本文将介绍这种关键应用的几个例子，对于智能和处理能力增加到接近过程节点的应用，这将极大地影响效率和可靠性的提高。新的片上系统设计为实现关键工艺测量和这些参数的控制提供了必要的智能。本文还将讨论SoC设计中的一些特殊改进，以解决在当今快速发展的工业领域中设计和选择微控制器的设计挑战和相关解决方案。

从历史的角度来看，主要依靠制造知识非常有限的工匠来制造物品，如鞋帽、衣服、器皿等物品，也并不遥远。产品的质量和数量取决于具体工匠的技艺和这个行业的人数。最初的生产线实现了产量的增加，随之而来的是产品质量的提高。任何给定产品的制造都被分成简单的分离步骤，每个步骤都由生产线上的工人重复处理，然后工人将半成品转移给下一个操作者。每个

每个操作者只接受特定步骤的有限培训，工头或主管负责整个过程。使用非熟练或半熟练劳动力可以确保质量和数量的快速提高，以及消费品的可用性。

这些手工艺人和早期流水线操作工的分离步骤，后来都机械化了，实现了从人力资本(人)向日益集中化的当地机械化工艺线控制的转移。随着中控的增多，任何一个具体流程步骤(尤其是前期)的可视性越来越低，从中控指令下达到实际执行的延迟越来越长。有时，作为与集中控制相关的响应时间延迟的产生和影响的函数，整个过程的吞吐量比每个单独的过程步骤的限制更受影响。

当前的过程优化策略包括从模拟到数字I/O(传感器和驱动器)的转换，独立过程步骤的连接，以及从单一集中控制拓扑到分布式拓扑的迁移。由于对智能的需求需要更接近过程节点和每个步骤/任务，大型通用工作站和处理器让位于更专业的解决方案，如微控制器和FPGA实现。

随着更多的处理和决策从本地分离出来，客户端服务器的中央控制模式变成类似“点对点”的分布式模式，有必要向更高级的混合信号SoC发展。PLC和I/O模块、温度/过程控制器、数控机床等设备类型，以及流量/高度测量、编码器/分析仪、测量仪器/指示器/极限报警、电机保护和断路器等其他应用将成为进一步提高本地智能的主要应用。这些将以单芯片的形式实现，将集成多通道、混合信号A/D转换、专用h/w处理和辅助MCU。

使用PLC和I/O模块、电机驱动控制器和多轴控制器的一个例子是典型的包装应用，其包括用于卷绕材料的退绕辊、用于传送待包装物品的进给装置、一些密封位置和用于在包装后移除物品的传送装置。

当被包装物料的套准信息差，被包装物料的张力不一致，包装不良时，这种系统的开环控制通常会导致吞吐量(效率)低，质量差。最终结果是，由于额外的QA检查、监控和产品损坏，单位成本增加了，更不用说持续监控增加的额外人工成本了(见图1)。

系统同样的闭环运行，会增加参数的监测和反馈功能，如滚筒的扭矩和速度以及滚筒上剩余物料的数量(长度)，进出料输送机的速度/张力，封口滚筒的温度和压力，待包装产品的配准/定位，以及任何关键单元的振动。在上面的例子中，主电机的驱动功能(速度、张力、位置)的控制可以看作是一个伺服系统，可以通过增加温度、振动等二次测量来实现。

位置环利用编码器或旋转变压器提供的转角反馈信息输出速度/角速度指令，使电机的转角达到要求的位置。速度环路通过这部分环路控制由位置环路设置的电机转速，并且环路由来自编码器或分解器的反馈数据闭合。速度环的输出是电流环的输入，为电机提供电流以达到指定的位置和速度。电机电流值反馈到电流环，指令值和响应值之差尽可能减小到零。Teridian的专利单转换器技术架构及其用于测量单相或多相功率测量的71M651x系列电能计量装置中应用的技术非常适合这些应用所需的高精度电流测量。

71M6403作为断路器和继电保护的漏电脱扣器的新器件，也非常适合上面提到的封装应用中的电机保护。71M6403采用Teridian公司的单转换器专利技术，集成22位δ-σADC、6路初级电流传感器输入和数字温度补偿。

这款可编程器件内置数字di/dt积分器，支持电流转换器或罗果夫斯基线圈，可用于任何或所有输入通道，并提供瞬态和延迟过流、接地泄漏、接地故障和电弧故障保护功能。此外，该设备可以被配置为支持任意数量的传统和习惯的保护算法，这些算法可以适用于现场的特定负载。可编程32位计算引擎(CE)接收和处理来自22位模数转换器的所有传感器数据，并独立于8位MCU运行，后者负责更高的系统级管理和通信任务。混合信号测量子系统的这个分离和管理子系统可以提供高速、高可靠性和极好的动态范围，而没有外部中断或不必要的处理开销。