【选型】国产运算放大器COS5532可P2P兼容NE5532用于音响，ESD防护等级更高 运算放大器（简称运放）是一种用途广泛的集成电路，它可对温度、湿度、压力、电流、电压等微弱信号进行连续检测放大，并传输给系统。广泛应用于传感器，智能硬件，家电、工业、医疗设备、车载电子等领域。 笔者不久前接触到一个做音响的客户，寻求NE5532的国产兼容。本文重点推荐国产科山芯创（COSINE）的运算放大器COS5532可媲美NE5532，且具有更高ESD防护等级。COS5532、NE5532参数对比如下表所示：  COS5532NE5532工作电压±2.5V ~ ±18V±5V ~ ±15V输入失调电压VOS0.5mV0.5mV输入偏置电流IB200nA200nA压摆率SR8V/µs8V/µs增益带宽积GBP10MHz10MHz工作温度-40~125℃-40~85℃封装SOP-8SOIC-8 COS5532 & NE5532参数对比从上表可知：    1、在工作电压范围方面，COS5532比NE5532更宽，说明COS5532应用领域更广；    2、在输入失调电压和输入偏置电流方面，COS5532和NE5532数值相同，说明两者可以兼容使用；    3、在压摆率方面，COS5532比NE5532数值小，说明NE5532的信号变化速度快，但COS5532的压摆率能满足大部分的电路需求；    4、在增益带宽积方面，COS5532和NE5532数值相同，说明两者可以兼容使用；    5、在环境工作温度方面，COS5532优于NE5532，说明COS5532应用领域更广。6、COS5532、NE5532两者封装相同，它们引脚定义对比如下图所示：COS5532（图左）& NE5532（图右）引脚定义对比通过如上图示易知：COS5532和NE5532，封装相同，在电路设计时无需改版，可以直接替换。综上所述，科山芯创的运算放大器COS5532可媲美TI的NE5532，还可快速支持样品和后续量产服务。

1. IGBT是什么？IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是由（BJT）双极型三极管和绝缘栅型场效应管（MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有（MOSFET）金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管（GTR）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；（因为Vbe=0.7V,而Ic可以很大（跟PN结材料和厚度有关））MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。（因为MOS管有Rds，如果Ids比较大，就会导致Vds很大）IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT最主要的作用就是把高压直流变为交流，以及变频。（所以用在电动车上比较多）2. IGBT的工作原理忽略复杂的半导体物理推导过程，下面是简化后的工作原理。IGBT有N沟道型和P沟道型两种，主流的N沟道IGBT的电路图符号及其等效电路如下：所以整个过程就很简单：当栅极G为高电平时，NMOS导通，所以PNP的CE也导通，电流从CE流过。当栅极G为低电平时，NMOS截止，所以PNP的CE截止，没有电流流过。IGBT与MOSFET不同，内部没有寄生的反向二极管，因此在实际使用中(感性负载)需要搭配适当的快恢复二极管。3. IGBT的优缺点优点：1、具有更高的电压和电流处理能力。2、极高的输入阻抗。3、可以使用非常低的电压切换非常高的电流。4、电压控制装置，即它没有输入电流和低输入损耗。5、栅极驱动电路简单且便宜，降低了栅极驱动的要求6、通过施加正电压可以很容易地打开它，通过施加零电压或稍微负电压可以很容易地关闭它。7、具有非常低的导通电阻。8、具有高电流密度，使其能够具有更小的芯片尺寸。9、具有比 BJT 和 MOS 管更高的功率增益。10、具有比 BJT 更高的开关速度。11、可以使用低控制电压切换高电流电平。12、双极性质，增强了传导性。13、安全可靠。缺点：1、开关速度低于 MOS管。2、因为是单向的，在没有附加电路的情况下无法处理AC波形。3、不能阻挡更高的反向电压。4、比 BJT 和 MOS管价格更高。5、类似于晶闸管的P-N-P-N结构，因此它存在锁存问题4. IGBT的主要参数（1）集电极-发射极额定电压UCES是IGBT在截止状态下集电极与发射极之间能够承受的[敏感词]电压，一般UCES小于或等于器件的雪崩击穿电压。（2）栅极-发射极额定电压UGE是IGBT栅极与发射极之间允许施加的电压，通常为20V。栅极的电压信号控制IGBT的导通和关断，其电压不可超过UGE。（3）集电极额定电流IC是IGBT在饱和导通状态下，允许持续通过的电流。（4）集电极-发射极饱和电压UCE是IGBT在饱和导通状态下，集电极与发射极之间的电压降。该值越小，则管子的功率损耗越小。（5）开关频率在IGBT的使用说明书中，开关频率是以开通时间tON、下降时间t1和关断时间tOFF给出的，根据这些参数可估算出IGBT的开关频率，一般可达30～40kHz。在变频器中，实际使用的载波频率大多在15kHz以下。5. IGBT的静态特性曲线IGBT静态特性曲线包括转移特性曲线和输出特性曲线：其中左侧用于表示IC-VGE关系的曲线叫做转移特性曲线，右侧表示IC-VCE关系的曲线叫做输出特性曲线。（1）转移特性曲线IGBT的转移特性曲线是指输出集电极电流IC与栅极-发射极电压VGE之间的关系曲线。为了便于理解，这里我们可通过分析MOSFET来理解IGBT的转移特性。当VGS=0V时，源极S和漏极D之间相当于存在两个背靠背的pn结，因此不论漏极-源极电压VDS之间加多大或什么极性的电压，总有一个pn结处于反偏状态，漏、源极间没有导电沟道，器件无法导通，漏极电流ID为N+PN+管的漏电流，接近于0。当0<vgs<vgs（th）时< span="">，栅极电压增加，栅极G和衬底p间的绝缘层中产生电场，使得少量电子聚集在栅氧下表面，但由于数量有限，沟道电阻仍然很大，无法形成有效沟道，漏极电流ID仍然约为0。当VGS≥VGS（th）时，栅极G和衬底p间电场增强，可吸引更多的电子，使得衬底P区反型，沟道形成，漏极和源极之间电阻大大降低。此时，如果漏源之间施加一偏置电压，MOSFET会进入导通状态。在大部分漏极电流范围内ID与VGS成线性关系，如下图所示。这里MOSFET的栅源电压VGS类似于IGBT的栅射电压VGE，漏极电流ID类似于IGBT的集电极电流IC。IGBT中，当VGE≥VGE（th）时，IGBT表面形成沟道，器件导通。（2）输出特性曲线IGBT的输出特性通常表示的是以栅极-发射极电压VGE为参变量时，漏极电流IC和集电极-发射极电压VCE之间的关系曲线。由于IGBT可等效理解为MOSFET和PNP的复合结构，它的输出特性曲线与MOSFET强相关，因此这里我们依旧以MOSFET为例来讲解其输出特性。其中当VDS>0且较小时，ID随着VDS的增大而增大，这部分区域在MOSFET中称为可变电阻区，在IGBT中称为非饱和区；当VDS继续增大，ID-VDS的斜率逐渐减小为0时，该部分区域在MOSFET中称为恒流区，在IGBT中称为饱和区；当VDS增加到雪崩击穿时，该区域在MOSFET和IGBT中都称为击穿区。IGBT的栅极-发射极电压VGE类似于MOSFET的栅极-源极电压VGS，集电极电流IC类似于漏极电流ID，集电极-发射极电压VCE类似于漏源电压VDS。MOSFET与IGBT在线性区之间存在差异（红框所标位置）。这主要是由于IGBT在导通初期，发射极P+/N-结需要约为0.7V的电压降使得该结从零偏转变为正偏所导致的。6. IGBT如何选型（1）IGBT额定电压的选择三相380V输入电压经过整流和滤波后，直流母线电压的[敏感词]值：在开关工作的条件下，IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍，根据IGBT规格的电压等级，选择1200V电压等级的IGBT。（2）IGBT额定电流的选择以30kW变频器为例，负载电流约为79A，由于负载电气启动或加速时，电流过载，一般要求1分钟的时间内，承受1.5倍的过流，择[敏感词]负载电流约为119A ，建议选择150A电流等级的IGBT。（3）IGBT开关参数的选择变频器的开关频率一般小于10kHZ，而在实际工作的过程中，IGBT的通态损耗所占比重比较大，建议选择低通态型IGBT。（4）影响IGBT可靠性因素（1）栅电压IGBT工作时，必须有正向栅电压，常用的栅驱动电压值为15～187，[敏感词]用到20V， 而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系，在设计IGBT驱动电路时， 参考IGBT Datasheet中的额定Rg值，设计合适驱动参数，保证合理正向栅电压。因为IGBT的工作状态与正向棚电压有很大关系，正向栅电压越高，开通损耗越小，正向压降也咯小。在桥式电路和大功率应用情况下，为了避免干扰，在IGBT关断时，栅极加负电压，一般在-5- 15V，保证IGBT的关断，避免Miller效应影响。（2）Miller效应为了降低Miller效应的影响，在IGBT栅驱动电路中采用改进措施：(1)开通和关断采用不同栅电阻Rg,ON和Rg,off，确保IGBT的有效开通和关断;(2)栅源间加电容c，对Miller效应产生的电压进行能量泄放;(3)关断时加负栅压。在实际设计中，采用三者合理组合，对改进Mille r效应的效果更佳。7.IGBT的应用（IGBT最主要的作用就是高压直流转交流，以及变频）1、新能源汽车IGBT是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件，在电动汽车中发挥着至关重要的作用，主要作用于电动车汽车的充电桩、电动控制系统以及车载空调控制系统。（1）电动控制系统作用于大功率直流/交流(DC/AC)逆变后汽车电机的驱动；（2）车载空调控制系统作用于小功率直流/交流(DC/AC)的逆变；（3）充电桩智能充电桩中被作为开关元件使用；2、智能电网智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端均需使用IGBT。（1）发电端风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需使用IGBT。（2）输电端特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需大量使用IGBT。（3）变电端IGBT是电力电子变压器的关键器件。（4）用电端家用白电、 微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。3、轨道交通众所周知，交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一，可以说该器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。

功能特性：读写器模式支持 ISO/IEC 14443A 标准读写器模式支持 ISO/IEC 14443B 标准高度集成的 解调和解码模拟电路只需很少的外部器件， 即可将输出驱动连接至天线在读写器模式下，典型操作距离最高可达 70mm，具体取决于天线设计和电源支持的主机接口I2C 接口，快速模式速率可达 400k，高速模式可达 3400kUART 接口，最高可达 1228.8kSPI 接口，速率最高 10Mbit/s灵活的中断模式低功耗的硬件掉电模式支持软件掉电模式支持 LPCD 功能2.5V-5V 宽范围电源电压

将两种不同材料的金属导体连接在一起，当端部和连接点存在温差时，两金属导体端部会产生电势差。通过获取导体间的电势差，两金属导体端部的参考温度，再结合热电偶的特征参数，即可求得测量端的实际温度。 热电偶价格便宜，测温范围优越，构造简单，使用方便，在各类工业场景中被广泛应用。ITS-90标准中规定了8种常见的热电偶类型及其测量温度范围。 其中，K型热电偶K型热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，是使用最为广泛的热电偶类型。以K型热电偶为例：当测量-270℃时，热电偶的输出电压位-6.458mV；而测量1372℃正满量程温度时，其输出电压位54.886mV；在其整个测量范围内，温度每变化1℃，输出电压变化40uV。由于热电偶输出电压信号微弱，信号处理和采集电路往往需要极高的精度。又由于工业现场，TC热电偶到数据采集板卡之间的引线较长，往往会在信号上叠加较大的共模干扰噪声，因此信号采集处理的时候就需要在提取并放大差分信号的同时，尽量抑制共模噪声对于被测差分信号的影响。  士模微电子的产品CM1103，是一颗低功耗，高精度，小体积的sigma-delta ADC模拟前端。可以广泛应用在温度，光学，液体，气体等各类传感器的信号采集。它具有最高2kSPS的采样速率，4通道轮询可编程CM1103内部集成了可编程增益放大器，能够实现±0.256mV到±6.144V满量程输入范围的灵活可配置；同时，它具有超过1M 欧姆的高输入阻抗，便于ADC直接连接各类传感器，免去了额外的传感器调理和ADC驱动电路。  CM1103最低可达7.81uV的无噪声采样精度，足以实现热电偶传感器微弱电势差的精准测量；差分通道超过100dB的共模抑制比和内部数字滤波器50Hz工频额外的抑制能力，也有利于降低工业现场干扰对于信号采集的影响。CM1103具有灵活的通道配置，4个输入端口支持最多2路差分信号或者4路单端信号输入。如下图所示，实际应用中，可以使用一路差分通道连接热电偶温度传感器，而用另外一路单端通道连接贴近冷端放置的NTC热敏电阻。TC和NTC两个通道可以配置各自的输入增益和采样速率，非常便利。   士模微电子另一款产品CM1106在CM1103的基础上，增加了片上温度传感器；通过SPI接口，能够实时读取CM1106的结温。对于冷端靠近ADC的应用场景，选用CM1106可以省去一个额外的冷端测量通道，实现更高的温度通道数。 

随着科技进步和社会发展，扫地机器人逐渐走入千家万户，代替日常家务。目前，扫地机器人除了扫地外，大部分结合了洗地机的拖地功能，通过水箱湿润抹布，达到拖地目的。但是，绝大部分扫地机器人水箱并没有水量检测功能，无法及时反馈到用户，给使用带来极大不便，实用性受到限制。本设计方案提供了一种利用敏源传感高精度数字电容传感芯片MDCO4检测扫地机器人水箱液位变化，并成功将液位分成不少于4个档位的检测原型方案，为扫地机器人水箱液位检测提供一种新方式。方案检测原理是通过一对电极，随着水箱液位的电容变化，来检测并区分水箱的液位变化。方案主要使用到敏源传感MESK开发板和MDC04小基板。MDCO4是敏源传感一款4通道测量的高精度电容调理芯片，每个通道可测量电容两极之间的互感电容，该方案仅使用其中的一个通道。具体实验过程见下。先将接口接到MESK开发板，按复位键，可以检测到4通道的电容变化，实验使用1通道。按ESC键退出，输入指令“$M”，再回车，就可以看到1通道的容值和温度数值。  空载状态下，显示容值在0.76pF左右。   往水箱中加入140毫升的清水，可以看到容值由0.76pF左右变化到5.1pF左右。  晃动水箱，容值在4.8pF~5.0pF间波动。  继续往水箱中加入140ml的清水，容值变为9.1pF左右。  晃动容器，容值在9.0pF附近上下波动。  继续往水箱中加入140ml的清水，容值变为13.3pF左右。  晃动容器，容值变在14pF左右浮动。  继续加入140ml的清水，容值变为17.6pF左右。  此时已经达到水箱的满量程刻度线，晃动容器，容值维持在17pF左右。  整个实验过程中，随着水箱液位变化，测得的电容数据如下表所示。 水箱液位/容积（ml）容值/pF空0.761405.12809.142013.356017.6 对应数据图如下。 由上图可清楚看到，随着水箱液位的变化，电容值发生明显变化。利用该方案，还可以对扫地机器人水箱中不同水质的液位进行测量，如污水、清洁水等。另外，针对扫地机器人水箱不同姿态的液位变化，如正立、前倾、后倾、左倾、右倾等，通过原电极直接延伸加长或电极延长后移等方式，可以消除不同姿态下的水箱液位变化带来的差异。最终，通过实验得出，利用该方案，通过内插法电极(电极防水)的合理布局，完全可以克服不同水质、不同姿态下的扫地机器人水箱液位变化。而且，通过合理的阈值设计，达到扫地机器人水箱4档液位的明显区分。本设计方案中用到的MDC04简介：MDC04是敏源传感高集成度的数字模拟混合信号传感集成电路，芯片直接与被测物附近的差分电容极板相连，利用不同物质介电常数的区别，通过放大、数字转换、补偿计算电容的微小变化来实现物质成分的传感。芯片内部集成高精度的16bit模数转换ADC电路，其电容分辨率为 0.1fF，线性度误差小于0.3%。此外，芯片内置精度 0.5℃的温度传感电路，可用于温度补偿及其他温度传感场景，用于液位检测、食品/土壤等水分含量测量、冰霜检测等应用场景。

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主要介绍CM1103CM1103是一款16位高精度△-Σ模拟数字转换器，封装形式为MSOP10 3x3。内置低漂移基准电压、时钟、可编程增益放大器、数字比较器，通过I2C接口进行数据通信。CM1103提供±256mV至±6.144V的输入电压范围，采样率最高可达2k SPS ,可通过4个单端输入通道或者4个差分输入通道进行模数转换。CM1103可在-40℃至125℃进行工作，连续转换或者单次转换模式可供选择，单次转换模式可有效降低芯片功耗。

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