采用Murata高縱橫比(aspect ratio)3D-MEMS技術(shù)制造,通過檢測(cè)由運(yùn)動(dòng)質(zhì)量引起的電容變化,由集成信號(hào)調(diào)節(jié)ASIC可以感測(cè)和處理這些變化。所有功能都通過SPI接口訪問。
雷達(dá)是一種在航空航天/國(guó)防領(lǐng)域有著悠久歷史的技術(shù),現(xiàn)在正在進(jìn)入其他市場(chǎng)。汽車行業(yè)正朝著采用雷達(dá)技術(shù)以實(shí)施高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的方向發(fā)展,這無疑將有助于推進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展進(jìn)程,也有可能塑造UAS/無人機(jī)市場(chǎng)的未來。
借助于ADI公司的EV-RADAR-MMIC2等評(píng)估平臺(tái),現(xiàn)在能夠更加容易地獲得雷達(dá)技術(shù)。該開發(fā)套件旨在為開發(fā)人員提供更多關(guān)于ADF5901 24GHz發(fā)射器、ADF5904 24GHz接收器和ADF4159 13GHz鎖相環(huán)(PLL)的信息,并利用這些開發(fā)頻率調(diào)制連續(xù)波(FMWC)雷達(dá)系統(tǒng)。
近年來,許多針對(duì)特定垂直市場(chǎng)所形成的技術(shù)分割無形屏障正在消失。那些曾經(jīng)打算用于國(guó)防的技術(shù)(例如病毒防護(hù)軟件或數(shù)據(jù)加密)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)家庭。以同樣類似的方式,用于記錄一個(gè)人體育活動(dòng)的技術(shù)現(xiàn)在國(guó)防領(lǐng)域也被用來監(jiān)測(cè)士兵重要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。隨著這種尖端技術(shù)變得更加易于獲得和使用,我們可以期待新的應(yīng)用會(huì)不斷出現(xiàn),這將會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)不同領(lǐng)域的互相促進(jìn),甚至出現(xiàn)更偉大的創(chuàng)新。
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