為了理解這個(gè)問(wèn)題，我們從人體放電模型（H B M）開(kāi) 始，應用于描述集成電路對靜電放電（ESD）破壞的敏感性。 使用最普遍的H B M 概念是軍用標準M I L - ST D - 8 8 3 、 方法3015.8、靜電放電靈敏度分類(lèi)中定義的試驗模型。相似的 國際HBM標準是JEDEC JS-001。無(wú)論在JEDEC JS-001還是在 MIL-STD-883中，都用100pF電容器和1.5kΩ放電電阻器模擬 帶電人體。測試中，電容器在250 V到8 kV的電壓范圍內完全 充電，然后通過(guò)與受試器件串聯(lián)的1.5kΩ電阻器放電。

由于可穿戴設備設計為可以貼身使用，它們持續受到 因為與用戶(hù)近距離相互作用而產(chǎn)生的靜電沖擊。如果沒(méi)有適 當的保護，可穿戴設備的傳感器電路、電池充電接口、按鈕 或數據輸入/輸出端口有可能被與HBM試驗中產(chǎn)生的相似的 程度靜電放電（ESD）損壞。一旦可穿戴設備失效，整個(gè)網(wǎng)絡(luò ) 的功能和可靠性也會(huì )受到影響。

先進(jìn)電路保護技術(shù)和電路板布局策略能保護可穿戴設 備及其使用者。盡早在設計過(guò)程中運用這些建議將幫助電路 設計者們提高其可穿戴技術(shù)設計的性能、安全性和可靠性， 并有助于構建更加可靠的物聯(lián)網(wǎng)。

封裝尺寸雖小，但ESD保護作用不小

可穿戴設備電路保護的一個(gè)設計挑戰是可穿戴設備的 尺寸越來(lái)越小。過(guò)去，需要大結構二極管和大封裝尺寸（如

圖1 TVS二極管兩種結構

圖2 IEC 61000-4-2評級

設計人員應盡可能選擇單向二極管配置，因為它們在 負電壓ESD沖擊事件中的表現更好。負電壓ESD沖擊期間， 鉗位電壓將基于二極管的正向偏壓（一般小于1.0 V）。反之， 雙向二極管配置在負電壓沖擊期間提供的鉗位電壓基于反向 擊穿電壓，比單向二極管的正向偏壓高。因此，單向配置能 大大減小負電壓沖擊期間對系統產(chǎn)生的壓力。

合理確定二極管位置。大部分可穿戴設計不需要在每 個(gè)集成電路引腳上都使用板級T VS二極管。相反，設計人員應該確定哪些引腳暴露在可能發(fā)生用戶(hù)可能產(chǎn)生ESD事件的。如果用戶(hù)能接觸通訊/控制線(xiàn)路，這可能成為ESD進(jìn)入 集成電路的一個(gè)途徑。傾向于存在這種途徑的典型電路包 括USB、按鈕/開(kāi)關(guān)控制和其他數據總線(xiàn)。由于添加這些分 立器件設備需要占用電路板空間，因此需要能裝入0201或01005封裝的器件。對某些可穿戴應用來(lái)說(shuō)，可采用節省空 間的多通道陣列。無(wú)論采用什么封裝類(lèi)型，ESD抑制器的位 置要盡量靠近ESD源。比如，USB端口的保護應靠近USB連 接器。

縮短走線(xiàn)長(cháng)度。走線(xiàn)布線(xiàn)在針對集成電路引腳的TVS二 極管保護設計中非常重要。與雷電瞬態(tài)不同，ESD不會(huì )長(cháng)時(shí) 間釋放出大量電流。處理ESD時(shí)，一定要盡快把電荷從受保 護的電路轉移到ESD參考點(diǎn)。

首要因素是從信號線(xiàn)到ESD器件和從ESD器件到地的走 線(xiàn)長(cháng)度，而非地的走線(xiàn)寬度。為了限制寄生電感，走線(xiàn)長(cháng)度 應該越短越好。寄生電感會(huì )導致感應過(guò)壓，這是一種短促 的電壓尖峰，如果樁線(xiàn)夠長(cháng)的話(huà)，這個(gè)電壓尖峰可能達到數 百伏特。近期的封裝技術(shù)進(jìn)步包括能直接裝在數據車(chē)道上的？DFN輪廓，這樣樁線(xiàn)就不再需要了。

理解人體放電模型（HBM）、機器放電模型（MM）和帶電 設備模型（CDM）的定義。除了HBM模型之外，MM和CDM 也是描述運行便攜設備或可穿戴設備的集成電路ESD耐受能 力的試驗模型。不少半導體廠(chǎng)家認為MM模型已經(jīng)過(guò)時(shí)。人 們傾向于在堅固性和產(chǎn)生的失效模式上跟蹤HBM，盡管有 些廠(chǎng)家仍在使用它。CDM是HBM的另一個(gè)替代模型。與模 擬人與集成電路之間的相互影響不同，CDM模擬集成電路 滑向走向或管子，然后觸及接地表面。按CDM分類(lèi)的器件 在指定電壓水平上接觸電荷，然后測試存活率。如果器件仍 然功能正常，就在下一個(gè)電壓水平上繼續測試它，直到它失 效。CDM由JEDEC在JESD22-C101E中標準化。

包括處理器、內存和ASIC在內的芯片都會(huì )用這三個(gè)模 型中的一種或幾種來(lái)描述。半導體供應商在制造期間使用這 些模型保證電路的健壯性。對于供應商來(lái)說(shuō)，當前趨勢是降 低電壓測試水平，因為這樣能節省晶片空間，也因為大部分 供應商遵守嚴格的內部ESD政策。

嚴格的ESD政策通過(guò)運行較低的片上ESD保護，能使供 應商受益，電路設計人員還是以對應用級ESD十分敏感的芯 片，決不允許因為現場(chǎng)ESD或用戶(hù)致ESD而失效。為了保護 高度敏感的集成電路，設計人員選擇的保護器件不僅要能防止增強的靜電應力，還要能提供足夠低的鉗位電壓。評價(jià)ESD保護器件時(shí)應考慮以下參數：

1. 動(dòng)態(tài)電阻：這個(gè)參數描述的是二極管鉗制并將ESD瞬 態(tài)對地轉移的能力。它能幫助確定在二極管打開(kāi)后其電阻會(huì ) 低到什么程度。動(dòng)態(tài)電阻越低越好。

2. IEC 61000-4-2評級：TVS二極管供應商確定該參數 值的方法是增大ESD電壓，直到二極管失效。失效點(diǎn)描述 的是二極管的健壯性。這個(gè)參數值越高越好。越來(lái)越多的 Littelfuse TVS二極管能達到20 kV乃至30 kV的接觸放電電壓，遠遠超過(guò)IEC 61000-4-2規定的最高水平（4級水平的接觸放電電壓為8 kV，如圖2）。

隨著(zhù)可穿戴市場(chǎng)的繼續成長(cháng)和新設備的不斷開(kāi)發(fā)，電 路保護需求也在日益增長(cháng)。事實(shí)上，在設計過(guò)程的早期考慮 ESD保護和適當的電路板布局變得比以往任何時(shí)候都更加重 要。諸如TVS二極管這樣的小型電路保護器件將有效保護可 穿戴設備內部的敏感集成電路，維護物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統價(jià)值主張。

可靠的長(cháng)時(shí)間跟蹤算法。該算法研究的出發(fā)點(diǎn)是單獨地運用現有跟蹤算法或檢測算法都無(wú)法長(cháng)時(shí)間地跟蹤目標。Kalal創(chuàng )造性地將跟蹤算法和檢 測算法相結合來(lái)解決跟蹤目標在被跟蹤過(guò)程中發(fā)生的形變、 部分遮擋等問(wèn)題，同時(shí)，通過(guò)一種改進(jìn)的在線(xiàn)學(xué)習機制不斷 更新跟蹤模塊的“顯著(zhù)特征點(diǎn)”和檢測模塊的目標模型及相

飛行器識別出地面機器人

飛行器保持在地面機器人上

油門(mén)行程與飛行器高度

基于開(kāi)關(guān)控制的飛行器高度控制響應曲線(xiàn)

在此系統中，為了保持好的追蹤效果。根據地面機器 人在圖像中的位置，引入一個(gè)PD控制器，使飛行器保持在地面機器人上方�？刂破鞯妮斎胧菙z像頭畫(huà)面中央的像素位置，反饋值是實(shí)際捕捉到的地面機器人在圖像中的位置，控制框圖如圖7所示，根據實(shí)驗調整PD參數而使地面機器人保 持在圖像的中央。圖8顯示了飛行器識別出的地面機器人， 圖9顯示飛行器正在跟蹤地面機器人。

高度控制算法

根據實(shí)際飛行器實(shí)驗和悟空控制系統的說(shuō)明，測試到 油門(mén)信號與飛行器的實(shí)際升降有對應關(guān)系，具體如圖10所 示。油門(mén)PWM信號占空比分子在1000到2000之間變化，當 在1450到1550之間時(shí)，悟空控制系統會(huì )使飛行器會(huì )自動(dòng)鎖定 當前高度，根據這一特點(diǎn)設計了開(kāi)關(guān)控制器，當高度低于給 定值將占空比分子設置成1580，這樣飛行器會(huì )緩緩上升。當 高度高于給定值時(shí)設成1430，這樣飛行器緩緩下降。并設置 實(shí)際值在給定值上下5cm不作控制，即自動(dòng)鎖定當前高度。 如圖11，實(shí)驗時(shí)給定值在0.5m—1m—1.5m切換時(shí)，飛行器 能及時(shí)達到給定值。在打舵的時(shí)候，飛行器高度會(huì )有所改 變，該控制器也能及時(shí)調整達到設定高度。圖11中直線(xiàn)表示 給定高度，綠線(xiàn)表示飛行器的實(shí)際高度，在時(shí)間10s附近開(kāi) 啟高度控制器。

結束語(yǔ)

基于國際空中機器人大賽第7代任務(wù)，本文提出了一種 機載設備的實(shí)現方法，并詳細介紹了該方法的硬件平臺和軟 件模塊。此方法完成了定位、高度控制、障礙物規避和單一 地面機器人識別與跟蹤。飛行器續航能力有限且比賽時(shí)間有 一定要求，所以要完成比賽a階段的追趕目標，上層的策略 模塊還需要進(jìn)一步完善。比賽的b階段增加了飛行器的同臺 博弈，因此還需要更多的實(shí)驗以增加系統的魯棒性。