这种传输意味着将来自感测节点的传感器数据发送至主掌握器或者云高度依赖运用。在许多运用中，一些本地数据会在终端节点处理，汇总数据随后通过无线办法发送至网络网关，或者 直接通过蜂窝链路发送至云或剖析做事器。在这些情形下，传输的数据量常日都相称低，而且由于终端节点是由电池供电，所有常日哀求保持低功耗。在其他运用中，须要进行原始传感器数据传输。例如，在剖析之前可能须要对来自多个传感器的数据进行调度和领悟。在利用数据进行实时掌握的运用中，也须要进行原始数据传输。在这些运用中，更可能采取有线接口作为数据传输办理方案。
工业运用的 CbM 可以利用 ADI 经由优化的微机电系统(MEMS)加速度计、低功耗微掌握器和有线 iCoupler® 隔离接口旗子暗记链来提取、调度来自远程 CbM 从机的机器康健状况数据，并将其可靠回传至主掌握器进行剖析。随着韶光的推移，可以利用机器康健数据创建基于软件的模型来确定机器行为的变革，并主动掩护机器康健。在一些运用中，如数控机床，数据也可以用来实时优化系统性能。
实现有线 CbM 接口的寻衅包括：在长电缆上运行时 EMC的稳健性、以高波特率传输时数据的完全性（用于实时传输 CbM 数据流），以及通信物理层 / 协议的不匹配。ADI 旗子暗记链和系统级专业知识为实现有线 CbM 接供词给了几种可能的选择。
有线 CbM 设计实现
设计和支配基于状态的有线监控办理方案须要考量多个别系性能成分，并进行权衡取舍。
首先，在选择得当的 MEMS 加速度计时，必须考虑须要丈量的故障类型，从而选择得当的带宽和噪声性能 MEMS 来知足系统的哀求。边缘节点处理须要仔细匹配所选的处理器，以确保最高的系统灵巧性。
其次，有线 CbM 系统的设计须要精心选择得当的有线通信协议和物理层，以实现高速实时数据流传输。实现有线接口须要仔细考虑 EMC 性能、数据传输电缆、连接器和电缆上的电源传输。
选择得当的 MEMS 加速度计
选择得当的 MEMS 振动传感器涵盖几个方面：
轴数
被监测的轴数常日与故障类型和传感器的安装支配呈函数关系。如果能明显看出故障涉及一个主导轴，并且在该轴上有一个清晰的传输路径，那么采取单轴传感器就足够了。三轴传感对 于多轴中包含能量的故障或故障能量传输路径不明确的故障是有用的。
故障类型
被监测的故障类型对传感器选择有主要影响。传感器的噪声密度和带宽是这方面的主要指标，由于它们决定了能够可靠提取的振动水平和频率范围。例如，对付低转速机器的不平衡和失落调故障，可能须要一个低噪声密度传感器，但带宽哀求相称低，而齿轮故障检测须要传感器兼具低噪声密度和高带宽。
性能哀求
除了故障类型外，理解 CbM 的性能哀求也很主要。对基本交通灯类型的状态指示器履行报警检测，须要通过不同水平的性能来进行繁芜的预测。这显然适用于正在支配的剖析和算法，但 也会影响传感器的选择。传感器在带宽、噪声密度和线性度方面的性能水平越高，剖析能力就越强。
选择得当的旗子暗记处理
设计考量成分包括：
加速度计输出
加速度计的输出一样平常是仿照或串行数字旗子暗记，常日是 SPI。仿照输出传感器将须要一个数字转换阶段，也须要进行一些旗子暗记调理。这可以是一个支持前置放大器调理的分立 ADC，也可以是微掌握器中的嵌入式 ADC。
边缘节点处理哀求
为了减轻数据链路和 / 或中心掌握器 / 做事器的包袱，边缘节点上可能须要一些基本的 FFT 或旗子暗记处理算法。
数据传输协议哀求
ADC 或传感器的输出常日是 SPI 接口。它本身并不供应任何机制用于履行数据完全性检讨、确定韶光戳、稠浊来自不同传感器的数据等。在传输之前，将传感器数据封装在边缘节点的高等 协议中是非常有用的。这可以提高传感器接口的稳健性和灵巧性，但是哀求在边缘节点上妥当处理和封装数据流。
将加速度计输出移植到有线通信总线
如前所述，加速度计的输出一样平常是仿照或串行数字旗子暗记，常日是 SPI。SPI 输出可以在本地处理（许可协议灵巧性），然后添加到物理层接口，或者直接移植到物理层。
SPI 是一个不平衡的单端串行接口，用于短间隔通信。要在更长的间隔内直接将 SPI 移植到物理层，须要利用 RS-485 线路驱动器和吸收器。RS-485 旗子暗记传输是平衡的差分式传输，本身便能抗滋扰，且通过长线缆长度时具有稳健性。
在 SPI 主机和从机之间的较长间隔上利用 SPI 时，存在一些寻衅。SPI 从实质上是同步的，具有一个由 SPI 主机启动的时钟(SCLK)。SPI 数据线路——主机输出从机输入(MOSI)和主机输入从机输出(MISO)——与 SCLK 同步，在短间隔范围内这是可以实现的。SPI 还有一个有效的、低使能芯片选择(CS)旗子暗记，如果须要，它许可单独的从机寻址。
在长电缆中传输时，SCLK 旗子暗记会在电缆中产生传播延迟，100 米长的电缆会延迟 500 ns。对付 MOSI 数据传输，MOSI 和 SCLK 会被电缆延迟同等韶光。然而，从从机 MISO 发送到主机的数据会涌现两倍传播延迟，因而不再同步。
为了规复主机和从机之间的同步，可以将来自从机的时钟旗子暗记反馈给主机，或者利用时钟相移补偿主掌握器的电缆延迟。时钟的相移必须与系统的总延迟匹配。AN-1397 供应主微掌握器 延迟补偿的实现细节。
有线通信物理层
进行长间隔通信时，须要采取稳健可靠的物理层。如前所述，RS-485 旗子暗记传输是平衡的差分式传输，本身便能抗滋扰。系统噪声均等地耦合到 RS-485 双绞线电缆中的每条导线。一个旗子暗记的发射与另一个旗子暗记相反，耦合到 RS-485 总线的电磁场彼此抵消。这降落了系统的电磁滋扰(EMI)。让 RS-485 非常适宜 CbM 系统的一些额外关键优点包括：
更高的数据速率，电缆长度较短（小于 100 米）时可达 50 Mbps
数据速率较低时，线缆长度可达 1000 米
全 / 半双工 RS-485 和 RS-422 多驱动器 / 吸收器对可以利用最小量的组件，将双向 SPI 转换为 RS-485 总线旗子暗记
较宽的共模输入范围许可主机和从机之间具备接地电位差异
有线接口的 EMC 性能
在长电缆中传输时，通信网络可能会受到危害影响，例如较大的共模噪声、接地电位差异和高压瞬态。
传导和辐射噪声源可影响 100 米线缆长度内的通信可靠性。采取 ADI iCoupler 芯片级变压器隔离技能可以提高对这些噪声源的抗滋扰能力。AN-1398 概述了利用 iCoupler 技能可以实现的对常见工业瞬态的抵抗力。
共模瞬变抗扰度(CMTI)是隔离器抑制高压 / 高压摆率噪声瞬态，并保持无偏差通信的能力。 旗子暗记和 isoPower®隔离器件 供应最低 25 kV/μs 的共模瞬变抗扰度，也可以在不造成永久闩锁或破坏的情形下承受最大 100 kV/μs。
在工厂自动化环境中，系统设计职员常日无法掌握供应通信网络的电气装置。最好的做法是假定存在接地电位差异。在运动掌握系统中，可能会产生数百伏的接地电位差异。RS-485 通信 节点须要电流隔离电源和数据线路能在这些环境中可靠地运行。旗子暗记和 isoPower 隔离器件供应峰值可达 600 V（根本）或 353 V（增强型）的最大连续事情电压。在存在较大接地电位差异的情形下，根本绝缘支持实现可靠的通信。增强型绝缘保护操作职员免于在厂区受到电击。
在有线通信网络中，暴露在外的连接器和电缆可能遭受许多严苛的高压瞬态影响。与变速电力驱动系统的 EMC 抗扰度哀求干系的系统级 IEC 61800-3 标准，哀求最低±4 kV（打仗）/±8 kV（空气）的 IEC 61000-4-2 ESD 保护。ADI 新一代 RS-485 收发器 供应高于±8 kV（打仗）/±8 kV（空气）IEC 61000-4-2 ESD 保护。
数据线路上的幻象电源
在主掌握器和远程 CbM 传感器节点之间分配电力和数据线路须要采取创新的办理方案来降落电缆本钱。将数据和电力线路领悟在单一双绞线上意味着可以大幅节省系统本钱，以及可以在 空间有限的终端传感器节点位置采取更小的印刷电路板(PCB)连接器办理方案。
功率和数据通过电感电容网络分布在双绞线对上。高频数据通过串联电容与数据线路耦合，同时保护 RS-485 收发器免受直流总线电压影响。主掌握器上的电源通过电感器连接到数据线路，然后利用电缆远真个 CbM 从传感器节点上的电感器进行滤波。
电缆两端的电感应良好匹配，以避免产生差分模式噪声，自谐振频率应至少达到 10 MHz，避免对 ADI 新一代振动丈量系统的实时突发模式产生滋扰。把稳，电源和数据耦合办理方案必须添加到不须要直流数据内容的数据线路中，例如 MOSI 或 MISO 到 RS-485 的扩展件。
推举的办理方案和性能取舍
基于所提出的设计考量，以下组件为稳健的有线工业振动丈量办理方案供应了最佳路径。
ADcmXL3021, 宽带宽、低噪声、三轴振动传感器
ADuM5401/ADuM5402, 四通道、2.5 kV 隔离器，采取集成 DC/DC 转换器
ADM3066E, 50 Mbps 半双工 RS-485 收发器
ADM4168E, 30 Mbps 双通道 RS-422 收发器
LTC2858-1, 20 Mbps 全双工 RS-485 收发器
ADP7104, 20 V、500 mA、低噪声 CMOS LDO 稳压器
推举办理方案
ADcmXL3021 MEMS 加速度计对付这三种办理方案都是通用的。这个加速度计具备超低噪声密度(25 µg/√Hz，支持出色的分辨率。ADcmXL3021 也具备宽带宽（从直流一贯到 10 kHz，5%平坦度），可以跟踪许多机器平台上的关键振动特色。ADcmXL3021 为客户供应一个经由机器优化的铝封装，可以在广泛的频率范围内供应与集成 MEMS 传感器的稳定耦合。这就担保了可以可靠提取和调理从受测设备得到的振动特色。
ADcmXL3021 可以供应 SPI 输出，可以直接与 RS-485/RS-422 器件连接，也可以通过微处理器和 / 或 iCoupler 旗子暗记和功率隔离与 RS-485/RS-422 器件连接，如图 1 所示。为了实时监测工业设备上的振动特色，ADcmXL3021 供应实时流传输模式，其事情速率约为 12 Mbps SPI。
图 1. 实现可靠、高度集成、有线 MEMS 加速度计基于状态监测的办理方案的选项。
为了将实时流传输 SPI 模式连接到 RS-485 总线，必须选择数据速率出色的组件。
对付图 1 所示的选项 1 和选项 2（可以经由 SPI 直接与 RS-485 连接），ADM3066E 和 ADM4168E 供应一个可靠的接口，在从机振动传感器节点实现 SPI 3 吸收、1 发射(3+1)配置。SPI CS 吸收旗子暗记 利用 ADM3066E、SPI CLK 和 MOSI 实现，MISO 旗子暗记利用 ADM4168E 实现。在实时流传输模式下运行时，ADcmXL3021 向主微掌握器发送一个中断旗子暗记，以在新数据突发可以捕获时进行标记。中断旗子暗记(/BUSY)也可以利用 ADM4168E 传输给主机。
完全的办理方案由主机发送至 ADcmXL3021 的三个旗子暗记（MOSI、CS、CLK），以及从 ADcmXL3021 发回主机的两个旗子暗记（MISO、/BUSY）组成。5×单端旗子暗记仅用 ADM4168E 和 ADM3066E 两个组件 就可以转换为差分旗子暗记。差分旗子暗记可以利用 RJ50 连接器和插头转换，与工业标准 RJ45 以太网连接器比较，这两者占用的 PCB 面积险些相同。ADM3066E 和 ADM4168E 收发器供应大于±8 kV 的 （打仗）/±8 kV（空气）IEC 61000-4-2 ESD 保护，在直接连接到有线电缆接口时，供应必需的可靠性。
对付选项 3，微掌握器可以预先处理 ADcmXL3021 SPI 输出，也可以在 SPI 和其他串行接口（例如 UART）之间实行协议转换。UART 是 RS-485 接口常用的一种异步协议。UART 由发射和吸收旗子暗记以 及发射使能旗子暗记组成，所有这些旗子暗记都可以直接连接到全双工 RS-485 收发器，例如 LTC2858-1。在全双工模式下，LTC2858-1 许可同时进行双向数据传输，这与 SPI 双向数据传输的哀求相匹配。该微掌握器可以处理同步 SPI 到异步 UART 协议的转换。
ADuM5401/ADum5402 是业界体积最小的旗子暗记和电源隔离器件。它们包含一个集成式 DC/DC 转换器，采取 5.0 V 或 3.3 V 电压时（5.0V 输入电源），可供应最高 500 mW 调节隔离功率。
在图 1 中，选项 2 包含 ADuM5401，它从数据总线获取 5 V DC，然后为 ADcmXL3021 供应 3 V 隔离电源。ADuM5401 还包括 4 个旗子暗记隔离通道，采取支持 3+1 SPI 隔离的配置。
图 1 中的选项 3 包含 ADuM5402，它与 ADuM5401 相似。关键的差异在于 ADuM5402 供应 2 个发射和 2 个吸收数字隔离通道。
如前所述，ADuM5401/ADuM5402 可以提高有线 CbM 接口的 EMC 抗扰度，保护 ADcmXL3021 免受 RS-485 电缆接口上的高压滋扰和接地电位差异。
性能取舍
表 1 利用许多关键指标比较了这三种办理方案，包括设计灵巧性、PCB 面积、办理方案本钱、繁芜性和 EMC 性能。
表 1. CbM 选项之间的取舍比较
在 CbM 传感器节点集成一个微掌握器将增加设计的灵巧性，但会增大 PCB 面积，且增加软件繁芜性。由于主 CbM 节点将配有一个处理器，这意味着图 1 中的选项 3 实质年夜将是一个双微掌握器 系统，与主 CbM 节点上的单个微掌握器比较，该系统的启动和运行速率将更慢。
选项 1 和选项 2 的设计灵巧性较低，但是供应了一种更快速支配的路径，由于它们支持在 RS-485 链路上集成繁芜度低且透明的 SPI。选项 1 和选项 2 还可以采取比选项 3 体积更小的 PCB，这须要额外的 PCB 区域来敷设微掌握器和干系电路（例如，一个时钟振荡器和几个无源组件）。
将 i 旗子暗记和电源隔离添加到选项 2 和选项 3 会占用最小的 PCB 面积，且可以提高 EMC 性能（超过利用 RS-485/RS-422 收发器的片内保护可以实现的性能）。
数据速率较低的办理方案
对付以较低的数据速率（小于 2 Mbps）运行的有线运用， LTC4332SPI 扩展器供应了一种替代方案，用于加固主从传感器节点之间的 SPI 链接。LTC4332 可以传输 SPI 数据，包括通过两条双绞线传输的中断旗子暗记。该办理方案可以显著节约本钱，由于与标准办理方案比较，它最多可节省 50%的总线线缆。
图 2. LTC4332 SPI 扩展接口帮助节省线缆本钱。
