月份：2025年1月

随着全球对可再生能源需求的增长，光伏产业迎来了前所未有的发展机遇，越来越多的企业开始布局光伏。在此驱动下，光伏组件的设计不仅要追求高效的能量转换，更需要满足建筑美学的要求，以促进零碳未来的同时提升人们的生活品质。为什么N型ABC光伏组件可以成为极具美学吸引力的光伏产品？又是什么在支持它融入建筑散发美学魅力的？

传统光伏板由于其明显的金属栅线和不规则的颜色分布，往往难以融入建筑物的整体设计，在初期人们可能并没有意识到类似的问题。然而，随着环保意识的增强和建筑设计理念的进步，市场对于能够完美融合于建筑外观的光伏组件的需求也日益增加。面对这一挑战，N型ABC光伏组件以其外观设计，成为解决这一问题的方案之一。其实，这主要归功于其采用的BC背接触技术所带来的正面无栅线优势。这种技术不仅革新了传统光伏电池的外观，还显著提升了其性能和适应性，使其成为建筑一体化光伏解决方案的理想选择。

正面无栅线的天然优势

传统的光伏电池表面通常会有金属栅线用于收集电流，这些栅线会遮挡3％至5％的受光面积，影响发电效率的同时也破坏了组件的美观度。而N型ABC组件通过将所有电极移至电池背面的技术，实现了正面完全无栅线的设计。这意味着整个正面可以作为有效的受光区域，最大化了光线吸收，从而提高了能量转换效率，并且消除了视觉上的干扰，让组件看起来更加简洁美观。

更大的受光面积与深邃的颜色表现

由于去除了正面的金属栅线，N型ABC组件能够提供更大的受光面积。加之对膜厚和折射率的精确控制，使得电池表面的光学特性得到了优化。这不仅将效率损失降到最低，也让电池的颜色显得更加深邃且均匀，这种一致的黑色调不仅增强了组件的整体美感。

完美适配全场景建筑风格

N型ABC组件凭借浑然一体的黑色构造，打破了传统光伏组件在美学应用上的局限性。它不再仅仅是一个发电装置，更成为了一种装饰元素，融入到各种类型的建筑物中。从都市高楼大厦到乡村住宅，它的兼容性和灵活性确保了组件可以在不牺牲美观的前提下，为建筑物增添一份独特的科技感。

性能增强，场景增多，光伏美学得以吸引更多用户

N型ABC组件在外观上进行了革新，在性能方面同样实现了显著提升。爱旭通过运用无银金属化涂布技术和一字型焊接工艺，为这款组件大幅提高了抗隐裂性，增强了其结构稳定性，同时解决了银浆稀缺的问题，降低了成本，吸引了更多用户的关注。

针对光伏发电系统中常见的阴影遮挡问题，爱旭还对N型ABC组件进行了特别优化，确保即便在部分区域受到阴影影响时仍能保持高效的发电能力。这对于那些无法避免阴影覆盖的安装环境来说尤为重要，比如屋顶或复杂地形上的光伏项目。这些技术的应用不仅保证了组件的长期可靠性，还增加了它的使用场景，使光伏组件的美学设计被更多人看到。

光伏组件不仅仅是为了发电而存在，更是为了改善人们的生活质量。N型ABC组件证明了光伏组件完全可以为用户提供一个兼具美观与效能的选择，真正做到将光伏美学发挥到极致。通过持续的技术研发和产品迭代，光伏行业将继续致力于提供更高效、更美观的解决方案，满足不同客户群体的需求。我们期待，可靠的产品性能使光伏组件美学得以充分发挥，为更多人带来超越期待的价值体验。

AI的迅猛发展催生智能算力需求，智算中心基础设施及软硬件国产化需求也随之增长。有数据显示，2023年我国信创产业规模已达到20961.9亿元，2027年有望达到37011.3亿元。

在芯片层面，国产GPU厂商有20多家，这些厂商推出了不同代际、不同用途的AI芯片产品，软硬件之间不适配、不兼容问题有待优化；模型层“百模大战”不可开交，基础模型厂商在预训练模型和推理模型上持续发力，中间工具层和AI应用层玩家层出不穷；数据层也面临着中文开源数据的数据量不足的问题，且公共数据要素和行业数据要素分散在数据烟囱中，制约着AI大模型的发展。整个信创产业在某种程度上仍被服务器芯片、基础设施国产化和IT生态构建等问题“卡脖子”。北电数智认为：“做好人工智能的基础设施建设，不仅要完成算力层的建设，还需要在算法、数据服务上做布局。”

北京电子数智科技有限责任公司（以下简称“北电数智”），是北京电控旗下一家专注于原创性、颠覆性、引领性科技创新的人工智能科技企业。企业自2023年8月1日成立伊始，便以全栈AI能力布局算力、模型与数据领域，现有五大产品矩阵，包括推动国产芯片从可用到好用的“前进•AI异构计算平台”，提供模型适配与算力加速的高质量AI工具链“宝塔模型适配平台”，推动数据安全共享、可信流通的“红湖·可信数据空间”，服务国计民生的垂类模型矩阵，以及包含智算中心建设与运营、加速人工智能落地的AI工厂“星火•智算”。不仅如此，北电数智还持续承接北京市重点项目，如北京数字经济算力中心、先进计算迭代验证平台等，并入选北京市集成电路产业重点支持企业、工信部重点支持企业；先进计算迭代验证平台也经过批复列入北京60个核心重点项目。

多种国产算力混元，探索高效灵活且更具性价比的解决方案

近年来，虽然国产高性能GPU芯片发展迅速，多家公司的GPU产品已问世并落地，但产品在整体性能与国际芯片产品相比仍有明显差距，单一国产企业难以与国际企业长年积累的品牌效应和技术研发实力抗衡，智算集群建设势在必行。智算集群的算力并非单纯GPU算力整合，而是集成不同功能、特点的芯片进行统一调度，整合不同芯片的性能，探索更高效、灵活、且性价比更高的解决方案。北电数智前进·AI异构计算平台可将不同功能、特点的芯片进行集成并统一调度，再根据不同国产算力的产品性能，将计算任务分布到不同的GPU上，让特长芯片发挥细分性能优势，提升模型训练的整体效率。

在前进·AI异构计算平台的支持下，用户无需了解底层硬件细节，只需关注自己需要完成的任务；且算力收费以吞吐量计费，信创客户也可以享受到底层无感、价格优惠的国产算力。

以AI工具链打破“烟囱难题”，自由切换不同模型

从等级来看，模型分为通用基础模型、行业基础模型和场景模型，且不同等级的模型各有所长。目前，企业更加注重多样化选择，模型需要快速切换并根据需要部署到不同的应用程序中。这决定了具备高灵活性、能适配不同模型的AI产品，将影响并引领人工智能技术、产品和生态的新走向。 北电数智宝塔·模型适配平台能向上适配各类软件，兼容各大主流开发框架，降低企业和开发者使用门槛。得益于宝塔·模型适配平台，开发者既可以选择主流的基础大模型，也可以采用开源模型，从而打破算法层面的“烟囱难题”。

构建互联互通信息场域，让数据要素充分流通共享

现如今，我国正面临着高质量数据集获得难的挑战。相较于美国，我国的数据开源和市场流通较差，数据要素的挖掘和治理能力落后，优质的中文数据集依然稀缺，大量非结构化数据无法被算法模型训练所使用。为此，北电数智运用隐私计算、模型分层计算、数字沙箱、区块链存证等前沿技术和多层次解决方案，搭建了“红湖·可信数据空间”。红湖·可信数据空间能够实现数据要素的可信、可控、可用、可审计，有效应对数据安全与隐私保护、数据开放受限等合规性风险和技术挑战，实现对数据要素的可信开发利用。

针对当前算力、算法、数据三个层面的“烟囱难题”，北电数智均提出了行之有效的解决方案，这背后是前瞻性的战略眼光与深厚的技术积累。作为推动我国AI产业高质量发展的重要力量，未来北电数智也将继续秉承“建设数字中国”的使命，致力于以面向未来的AI计算基础设施和AI生产力引擎，推动下一代工业革命在中国加速到来，打造国企新质生产力典范。

2024年，集成电路行业在变革与机遇中持续发展。面对全球经济的新常态、技术创新的加速以及市场需求的不断变化，集成电路企业如何在新的一年里保持竞争力并实现可持续发展？集成电路行业的IP领军企业芯耀辉科技有限公司（以下简称：芯耀辉）分享过去一年的经验与成果，展望未来的发展趋势与机遇。

在科技飞速发展的当下，人工智能正迎来爆发式增长，AI芯片的广泛普及以及软件定义系统的迅速进步，正加速推动万物智能时代的到来。进入后摩尔时代，传统的芯片发展路径遭遇瓶颈，而3DIC、Chiplet等先进封装技术崭露头角，为突破困局提供了新的动力。这些技术不仅为芯片性能和集成度的提升开辟全新的方向，还带来了创新的解决方案，成为推动芯片行业持续进步的重要驱动力。

在这一时代背景下， IP与IC设计技术正处于新一轮变革的关键节点，迎来前所未有的机遇。在复杂的芯片设计架构中，各类IP扮演着至关重要的角色，它们如同连接芯片内部计算模块与外部设备的桥梁，不可或缺。AI芯片因为需要处理和传输海量的数据，不仅是在芯片内部不同计算模块直接需要进行高速的数据交换，比如CPU，GPU，NPU之间会通过UCIe、Die-to-Die接口等IP来实现高带宽、低延迟的互连，同时也需要与外部的设备进行高效、可扩展以及一致性的互连，比如会通过PCIe，Serdes等接口IP与存储和网络设备等进行数据间的高速且准确的传输。而且AI芯片在运行时需要频繁地读写大量数据，对内存的带宽和容量要求极高，通过HBM，DDR，LPDDR等接口IP与存储颗粒之间实现高速的数据传输，有效解决带宽瓶颈，加速数据在芯片和内存之间的流动，从各个方面满足AI芯片对内存容量和带宽的需求。所以在AI芯片领域，接口IP在可以显著提升AI芯片性能的同时，还可以实现功能优化和扩展，帮助客户充分释放设计上的潜能，承担愈加关键的作用。

打造一站式完整IP平台解决方案，实现从传统IP向IP2.0的战略转型

回顾2024年，国内半导体产业经历了诸多内外部挑战。尽管如此，对于芯耀辉而言仍是收获颇丰的一年。

面对人工智能市场迅速崛起，芯耀辉推出的UCIe，HBM3E以及112G SerDes等高速接口IP均广泛应用在Chiplet和人工智能领域，UCIe技术解决了Chiplet的芯片内D2D互联问题，HBM则提升了高带宽内存与芯片间的互联效率，而112G SerDes则实现了芯片间的高速互联，显著提高了集群效率。

UCIe凭借其高带宽密度，低传输延迟与PCIe和CXL复用等优势，已成为Chiplet中D2D互联标准的首选，芯耀辉推出的UCIe IP涵盖了PHY和Controller IP两大模块，其中PHY IP在先进封装上最大速率可以支持32Gbps，标准封装上最大速率也可以支持到24Gbps，并且拥有极佳的能效比和低传输延迟，最大传输距离支持到50mm，远超标准协议中的25mm，为客户的Chiplet方案提供了更大的灵活性和可扩展性，同时Controller IP兼容FDI、AXI、CXS.B等多种接口，让客户在集成使用时实现与系统设计的无缝切换。

HBM以其高带宽、低功耗和低延迟的特性在AI、高性能计算等领域表现突出。芯耀辉也顺势推出了国产工艺上的HBM3E PHY和Controller IP，其中PHY的最大传输速率可以支持到7.2Gbps，Controller拥有卓越的带宽利用率，最大速度可以支持到10Gbps。而在SerDes领域，Serdes IP以其高数据传输速率和低功耗特性，在数据中心内部连接和外部通信中成为首选解决方案，芯耀辉推出了不同组合的SerDes PHY，最高支持112Gbps，并支持PCIe、OIF和以太网等多种协议，满足不同客户对速率的需求。同时，芯耀辉还推出了兼容PCIe和CXL的控制器IP，一站式解决客户的IP选型和集成难题。

芯耀辉在2024年成功研发了上述高速IP，并已完成交付。在研发过程中，芯耀辉就与众多客户进行了深入的讨论并达成了合作意向。产品推出后，迅速获得了人工智能、数据中心和高性能计算等领域客户的积极反响，并与他们展开了深入的合作。

值得一提的是，2024年，芯耀辉成功实现了从传统IP到IP2.0的战略转型，帮助客户在激烈的市场竞争中取得优势。通过一站式完整IP平台解决方案实现了全面升级，不仅提供高性能、低功耗、强兼容的高速接口IP，还配套提供基础IP和控制器IP，帮助SoC客户从内到外提升性能。注重产品的可靠性、兼容性与可量产性，并提供系统级封装支持，优化PHY布局、Bump和Ball排布，提升量产性能，帮助客户加速产品上市。同时，芯耀辉通过整合完整的子系统资源，从方案制定到集成验证，再到硬化和封装测试，提供端到端的解决方案。此外，芯耀辉积极推动国产供应链，提供Substrate和Interposer设计参考，协同上下游产业链，助力产业技术突破。

AI为半导体IP产业带来新增量，国产IP机遇与挑战齐飞

在全球半导体IP市场规模持续增长的同时，人工智能、数据中心、智能汽车等新兴领域为半导体IP产业带来新增量，这些领域对高性能芯片的需求不断增长，极大地推动了IP市场的持续发展，特别是对接口IP的需求日益增加。但是随着外部一些不确定因素，国产化需求更加紧迫，国产先进制程的迭代速度变慢，给国产化IP提供了机遇的同时也带来了极大的挑战。

机遇是随着国产化需求的推动，国产芯片背靠着广阔的市场优势，为国产IP的发展提供了广阔的空间，未来市场会稳步扩张，特别是Chiplet相关的产品和服务，一定会迎来一段蓬勃发展期。

挑战来自于国产先进工艺迭代的速度放缓和国外先进工艺获取的难度增加，SoC在这一背景下会对国产IP提出更高的要求，需要在现有工艺基础上实现更高速的接口IP设计，无疑增加IP设计的难度和成本。与此同时， Chiplet作为SoC架构改进的首选方案，虽然能应付这些难题，但也带来了封装、测试和量产等一系列挑战，同样也会影响到IP设计。因此，IP公司不仅要提供可靠、兼容性强且可量产的IP产品，还需要具备强大的系统封装设计能力和供应链管理能力，以确保整体解决方案的顺利实施。

面对如此机遇与挑战，芯耀辉接下来将继续优化现有工艺上的接口IP，以满足客户多样化的应用场景需求，通过提升接口IP性能充分释放国产工艺的潜能，同时紧跟协议演进的步伐，逐步推出符合DDR6，LPDDR6，PCIe7等先进协议标准的接口IP。另外也会扩展覆盖不同Foundry和工艺的Foundation IP，并推出更多性能优化的数字控制器IP，为客户提供更广泛的选择和更强的技术支持。

在新兴的Chiplet市场，芯耀辉将提供系统级的封装设计方案，帮助客户推出高可靠性和可量产性的Chiplet IP产品，并携手国产上下游企业，共同打造完整的国产供应链。在车规芯片领域，凭借芯耀辉此前在AEC-Q100和ISO 26262功能安全认证方面的丰富经验与IP积累，公司将进一步拓展车规IP解决方案的覆盖范围，协助客户加速功能安全评估，确保实现相应的目标ASIL等级，从而帮助SoC客户缩短设计、认证和产品发布的时间，降低成本。

芯耀辉认为，作为一家本土IP授权服务企业，必须深入了解客户的需求，全面掌握客户的应用场景和实际需求，开发出完全贴合客户需要的IP产品并提供客户所需要的IP相关服务。同时，不能去做行业追随者，仅仅寻求国产替代方案，而应聚焦市场需求，做其他的国产厂商没有做好的但是又非常有难度的东西。专注做有难度、有价值的产品，完善产业链，通过IP授权和服务为产业提供强有力的支撑，为芯片产业创造最大的价值。

当前及未来十年，是半导体产业，尤其是中国半导体的黄金十年，尽管自去年以来，半导体行业面临增速放缓和今年更加严峻的封锁形势，我们依然坚信半导体行业将会迎来全面复苏，在这样的市场变动过程中，更加能够凸显芯耀辉真正的在攻坚克难做实事，脚踏实地推进技术创新和解决方案方面的优势。随着行业复苏的到来，公司将迎来更大的增长机遇。

展望2025年，芯耀辉将以全新的IP2.0成熟方案为核心，结合高可靠性、可量产的IP组合、完整的子系统解决方案、系统级的封装设计，以及强大的供应链能力，预见并解决客户在IP应用中可能遇到的各种挑战，更好地适应市场创新需求。

近日,《RT轨道交通》发布2024年中国城市轨道交通空调系统中标数据,TOP3品牌市场占比超80%。其中,从中标项目数、中标金额上看,海尔智慧楼宇均实现了市场第一,市场份额达37.89%。在市场占比再创新高的同时,海尔智慧楼宇已连续7年居行业TOP1。

此外,新一年的市场发展也迎来了好消息:海尔智慧楼宇与中铁二局青岛工程有限公司达成战略合作,持续推进青岛地铁建设。由点及面,目前,海尔智慧楼宇已在全国39座城市、239条线路落地,成为用户首选。

从2024年空调系统招标信息中可以发现,地铁业主对于智能高效、节能型空调系统的招标意愿愈发强烈。高效智能的中央空调方案正成为市场主流。

对此,海尔智慧楼宇早已形成了专业解决方案。针对站台站厅,有风水联动方案打造舒适温湿度环境,高效机房助力节能运营,蒸发冷磁悬浮空调解决占地面积大等问题;针对办公、车辆段及TOD场景,可应用空气源热泵、物联多联机等,满足供热和灵活安装等需求;还有智控方案,实现集中控制、分区管理……让不同场景需要都能得到满足。

也正是基于全场景定制方案,海尔智慧楼宇已实现青岛地铁100%覆盖。作为中国首个地铁全自动运行系统示范工程,青岛地铁6号线设计之初不仅提出舒适、节能需求,还要求减少设备占地面积,以降低整体建设预算。针对这一行业难点,海尔蒸发冷磁悬浮空调通过集中设计,做到了节省冷却塔占地面积50平米/站,节省冷水机房120-150平米/站。

同时,通过智慧运维平台,运营人员不仅能够实现在线操控、智慧管理,还做到较常规空调机组能效提升30%以上,每标准站年省电10万度以上,节省运营费用5万以上。基于当地各线路的良好体验,中铁二局青岛工程有限公司与海尔智慧楼宇,就更多地铁线路建设达成了合作。

从行业统计数据看,2025年预计有42条线路的空调系统进行招投标,涉及车站数512座,市场需求旺盛。作为行业引领者,海尔智慧楼宇将持续完善场景方案及科技,助力我国迈向交通强国。

工业控制系统的电气设计要求非常严苛，需要设备在最具挑战性的条件下保证耐用性、可靠性，以便尽可能地延长其使用时间，减少宕机。同时，在某些特殊应用场合，即使在恶劣的工作环境中，控制系统也应该万无一失，准确无误地完成控制任务，如功能安全关键应用中，例如高度机器人化的工作环境、发电厂或航空运输，在这些环境中，如果出现问题，可能会给操作人员、企业财产甚至整个生态系统带来严重风险。

功能安全是工业自动化领域内的一门高级技术学科，并且得到了国际认证机构（主要是IEC 61508）的广泛认可。然而，在本文中，我们将不分析其复杂的理论形式，而是关注有趣的技术挑战和特定的应用场景，这些环节是我们在设计过程中要十分注意的。我们将以一个双通道功能安全数字I/O评估板（STEVAL-FSM01M1）为参考，分析功能安全I/O系统的架构及其原理。我们还将指出该板上嵌入的一些创新功能。本文讨论了每个自动化工程师在开始下一个项目之前应了解的技术挑战。

功能安全和冗余

功能安全系统的基本包括系统冗余概念和诊断功能（在操作期间监控系统的完整性）。在功能安全的世界中，安全状态通常被认为是设备处于被动状态（去除使能、关闭开关、逻辑处于零态等）。因此，在任何条件下（包括出现可能的了故障）控制系统都可以进入这个安全状态是功能安全的基本原则。图1中展示了一个安全数字I/O模块的功能框图。

这个模块有两个输入通道（IN1和IN2，互为冗余）及两个输出通道（OUT1和OUT2，互为冗余）。此外，每个PNP型输出通道实际上是通过一个智能高边开关（IPS）与一个被控制的P通道功率MOSFET（STL42P6LLF6）串联在一起而实现的。最重要的是，为了消除故障情况下可能发生的跨通道一致性，每个输出通道的控制信号都通过独立的数字隔离器（STISO621）传导。

数字量输入部分

I/O模块中实现数字输入功能用来接入工业传感器信号，将0V/24V过程信号转换为较低电压的逻辑电平，并通过数字隔离器被微控制器或ASIC所识别。IO模块的外壳内空间较小，内部的电路板需要在EMC干扰的情况下提供稳定的性能，同时最好尽量减少功耗，提高效率及可靠性。在这样的要求下，分立元器件所搭建的传统方案很难实现，这对设计工作带来不可避免地负面影响。

一种更快捷和方便的解决办法是使用行业认可的方案——一款双通道数字输入电流限制器（CLT03-2Q3），它在单个超紧凑封装芯片中容纳了两个独立的输入通道（图3）。除了数字输入功能外，CLT03还提供了其他专门为功能安全所设计的有用功能，例如能够无需额外供电即可作为输入信号电流传感器，或可在操作期间自行监控其工作状态是否正常的独特诊断机制。这颗芯片内部的每个通道都配备了一个测试脉冲（TP）发生器，当连接的输入信号处于高电平（24V）时，它可以在输出信号路径中叠加心跳脉冲。

在STEVAL-FSM01M1评估板上，可以使用一个小信号晶体管在操作期间主动控制此功能，如波形采集（图4）所示。脉冲宽度（和频率）可以根据测试脉冲电容（CTP ）在较宽范围内调整。使用这种机制，微控制器可以动态监控输入前端IC的是否工作正常。因此，这个独特的功能提供了一个额外的选项来扩展系统安全性和诊断覆盖范围。图片 4.png插图4：使用CLT03-2Q3的主动测试脉冲控制

数字量输出部分

过压和反极性保护

在模块的24V电源连接器附近，有一个双向瞬态电压抑制器（TVS1）与电源直接连接，与电容C1并联，用于电源保护。实际上，连接瞬态电压抑制器的PCB路径长度必须尽可能短，以最小化寄生电感。否则，它可能在EMC过应力期间引起电压瞬变，使电路暴露于显著高于其钳位额定值的电压。TVS1的尺寸应该尽可能的小，其钳位电压应不高于36V，同时其在吸收EMC浪涌电流时要通过较大能量。在参考板上这些要求是通过一个瞬态电压抑制器（SMC30J36CA）得到满足，其钳位电压36V，其峰值功率高达3000 W （10/1000 μs）、40 kW（符合IEC 61000-4-5的8/20 μs脉冲）。过电压保护部分后面的电路设计用于防止电源电压的反极性。在实践中，这种错误可能由于接线错误而频繁地发生，但负过电压脉冲也是EMC典型测试的强制部分。反向电流阻断电路基于一个被动偏置的60V P通道晶体管Q1（STL42P6LLF6）。

感性负载退磁电路

许多执行器具有感性特性（例如电磁阀、阀门、继电器等）。这意味着在其关断时，负载的磁场能量会转化为电能，被数字输出的电路吸收。为此，IPS16xHF系列智能高边开关内部具有快速退磁电路，在输出关断时输出针脚的电压不会维持在0V，而会保持相对于VCC 一定的压降。在使用IPS16xHF的情况下，这个压降值为VDEMAG ≈ 70V（见图6）

有时，当需要优化高感性负载的去磁能量时，方便的做法是通过连接在输出和地之间的外部瞬态电压抑制器（图5中的TVS2）实现退磁。接地连接的原因是瞬态电压抑制器在永久性击穿之前可视为短路。这样，在故障情况下保持系统钝化的安全原则得以维持。外置输出瞬态电压抑制器的选择应设计为其性能可以完全替代高边开关内部集成的去磁性能：

VTVS,CL,max < |VCC,max – VDEMAG,min |

其中， VTVS,CL,max 是外部瞬态电压抑制器的最大钳位电压，

VCC,max 是最大允许的供电电源电压，

VDEMAG,min 是高边开关的最小去磁电压（在数据表中规定）。

在这里，我们需要进一步认识到瞬态电压抑制器的钳位电压随温度而浮动，并且必须选择具有一定钳位裕度的组件。在评估板上，去磁瞬态电压抑制器（SM6T33CA）满足这些要求。

诊断

持续监控系统的正确操作是安全I/O的关键部分。该评估板上有几种机制可用于此目的。首先，IPS具有自己的诊断功能，具体取决于其配置，在过载情况下向微控制器报警以显示过流或芯片的过热关断。还有用于电源的电压监控和每个输出通道上的输出反馈。这部分电路通过保护二极管D3串联的分压器R6和R7的组合来实现，如图5中所示。这用于保护后续的A/D转换器（ADC120）免受负过电压的影响，例如在EMC干扰或去磁期间。这些诊断电路实时监控系统的完整性和操作条件。

过流及短路保护

智能高边开关（IPS）的除了负责控制输出外，其还提供多种保护功能，如防止过流和过热保护。在发生输出短路或任何其他导致过电流的过载情况下，IPS将其输出电流限制在预定的水平ILIM （IPS161HF上的典型值为1.2 A，或IPS160HF上的典型值为3.3 A）。

在电流限制期间，功率开关以线性模式运行，这导致功率耗散增加。一旦IC内部温度达到约170ºC，芯片内部集成的热关断保护将被触发，自动禁用输出以进行部分冷却，具有15ºC的滞后。这种保护性热关断由IC的诊断引脚报警。电流形状在图7左侧波形采集中显示。

IPS160HF和IPS161HF 芯片提供了一种被称为Cut-off的额外电流保护机制，允许在过载情况下最小化功率耗散（图8）。在这种模式下，IPS周期性地激活输出并保持一段预设时间，然后关闭以防止过热。Cut-off持续时间由外部电容器决定（图8CCOD）。这允许降低芯片的功耗及热量，如我们在图7中分别比较两种操作模式下的电流波形（绿色）时清楚看到的那样，左图是未激活Cut-off功能，右图是激活了Cut-off功能。这在具有多个通道和有限内部功率预算的高密度输出模块中特别重要。需要注意的是，Cut-off激活后，可能无法驱动启动电流较大的负载（例如，电容负载和灯），在此情况下，Cut-off功能可能在负载完全充电之前触发保护。考虑到这一点，应该根据实际应用条件来设置Cut-off保护时间或禁用Cut-off功能。

这种主动Cut-off控制功能在评估板（STEVAL-FSM01M1）上是可灵活设置的。图9说明了所谓的“反应性Cut-off”，其中默认情况下禁用Cut-off功能，以便允许电容负载的平滑充电；但它也最终作为对长期过载或故障情况下的热关断事件发生后及时介入并提供保护。

总结

工业安全适用于所有类型的应用和行业，包括自动化制造、运输、智能建筑或海事和航空系统。确保人类、设备甚至我们的环境的安全符合适用的工业安全标准是至关重要的。

在意法半导体，我们在系统设计方面的长期工程专业知识和安全认证过程的丰富经验使我们能够为硬件设计人员提供不仅是最先进的集成电路，还有准确的知识和技术支持。

在这篇白皮书中，我们讨论了功能安全自动化的数字量I/O系统设计。在查看安全数字量I/O模块的结构后，我们通过使用安全双通道数字I/O评估板（STEVAL-FSM01M1）的示例，探讨了其电气实现的特定设计方面。所采用器件的坚固性和可靠性能不仅通过我们实验室的彻底验证得到保证——它还通过全球无数工业系统的24/7不间断运行每天得到证明，同时所采用的器件都是经过严格测试并验证的，可以提供可靠性报告，其可用于功能安全认证所需的FMEDA计算。