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意法半導體STM32F407ZGT6的技術參數與應用市場
STM32F407ZGT6是意法半導體（STMicroelectronics）推出的一款高性能ARM Cortex-M4微控制器，具有以下技術參數：
– 主頻：168MHz
– 存儲器：1MB Flash，192KB RAM
– 通信接口：USB OTG、CAN、UART、SPI、I2C等
– ADC分辨率：12位，最大采樣速率為2.4Msps
– PWM輸出通道：17個
– 工作溫度范圍：-40℃ ~ +85℃
STM32F407ZGT6廣泛應用于工業自動化、智能家居、醫療設備、消費電子等領域。其高性能、豐富的通信接口和強大的計算能力，使其成為控制系統和嵌入式系統設計的理想選擇。
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中美芯片大戰，韓國三星居然成了“炮灰”
中美芯片大戰，韓國三星居然成了“炮灰”芯片體積很小，但它無處不在，航天航空、工業制造、交通、能源、家電、消費等都有它的身影。我們日常生活中的手機、電腦、電視、汽車等都會用到芯片。此外，AI、大數據、云計算、自動駕駛、物聯網等新興產業嚴重依賴芯片的發展，可以說芯片已經成為了高端制造業的基石。很多專家直言：芯片可以改變一個經濟體的性質，讓勞動密集型經濟體直接升級到科技創新型經濟體。正是由于芯片的重要性，美國利用其自身優勢，率先發難，企圖阻止我國獲取先進芯片技術，先進半導體設備、先進半導體材料。我國也加快了“國產替代”和自主研發的速度，在多個領域開始了“去美化”，然而令人意外的是在中美芯片大戰中，這家韓國公司卻意外成了“炮灰”。今年一季度，該公司營收下滑18%，凈利潤暴跌96%。它就是“新進全球芯片一哥”——三星。那么三星究竟遭遇了什么?是失算還是故意憋壞水?三星遭遇“芯片暴擊”2023年4月16日，三星電子發布第一季度業績：營業利潤為6000億韓元(約合31.3億人民幣)，同比暴跌96%。面對這樣的業績，三星被迫宣布削減內存芯片的產量。要知道此時的三星已經是全球芯片一哥了，這樣的業績著實“驚艷”了四方，也讓全球芯片產業再次蒙上一層陰影。2021年8月3日，三星電子第二季度營收達到了197億美元，超過了英特爾的196億美元。終結了英特爾30多年的芯片霸主。三星成為了全球最大的芯片公司，這要歸功于存儲芯片價格的快速上漲，當時PC DRAM價格環比上漲7.89%，至4.1美元，NAND閃存(128GB)價格環比上漲5.48%，至4.81億美元。我想當時三星內部一定樂開了花，畢竟英特爾稱霸芯片界30多年，號稱“藍色巨人”。擊敗英特爾，成為全球一哥，未來就有可能帶領整個韓國芯片產業成為“全球一哥”。三星的美夢剛剛開始，無情的現實就給它潑了一盆涼水。不到兩年，三星電子凈利潤暴跌96%，多項業務陷入發展瓶頸。究其原因，居然是最賺錢的芯片業務出現了問題，導致整個公司陷入危機。根據財報信息，三星半導體部門在2023年第一季度直接虧損了236億人民幣，這是2009年以來，首次虧損，但虧損額度著實太大了。其實，虧損的不僅僅是三星，隔壁的SK海力士也很慘，2023年一季度SK海力士虧損175億人民幣，創下了單季度虧損紀錄。第三大存儲芯片公司美光，同樣創造了單季度虧損紀錄，凈虧損為23.1億美元(約合162億人民幣)。全球存儲芯片大廠紛紛陷入虧損，而原因無外乎兩點：價格下降、供應過剩。存儲芯片廣泛應用于智能手機、個人電腦和數據服務器等電子產品上，過去電子產品更新換代很快，需求旺盛，讓存儲芯片公司賺得盆滿缽滿。以三星電子為例，巔峰時期，存儲芯片貢獻了公司80%的凈利潤，這個比例絕對可以用“夸張”來形容。“口罩”期間，居家辦公極大促進了個人電腦、智能手機的銷售，存儲芯片也跟著搭上了快車道。為了讓存儲芯片再飛一會，各大廠商又出了一招“停電”，盡管各大公司紛紛表示對生產沒影響。可全球存儲市場卻像打了雞血，內存條價格直接起飛，1個月就漲了30%。而分析師居然說“合理”的停電，有利于三星業務的開展，可以讓相關產品價格提升。這真是“滑稽”至極。臺積電、英特爾等邏輯芯片廠商也不甘示弱，直接玩起了“著火”，火災造成損失不大，卻讓芯片價格直接飆升。然而，該來的總會來，該還的一定會還。隨著全球經濟持續低迷，智能手機、個人電腦的銷量快速下滑，除了蘋果勉強實現增長外，其他廠商的銷量紛紛下滑。究其原因，一方面，大家真的沒錢了，再也買不動了。另一方面，由于華為的缺失，蘋果、三星、高通開始明目張膽的“擠牙膏”，性能提升不足，毫無創新，導致消費者失去換機欲望。廠商們開始搞降價促銷，然而收效甚微。為了渡過困難，硅谷的科技巨頭們率先啟動“裁員”：推特裁了50%、Meta裁了1.1萬、英特爾裁了1.05萬，短短幾個月硅谷就裁掉了20萬員工。工作沒了，面包牛奶都是難題，還有心思換手機?硅谷陷入了惡性循環，并向全球擴散開來，最終電子信息行業步入寒冬，芯片價格暴跌。以三星為代表的的芯片廠商，陷入了大規模虧損。但實際上，三星虧損的原因還有一點，那就是“中國存儲芯片的快速崛起”。長江存儲逆襲之路隨著“棱鏡門”的爆發，全世界把信息安全提升到了新高度，我國也不例外。先后開啟了去“IOE”和“國產替代”。隨著中興、華為事件的爆發，國內芯片領域興起了自主研發的高潮，中美兩國在芯片領域的競爭也越來越激烈。2022年12月16日，美商務部將長江存儲、寒武紀、上海微電子等36家中國科技公司列入實體清單，妄圖進一步阻撓和打壓中國科技行業的發展。列入實體清單，就意味著公司很難再使用美國的相關技術、設備、材料和零部件，對后續的發展極為不利。我們注意到，排在榜首的就是長江存儲，那么這是一家怎樣的公司呢?長江存儲于被稱為“中國存儲芯片之光”,于2016年7月26日在武漢成立，是一家集設計、制造、封裝為一體的存儲芯片企業。長江存儲的前身就是武漢新芯。武漢新芯成立于2006年，是湖北省和武漢市政府決策實施武漢 12 英寸集成電路生產線項目的企業載體，是國家認定的首批重點集成電路生產企業。公司在2008年就已經開始布局存儲芯片產業，當時生產了65nm NAND FLASH芯片。金融危機爆發后，武漢新芯面臨著被臺積電、美光并購的風險，由于業界的呼吁得以保留下來。2016 年 3 月，由國家大基金推動，湖北國芯產業基金、湖北科技投資集團出資，紫光集團參與投資在武漢新芯的基礎上成立了長江存儲公司。當時總投資高達240億美元，紫光集團出資120億美元，占據了50%的股份。可以說，長江存儲一出生就拿到了國內頂級資源，經驗、技術、資金、政策一應俱全，發展勢頭極為迅猛。2017年11月，長江存儲研發了國內第一款32層 3D NADA Flash 芯片，工藝水平挺進世界前五。2019年底，長江存儲量產64層 3D NADA Flash ，可以滿足固態硬盤、嵌入式存儲的需求，工藝水平挺進全球前四，實力僅次于三星、SK海力士、美光。2020年4月，長江存儲官宣128層 3D NAND 實現商用，并且比SK海力士、美光的同級別存儲芯片，具有更高的存儲密度和I/O傳輸速度，長江存儲在技術上達到了“三巨頭”的水平。2022年11月，海外博主TechInsights 拆解了海康威視的2TB的固態硬盤，對里面的閃存顆粒進行分析，發現它們用上了 232 層的 3D NAND 結構。該結構來自長江存儲，長江存儲成為全球第一個商用232層3D NAND的企業，技術上，長江存儲逆襲了三星、SK海力士和美光。除了長江存儲，內地的長鑫存儲、兆易創新也紛紛發力，技術不斷地成熟。國產存儲芯片的發力導致全球存儲芯片價格快速走低。同樣的技術，國產芯片的價格，就是賣得比三星低，這也使得三星不得不被迫降價。比如：三星 980 PRO SSD 1TB型號已經從首發的1899元降至559元，2TB型號從首發的3699元降至999元。三星DDR5 4800 32GB價格也僅售619元。可以說，現在的存儲芯片價格已經不是三星了說了算了，因此它不得不降價。時代變了，動輒上千元，甚至幾千元的時代已經一去不返。未來，隨著“長江存儲們”的持續發力，存儲芯片市場的競爭將會越來越激烈，我們即將實現“內存自由”，而“三星們”的日子也會越來越不好過。
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德州儀器TMCS1123簡化電動汽車充電器和光伏逆變器的高壓電流檢測
在任何電氣系統中，電流都是一個至關重要的參數。電動汽車 (EV) 充電系統和太陽能系統都需要檢測電流的大小，以便控制和監測功率轉換、充電和放電。電流傳感器通過監測分流電阻器上的壓降或導體中電流產生的磁場來測量電流。金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 控制方案使用電流信息來控制光伏逆變器操作，或者檢測交流輸出或輸出上的電流，以保護元件免受過流或故障事件的影響。電流傳感器有多種不同類型可供選擇，每種技術都各有優缺點。對于特定的應用，最適合的電流傳感器類型取決于多個因素，包括系統的功率等級、預期的精度和成本。本文將探討何種器件適合在電動汽車充電器和光伏逆變器中檢測電流。電動汽車充電器中的電流檢測在電動汽車充電器中，電流傳感器用于測量輸入交流電源、直流/直流轉換器和輸出電源等位置的電流，以確認充電器是否正確地將交流電輸送到電動汽車的車載充電器系統，或者將直流電直接輸送到電池。如今，400V 電池正在朝著 800V 甚至更高電壓的方向發展，以實現更大功率和快速充電。在 1 級和 2 級充電器中，充電器將交流電輸送到電動汽車的車載充電器，車載充電器又會將輸入的交流電轉換為更合適的電壓和電流電平，以便為電動汽車電池充電。在家用 1 級和 2 級充電器中，電流檢測通常不需要非常高的精度，因為沒有對用戶進行計費。不過，電流信息使用戶可以通過應用或充電器上的用戶界面來大致了解電流和功耗情況。圖 1 展示了停車場中的兩個 2 級電動汽車充電器和兩輛正在充電的電動汽車。在 3 級電動汽車充電器中，充電基礎設施會將交流電轉換為直流電，以便直接向電池快速輸送直流電，從而繞過傳統的車載充電器并在充電站實現超快速電動汽車充電。電動汽車充電器和電池的功率容量提升有助于滿足快速充電和增加續航里程的需求。電流檢測可以幫助控制充電過程，確保以最佳的方式安全地為電池充電，從而延長電動汽車和電池系統的使用壽命。在 3 級充電器中，開關信號的頻率為 50kHz 至 100kHz，因此需要至少 250kHz 的電流傳感器，才能獲得適當的測量數據。另外，傳播延遲也非常重要，因為電流傳感器需要能夠在信號切換時迅速地響應變化。德州儀器 (TI) 的 TMCS1123 等器件未經校準時，整個溫度和壽命范圍內的最大誤差為 ±1.75%，經過單點校準后，整個溫度和壽命范圍內的誤差降至 ±1.00%。由于 TMCS1123 在電流信息方面具有高精度和高速度，這些精度和速度規格使系統工程師能夠從隔離式直流/直流轉換器中去除直流阻斷電容器，從而幫助系統工程師在設計 3 級充電器時節省成本。光伏逆變器中的電流檢測在光伏逆變器系統中，電流傳感器用于測量多種配置中的電流，例如逆變器的交流和直流輸入、直流/直流升壓、直流/直流轉換器和電網輸出，從而幫助監測和控制功率轉換過程。住宅光伏逆變器中會對各個電源軌進行電流檢測，其中電源軌的電壓電平可能高達 1,000VDC，但光伏輸入端的電壓通常約為 500V 至 600VDC，而電網輸入和輸出則高達 400VAC。電流檢測功能可以幫助優化光伏逆變器系統，確保電網輸出上輸送的功率水平和頻率可靠且適當，使得所有負載都處于其安全工作區 (SOA) 內。光伏逆變器中的開關信號與電動汽車充電器中的開關信號相似，頻率介于 50kHz 至 100kHz 之間。此外，還可以將電流傳感器用于診斷目的，例如監測太陽能電池板是否存在可能表明連接松動或電池板損壞的故障。TMCS1123 提供 ±1,100VDC 的增強型工作電壓，非常適合用于大多數串式逆變器。圖 2 展示了幾個單相串式逆變器中使用的電流和電壓檢測示例并以紅框標出了相應電路部分。光伏逆變器中典型逆變器的方框圖電流檢測設計考慮因素下面我們來了解為電動汽車充電系統和光伏逆變器系統選擇電流傳感器時的一些主要考慮因素：? 額定功率。電流傳感器（無論是基于磁體、基于分流器還是其他技術）必須能夠處理系統的工作電流和電壓水平。設計人員必須根據系統的輸入選擇合適的技術，以確保電流可以在系統的整個壽命內不間斷地流入系統。? 精度。電流傳感器必須足夠精確，以提供預期的控制和監測功能，確保系統能夠在 SOA 內按預期運行。高精度有助于保持高效率水平，同時減少元件數量，以及因嘈雜的開關系統而可能注入電網的任何諧波。? 帶寬。在開關系統中，速度是一個重要參數。TMCS1123 提供 250kHz 的信號帶寬和 600ns 的傳播延遲，這為系統提供了足夠的速度來進行適當的測量。TI 還在開發更多具有類似機械尺寸的高速器件。我們觀察到，在我們的器件中，隨著帶寬增加，傳播延遲會減小。? 成本。在選擇電流傳感器時，必須權衡考慮傳感器的成本及其提供的優勢。一體式封裝的霍爾效應電流傳感器通常限制為只能檢測特定范圍內的電流，而基于分流器的系統則更加靈活，因為您可以根據系統參數來選擇分流電阻值。基于分流器的電流檢測技術在電動汽車充電系統、光伏逆變器系統以及其他需要電流檢測的系統中，最常見的電流檢測技術是霍爾效應電流傳感器和基于分流器的電流傳感器。與霍爾效應電流傳感器相比，基于分流器的電流傳感器通常在整個電流范圍內精度更高。使用穩定的放大器技術或模數轉換器 (ADC) 和精密分流電阻器時，基于分流器的電流傳感器可以在整個電流測量范圍、工作溫度范圍以及使用壽命內實現誤差不到 1% 的精度。基于分流器的解決方案可能非常簡單，可以是一個運算放大器、一個專門設計的電流檢測放大器（比如 TI 的 INA241A）、一個用于較高電壓的隔離式放大器（比如 TI 的 AMCS1300B）或者具有數字輸出的 Σ-Δ 調制器（比如 TI 的 AMCS1306）。這類放大器通常用于監測分流電阻器上的壓降并提供比例電壓輸出。每種解決方案在工作電壓、失調電壓、漂移、帶寬和易用性方面均有所不同。與一體式封裝的霍爾效應解決方案非常類似，基于分流器的傳感器也屬于存在電阻的侵入性技術，功耗也是整體設計中需要考慮的一個因素。霍爾效應電流檢測技術一體式封裝的霍爾效應電流傳感器在高壓系統中很受歡迎，因為它們提供了增強型隔離或雙重隔離。不過，霍爾效應電流傳感器會在整個溫度和生命周期內發生漂移，這一點讓它獲得的評價不高。TI 將 TMCS1123 的漂移誤差大幅降低至 ±0.5%。該器件具有差分霍爾效應感應功能，能夠顯著減少磁場干擾或串擾，并且還提供了過流檢測、精密電壓基準和傳感器報警等其他功能；請參閱圖 3。使用一體式封裝解決方案時，電流通過引線框在封裝內流動，這會帶來引線框電阻和芯片散熱限制，進而會限制器件能夠處理的電流大小。TMCS1123 器件產品系列能夠在 25°C 時測量 75Arms 的電流。TMCS1123 方框圖其他解決方案包括環境霍爾效應傳感器或磁通門傳感器（比如 TI 的 DRV401），這些傳感器可能需要不同類型的磁芯、屏蔽或機械設計才能正常工作，而且制造或使用過程中的器件或電路板移動可能會導致位移誤差，進而有可能改變測量精度。高壓應用中存在多個設計挑戰，使得系統更難設計且成本更高。借助 TI 的產品系列和資源，您能夠以適當的價格快速解決各種設計問題，從而使技術進步能夠惠及大眾，對我們的生活產生更大的影響。
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