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  可编程逻辑控制(PLC)是一种基于计算机的紧凑的电子系统，它使用数字或者模拟输入/输出模块来控制机器、工艺和其他控制模块。PLC能够接收(输入)和发送(输出)各种不同类型的电气和电子信号，并利用它们来控制和监测几乎任何一种机械和/或电气系统。PLC可以按照所能提供的I/O功能来分类。例如，一个nano PLC具备的I/O数少于32路，一个micro PLC的I/O数在32和128路之间，而小型PLC的I/O数则达到了128～256，其余依此类推。图1描绘典型的PLC系统。

PLC系统架构，示出了各种不同的I/O模块功能

PLC系统包含输入模块、输出模块和输入/输出模块。因为许多输入和输出都涉及现实世界中的模拟变量--而控制器是数字式的-PLC系统硬件设计任务将主要围绕如下方面展开：数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、输入和输出信号调理、输入/输出模块的电气连线与控制器之间以及模块相互之间的隔离问题。

I/O模块的分辨率范围从12位到16位，在整个工业级温度范围的精度为0.1%。模拟输出电压范围通常为±5V、±10V或者0V~5V、0V~10V，电流范围为4~20mA或0~20mA。对DAC的稳定时间要求，从10ms一直到100ms，具体则取决于应用的实际要求。模拟输入范围广泛，由电桥传感器输出的±10mV微弱电压信号;也有电机控制器±10V的电压信号，或者工业过程控制系统的4~20mA电流。转换时间则取决于所要求的精度和所选用的ADC架构，从10SPS到几百KSPS。

数字隔离器、光耦隔离器或者电磁隔离器用来将系统现场的ADC、DAC和信号调理电路与数字端的控制器隔离开来。如果模拟端的系统也必须实现充分隔离的话，在输入或者输出的每个通道必须采用转换器以便较大限度提高通道间的隔离度-电源的隔离也是必需的。

iCMOS 工艺

iCMOS技术是一种新型的高性能制造工艺，它将高压的集成电路与亚微米级CMOS和互补双极型工艺融为一体，在PLC设计的输入、输出部分所使用。

iCMOS技术使得单芯片的设计能够融合5V CMOS并实现其与电压更高的(16、24或者30V)CMOS电路的匹配--于是同一块芯片将拥有多路不同电压的电源。由于能够如此灵活地将各种元件和工作电压集成到一起，亚微米的iCMOS 器件具有更高的性能，其集成的功能更多，而功耗更低--而且所需要的电路板面积大大小于前几代高压产品。其中的双极型工艺为ADC、DAC和低失调放大器提供了精确的基准源，出色的匹配特性和高度的稳定性。

薄膜电阻具有高达12位的初始匹配特性，经过修调后可以实现16位的匹配，温度和电压系数与传统的多晶硅的电阻相比，改善了20倍，是高准确度、高精度的数模转换器的理想选择。片上的薄膜熔断器使得高精度转换器的积分非线性、偏置和增益等性能可以用数字化的技术来校准。

PLC 输出模块

PLC系统的模拟输出--通常用于控制工业环境中的执行器、阀和电机--使用了标准的模拟输出范围，如±5、±10V、0V～5V、0V～10V、4～20mA或者0～20mA。模拟输出的信号链常常包括了数字隔离--将控制器的数字输出与DAC和模拟信号调理部分隔离开来。在数字化隔离的系统中所使用的转换器主要使用3线或者4线串行接口来较大限度减小所要求的数字隔离器或者光耦隔离器的数量。

PLC系统的模拟输出模块通常采用两种架构：每个通道一个DAC的架构和每个通道一个采样保持器的架构。**种架构中，每个通道使用一个**的DAC来产生模拟控制电压或者电流。现在有许多多通道DAC可供选择，在空间占用上更少，通道单位成本更低，但那些需要通道相互隔离的往往采用了单通道DAC架构。图2是每通道使用一个DAC的典型配置。这种较简单DAC是低压单电源型的，采用2.5V~5.5V电源供电，输出范围是0~VREF，输出信号经过调理后可以产生所需的任意电压或者电流范围。双极性输出转换器采用双电源供电，可以用于必须输出双极性电压范围的输出模块。

每通道一个DAC的架构

四路D/A转换器是非隔离型的多通道输出设计的理想选择，通过外接信号调理电路的方法可以实现多达4路的不同的输出配置。例如，图3示出了16bit 4路电压输出型DA5664R是如何提供0～5V的输出范围的--它也可以通过不同的连接方式提供各种标准所需的输出电压范围，或者通过外接的四运放构成灌电流输出。在配制成双极性输出时，其内部基准源的对外输出可以提供必要的跟踪偏置电压。

利用多通道D/A变换器实现±5V、±10V、0V~10V、0V~5V等电压和电流沉输出

图4示出了隔离4~20mA电流环控制电路中所使用的一个单通道转换器。AD5662采用SOT-23封装，适用于那些需要在模拟输出之间充分隔离的应用。

一个4～20mA电流控制电路

AD5662较大的输出电压摆幅为5V，该电压由ADR02电压基准来提供，它可以从变化的回路电压中稳压出一路精密的电源。5V的DAC输出则通过一个运算放大器和晶体管构成的混合电路转换成4～20mA的电流输出。因为运算放大器的同向端输入处于虚地电位，运放就可以调节电流Is，以维持在RS和R3上的电压相等的关系，于是有

RSIS=R3I3

N2端的电流的总和构成了环路电流：

电流在N1点相加，于是有：

环路电流中的4mA的偏移分量是由基准电压所提供：

环路电流中可编程0~16mA电流则是由DAC提供：

每通道配置采样-保持电路

另一种可选的架构是利用开关电容和缓冲器来构成采样-保持放大器(HA)，以储存高性能单DAC的输出信号，如图5所示。这些采样值通过模拟多路复用器在不同的电容器之间切换。因为系统的保持精度由电容的下降速率所决定，所以需要对这些通道进行频繁的刷新以维持所需要的精度。根据输出的要求，可采用低压单电源DAC，也可以使用双极性输出DAC。缓冲器可以提供信号调理，对电容而言呈现一个很高的输入阻抗，并能提供很低的输出阻抗，以驱动负载。

单DAC架构

电源和数字信号的电流隔离

在PLC、过程控制、数据采集以及控制系统中，各种传感器产生的数字信号都传送到一个中央控制器，进行处理和分析。为了保证用户接口端电压的安全性，也为了防止瞬态尖峰的传输，需要实现电流隔离。较常用的隔离器件是光耦器、基于变压器的隔离器和电容耦合式隔离器。

通用的光耦器利用发光二极管(LED)来将电气信号转换成对应的光强度，并用光电探测器将光信号转换成电信号。一般说来，它们的LED普遍存在转换效率低的问题，而且光电探测器的响应速度较慢;光耦隔离器的寿命有限，随着温度、工作速度和功耗的变化而会出现过大的性能波动。它们一般局限于1或2通道结构，需要外接元件才能实现完整的功能。

ADI目前开发出一种新的隔离方法，它将芯片级的变压器技术与集成化的CMOS输入与输出电路结合起来。这些 iCoupler 器件在尺寸、成本和功耗方面都低于光耦隔离器，同时，有多种多样的通道配置和性能水平，并带有标准的CMOS接口，且*外接元件--且能在全温度、电源范围和寿命期中保持其高性能和稳定性。iCoupler的数据率和定时精度比常见的高速光耦合器高2～4倍，而它们用的功耗仅为光耦合器的1/50，发热更小，而可靠性得以提高，成本则更低。

    中国FTTH市场经过几年的酝酿，目前正式进入爆发期，自2008年下半年开始，国内诸多制作PLC光器件的厂商突然发现，手中掌握的订单开始增多，有些厂商由于订单爆满而让产能满负荷运转。进入2009年，中国电信宣布进行更大规模的FTTH网络建设，5月11日，中国电信PON网络建设PLC分路器（splitter）的选型测试工作在中国电信广州研究所进行，吸引了大批供应商前去竞标。

可以说，PLC器件，尤其是PLC光分路器已经成为目前较火、较受关注的无源光器件产品，但我们也注意到，面对这一巨大商机，许多新老企业开始抢进该市场，尤其近两年诞生了很多新公司，“目前冒出20多家新公司，让原本竞争就很大的PLC市场竞争异常激烈。”无锡爱沃富光电科技有限公司副总经理唐明欣先生在开场白中如是说。

 

寻找新的增长点 提早布局PLC市场

事实上爱沃富很早就开始布局PLC市场，谈到为什么当初会选中PLC项目，选择在无锡开设新公司的时候，唐总表示，2006年的时候深圳无限光通讯（无锡爱沃富的兄弟公司）由于急需扩张产能而到处寻找新厂房，当时在深圳本地还没有找到合适的，考虑到照顾主要客户，同时看到无锡在人员和方面的优势，决定在无锡成立无锡爱沃富光电科技有限公司，“起初的产品与深圳无限光通讯有冲突，为了寻找新的业务增长点，我们选择了PLC项目。同时我们的股东也认为PLC的未来应该有很大市场，必须提早切入。”

就这样，爱沃富在2006年9月就对PLC产品立项；2007年初产出样品；2007年9月完成了所有的可靠性测试，并开始了小批量发货，到2008年下半年，开始大规模的出货。目前爱沃富已经成为国内主流的PLC光分路器供应商。

在短短2年时间里取得如此辉煌业绩，靠的是什么呢？“首先是我们有一只熟悉产业和技术的过硬成熟团队，另外爱沃富到无锡设厂后发现内需市场非常的大，而之前则主要依赖出口。我们主要依靠内需市场发展壮大的。”

“另外我们注重终端客户的开发，注重成本控制优势，目前除了芯片外购外，我们自主生产所有的调试设备，在生产、成本、采购链上具备*特的优势，得以保证我们能够继续保持高速的发展。”

新老企业竟相抢入 无惧新进厂商

根据光电新闻网的统计，目前除了原有早已布局PLC光分路器的厂商，如博创科技、无锡爱沃富和中山奥康、西比之外，上海海建、南京华脉、浙江众芯、深圳国为等多家厂商在近1年来开始涉足PLC市场，让原本平静的PLC市场变的非常热闹。

这其中很多公司原先是做跳线、配线架等产品的，“进入该市场的理由是他们手中掌握一定客户资源，让他们认识到有市场需求。”唐总表示。“但这并不意味着这些厂商会进入实质生产，很多企业是拿单找代工，主要也是找类似我们这种的专业制造商来生产，因此这对我们的威胁就不是很大。”

具体到爱沃富的业绩，“增长速度是非常快的，我们已经连续7个月保持月增长20-30%的记录，这其中PLC光分路器功不可没。”目前爱沃富的光分路器月量产已经超过10,000支，其中1×16和1×32是出货主流，分别是每月8000只和6000只。目前爱沃富正在大规模扩大PLC分路器的生产能力，预计到今年底，产能将翻一翻，即2万支/月。

国内缺乏波导芯片不存在技术问题 而在于规模

据我们了解，目前PLC器件中的芯片、胶水以及对准设备等大都需要进口，国内绝大部分PLC企业集中在封装端，国内在波导芯片的国产化方面进展非常缓慢。“我认为国内目前不可能做芯片。这不是技术问题，而是市场规模问题。”换句话说，即使国内有厂商推出自主芯片，由于产量有限，市场规模较小，仍无法养活企业生存。除此之外，高昂的设备维护费用（至少50万美元）也会让企业望而却步。

目前光波导芯片大部分从韩国、欧洲和北美进口，我们熟知的有韩国Woorio，丹麦的NKF，法国的Teem等，这些厂商还有其他主营业务，并非单有波导芯片，“总体来说，客户很分散，市场很分散，除非你能掌握所有封装客户，否则单靠芯片业务无法存活，这也是国内迟迟无法出现波导厂商的主要原因。”

从成本的角度看，一个PLC光分路器中40%的成本来自芯片，40%成本来自FA光纤阵列，20%来自其他。“如果量大，芯片的采购成本也会降低。”而FA光纤阵列则是另外一种关键材料，目前国内已经有多家厂商掌握了光纤阵列的制作技术，而从FA 的角度看，制作PLC光分路器的厂商有两种生产模式，一是购买FA来组装，二是自己制作FA/V型槽来组装PLC，无锡爱沃富属于后者。“这其中槽的精度比较关键，规模化生产能力也很重要。”

看好FTTH 发挥规模优势

“我对国内FTTH市场是非常看好的，另外我相信国外市场也在慢慢好转，我们每个月都会接到国外的Order。”唐总表示，尽管北美和欧洲的市场由于金融危机的影响，还需要一段时间的酝酿，但各国**投入大批资金推动宽带网络业务，让我们看到希望，估计在今年下半年，来自FTTH方面的机会还会有大的增长。

“目前我们的业务80%来自国内，但我认为国外业务很快会起来，”他自信地表示。

但是，目前光通讯产品的价格压力依然很大，尤其是PLC光分路器行业尤其如此，但从另外一角度讲，价格的下降也使加大客户采购意愿，提高产品出货量，也有利于推动这个向更高层次发展。

“当然目前的价格竞争仍是比较理性的，”唐总表示，“如果成本控制的好，加上产品的规模优势，仍可以取得不错的收益。”

做自己擅长的事情

目前光器件行业有的企业采用上下游通吃,或"大而全"的发展模式,有的企业采用专而精的模式,究竟那种模式更好呢?，“我认为在这个行业上下游都通吃是行不通的，要发展好必须专注自己擅长的领域。比如我们不会涉足有源器件，我们不会跟客户抢生意。”唐总表示。

或者说整个行业需要更细化的分工，各个公司需要根据自身的特点，发挥自身的优势，扩大优势产品的生产规模，提升工艺水平，提高产品性能和可靠性，降，走”精而细、专业高品质”的路线。盲目地上项目，或者走大而全的路子，不考虑自身特点，在目前的情况下很难具备竞争优势！

未来无锡爱沃富将专注PLC产品的开发，包括向AWG领域的拓展。另外就是要不断地提高产品质量务质量，让客户充分满意。本着“强化过程管理，制造优质产品，致力持续改进，满足顾客需要”的品质方针，让更多客户认可无锡爱沃富优质的产品务。