第四次工业革命袭来，这个冷门却关键的传输零件不能忽视

伴随着第四次工业革命的兴起，现代化制造对于先进无线通信技术的需求也水涨船高。智能工厂需要集成多种信息物理系统，这些系统需要速度更快、更加可靠的无线解决方案来处理严苛的工业环境中不断增长的数据量，而无论该设备的形态、工作环境或是工作方式如何。

导电滑环是一种专用于任何360°旋转并连续传输电源、数据信号等的机电系统零部件，能够进行360度无限制全方位旋转，连接两台机械设备并把一台设备的电流或各种信号传输给另外一台设备的一种中转器，同时保证传输电流或信号稳定，不失真不丢包。过去的导电滑环通常只会在大型机械设备中采用，是一款较为冷门的零部件，随着近几年的应用领域慢慢普及，它的身影已经慢慢拓宽到各行各业，比如医疗、安防、激光雷达、航空航天、旋转门、各种机械行业的机械设备等等，可以说是工业自动化行业的关键性零件。

传统工业滑环中的数据通信技术

现代工业场景要求在旋转部件之间提供更快、更可靠的数据传输，随着此需求日益增长，对滑环中使用的数据接口的带宽、串扰和EMI性能的要求也日益严格。满足这些要求对于保证相应工业设备的实时运行、连续正常运行和最大效率至关重要。滑环多种多样，其功能特性、外形大小、转速(rpm)、最大数据速率、功率范围、支持的接口类型、通道数量，以及许多其他设计因素，都随应用要求而有所不同。在这些设计考量因素中，关于数据接口的一些要求非常重要，因此，要在滑环组件中正确实施数据接口，选择适当的技术非常关键。用于实现这一功能的数据通信技术通常可分为接触式和非接触式。

下表中总结出了各类数据接口技术，它们提供众多特性和功能，能够满足典型的工业滑环应用要求。但是，这些传统技术大多仅支持短距离数据传输，这要求转子和定子上的收发器元件需彼此非常靠近。此外，第四次工业革命还对滑环应用数据接口的可配置性、可靠性和速度提出了严格的要求，而现有的传统技术往往不能满足这些要求。

ADI推出了一种基于非接触型技术的新型解决方案，该方案依靠电磁毫米波在辐射近场（菲涅耳）和远场区域远距离传输数据，解决了其他方法存在的一些关键限制。这种解决方案不但为滑环应用提供了一种紧凑且经济高效的先进微波数据接口，还能与传统的非辐射旋转接头的耦合元件组合，以较低成本实现更出色的性能。

传输延时特性很关键，OOK系统架构实现超低延时无线信号链

ADI 公司基于其60 GHz集成式芯片组，推出了一款适用于工业滑环应用的新型毫米波数据接口解决方案。该方案由 HMC6300 发射器和 HMC6301 接收器组成，非常适合超低延迟工业滑环应用，其中一个独特优势是在接收器信号链中集成了一个AM检波器，可用于对OOK等幅度调制进行解调。

OOK是控制应用中常用的一种调制方法，因为它无需使用成本高昂且耗电的高速数据转换器，因此能够实现简单、低成本的通信解决方案。此外，由于OOK系统架构不包含复杂的调制和解调级，所以能够提供低延迟性能，这对于工业实时应用非常重要。

发射器HMC6300的功能框图

接收器HMC6301的功能框图

发射器HMC6300和接收器HMC6301集成解决方案都采用小型4 mm × 6 mm BGA封装，将特性和性能优势以独特的方式组合在一起，可以满足现代高速滑环应用的严苛要求。除了核心收发器元件外，全双工滑环数据接口的完整概念设计还包括天线、电源管理、I/O模块和辅助信号调理组件，可以根据目标应用的需求进行选择。此解决方案能够以高于1 Gbps的速度实现高度、超低延迟数据传输，且比特误码率可以忽略不计。使用适当的天线设计和增益设置可以在几十厘米距离内实现可靠通信，这为在特定的工业场景中广泛使用滑环解决方案开启了契机。

60 GHz全双工数据接口的框图

分立定制解决方案，让数据“飞起来”的另一种模式

本文介绍的集成式解决方案的性能功能足以满足大部分工业滑环应用的需求，但是，受工业组件定制这个趋势的广泛影响，数据接口可能需要提供支持千兆位的更快数据速率。因此，可能需要使用分立式组件来配置定制解决方案，以满足特定需求。

下面两张图显示了支持5Gbps以上数据速率的60GHz数据接口的完整信号链解决方案示例。这种OOK解决方案通过采用ADI公司的标准RF组件和基本自定义模块来实现，其中包括无源器件、匹配电路、分支型滤波器、偏置器、衰减器等（图中未显示所有组件）。

适用于60 GHz发射器的完整信号链解决方案（OOK调制器）

适用于60 GHz接收器的完整信号链解决方案（OOK解调器）

这种分立式解决方案基于单个检测系统架构实现。但是，基于性能要求也可以在视频检测阶段之前对RF信号进行下变频处理，从而有助于实现超外差架构。

结论

在第四次工业革命的推动下产生的新应用场景，要求在实时运行的自动化设备的旋转组件之间，实现更快、更可靠且更准确的超低延迟数据传输。ADI公司提供的解决方案不仅提供高速数据传输、超低延迟、可以忽略不计的比特误码率、强干扰衰减和免维护操作，还可以经受更高程度的失调，支持在更远距离内传输数据，支持更广泛的滑环组件，以满足日益增长的现代工业应用需求。