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01/2015
D 19067 · Januar 2015 · Einzelpreis 19,00 € · www.elektronik-industrie.de
Was Entwickler wissen müssen
FPGA
Mit FPRF-Transceivern eine
Funkeinheit im Feld an neue
Standards anpassen
28
STROMVERSORGUNGEN
Hochzuverlässige Systeme
mit Redundanz und Schutzschaltungen
36
ELEKTROMECHANIK
Schock- und feuerresistente
Elektronikgehäuse für
extreme Bedingungen 46
WIRELESS
ICs für drahtlose
Netze 14-23
ige
Bild: Warakorn - Fotolia
ze
An
Editorial
kühlen schützen verbinden
EDITORIAL
Strangkühlkörper
von Dr.-Ing. Achim Leitner
Kreative Entwicklungsarbeit
W
as Entwickler wissen müssen:
Dem neuen Slogan folgend,
haben sich elektronik industrie und ihre Schwesterpublikation elektronik journal eine neues Gesicht gegeben
und die Ausrichtung geschärft. Sie halten
mit der ersten Ausgabe 2015 die Ergebnisse unserer Produktpflege in Händen:
Angefangen bei der Lesbarkeit der Beiträge (neue Schriften, weißeres Papier, übersichtlicheres Layout) über die Präsentation der Fachinhalte (neue Infografiken,
flexiblerer Aufbau) bis hin zu neuen Rubriken und einer logischen Heftstruktur.
Im Fokus bleiben fundierte Fachinformationen, neue Produkte und Technologien
sowie Grundlagenwissen für ElektronikEntwickler und -Entscheider in allen relevanten Branchen.
Zu unserem Relaunch gehören auch neu
gestaltete Logos und neue Claims: „elektronik industrie – Was Entwickler wissen
müssen“ und „elektronik journal – Das
Themen-Magazin für den Entwickler“.
Dazu kommen eine modernisierte Bildsprache, aufwändig gestaltete Grafiken
und übersichtlicher präsentierte Fachinformationen. In den nächsten Monaten
werden Sie weitere Neuerungen in beiden
Zeitschriften finden, die Redaktion reizt
die Möglichkeiten gedruckter Fachzeitschriften weiter aus.
Das Motto wörtlich genommen hat Cees
Links; der Gründer und CEO von Greenpeak Technologie erklärt ab Seite 18 „drei
Dinge, die Entwickler wissen müssen“,
dann klappt es mit dem Zigbee-Design.
Davor (Seite 14) positioniert Silicon Labs
Sub-GHz-Funk als Wireless-Technologie
für größere Entfernungen. Wer stattdessen
die öffentliche Mobilfunkinfrastruktur für
eigene IoT-Produkte verwenden will oder
muss, kämpft mit der Kurzlebigkeit der
Standards dieser Branche.
Alle 1,5 Jahre eine neue Generation: Was
Smartphone-Besitzer gelegentlich als viel
zu lahm empfinden, ist für EmbeddedEntwickler viel zu kurzlebig. In der Rubrik
„Programmierbare Logik“ zeigt Altera ab
Seite 28 auch hierfür eine Lösung: Ein
FPRF-Transceiver (Field Programmable
Radio Frequency) wird wie ein Field Programmable Gate Array (FPGA) vom Hersteller des Endsystems programmiert und
bei Bedarf auch noch im Feld an neue Standards angepasst.
■
[email protected]
Mehr erfahren Sie hier:
www.fischerelektronik.de
18
Fischer Elektronik GmbH & Co. KG
„In einer Dekade
werden über 100
Sentroller in einem
Gebäude sein.“
Cees Links, Greenpeak
www.elektronik-industrie.de
• Umfangreiches Standardprogramm
• Zeitoptimierte, automatische Lagerhaltung für kürzere Lieferzeiten
• Kundenspezifische Fräsbearbeitungen
• Losgrößen optimierte Fertigung
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Wir stellen aus:
Embedded World in Nürnberg
24. - 26. 02. 2015
Halle 4A, Stand 311
Januar 2015
12
Märkte + Technologien
0 6
08
10
12
Top 5
News und Meldungen
COG Deutschland e.V.
Standard vereinfacht Handling von PCNs
Kondensatoren aus dem
hohen Norden
Interview mit Dr. Thomas Ebel, FT-Cap
Programmierbare Logik
42
24Power-Prophet
Energieverbrauch von FPGA-Designs
realistisch vorhersagen
44Highlights
Bicker Elektronik, Murata Power
Solutions, Schukat
28Mobilfunk-Implementierung
Wandelbare Funkanbindungen für
rechenintensive IoT-Anwendungen
45
31Highlight
14
18
stromversorgungen
Sparsam über große Entfernungen
Langstrecken-Sub-GHz-Funkverbindung
für das Internet der Dinge
Designen mit Zigbee
Drei Dinge, die Entwickler
wissen müssen
32
36
20Verschleißfreie
Verbindungstechnologie
Kontaktlose Übertragung von
Daten und Energie
23
Gemischtes Doppel
Recom sieht Netzteile als zweite
Seite derselben Medaille
Entwickeln von hochzuverlässigen
Stromversorgungssystemen
Die Sicherheitsfunktionen der
Leistungsregler nutzen
40Highlights
TDK, Eaton, Mouser Electronics,
Omron Electronic Components
Neue Produkte
Neue Produkte
elektromechanik
Enclusta
Wireless
Hochstromfest, wieder
aufladbar und wartungsfrei
Plug, Play und Secure:
Batterieaustauschkits
46
Gehäuse trotzen Sprengungen
Schock- und feuerresistente Elektronikgehäuse unter extremen Bedingungen
49Highlight
Heitec
50
Safety-Konzept in
Selektivlötanlagen
Multifunktionale Sicherheitsrelais
unterstützen modularen Aufbau
54
Einfach hygienisch verbunden
Eine Kabelverschraubung widersteht
hohen Belastungstests
56
EMV-geschützte Daten- und
Signalübertragung
Geschirmte M12-Steckverbinder
und -Kodierung für Sub-D
58Highlights
Im Feld
Souriau, W+P Products
59
Neue Produkte
28Mobilfunk-Infrastruktur
Die 3GPP-Standards ändern
sich alle 1,5 Jahre, Embedded- und IoT-Geräte bleiben
aber viel länger im Einsatz.
Hier empfiehlt sich eine
Kombination aus FPRF-
Transceiver und FPGA.
4
elektronik industrie 01/2015
Besuchen Sie uns in Halle 5, Stand 276!
36
Rubriken
®
03Editorial
Kreative Entwicklungsarbeit
6 2Literatur
63Gewinnspiele
64Reverse-Engineering
66Impressum
66Inserenten-/Unternehmensverzeichnis
EBV Elektronik auf der
INNOVATIONEN VON EBV FÜR
NEUESTE INDUSTRIELLE TRENDS
Integrierte Verarbeitung | Erweiterte integrierte Konnektivität |
Moderne Mensch-Maschine-Schnittstellen
Special
Gemeinsam mit den Anwendungsexperten unserer Herstellerpartner
präsentieren wir neueste Technologien, Applikationen und Technologie-
64Reverse-Engineering
trends für integrierte Systemlösungen inklusive modernste Mikrocontroller
Rigols Spektrumanalysator
DSA815TG ist ein kleines, leichtes,
kostengünstiges und tragbares
Gerät der Einstiegsklasse. Wir
analysieren sein Innenleben.
und Prozessortechnologien. Auch Beispiele für industrielle Kommunikation
und integrierte Konnektivität (verkabelt und kabellos), Sicherheitslösungen
wie Verschlüsselung/Entschlüsselung, Authentifizierung, Markenschutz, IPSchutz und Schutz vor Manipulation werden vorgestellt.
THEMENSCHWERPUNKTE
• Embedded Processing Architekturen und Trends
• „Internet of Things“ Produkte und Lösungen
• Innovative Speichertechnologien
• Effiziente Stromversorgungen
• Sensoren und Datenwandler
• Industrielle Kommunikation
• Präzise Taktgenerierung
• Funklösungen für WLAN, Bluetooth und mehr
Perfekt kombiniert:
Ergänzend zum gedruckten Heft finden Sie alle
Informationen sowie viele weitere Fachartikel,
News und Produkte auf
unserem Online-Portal.
• EBVchips – Halbleiter entwickelt mit und für Kunden
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Tomorrow is EBV!
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Top-FIVE
Hier präsentiert die Redaktion der elektronik industrie jeden Monat die Top 5 Artikel, News und Produkte der Elektronik-Entwicklung: Die Leser der Webseite www.all-electronics.de haben diese
Inhalte im vergangenen Monat am häufigsten aufgerufen. Wer
sich für weitere Informationen interessiert, gibt auf diesem Portal
die infoDIREKT-Kennziffer (zum Beispiel 599ei0412) in das Suchfeld ein. Übrigens finden Sie auf unserer Internetseite die Inhalte
der elektronik industrie seit dem Jahr 1999. Um immer auf dem
Laufenden zu sein, abonnieren Sie unseren Newsletter unter
www.all-electronics.de.
Artikel
1
Hochdichte und kompakte
High-Speed-Steckverbinder
700ei1214 2
Störlichtbogenschutz in Gleichstromsystemen
3
Strommesswandler auf ASIC-Basis für genauere Messungen
4
Im Takt mit Silizium-Oszillatoren
5
Das Ende einer Love Story?
2
Halbleiterhersteller mit Zweigniederlassung in Nürnberg
3
GE Industrial Solutions mit neuem Werk in Polen
4
AMS kauft Acam-Messelectronic
5
Cypress übernimmt Spansion
2
Langlebige dünne En-Film-Akkus
3
Neue Generation stromsparender 8-Bit-AVR-Mikrocontroller
4
Mikrocontroller für geschlossene digitale Regelkreise
5
Verbindungselemente für LED-Applikationen
Erni Electronics
699ei1214 Texas Instruments
702ei1214 LEM
212ei1214Petermann-Technik
611ei1114
Acal BFi
NEWS
1
Linux4biz verstärkt seine Linuxund Android-Aktivitäten
704ei0115 Linux4biz
101ei1214 Star Power Europe
102ei0115
General Electric
646ei1214
AMS, Acam
703ei0115
Cypress, Spansion
PRODUKTE
1
6
Hochspannungstastköpfe für
Oszilloskope
713ei1214 elektronik industrie 01/2015
Keysight Technologies
253ei0115
Mouser, STMicroelectronics
712ei1214 Atmel
714ei1214Microchip
643ei1214
SE Spezial-Electronic
Störunempfindliche BatteriepackÜberwachung mit 1,2mV Genauigkeit
Maximierung von Sicherheit, Lebensdauer, Kapazität und Reichweite
von Batteriepacks
Durch präzise Überwachung jeder Zelle erzielen Sie sicher die volle Leistungsfähigkeit von großen Batteriepacks. Der BatterieÜberwachungs-IC LTC®6804 misst die Zellenspannung mit einem garantierten Fehler von weniger als 0,04%. Die Stabilität der
Messung über Zeit, Temperatur und Betriebsbedingungen wird durch eine Buried-Zener-Spannungsreferenz erzielt, die der von
Präzisions-Messgeräten ähnlich ist. Ein programmierbarer Entstörfilter 3. Ordnung verhindert, dass Zellen-Messungen durch
Störungen unbrauchbar werden, und eine Zweidraht-isoSPI™-Schnittstelle bietet eine kostengünstige, störunempfindliche
Verbindung über 100 Meter für mehrere LTC6804.
Eigenschaften
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• Langzeitstabilität wird durch eine
Spannungsreferenz mit Laborqualität
sichergestellt
Messfehler (mV) bei der
Messung einer 3,3V-Zelle
10
8
4
• 290µs zur Messung aller Zellen
2
• Passiver Zellen-Abgleich
0
Initial 25°C
Accuracy
• AEC-Q100
• Entwickelt für Konformität zu
ISO 26262
Linear Technology GmbH
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Using Buried
Zener Technology
After 10
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Operation
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Using Bandgap
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video.linear.com/139
, LT, LTC, LTM, Linear Technology und das Linear-Logo sind
eingetragene Warenzeichen und isoSPI ist ein Warenzeichen der
Linear Technology Corporation. Alle anderen Warenzeichen sind
das Eigentum ihrer jeweiligen Besitzer.
Distributoren
Österreich
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+43-(0)1-360460
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Setron +43-(0)676-9116918
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Schweiz
Arrow
+41-(0)44-8176262
Farnell +41-(0)44-2046464
Digi-Key 0800.561.882
Vom 24. bis 26. März 2015 in der Stadthalle Aschaffenburg
8. Entwicklerforum Akkutechnologien
der Batteryuniversity.eu
Dr. Jochen Mähliß,
Leiter der Batteryuniversity.eu.
Bilder: Batteryuniversity.eu
Ü
ber die neuesten Entwicklungen und Trends bei Zellenauswahl, Batteriekonfektionierung und -sicherheit,
Ladetechnologien, Powermanagement, Normierung,
Elektromobilität und stationäre Energiespeichersysteme können
sich die Teilnehmer des vom 24. bis 26. März 2015 auf dem Entwicklerforum Akkutechnologien der Batteryuniversity.eu informieren. Den Auftakt bilden am 24. März wieder zwei halbtägige,
jeweils auf Deutsch und Englisch durchgeführte Grundlagenseminare zu „Lithium-Ionen-Akkutechnologien“ und „BatterieManagement-Systeme“. „Viele unserer bislang insgesamt weit
über 1000 Schulungsteilnehmer nutzen die Weiterbildungsseminare der Batteryuniversity.eu inzwischen nicht nur zur Einführung in das Thema, sondern auch, um sich regelmäßig einen
schnellen und fundierten Überblick über neueste Materialien,
Technologien, Normen, Vorschriften und so weiter, zu verschaffen“, berichtet Dr. Jochen Mähliß, Leiter der Batteryuniversity.eu.
Die Dynamik der Akku-Branche spiegelt sich in der Themenvielfalt des am 25. und 26. März stattfindenden Expertenforums
wider, auf dem die Teilnehmer zum Beispiel über Li-Ionen-Zellen
speziell für Power-Tools und Energiespeicher, Zellenauswahlkriterien, skalierbare Batterie-Management-Systeme, Ladegeräte, normative Anforderungen und Brandversuche informiert
werden. Als Key Speaker konnten dieses Jahr neben BMZ-Gründer Sven Bauer unter anderem Dr. Reiner Korthauer vom ZVEI,
Dr. Ina Hahndorf von Younicos sowie Prof. Stefano Passerini
vom Helmholtz Institut Ulm gewonnen werden. In ihren Vor-
trägen setzen sie sich mit den Entwicklungen am Weltmarkt, den
Herausforderungen der Energiewende in Deutschland und mit
der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien auseinander. Zudem findet am 26. März erstmals parallel zum Entwicklerforum ein halbtägiger Energiespeicher-Workshop statt, in dem
die Teilnehmer den Aufbau und die Funktionsweise von modular aufgebauten Energiespeichersystemen kennenlernen. Begleitet wird das Entwicklerforum von einer Fachausstellung, in deren
Rahmen am 25. und 26. März jeweils von 8.30 bis 18.00 Uhr knapp
40 Unternehmen ihre Produkte und Lösungskonzepte sowie ihre
Dienstleistungsangebote präsentieren. (ah)
n
infoDIREKT 690ei0115
Standort München
Akquisition abgeschlossen
Linux- und Android-Aktivitäten in Deutschland verstärkt
IR gehört jetzt zu Infineon
Nachfrage nach kompetenter Beratung und Applikationsunterstützung gewählt. Linux4biz
fungiert auch als Partner von Freescale, ARM,
Intel, TI, Atmel und Arrow und unterstützt Kunden in Sachen Linux- und Android-Lösungen
auf iMX6, Sitarta und vielen weiteren Plattformen. Linux4biz hat bereits bei vielen Projekten
für Kfz-Infotainment-Systeme mitgewirkt und
kundenspezifischen Embedded-Android- und
Embedded-Linux-Systeme durchgeführt.
Die Infineon Technologies AG hat die Akquisition von International Rectifier erfolgreich abgeschlossen. Seit dem 13.01.2015 ist das Unternehmen mit Sitz in El Segundo (ganz in der Nähe
des Flughafens Los Angeles/USA) Teil von Infineon, nachdem auch die jeweiligen Kartellbehörden sowie die Aktionäre von International
Rectifier zugestimmt haben. Am 20.08.2014
hatte Infineon angekündigt, International Rectifier für zirka 3 Milliarden US-Dollar übernehmen
zu wollen. Geführt wird das vereinte Unternehmen von Reinhard Ploss, Vorsitzender des Vorstands, Arunjai Mittal, Vorstandsmitglied für Regionen, Sales, Marketing, Strategie und M&A,
sowie Dominik Asam, Finanzvorstand. President
von International Rectifier und von Infineon
North America ist Robert LeFort. Im technologischen Bereich wird laut Infineon nun „hervorragendes Wissen bei Verbindungshalbleitern gebündelt, namentlich Galliumnitrid“, und es gibt
„Größenvorteile in der Produktion“.
Bild: Linux4biz
Linux4biz verstärkt seine Android- und LinuxExpertise in Europa.
Das israelische Unternehmen Linux4biz Software Solutions verstärkt zu seinem zehnjährigen Jubiläum die Aktivitäten in Europa: Die Linux- und Android-Spezialisten wollen dazu ihre
Software-Mannschaft speziell in München erweitern und suchen qualifiziertes Personal. Das
Unternehmen hat derzeit 35 Mitarbeiter in Israel, davon 30 Entwickler; in Deutschland sind
fünf Entwickler beschäftigt. Im Fokus stehen die
industrielle Automation und die Automobilindustrie. Der Standort in München wurde nach
eigenen Angaben wegen der wachsenden
8
Zusammenschluss
Neues Werk in Polen
Cypress übernimmt Spansion
45.000 m² für Entwicklung, Prüfung und Fertigung
infoDIREKT
703ei0115
Mark Begor, CEO von GE
Energy Management
(vorne) und Stuart
Thompson, General Manager, Geschäftsbereich
Industrial Solutions,
während der Grundsteinlegung.
Bild: GE Industrial Solutions
Es soll eine Transaktion über 4 Milliarden USDollar werden: Cypress und Spansion haben einen Vertrag unterzeichnet, nach dem SpansionAktionäre 2,457 Cypress-Aktien für jede Spansion-Aktie erhalten. Die bisherigen Teilhaber sollen danach je zirka 50 Prozent der neuen Firma
besitzen. Der Vorstand wird aus acht Mitgliedern bestehen, je vier von Cypress und Spansion. Als künftiger CEO ist der bisherige CypressCEO T.J. Rodgers vorgesehen; Spansion-CEO Ray
Bingham wird „non-executive chairman“. Der
Kauf soll in der ersten Hälfte des Jahres 2015 abgeschlossen werden, wenn die Aktionäre beider
Unternehmen sowie die Behörden in den USA,
Deutschland und China zustimmen. Cypress erreicht danach einen Jahresumsatz von 2 Milliarden US-Dollar und ist nach eigenen Angaben
die weltweite Nummer 1 bei NOR-Flash- und
SRAM-Speicherbausteinen. Dazu kommt das
Analog- und Mikrocontroller-Geschäft, das
Spansion selbst erst 2013 von Fujitsu übernommen hat. Spansion selbst war ursprünglich ein
Joint-Venture des japanischen Elektronikkonzerns Fujitsu und des amerikanischen Halbleiterherstellers Advanced Micro Devices (AMD),
das sich auf NOR-Flash-Speicher spezialisierte.
Der GE-Geschäftsbereich Industrial Solutions
hat den Grundstein für sein geplantes Werk in
Polen gelegt. Der Bau einer 45.000 m² großen
„Brilliant Factory“ in Bielsko-Biala soll das Unternehmen nach eigenen Angaben 44 Millionen
Euro kosten. Der Fertigungsbereich und das
Kundenzentrum sollen Ende 2015 in Betrieb gehen. Durch das Werk will GE die Entwicklung,
Prüfung und Fertigung in einem zentralisierten
Hightech-Umfeld beschleunigen. Der Projektentwickler für Industrieflächen Panattoni Europe plante und entwickelte den Bau. CBRE, ein
Unternehmen im Bereich gewerblicher Immobiliendienstleistungen und Investitionen, vertrat
GE im Verhandlungsprozess, berät bei der Planung sowie dem Bau und unterstützt das Unternehmen beim Projektmanagement. Neben den
Führungskräften von General Electric nahmen
Vertreter von Panattoni, CBRE, der öffentlichen
Verwaltungen von Bielsko-Biala sowie der Region Schlesien und Medienvertreter an der Feier
zur Grundsteinlegung teil.
infoDIREKT
102ei0115
MEDIZIN + INDUSTRIE + PRÜF- UND MESSTECHNIK + TELE- UND DATEN-KOMMUNIKATION + RUNDFUNK
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COG Deutschland e.V.
Standard vereinfacht Handling von PCNs
Aktuell 117 Mitglieder zählt der vor zehn Jahren gegründete Industrie-Interessenverband
COG (Component Obsolescence Group) Deutschland e.V. Auf dem 4. Quartalsmeeting 2014
berichteten Mitglieder in Fachvorträgen von ihren Erfahrungen und hochkarätige Gastredner
referierten über topaktuelle Themen. Des Weiteren erläuterte die Arbeitsgruppe SmartPCN
Autorin: Andrea Hackbarth
Möglichkeiten und Vorteile des SmartPCN-Standards. Vor Produktpiraterie schützen
Anhand von Fallbeispielen erläuterten die
Patent- und Markenschutz-Rechtsanwältinnen Sai Chen und Nancy Song der
Kanzlei Linda Liu Group aus Beijing, wie
sich Firmen in China vor Produkt- und
Markenpiraterie rechtlich schützen können und welche vorbeugenden Maßnahmen sinnvoll und wichtig sind.
Anke Bartel, Kundenteamleiterin von
BMK und Axel Wagner, Leiter Consulting
& Compliance, Würth Elektronik Eisos,
beide Mitglieder der COG-Arbeitsgruppe
SmartPCN, präsentierten in ihrem Vortrag
10
Bilder: COG Deutschland e.V.
D
er erste Vortrag auf dem COGQuartalsmeeting beschäftigte
sich mit Plagiaten. Produktimitationen aus China sind in den vergangenen Jahren zu einem wahren Massenphänomen geworden und bedrohen den
Markterfolg vieler Unternehmen. Oftmals
erkennen Firmen die Tatsache, dass ihr
Know-how nicht ausreichend geschützt
ist erst dann, wenn bereits Schadensfälle
durch Imitationen eingetreten sind.
In den vergangen Jahrzehnten wurden
meist digitale Medien und Luxusgüter imitiert. Heute sind zunehmend auch technologisch anspruchsvolle Produkte davon
betroffen. Besonders fatal ist, dass die
Qualität der Kopien immer besser wird.
Konnte man die Imitationen noch vor einigen Jahren relativ problemlos als qualitativ minderwertig identifizieren, handelt
es sich inzwischen oft um täuschend echte oder sogar technologisch ebenbürtige
Kopien der Originalprodukte. Sinkende
Absatzzahlen und Preise sowie ein
schlechteres Markenimage können die
Folgen für die betroffenen Firmen sein.
Anke Bartel, Kundenteamleiterin von BMK.
den aktuellen Status des neuen Standards
SmartPCN. Produktlebenszyklen von
High-Tech-Komponenten und Komplettprodukten laufen in den letzten Jahrzehnten immer weiter auseinander. Moderne
Komponenten werden teilweise schon
nach sechs Monaten von ihren nicht immer
kompatiblen Nachfolgern abgelöst.
Meldungen über Abkündigungen von
Bauteilen und Änderungen am Produkt
oder auch Fab-Verlagerungen versenden
Hersteller und Distributoren üblicherweise per E-Mail an ihre Kunden. Dies hat
eine Unmenge an PCN-Meldungen im
E-Mail-Postfach der Kunden zur Folge.
Zum Teil erhalten die Kunden PCN (Product Change Notification)- und EOL (End
of Life) -Benachrichtigungen mehrfach
von verschiedenen Distributoren, und dies
in verschiedensten Formaten als E-Mail,
PDF oder Fax. „Im Durchschnitt sind das
jährlich pro 1000 verwendeter Bauteile 70
PCN/EOL-Meldungen. Durch die mehrfache Bearbeitung derselben PCN/EOL
entstehen unnötig hohe Arbeitsaufwände
und Kosten, aber bislang fehlt es an einfachen Möglichkeiten der Vorselektierung
und Priorisierung, um die Daten schnell
und einfach in den eigenen PCN-Prozess
importieren zu können“, so Anke Bartel.
Vor dieser Problematik stehen praktisch
alle Empfänger von PCNs. Deshalb wurde
im April 2009 eine Arbeitsgruppe SmartPCN mit dem Ziel gegründet, einen Standard für die Übermittlung von PCNs vom
Hersteller und Distributor zu etablieren.
Vorteile des SmartPCN-Standards
Smart steht für sicher, methodisch, akzeptiert, realisierbar, transparent. So sieht
SmartPCN beispielsweise pro E-Mail nur
noch eine PCN-Nummer vor. Weiterhin
gibt es keine personalisierten E-MailAdressen und der Betreff enthält immer
Änderungsgrund, Hersteller und PCNNummer. Ein spezielles anwenderspezifisch konfigurierbares Tool, der seit kurzem in der Beta-Version verfügbare SmartPCN-Manager, soll Unternehmen dabei
unterstützen, die mehrfache Bearbeitung
der PCN- und EOL-Meldungen drastisch
zu reduzieren oder im Idealfall ganz zu
vermeiden. Die Bereitstellung der Daten
im XML-Format könnte den manuellen
Aufwand um bis zu 75 % reduzieren und
somit zu einer drastischen Senkung der
Bearbeitungskosten beitragen. Auf der
COG-Homepage zeigt ein „Erklärvideo“
anschaulich die Möglichkeiten und Vorteile des SmartPCN-Standards. n
Autorin
Andrea Hackbarth
Redakteurin beim Fachmagazin
elektronik industrie.
Wer führt uns in
die 5. Generation der
mobilen Kommunikation?
You and NI. Die Kommunikationsindustrie entwickelt sich vor allem im Mobilbereich rasant
weiter: Um der stetig steigenden Zahl an Wireless-Standards gerecht zu werden und die Einführung neuer
Technologien zur Erhöhung der Bandbreite zu ermöglichen, bietet NI schnelle, flexible RF-Hardware und die
intuitive Software LabVIEW. Wie diese Kombination für klare Kommunikation sorgt, erfahren Sie unter ni.com.
© 2014 | National Instruments, NI und ni.com sind Marken der National Instruments Corporation.
19563
Dr. Thomas Ebel ist
Geschäftsführer bei
FT-Cap in Husum.
Kondensatoren aus dem hohen Norden
Keine langweilige Komponente
Dr. Thomas Ebel, der Geschäftsführer bei FT-Cap aus Husum beantwortet im Interview Fragen zu vorherrschenden Trends und Entwicklungen bei Kondensatoren und erläutert, welche signifikanten Vorteile DeutschDas Interview führte Katrin Scharl
land als Fertigungsstandort bietet. FT-Cap beschäftigt sich seit 65 Jahren mit Kondensatoren. Inwiefern hat sich die Branche in all diesen Jahren verändert?
Dr. Thomas Ebel: FT-Cap ist ein Familienunternehmen. Die Firmengründer Heinz Fischer und Alfred Tausche haben 1948 mit der
Produktion von Kondensatoren begonnen. Damals war die Nachfrage vergleichsweise gering und die Produktionsbedingungen
eher unprofessionell. Die Kondensatoren wurden von den
Fischersfrauen hier in Husum gewickelt, die so von zuhause aus
etwas Geld verdienen konnten. Die Gründer erkannten schnell,
dass nur eine industrielle Produktion konkurrenzfähig war. Sie
kauften ein Gelände und investierten in Produktionsanlagen,
die seitdem laufend modernisiert und verbessert wurden.
Auch heute ist die Fertigung von Kondensatoren teilweise noch
mit Handarbeit verbunden, gleichzeitig wird aber auch moderne
Technik wie das Laserschweißen genutzt. In Zeiten des zunehmenden Konkurrenzdrucks hat sich die Branche auch dahingehend
verändert, dass hauptsächlich in Billiglohnländern produziert wird.
Diesen Trend haben wir bewusst nicht mitgemacht. Viele andere
Hersteller machen ihren Umsatz mit großen Serien aus Fernost.
Wir aber bleiben dem Standort und unseren Mitarbeitern treu.
ren. Da ist die räumliche Nähe unabdingbar, weil man sich eng
abstimmen muss. Einige Wettbewerber haben nur die Fertigung
ausgelagert und entwickeln noch in Deutschland. Das ist aber
ebenfalls keine optimale Lösung. Kurze Wege zwischen Entwicklung und Produktion sind aus vielen Gründen sinnvoll und
ermöglichen viel effizientere Prozesse.
Für unsere Kunden bedeutet das zum Beispiel, dass die Bemusterung einfach und schnell geht. Wir verfügen über eigene Spritzgusswerkzeuge und können so direkt Muster erstellen. Zudem
machen es unsere technischen Produktionsbedingungen möglich,
Innovation bis zur Marktreife zu bringen.
Bedeutet Made in Germany aber nicht auch, dass Ihre Produkte im
Vergleich mit Wettbewerbern teurer sind?
Dr. Thomas Ebel: Sie sind etwas teurer. Dafür ist die Qualität aber
auch besser. Unsere Kondensatoren haben eine längere Lebensdauer und sind zuverlässiger. Man muss dazu aber sagen, dass
wir uns bei FT-Cap eher auf die Nischen im Markt konzentrieren.
Die Anbieter, deren Zielgruppe der Massenmarkt ist, sehen wir
nicht als direkte Konkurrenz. FT-Cap ist der Ansprechpartner,
wenn es um Kondensatoren für Anwendungen in kleineren und
Wo liegt für Kunden der Vorteil bei einer Fertigung in Deutschland?
mittleren Stückzahlen geht.
Hauptsächlich sprechen wir hier von größeren Kondensatoren,
Dr. Thomas Ebel: Die Kunden profitieren einerseits von der Erfahdie schon auch einmal bis zu 120 Euro das Stück kosten können.
rung unserer Mitarbeiter. Diese Kompetenz ist die Basis für vieAbgesehen von kundenspezifischen Sonderlösungen bieten wir
le patentierte Innovationen und die Beschreitung ungewöhnlicher
auch ein qualitativ hochwertiges Standardsortiment, allerdings
Wege, um Anwendungsprobleme zu lösen.Andererseits hat die
immer mit der Option, die Produkte anzupassen. Also zum
Präsenz in Deutschland auch für die Kunden Vorteile. FT-Cap
Beispiel wenn ein Kunde zum Beispiel ein
ist der einzige Anbieter, der Elektrolyt-KonProdukt in einer Standardbauform benötigt,
densatoren in Deutschland herstellt. Unse„Kurze Wege zwiaber die Kapazität angepasst werden muss.
re Kunden schätzen es, dass sie ohne großen
schen
Entwicklung
Bezüglich der Preise von Kondensatoren
Aufwand in Husum vorbeischauen können.
und Produktion
übr igens noch eine A nmerkung: In
Unsere Entwickler kann man direkt anrufen
Deutschland haben wir die Situation, dass
und mit ihnen ohne Sprachbarriere komschaffen Effizienz.“
Kondensatoren hauptsächlich über Distrimunizieren. Das ist dann von Vorteil, wenn
Thomas Ebel, FT-Cap
butoren bezogen werden, bei denen allerwir kundenspezifische Lösungen konzipie-
12
ENTWICKLUNG
PRODUKTION
VERTRIEB
• AC-Quellen
• DC-Quellen
• DC-Quelle/Senke
mit Netzrückspeisung
• Elektronische Lasten
• Stromversorgungen
• Wechselrichter
Bilder: FT-Cap
Ob Serienprodukt oder Einzelstück:
Wir setzen bedingungslos auf das,
was wir unter bester deutscher
Ingenieurskunst verstehen, nämlich
auf solide Qualität und durchdachte Innovationen!
dings enorme Preisaufschläge üblich sind. Insbesondere bei
kleineren Stückzahlen lohnt es sich also für Kunden, direkt beim
Hersteller zu kaufen.
Elektrolyt-Kondensatoren
Made in Germany.
Kontaktieren Sie uns, Sie werden
überrascht sein, was Ihnen unsere
Produktpalette alles bieten kann!
In welchen Anwendungsbereichen kommen Kondensatoren von
FT-Cap zum Einsatz?
Dr. Thomas Ebel: Kondensatoren werden in vielen Produkten eingesetzt, in denen ein Laie sie gar nicht vermuten würde. So sind
sie zum Beispiel integraler Bestandteil von autonomen Defibrillatoren, Hybrid-Rennautos, Solarschiffen und Computertomographen. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung ist ein weiteres Anwendungsbeispiel. Eine wichtige Branche ist die Medizintechnik. Ein großes Potenzial besteht derzeit im Bereich der
erneuerbaren Energien – Kondensatoren werden zum Beispiel
in Windrädern und Photovoltaik-Anlagen verbaut und unterliegen im Rahmen der Energiewende einer verstärkten Nachfrage.
Gleiches gilt für die Elektromobilität, das ist ein großer Wachstumsmarkt. Gerade für die deutschen Automobilhersteller ist
man als lokal produzierender Hersteller attraktiv, weil die gemeinsame Entwicklungsarbeit eine räumliche Nähe erfordert.
Grundsätzlich wollen wir den Kunden mit allen unseren Lösungen einen echten Mehrwert bieten und unter Beweis stellen,
welche positiven Auswirkungen ein qualitativ hochwertiger,
abgestimmter Kondensator auf das Gesamtsystem haben kann.
Kondensatoren haben bei manchen Entwicklern das Image einer
notwendigen, aber eher langweiligen Komponente. Das gilt es
zu ändern. (rao)
■
Interviewer
Katrin Scharl
Freie Redakteurin, von Mahlsdorf/Golßen aus tätig.
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206ei0115
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Wireless-ICs
Smart Home
Bild 1: Das Internet der Dinge beginnt im eigenen Heim
– immer mehr Geräte kommunizieren. Egal ob simple
Fernsteuerung oder komplexe Struktur mit GatewayFunktion, alle brauchen eine passende Funktechnik.
2.4
2,5Ghz
GHz
Sub-GHz
Sub Ghz
Ethernet
Ethernet
Sparsam über große Entfernungen
Langstrecken-Sub-GHz-Funkverbindung für das Internet der Dinge
Vom Connected Home mit seinen kurzen Verbindungen bis zu Außennetzwerken über lange Strecken für
Smart Grid und Straßenbeleuchtung: Der IoT-Markt braucht vernetzte Systemarchitekturen, von einfachen
Fernsteuerungen bis hin zu komplexen Funknetzen. Der folgende Beitrag beschreibt die stromsparende
Autor: Vivek Mohan
Langstrecken-Funkanbindung im weit verbreiteten Sub-GHz-Band.
M
CUs und Funk-ICs sind die Grundbausteine eines IoTSystems. Mikrocontroller für vernetzte Geräte (Bilder
1 und 3) bieten meist eine große Speicher- und Peripherieauswahl. Die Auswahl der Funk-ICs (Transceiver, Sender
und Empfänger) ist genauso vielfältig, wenn nicht sogar komplexer. Sub-GHz-Bausteine arbeiten meist mit lizenzfreien, proprietären Protokollen, während eine Vielzahl von 2,4-GHzbasierten Bausteinen auf Standards basiert, zum Beispiel Zigbee,
Bluetooth Smart und Wi-Fi. Es gibt keine universelle Lösung,
wenn es um die Wahl des optimalen Funkprotokolls für eine
bestimmte IoT-Anwendung geht. Jede Option hat ihre Vor- und
Nachteile. Die Anwendung selbst, sei es ein Gateway oder ein
batteriebetriebener Endknoten, entscheidet über die richtige
Funkanbindung.
Anwendungen, die Energieeffizienz, lange Batterielebensdauer (je nach Batterie fünf bis 15 Jahre) und einen weiten Empfangsbereich für entfernte Sensorknoten erfordern, verwenden
meist proprietäre Sub-GHz-Protokolle oder den offenen ZigbeeStandard. Bluetooth ist als Kurzstrecken-Punkt-zu-Punkt-Verbindung für Smartphones und Tablets etabliert; dieses Funkprotokoll kommt ohne zusätzliche Infrastruktur aus. Wi-Fi wie-
14
derum ist das gängigste Protokoll für bandbreitenintensive
Anwendungen wie Video-Streaming und Wireless-HotspotAnbindung. Für die stromsparende Langstreckenübertragung
niedriger Datenraten eignet sich das Sub-GHz-Band ideal. Vernetzen kann man damit etwa Rauchmelder, Tür- und Fenstersensoren sowie Außenanwendungen wie Wetterstationen,
Smart-Meter und Asset-Tracking.
Sub-GHz-Funkanbindung
Sub-GHz-Technik ist die beste Wahl für Funkanwendungen, die
eine hohe Reichweite mit einem geringen Stromverbrauch erreichen müssen. Schmalbandübertragung kann Daten an entfernte Hubs übermitteln, die oft mehrere Kilometer entfernt sind,
ohne eine Weiterleitung von Knoten zu Knoten durchlaufen zu
müssen. Diese Langstreckenübertragung verringert die Zahl
teurer Basisstationen oder Repeater.
Mit proprietären Sub-GHz-Protokollen können Entwickler
ihre Funklösung nach ihren Anforderungen optimieren, anstatt
sich an einen Standard anpassen zu müssen, der zusätzliche
Einschränkungen bei der Netzwerkimplementierung hervorruft.
Viele bestehende Sub-GHz-Netzwerke verwenden proprietäre
Wireless-ICs
Rauschen (kein Signal, zurück in den Schlafmodus)
Gültiges Paket (PM detektiert, im Rx-Modus bleiben)
Empfangen
Schlafen
Shutdown
t
Bild 2: Während der autonomen Betriebszyklen wartet der Empfänger auf gültige Datenpakete, und weckt die Host-MCU erst bei Bedarf auf.
HF
Sub-GHz
Proprietär
Zigbee
MCU
ARM, 32 Bit
oder 8 Bit
Sensorik
Touch
Licht
Temperatur
Bild 3: Ein typischer Sensorknoten im IoT besteht aus einer MCU sowie den Sensoren (rechts) und Funk-ICs (links).
Protokolle. Nur langsam nimmt der Markt standardbasierte,
interoperable Systeme an. So wird der Standard IEEE 802.15.4g
weltweit immer beliebter und von verschiedenen Konsortien wie
Wi-SUN und Zigbee übernommen. Wie bei jedem Standard gibt
es verschiedene obligatorische und optionale Spezifikationen.
Entscheidend dabei ist, die richtigen Parameter vor der Bauteilauswahl herauszufinden.
Geringer Stromverbrauch
Entwickler stromsparender Funksysteme für batteriebetriebene
Anwendungen müssen den Standby-Stromverbrauch, Stromsparmodi und Wakeup-Zeiten eines Funk-ICs mit berücksichtigen. Die beiden Sub-GHz-Transceiver EZRadio und EZRadio
Pro von Silicon Labs eignen sich für diese Anwendungen: Die
energieeffizienten ICs verbrauchen nur 40 nA Strom im StandbyModus bei vollem Speichererhalt und wechseln in nur 440 µs aus
dem Standby-/Sleep-Modus in den Empfangsmodus.
Autonomiefunktionen sowie eine geringe Einschaltdauer helfen, den durchschnittlichen Stromverbrauch im Empfangsmodus
noch weiter zu senken, vor allem bei Zeitschlitzverfahren. Dabei
wird die Funkfunktion automatisch aus dem Sleep-Modus aktiviert und geht in den Empfangsmodus über – basierend auf einem
programmierbaren, integrierten 32-kHz-Sleep-Takt. Der IC überprüft den Kanal und aktiviert die Host-MCU nur dann, wenn er
ein Datenpaket gefunden hat (Bild 2). Die Entscheidung basiert
auf einer Präambel-Erkennung oder auf der Stärke des Empfangssignals. Liegt kein gültiges Datenpaket vor, geht die Funkeinrichtung automatisch wieder in den Sleep-Modus über, ohne
die Host-MCU zu unterbrechen oder zu aktivieren.
Eck-DATEN
Geringer Stromverbrauch und hohe Reichweite sind wichtige Faktoren
für ein Sub-GHz-Funksystem. Schnelle Signalerkennung, geringe
Standby-Ströme im zweistelligen Nanoampere-Bereich, ein schnellerer Zustandsübergang und eine robuste Softwarelösung sind ebenfalls
entscheidend, um die Effizienz auf Systemebene zu erhöhen.
Faktoren summieren
Drei wesentliche Faktoren bestimmen den Stromverbrauch in
Anwendungen mit festen Betriebszyklen: die Energie, die beim
Übergang vom Sleep- in den Empfangsmodus erforderlich ist;
die Zeit, die der IC zur Evaluierung eines gültigen Datenpakets
benötigt, und die Stromaufnahme im Sleep-Modus. Der Präambel-Sense-Modus der EZRadio- und EZRadio-Pro-Transceiver verringert die Kanalzugriffszeit, ohne die Empfindlichkeit
zu beeinträchtigen. Gleichzeitig verringert sich die durchschnittliche Stromaufnahme im Empfangsmodus. Die Funk-ICs benötigen nur eine 8-Bit-Präambel, um ein gültiges Paket zu erkennen. Andere Sub-GHz-Transceiver benötigen dafür 32 Bit. Die
durchschnittliche Stromaufnahme im Empfangsmodus verbessert sich umso mehr, je länger die Präambel und je geringer die
Datenrate ist.
Der Leistungsverstärker (PA; Power Amplifier) verbraucht am
meisten Strom, so dass ein effizientes PA-Design ebenfalls für
eine lange Batterielebensdauer entscheidend ist. EZRadio und
EZRadio Pro enthalten einen PA mit +20 dBm, der nur 85 mA
Strom verbraucht, was 40 mA weniger ist als bei anderen Bausteinen. Mit einer Ausgangsleistung von +10 dBm verbraucht der
PA nur 18 mA, was einen Betrieb mit einer Knopfzelle ermöglicht.
Funkreichweite
Ein wesentlicher Vorteil der Sub-GHz-Funktechnik ist die große
Funkreichweite des Frequenzbandes – selbst bei Hindernissen.
Systeme mit großer Funkreichweite verringern die Installationskosten, da weniger Basisstationen und Repeater erforderlich sind,
um die gleiche Anzahl an Geräten abzudecken. Eine Niederfrequenz-Übertragung kann bei einer bestimmten Ausgangleistung
eine längere Strecke zurücklegen. Über die Friis-Gleichung lassen sich die Pfadverluste ermitteln:
• Pr = Pt · Gt · Gr · (λ / 4πR)2
• Dabei ist Pr die empfangene Leistung und Pt die gesendete
Leistung; Gt und Gr sind der Antennengewinn am Sender und
Empfänger, R der Abstand zwischen den Antennen und λ die
Wellenlänge.
15
Wireless-ICs
Leistung
Schmalband-Signal
Bilder: Silicon Labs
Spreizband-Signal
Frequenz
Bild 4: Schmalband- und Spreizband-Signale: Beim Spread Spectrum ist zwar die Störsicherheit
höher als bei Narrowband-Signalen, dafür gibt es etliche andere Nachteile.
Als Faustregel gilt, dass eine Zunahme des Link-Budgets um 6 dB
zu einer Verdopplung der Reichweite im Außenbereich führt (bei
einer Sichtverbindung). Die erzielbare Reichweite im 169-MHzBand ist daher besser als in den 868/915-MHz-Bändern – vorausgesetzt alle anderen Werte sind gleich.
Messwerte
Da Reichweitentests stark von der Umgebung und den Geräteparametern abhängen, ist es oft schwierig, die HF-Transceivern
verschiedener Anbieter fair zu vergleichen. Der Tester muss sicherstellen, dass Funkparameter wie die Frequenz, Sendeleistung,
Bandbreite, Paketstruktur, Antenne und die Berechnung der
Bitfehlerrate (BER) oder Paketfehlerrate (PER) allesamt vergleichbar sind. Bei einem Sichtverbindungstest im Außenbereich bieten
EZRadio-Pro-Bausteine eine Reichweite von 13 bis 16 km in
Hoch- und Niederfrequenzbändern, wenn eine Standard-GFSKModulation (Gaussian Frequency-Shift Keying) zum Einsatz
kommt. Das Link-Budget mit +20 dBm Tx für verschiedene Datenraten bei EZRadio-Pro-Transceivern beträgt:
• 500 kBit/s: 117 dB
• 100 kBit/s: 126 dB
• 9,6 kBit/s: 136 dB
• 100 Bit/s: 153 dB
Die Reichweite ist eine Funktion der Empfängerempfindlichkeit
und der Übertragungsfrequenz. Die Empfindlichkeit ist umgekehrt proportional zur Kanalbandbreite, eine schmalere Bandbreite führt also zu einer höheren Empfängerempfindlichkeit.
Die Kanalbandbreite hängt von drei Faktoren ab: Datenrate,
Abweichung und Oszillatorgenauigkeit. Damit ein System effizient sendet und empfängt, muss die Kanalbandbreite gerade
weit genug sein, um diese drei Faktoren zu berücksichtigen.
EZRadio Pro bietet eine programmierbare Empfangsbandbreite
von 200 Hz bis 850 kHz und ermöglicht somit SchmalbandDatenraten von 100 Bit/s mit -133 dBm Empfindlichkeit, was sich
als ideal für Sensoren in Außenbereichen und eine hohe Reichweite erweist.
Spread Spectrum
Einige Anwendungen nutzen Spreizband-Mechanismen anstelle der Standard-Schmalband-GFSK-Modulation. Die Spreizung
eines Signals mit niedriger Datenrate (Bild 4) erfordert eine höhere Bandbreite und ist spektral ineffizient, erlaubt aber die Übertragung mit einer geringeren spektralen Leistungsdichte. Durch
16
die erhöhte Bandbreite sinkt zwar die Empfindlichkeit; der Kodierungsgewinn kompensiert aber diesen Nachteil, wobei jedes
Datenbit in mehrere Bits kodiert und über eine größere Bandbreite gesendet wird. Für die gleiche Nettodatenrate ergibt sich
somit keine direkte Verbesserung der Empfindlichkeit im Vergleich zu einer Schmalband-GFSK-Implementierung.
Um die Daten aus dem Spreizbandsignal zu gewinnen, ist eine
längere Präambel für die Synchronisation nötig. Dies erhöht die
Übertragungsdauer des Pakets und verringert die Batterielebensdauer. Schmalbandsysteme bieten je nach Frequenzband eine
hervorragende Kanaltrennschärfe im Bereich 60 bis 70 dB. Spreizbandsignale sind hingegen weniger anfällig gegen Störungen.
Verschiedene Schmalbandsignale in der Nähe der Frequenz eines
Breitbandsignals können jedoch die Reichweite des kodierten
Systems erheblich verringern.
Ein Vorteil der Bandspreizung ist der Einsatz kostengünstiger
Quarze anstelle eines teuren temperaturkompensierten QuarzOszillators (TCXO). GFSK-basierte Schmalbandsysteme benötigen normalerweise einen TCXO, um Frequenzgenauigkeit und
hohe Reichweite zu garantieren. Der Kostenunterschied zwischen
einem Standard-Quarz und einem TCXO sinkt zwar; Transceiver
wie EZRadio Pro bieten aber auch eine automatische Frequenzkompensation (AFC), um die Auswirkungen von Frequenzverschiebungen zu minimieren.
Der Markt
Der IoT-Markt entwickelt sich rasch weiter, da eine Vielzahl
hochintegrierter, stromsparender und kosteneffizienter Halbleiterbausteine für diesen Zweck zur Verfügung steht. UltraLow-Power-Mikrocontroller und Funk-ICs mit flexiblen Architekturen unterstützen zahlreiche Protokolle und ebnen den Weg
zu einem intelligenten, vernetzten und energieeffizienten Internet der Dinge. (lei)
■
Autor
Vivek Mohan
Senior Product Manager für Funk-ICs, einschließlich
Sub-GHz-Funk, im Mikrocontroller- und WirelessProduktbereich von Silicon Labs in Austin, Texas.
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706ei0115
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© Keysight Technologies, Inc. 2014
Wireless-ICs
Designen mit Zigbee
Drei Dinge, die Entwickler wissen müssen
Das Internet of Things verbreitet sich schnell und deshalb ist die Nachfrage nach „Sentrollern“ (Zusammensetzung aus Sensoren, Controller und Aktuatoren) und peripheren Geräten sowohl für die Home-Automation sowie bei Business und Enterprise, als auch in der InAutor: Cees Links
dustrie überwältigend hoch.
W
o heute ein typisches Heim über fünf bis
zehn verbundene Wi-Fi-Geräte verfügt,
werden es in einer Dekade leicht über 100
unterschiedliche verbundene Sentroller in einem
Gebäude sein: Sensoren und Kameras verfolgen und
erfassen, lokale und Cloud-basierte Controller managen die Netzwerke und Aktuatoren schalten unterschiedlichste Applikationen und steuern fast alles in
der heimischen Umgebung. Diese Dienste werden
über ein lokales Home-Gateway verbunden und dieses wiederum mit dem Web. Gemanagt werden sie
vom Smartphone oder von anderen im Web eingebundenen Geräten.
Zwei Arten von Netzwerken
Abhängig von den Anforderungen hinsichtlich Datenbandbreite, Reichweite und Versorgungsmöglichkeiten wird das Smart-Home der Zukunft zwei Arten
von Netzwerken haben. Zum einen ein schnelles WiFi-basiertes Netzwerk für netzbetriebene Geräte mit
großem Datendurchsatz wie Fernseher, Audiosysteme und Spielekonsolen und ein zweites Netzwerk für
kleine, drahtlose und batteriebetriebene Geräte.
Drei Dinge, die man wissen muss
Drei Dinge muss man über Zigbee wissen. Erstens:
Dieser internationale Standard kann fast überall ohne
Zulassung und Tests durch Behörden oder die Industrie eingesetzt werden. Somit ist Zigbee eine sichere
Bank für ehrgeizige Sentroller-Entwickler.
Zweitens: Zigbee ist ein weltweit etablierter Standard in Häusern und Wohnungen. Comcast, Echostar
und andere Betreiber integrieren Zigbee in nahezu
allen neuen Settop-Boxen und Home-Gateways.
Durch den Einsatz von Zigbee als Verbindungsweg
zwischen der Box und der Fernbedienung haben diese Firmen den ersten Schritt zur Integration von Zigbee im Heim getan. Ist Zigbee in der Box – gleichgültig ob in einer Standalone-Home-Controlbox, als Teil
eines Internet-Gateways oder direkt im Fernseher,
ermöglicht diese Verbindung eine zentrale Steuereinheit für die neue Home-Cloud.
18
Alles was man über Wi-Fi wissen muss, gilt essenziell auch für Zigbee. Es nutzt dasselbe Spektrum
(2,4 GHz), sendet durch Wände, Gänge und Möbel,
bietet dieselbe Reichweite (etwa 33 m), ist vergleichbar sicher, und ebenso wie Wi-Fi ist es weitgehend
unempfindlich gegen Interferenzen.
Der dritte Punkt, den man wissen sollte: Zigbee hat
wie Wi-Fi einen geringen Stromverbrauch. Es muss
aber nur zeitweise kleine Signale aussenden, benötigt
nicht die Bandbreite oder die Power wie es im Bereich
Streaming-Video oder Audio nötig ist, bei Spielen
oder der Sprachübertragung. Durch den geringen
Leistungsbedarf reicht eine Knopfzelle für den Betrieb
eines Zigbee-Transceivers für viele Jahre. Die einzige
zeitliche Begrenzung ergibt sich aus der Batterielaufzeit, weshalb die Geräte im Wesentlichen wartungsfrei sind. Man installiert sie an einer Wand oder am
Fenster, verbindet die Geräte mit dem lokalen ZigbeeNetzwerk und sie sollten für etwa eine Dekade ohne
Batteriewechsel funktionieren.
Ohne Stromversorgung
Andere Zigbee-Applikationen, wie zum Beispiel Lichtschalter, brauchen überhaupt keine Stromversorgung.
Alleine die Schalterbetätigung liefert die Versorgungsenergie, die erforderlich ist, um ein Ein/Aus-Signal
durch den Raum an die Beleuchtung zu senden. Je
nachdem wie der Schalt-Tranceiver programmiert ist,
kann der Schaltbefehl zum Home-Gateway gelangen
und über dieses mehrere Beleuchtungen schalten,
gleichzeitig die Garagentür schließen oder ein Netzwerk von weiteren smarten Geräten managen.
Zigbee sendet
durch Wände, Gänge
und Möbel.
Eck-Daten
Der Markt für Internet of Things und M2M steht am Anfang einer exponentiellen
Wachstumskurve. In vielen Häusern und Wohnungen findet man vernetzte Geräte
wie Spielekonsolen, Laptops, Tablets, Smartphones, Desktopcomputer, Kameras,
Streaming Audio und Videoplayer. Über Sentroller (Zusammensetzung aus Sensoren, Controller und Aktuatoren) kommen in Applikationen wie Sicherheitssystemen,
Klimaanlagen, der Patientenüberwachung und der Home-Automation neue vernetzte Geräte hinzu.
Wireless-ICs
Bilder: Greenpeak
Small-Data-Architektur
Data Analytics &
Action System
Smartphone
InternetGateway
Smart Home
Sentrollers
Dual-mode
Smart Home
Sentrollers
Smart Home
Architektur eines
kleinen Datensystems
im Smart Home,
gesteuert von einem
Smartphone und
unter Einbindung
der Cloud.
Wareable Sensors
Smartphone
Kommt man beispielsweise am Abend nach Hause und schaltet das Licht ein, weiß der intelligente
Sentroller des Netzwerks, gleichgültig, ob in der
Cloud oder im Gateway, welche Lichtquellen entsprechend einer bestimmten Präferenz zu unterschiedlichen Zeiten, Tagen oder auch Jahreszeiten
geschaltet werden sollen.
Die Intelligenz beherrscht auch die Steuerung der
Klimaanlage und schaltet je nach Außentemperatur
die Heizung oder das Klimagerät ein. Dieselbe Schalterbetätigung kann auch das Entertainment-System
initialisieren – es schaltet den Fernseher ein und
schließt die Gardinen. Wird dieser Schaltbefehl auch
vom Home-Gateway empfangen, können, je nach
Programmierung, verschiedenste weitere Aktionen
ausgeführt werden. (ah)
n
Autor
Cees Links
Gründer und CEO von Greenpeak Technologies.
infoDIREKT601ei0115
19
Wireless-ICs
-20 bis
+55 °C
12
Watt
Temperaturbereich
kontaktlose Übertragung
360°
Rotation
Verschleißfreie
Verbindungstechnologie
Kontaktlose Übertragung von Daten und Energie
Mit der Technologieplattform Ariso hat TE Connectivity eine Hybrid-Lösung entwickelt, mit der auch dort äußerst zuverlässige Verbindungen realisiert werden können, wo dies bisher nicht möglich war. Denn anders als
bei Steckverbindern oder Schleifringen lassen sich sowohl Daten als auch Energie ohne mechanischen Kontakt
Autor: Benjamin Mang
übertragen.
D
ie Technologieplattform Ariso
von TE Connectivity besteht aus
Kopplern, in denen sich vorne
jeweils eine Antenne und eine Spule
befinden. Beide sind mit einer Leiterplatte verbunden, die im hinteren Teil der
Koppler untergebracht ist. Übertragen
werden die Daten im 2,4-GHz-Band. Da
jedoch nur im Nahfeldbereich gesendet
wird, kommt es zu keinen Interferenzen
mit Funkverfahren wie WLAN oder Bluetooth, die auf derselben Frequenz arbeiten. Mit anderen Worten: Die Datenübertragung funktioniert kontaktlos, aber
20
nicht wireless. Die Energie wird mittels
eines induktiven Verfahrens übertragen,
das auf dem magnetischen Resonanzprinzip beruht.
Verbindungen On-the-Fly
Der Abstand zwischen zwei Kopplern
kann bis zu 7 mm betragen. Dadurch ist
es möglich, Daten und Energie beispielsweise auch durch Flüssigkeiten oder Wände zu übertragen. Nur Metall ist eine physikalisch unüberwindliche Hürde, da dort
ein Strom induziert würde. Außerdem
müssen die beiden Koppler nicht exakt
zentriert sein, sondern können sich auch
leicht versetzt gegenüberstehen oder in
einem Winkel von bis zu 30°. Ferner sind
auch Lösungen möglich, bei denen ein
Koppler stationär und andere Koppler
mobil installiert sind, etwa an Werkzeugen
oder Werkstückhaltern. Dabei wird die
Verbindung immer durch das gerade
gegenüberliegende Paar hergestellt (onthe-fly connection). Denn im Unterschied
zu Steckverbindern ist kein mechanischer
Kontakt erforderlich.
Deshalb lassen sich unter anderem Sensoren flexibler positionieren als bei einer
Die Technologieplattform besteht aus sogenannten Kopplern, in denen sich vorne jeweils
eine Antenne und eine Spule befinden.
Die richtige
Verbindung.
Julia Schütz
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Beratung
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unseren Außendienst
Anbindung über Steckverbinder. Ein Beispiel dafür sind Werkstückhalter, die heute häufig mit RFID ausgestattet sind. Dies
erlaubt zwar einen Blick auf die Teile, die
transportiert werden, und den jeweiligen
Arbeitsschritt, aber nicht mehr. Mit dem
Hybrid-System können dagegen umfang-
Eck-DATEN
Die kontaktlose Verbindungstechnologie
kann grundsätzlich überall dort eingesetzt
werden, wo Steckverbinder, Schleifringe
oder konfektionierte Kabel verwendet werden. Ihre Vorteile kann sie vor allem dann
ausspielen, wenn extrem zuverlässige und
langlebige Lösungen erforderlich sind, um
Daten und Energie zu übertragen. Denn aufgrund des kontaktlosen Verfahrens kommt
es weder zu mechanischem Verschleiß noch
können Flüssigkeiten, Staub oder Vibrationen der Verbindung etwas anhaben. Darüber hinaus lassen sich auch neue Anwendungen realisieren wie etwa eine Übertragung durch Wände hindurch oder – im Sinne von Industrie 4.0 – die Anbindung beweglicher Teile. Mit der Hybrid-Lösung Ariso
können sehr zuverlässige Verbindungen realisiert werden. Die Technologieplattform besteht aus sogenannten Kopplern, in denen
sich vorne jeweils eine Antenne und eine
Spule befinden.
reiche Informationen, von der Sensorik
ausgelesen werden, was eine EchtzeitZustandsüberwachung ermöglicht.
Die kontaktlose Verbindungstechnologie bietet aber noch eine Reihe weiterer
Vorteile. So ist sie nahezu verschleißfrei,
wohingegen Steckverbinder – wie robust
diese auch immer konstruiert sind – nur
eine begrenzte Zahl von Steckzyklen aushalten. Somit werden die Wartungskosten
reduziert. Außerdem sind Steckverbinder
meist nur im gesteckten Zustand wasserund staubdicht. Sind sie dagegen getrennt,
kommt es leicht zu Verunreinigungen, die
im Worst Case zu einer Unterbrechung der
Verbindung führen können. Das ist beim
kontaktlosen Übertragungsverfahren ausgeschlossen. Ebenso spielen Vibrationen
keine Rolle, und zwar sowohl hinsichtlich
der Robustheit der Verbindung selbst als
auch mit Blick auf die Produktionsprozesse, welche eine Entkopplung von der
Umgebung benötigen.
Dagegen werden von Steckverbindern
zwangsläufig Vibrationen in die Prozesse
übertragen, wodurch vor allem Anwendungen mit hohen Anforderungen an die
Genauigkeit wie etwa Messungen beeinträchtigt werden können. Ferner besteht
Lieferung ab Lager
Kundenindividuelle
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Börsig ist autorisierter Distributor von TE Connectivity, dem
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Bilder: TE Connectivity
Wireless-ICs
Mit der Hybrid-Lösung Ariso können sehr zuverlässige Verbindungen realisiert werden.
immer die Gefahr, dass beim Stecken oder
Trennen unter Last Funken entstehen, die
beispielsweise in Bereichen der Lebensmittelindustrie, in denen Mehlstaub vorkommt, schnell zu einer Explosion führen
können. Das ist bei der kontaktlosen Verbindungstechnologie nicht möglich, da die
Koppler aufgrund der induktiven Übertragung galvanisch getrennt sind.
Unbegrenzte Rotationen
Die kontaktlose Verbindungstechnologie
ist jedoch nicht nur eine Alternative zu
Steckverbindern, sondern auch zu Schleifringen, Spiralkabeln oder Kabelschleppen,
die etwa in Robotik-Anwendungen eingesetzt werden. Aufgrund der extrem
hohen Beanspruchung verschleißen diese
Komponenten relativ schnell – eine
Lebensdauer von einem Jahr ist bei
Schleifringen schon sehr lang.
Dagegen ist die kontaktlose Verbindungstechnologie, wie bereits ausgeführt,
nahezu verschleißfrei. Außerdem ermöglicht sie mehr als 360°-Rotation, während
klassische Kabelschleppen meist nur 270°
erreichen. Deshalb muss in diesem Fall ein
Roboterarm, der wieder auf seine Ausgangsposition fahren soll, noch einmal die
gesamte Drehbewegung rückwärts ausführen. Mit der kontaktlosen Verbindungstechnologie lassen sich die fehlen-
22
den 90° vorwärts zurücklegen, wodurch
die Produktionsprozesse schneller und
effizienter werden.
Im ersten Schritt umfasst die Technologieplattform Ariso Koppler, mit denen
sich sowohl PNP-Datensignale als auch
360°
Die kontaktlose Verbindungstechnologie ermöglicht verschleißfrei eine
Rotation um Längsachse.
Energie mit einer Leistung von bis zu 12 W
kontaktlos übertragen lassen. Dadurch
können beispielsweise Sensoren und I/OModule angebunden werden sowie Aktoren kleinerer Ventilinseln oder elektrischer Greifer. Das Gehäuse der Koppler
ist aus Messing und hat – für die elektromagnetische Induktion – vorne eine
Kunststoffkappe, die innen komplett vergossen ist. Somit sind die Koppler, die die
Schutzart IP67 besitzen und Temperaturen von -20 bis +55 °C standhalten, hundertprozentig dicht.
Auch in puncto Montage bietet das
Hybrid-System Ariso eine große Flexibilität. Aktuell haben die Koppler, die über
ein Gewinde und zwei Kontermuttern
befestigt werden, angespritzte Leitungen
mit M12-Steckverbindern, über die sie
beispielsweise an eine I/O-Box angeschlossen werden können. Auch lassen
sie sich wie Steckverbinder und Schleifringe in Automatisierungsequipment oder
Maschinen integrieren, wozu allerdings
kundenspezifische Gehäuseformen erforderlich sein können.
Dezentrale Prozesse
Die Technologieplattform wird nach und
nach in Richtung höherer Datenraten und
größerer Energieübertragungen erweitert
werden. Denn im Zuge von Industrie 4.0
werden auch im Produktionsbereich die
Anforderungen an die Bandbreite weiter
zunehmen. Denn nur so kann die Vision
von dezentralen Prozessen, bei denen
Werkstücke ihre Bearbeitungsstationen
sozusagen selbst suchen, Wirklichkeit
werden. (ah)
n
Autor
Benjamin Mang
Product Manager Ariso
Contactless Connectivity
bei TE Connectivity.
infoDIREKT602ei0115
Intelligent Solutions
ICs mit stromsparendem Standby-Modus
Der stromsparende IC TC35670FTG erweitert
das Angebot von Toshiba an Bluetooth LE ICs
und bietet zwei wesentliche Funktionen: eine
einfache Bluetooth-Kopplung (Pairing) mit NFCTag-Funktionen und einen stromsparenden
Standby-Modus, um die Batterielebensdauer
von Geräten mit kleinen Knopfzellenbatterien
zu verlängern. Der Baustein verbraucht maximal
5,9 mA Strom für die Bluetooth-Kommunikation
(3,3 V, -4 dBm Senderausgangsleistung oder
Empfangsbetrieb) und nur 600 µA oder weniger
für die NFC-Tag-Kommunikation (3,3 V). Im
Deep Sleep beträgt die Stromaufnahme sogar
nur 0,1 µA oder weniger (3,3 V). Die NFC-TagFunktion ermöglicht eine einfache Kopplung
von Bluetooth-LE-Geräten und bietet eine praktische Ein-/Aus-Funktion, mit der sich der
Stromverbrauch im Standby-Modus verringert
und die Batterielebensdauer erhöht. Sowohl die
Bluetooth-LE- als auch die NFC-Tag-Funktion
lassen sich in den Standby-Modus versetzen.
Die erste zustande gekommene Verbindung
wird dann bevorzugt verwendet. Der BluetoothTeil bietet eine Empfängerempfindlichkeit von
-92,5 dBm; die Senderausgangsleistung beträgt
Bild: Toshiba
Für Bluetooth-Smart-Kommunikation mit NFC-Tag-Funktionen
zwischen 0 und -20 dBm (4-dB-Schritte). Er unterstützt GATT (Generic Attribute Profile), einschließlich Client- und Server-Funktionen, sowie
Host-basierte und eigenständige Systeme. Integriert ist ein DC/DC-Wandler, ein Spannungsregler, ein universeller A/D-Wandler, benutzerdefinierte Funktionen, Wake-up-Signal für HostDevice- und PWM-Funktion. Angeboten werden
auch verschiedene BLE-Standardprofile, die zusammen mit der Anwendungsprogrammierung
eingesetzt werden können.
Funkmodul mit DCTR-Technologie
Wireless-Power-Transmitter
Einfache Wireless-Anbindung
Bild: IDT
Bild: Hy-Line
Drahtlose Ladegeräte
Bluegiga Module - eﬃziente
Integration von Audio-Streaming
WT32i Audio Streaming
Bluetooth Modul
• Bluetooth vers. 3.0 + EDR, Class2 Modul
IDT stellt eine Serie von Wireless-Power-Transmittern auf Basis magnetischer Induktion vor,
die für die nächste Generation drahtloser Ladegeräte vorgesehen sind. Die kompakten Transmitter sorgen für geringe elektromagnetische
Störungen (EMI) und einen hohen Wirkungsgrad. Der P9235 und der P9236 entsprechen
dem neuesten Qi-Standard des Wireless Power
Consortium (WPC); der P9234 ist ein PMA-konformer (Power Matters Alliance) Baustein. Mit
dem P9231 wird zudem ein proprietärer Baustein vorgestellt, der mit bis zu 1 MHz Resonanzfrequenz arbeitet und somit eine kleinere
Spule ermöglicht. Das Angebot wird durch den
P9230 als Dual-Mode-Transmitter abgerundet,
der sowohl den WPC- als auch den PMA-Standard unterstützt. Zusammen adressiert die
P923x-Serie also sämtliche WPC-Konfigurationen, die Spulen mit geringer Leistungsaufnahme verwenden.
Die neuen Funkmodule von IQRF (Vertrieb: HyLine Communication Products) mit DCTR-Technologie (DCTR: Data Controlled Transceiver) ermöglichen einen unkomplizierten Einstieg in
die 868-MHz-Mesh-Netzwerk-Technologie. Neben dem Funkteil und einem PIC-Mikrocontroller mit dem IQRF-Betriebssystem unterstützen
die Funkmodule sofort nutzbare Hardware-Profile, welche die Kommunikation in Mesh-Netzwerken ohne Programmierung unterstützen.
Bei den Hardware-Profilen handelt es sich um
Funktionsmodule, die den Zugriff auf die interne Peripherie des Funkmoduls und auf anwenderspezifische Hardware vereinfachen, mit der
das Funkmodul über Stifte verbunden werden
kann. Da keine Programmierung der ModulHardware nötig ist, lassen sich Funkmodule mit
DCTR-Technologie ganz einfach in Systemlösungen mit Mesh-Netzwerk- und Cloud-Anbindung
integrieren.
Musikgenuss
via Bluetooth?
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• Erhöhte Sendeleistung und
Empfangsempﬁndlichkeit
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Verstärker auf dem Modul
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Bluetooth Smart Module erhältlich.
2015
24. – 26. Februar
Halle 2
Stand 130
MSC Technologies GmbH
+49 7249 910-0 • [email protected]
www.msc-technologies.eu
Power-Prophet
Energieverbrauch von FPGA-Designs realistisch vorhersagen
Mit mehr FPGA-Ressourcen lässt sich die Performance eines Produkts recht gut skalieren. Zusätzliche
Ressourcen erhöhen jedoch den Leistungsverbrauch und damit die Betriebskosten, den Platzbedarf,
die Temperaturen und den Aufwand für die Kühlsysteme. Der Beitrag erläutert eine neue Methodik,
Autoren: Ahmet Caner Yüzügüler, Emre Sahin
um den realen Leistungsverbrauch besser abzuschätzen.
Messung am lebenden FPGA
Die Autoren dieses Beitrags haben nun eine weitere Methodik
entwickelt, um den Leistungsverbrauch eines FPGA-Designs auf
einem realen Baustein abzuschätzen. Ein generisches, bausteinunabhängiges VHDL-Design soll dabei verschiedene Imple-
24
Bilder: Xilinx
D
er Leistungsverbrauch eines Boards oder Systems ist
eine wichtige Kenngröße. Der Entwickler muss daher
ein Power-Budget einhalten und dazu den Ressourceneinsatz sowie den Leistungsbedarf anpassen. Bereits vor der
eigentlichen Entwicklung braucht er daher eine Abschätzung,
wie viel Leistung das System verbrauchen wird. Xilinx bietet
mehrere Tools, um den Leistungsverbrauch virtuell auf der Basis
der Nutzer-Eingaben oder Synthese-Reports zu ermitteln: Das
Excel-basierte XPE-Spreadsheet (Xilinx Power Estimator) erlaubt
die Eingabe der Kenngrößen des Designs, wie Ressourceneinsatz, Umschaltraten (Toggle Rate) und Taktfrequenz, und schätzt
auf dieser Grundlage den Leistungsverbrauch entsprechend den
Bausteindaten. Der Xilinx Power Analyzer (XPA) hingegen
importiert nach dem Place-and-Route-Schritt eines Designs die
dabei entstandene NCD-Datei. Da er die Leistung anhand der
Details der Implementierung und den Simulationsergebnissen
schätzt, erzielt der XPA ein genaueres Ergebnis als der XPE.
Bild 1: Die Autoren haben ein eigenes GUI entwickelt, um ihr Design vom
PC aus zu steuern und Messwerte zu plotten.
mentierungs-Szenarios nachbilden. Darin kann man die Anzahl
der aktivierten Ressourcen – etwa DSP-Slices, Block-RAMs und
Slice-Register – zusammen mit ihren Betriebsbedingungen (Junction-Temperatur, Taktfrequenz und Umschaltraten) über einen
seriellen Kanal variieren, während das reale FPGA läuft. Das
Verfahren überwacht dabei simultan die Strom- und Spannungspegel, so dass man das dynamische Verhalten eines Bausteins
bei unterschiedlichen Ressourceneinsätzen und Umgebungsbedingungen leicht beobachten kann.
Die Autoren haben dieses Design auf einem Xilinx KC702
Evaluation Board implementiert. Doch es lässt sich mit geringfügigen Abänderungen ebenso gut auf jedem anderen System
einrichten, wenn der FPGA-Baustein die im Design verwendeten
IP-Kerne unterstützt. Das generische VHDL-Design lässt sich
auch als Test-Design für FPGA-Boards verwenden. Wer zum
Beispiel ein General-Purpose-Kintex-7-Board entwickelt, kann
vorab nicht wissen wie viele Ressourcen der Anwender tatsächlich nutzen wird. Um die Stabilität und Robustheit des Boards zu
gewährleisten, muss er die Grenzen beim Betrieb ausloten. Dazu
kann er den Baustein bei der höchsten und niedrigsten Umgebungstemperatur unterschiedlich stark auslasten, um zu verifizieren, dass das FPGA in allen Situationen mit unterschiedlichem
Ressourceneinsatz stabil arbeitet. Statt jedes erdenkliche Szenario der Ressourcen-Nutzung mit einem eigenen VHDL-Design
zu prüfen, gibt die hier vorgeschlagene Methode dem Entwickler die Flexibilität, sein Test-Design in Echtzeit anzupassen.
Das VHDL-Design sollte so einfach wie möglich sein, damit
die Synthese-Tools keine Slice-LUTs (Look-Up Table) an Stelle
von Registern als Logik einsetzen. Die LUTs würden Leistung
verbrauchen, die der Anwender gar nicht steuern kann.
Register, RAM und DSP
Die einfachste Methode, Slice-Register zu implementieren, ist
sie in einem Schieberegisterblock zusammenzufassen. Bild 2a
zeigt ein Schaltungsdiagramm der Implementierung von SliceRegistern. Dabei ist zu beachten, dass die Synthese-Tools beim
Erstellen von Slice-Registern dazu neigen, Slice-LUTs als 32-BitSchieberegister (SRL32) anstelle der Slice-Register zu verwenden.
Mit dem folgenden VHDL-Attribut kann man die SyntheseSoftware zur Verwendung von Slice-Registern veranlassen:
•attribute SHREG_EXTRACT : string;
•attribute SHREG_EXTRACT of <signal_name> : signal is "no";
Der „LogiCORE Block Memory Generator“ erstellt Block-RAMs
als Single-Port-RAMs. Das VHDL-Design ändert dazu fortlaufend die Bits eines 16-Bit-Worts und schreibt dieses Wort an eine
beliebige Adresse der aktivierten Block-RAMs, um sie belegt zu
halten. Bild 2b zeigt das Diagramm eines BRAM-Elements.
Ganz ähnlich nutzt das Design DSP-Slices zur Multiplikation
eines 25-Bit-Multiplikanden und eines 18-Bit-Multiplikators.
Dabei entsteht ein 43-Bit-Ausgangssignal: das ist die maximale
Wortlänge, die ein einzelner DSP48E1 verarbeiten kann. Das
Design ändert regelmäßig den Multiplikand aller DSP-Elemente, um den Leistungsverbrauch der DSPs zu dynamisieren. Dies
ist in Bild 2c zu sehen. Die Synthese-Tools tendieren jedoch dazu,
Ressourcen bei der Optimierung zu entfernen, wenn die Ausgänge dieser Module nicht mit irgendeinem Ausgangs-Pin verbunden sind. Mit dem folgenden Attribut kann man die Ressourcen ungetrimmt erhalten:
•attribute KEEP : string;
•attribute KEEP of <signal_name> : signal is "TRUE";
Eck-Daten
Die Autoren stellen eine eigene Methode vor, um den Energieverbrauch eines FPGA-Designs abzuschätzen, noch bevor man die exakte
Schaltung für den FPGA entwickelt. Dazu setzen sie generische, simple
Schaltungen für DSP-Slices, Block-RAMs und Slice-Register ein und laden sie in ein FPGA. Über ein eigens entwickeltes GUI kann der Anwender die Menge aktiver Ressourcen und viele weitere Parameter variieren und damit Verbrauchskurven plotten.
Ressourcen schalten
In dieser Anordnung lassen sich die Ressourcen per Clock-Enable-Signale aktivieren. Vom Takt getrennte Ressourcen verbrauchen so wenig Leistung, dass man sie als nicht genutzt ansehen
kann: Der Leistungsverbrauch von 50 DSP-Slices mit 100-prozentiger Toggle-Rate liegt bei 0,112 W. Wenn ihre Clock-EnableSignale nicht anliegen, sinkt der Verbrauch auf vernachlässigbare 0,001 W. Wenn er die Clock-Enable-Signale jedes RessourcenElements über eine serielle Kommunikation ansteuert, kann der
Entwickler unterschiedliche Auslastungsgrade des FPGA-Bausteins simulieren, ohne dazu weitere Design- oder Implementierungsstufen durchlaufen zu müssen.
Ein wichtiger Faktor, der den Leistungsverbrauch erheblich
beeinflusst, ist die mittlere Umschaltrate der Ressourcen. Die
Toggle-Rate ist die Zahl der Wechsel des Ausgangssignals einer
spezifischen Ressource pro Taktzyklus. Man erreicht eine konstant 100-prozentige Umschaltrate durch alternierende Eingänge
derjenigen Ressourcen, die in jedem Zyklus den Status des Ausgangs ändern. Für einen DSP-Slice wählt man zwei sich abwechselnde Multiplikanden und einen Multiplikator so, dass sich jedes
Ausgangs-Bit in jedem Zyklus ändert. Die Umschaltrate einer
Ressource hängt nun von der Wechselrate der alternierenden
Eingänge ab. Somit lässt sich die Umschaltrate einer Ressource
on-the-fly über den seriellen Kanal steuern.
Einfluss der Taktfrequenz
Der Leistungsverbrauch eines Systems ist außerdem direkt proportional zur Taktfrequenz. Das hier vorgestellte Design nutzt
einen Mixed-Mode-Clock-Manager (MMCM), um Takte mit
variabler Frequenz zu erzeugen. Ein Satz von Registern bestimmt
Frequenz, Phase und Einschaltdauer des MMCM-Ausgangs, der
im Normalfall nur dann initialisiert wird, wenn das Design implementiert ist, und eine Bitstream-Datei generiert wird. Doch der
Dynamic-Reconfiguration-Port des MMCM erlaubt die Änderung
dieser Charakteristik als Ausgangstakt, während der FPGA läuft.
Taktphase und Einschaltdauer sind hier nicht von Interesse, da
die Phase den Leistungsverbrauch nicht beeinflusst, und das
Tastverhältnis sich in den meisten Fällen nicht ändert.
Andererseits ist die Frequenz mit der Verlustleistung eng korreliert. Der interne Mechanismus eines MMCM dividiert die
VCO-Frequenz durch den Wert des „CLKOUT0_DIVIDE“-Registers, um die Ausgangsfrequenz zu erhalten. Die Xilinx Application Note XAPP888 beschreibt, wie man diesem Register neue
Werte zuweist: Ein Zustandsautomat sorgt für störungsfreie
Übergänge. Außerdem lässt sich die Taktfrequenz dieses Designs
in Echtzeit über die Eingaben in einem eigens entwickelten GUI
ändern. Damit kann der Entwickler die Leistungscharakteristik
des Designs für unterschiedliche Frequenzen beobachten.
Für Hitze sorgen
Das Leistungsverhalten unter Hochtemperaturbedingungen ist
ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt, den der Entwickler genau
verfolgen und verifizieren sollte. Die Kerntemperatur im Silizium
hängt vom Design des Boards, der Verarbeitungsgeschwindigkeit, der Umgebungstemperatur, der Wärmeableitung und vom
Kühlluftstrom des Ventilators ab. Die Autoren steuern die Juncelektronik industrie 01/2015
25
0 1 0 1 010
din
Schieberegister
din
dout
Schieberegister
din
dout
dout
CE
CE
CE
Schieberegister
Clock-Enable-Register
Bild 2a
0 1 0 1 010
iO
Mux
16 Bit
1 0 1 0 1 01
i1
16 Bit
dout
16 Bit
din
dout
S
Addr
BRAM
Zähler
16 bit
1
01 0 1 010
WE
CE
Clock-EnableController
Bild 2b
Ox15C71D2
iO
25 Bit
OxAE38E9
01 0 1 010
25 Bit
i1
0 1 0 1 010
Mux
S
Multiplikand
dout
25 Bit
Ergebnis
Multiplikator
43 Bit
1 0 1 0 1 01
DSP48E1
CE
Ox3EB1A
18 Bit
Bild 2c
tion-Temperatur ihres Designs, indem sie die Geschwindigkeit
des Ventilators ändern, der über dem FPGA-Chip sitzt. Dazu
verwenden sie einen einfachen Ein/Aus-PWM-Controller. Wer
kürzere Aufheizzeiten braucht, kann auch eine externe Wärmequelle verwenden, etwa eine Heißluftpistole.
On-Chip-Sensoren messen die Kerntemperatur, und ein passender AD-Wandler (XADC) lässt sich per „LogiCORE XADC
Wizard“ generieren. Die im GUI eingegebene Referenztemperatur sendet der PC über den seriellen Bus zum Baustein und der
vergleicht sie mit der per Sensoren gemessenen Kerntemperatur.
Die Schaltung steuert dann die Geschwindigkeit des Ventilators,
um die Junction-Temperatur auf dem gewünschten Wert stabil
zu halten. Auf diese Weise kann man den Leistungsverbrauch
verfolgen und über der Kerntemperatur plotten, um zu bestätigen,
dass er das Power-Budget des Designs einhält und innerhalb der
kritischen Grenzen des geforderten Aufheizprofils bleibt.
Eigenes GUI
Das grafische Nutzer-Interface (Bild 1) ist speziell für die Kommunikation mit dem FPGA ausgelegt, um die oben erwähnten
Parameter schnell variieren zu können. Man verbindet zunächst
den Baustein per Standard-UART mit einem der verfügbaren
Ports. Dann öffnet man den XPA, um die von ihm ermittelten
Schätzwerte mit den gemessenen Werten zu vergleichen. Im GUI
26
Clock-Enable
Controller
Bild 2: Blockschaltbilder der Implementierung für die Leistungsbestimmung: (a) Slice-Register, (b) Block-RAMs und (c) DSP-Slices.
erscheint dann ein Plot mit der Leistung über der Zeit, sowohl
für die geschätzte wie die gemessene Leistung, anhand der
Default-Werte der Parameter. Diese Parameter kann man in den
zugehörigen Anzeigepanels modifizieren und die Zahl der
genutzten Slice-Ressourcen mit ihren Umschaltraten im Ressource-Panel spezifizieren. Per Utilization-Sweep-Panel kann
der Anwender den Auslastungsgrad einer spezifischen Ressource durchfahren, mit gleichmäßigen Intervallen von 0 bis 100 %.
Damit kann er eine Kurve der Leistung über der Auslastung mit
den gemessenen Leistungswerten in jedem Intervall plotten.
In ähnlichere Weise kann man den Ausgang des MMCM verändern und einen Sweep der Taktfrequenz im Clock-Select-Panel
anzeigen. In der nächsten Spalte wird die Versorgungsspannung
des FPGA-Chips gemessen und fortlaufend im Vccint-Panel aufgetragen. Das Kerntemperatur-Panel zeigt und plottet die Kerntemperatur. Man kann eine Referenztemperatur eingeben, um
die Junction-Temperatur in der vorgesehenen Box zu variieren.
Für die Messung der Spannungs- und Strompegel der Versorgung kommt ein UCD9248 Digital-PWM-System-Controller von
TI zum Einsatz, der bereits auf dem KC702-Board integriert ist.
Dieser Multirail-/Multiphase-PWM-Controller für Leistungswandler unterstützt das PMBus-Protokoll (Power Management
P [w]
Power vs. Utilization
Utilization [%]
Bild 3: Ein Plot der Leistung über der Nutzung. Die durchgezogenen Linien
zeigen die gemessenen Werte, die gestrichelten die XPE-Abschätzungen.
Bus). Sein PWM-Signal treibt einen UCD7242-IC zur Regelung
der Versorgungsspannung Vccint. Mit einem Satz von PMBusBefehlen konfiguriert man die Funktionen des IC. Er enthält
On-Chip-Spannungs- und Stromsensoren und kommuniziert
mit dem UCD9248. Die von den Autoren entwickelte GUI-Software überträgt laufend die zugehörigen PMBus-Befehle zum
Baustein, der im Gegenzug die Spannungs- und Stromwerte des
DC/DC-Wandlers im Standard-PMBus-Datenformat zurückmeldet. Die Software wandelt die ankommenden Bytes in physikalische Werte um und ermittelt daraus die Spannungs- und
Stromwerte der Versorgung.
Temperatur und Spannung im Blick
Beim Betrieb eines komplexen und unübersichtlichen Designs
bei hohen Temperaturen können die Pegel der Versorgungsspannung vom Sollwert abweichen. Leider haben FPGA-Chips einen
eng begrenzten Toleranzbereich gegenüber Schwankungen der
Eingangsspannung. Das Überschreiten dieser Werte kann Fehlfunktionen oder bleibende Schäden im Chip bewirken. Deshalb
ist die Stabilität der Versorgungsspannung bei schwierigen
Betriebsbedingungen ein wichtiger Faktor beim Austesten eines
neu entwickelten Boards. Das Vccint-Panel soll sicherstellen und
verifizieren, dass die Stromversorgung des Boards in der Lage
ist, die Spannungsvariationen bei sehr hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten und hohen Betriebstemperaturen aufzufangen.
Einen weiteren wichtigen Punkt sollten die Entwickler immer
im Blick behalten: Jeder einzelne Baustein besitzt infolge leichter
Abweichungen im Fertigungsprozess eine unterschiedliche Verlustleistung. Deshalb wird für jeden Virtex-7-FPGA-Chip nach
seiner Herstellung in mehreren Testdurchläufen die minimale
Versorgungsspannung bestimmt, mit der er ordnungsgemäß
arbeitet, und in die E-Fuses eingeschrieben. Die Einstellung des
Spannungsregler-Ausgangs auf diesen minimalen Spannungspegel verändert aber den statischen Leistungsverbrauch. Somit
kann ein Offset in der statischen Leistung zu einer Differenz in
den Ergebnissen zwischen dem XPE und dem hier vorgestellten
Design führen. Zum Beispiel weicht die Abschätzung der statischen Leistung eines Kintex-7-Chips im XPE um 0,7 W von der
typischen und der Worst-Case-Berechnung ab.
Gute Übereinstimmung mit XPE
Die Autoren haben ihr Design in vielen Design-Szenarios mit
verschiedenen Faktoren getestet, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit sicher zu stellen. Die Ergebnisse der XPE-Schätzungen
sind in den Graphen der Messungen ebenfalls aufgetragen, um
die geschätzte Verlustleistung mit der gemessenen zu vergleichen.
Als Beispiel dient das Leistungsverhalten des Kintex-7-Bausteins mit einem Durchlauf des Ressourcen-Einsatzes von Null
bis zum anfangs im Design implementierten Maximalwert: Bild 3
zeigt die Änderung der Verlustleistung beim Durchgang durch
den Auslastungsbereich einer Ressource. Die durchgezogenen
Linien repräsentieren die Leistungsmessungen, während die
XPE-Schätzungen gestrichelt dargestellt sind. Offensichtlich
verlaufen beide Kurven sehr dicht benachbart, auch wenn die
Auslastung und der Leistungsverbrauch hohe Werte annehmen.
Diese Ergebnisse belegen, dass die Abschätzung mit dem XPA
konsistent mit der hier vorgeschlagenen Methode arbeitet. Idealerweise nutzen Entwickler beide Methoden, um die Ergebnisse zu verifizieren und Fehler zu erkennen. Wenn man zum Beispiel in XPE die mittlere Fan-out-Zahl eines Taktgebers nicht
korrekt eingibt oder ein bestimmtes Konzept nicht ganz verstanden hat und einen Wert in eine falsche Box einträgt, überlappen
sich die resultierenden Plots nicht und signalisieren damit einen
Fehler. So lassen sich irreführende Abschätzungen vermeiden.
Drum prüfe...
Die Kenndaten und Spezifikationen eines FPGA-Boards, wie die
maximale Verlustleistung oder der erlaubte Kerntemperaturbereich, stehen üblicherweise im Datenblatt. Doch ein spezielles
Design mit hoher Ressourcennutzung und hoher Taktfrequenz
kann diese Nennwerte überschreiten. Daher ist es wichtig, zu
verifizieren, dass die Leistungsregler genügend Strom liefern
und das Kühlsystem ausreichend dimensioniert ist. Die hier vorgestellte Methode ermöglicht einen Zuverlässigkeitstest des
Boards für High-Performance-Anforderungen, indem man den
Ressourceneinsatz und die Taktfrequenz entsprechend erhöht.
Damit können Entwickler abschätzen, welche Signalverarbeitungsrate ihr Board ermöglicht, oder ob die Kühlvorrichtungen
ein Upgrade benötigen.
Nachdem etliche Testergebnisse die Zuverlässigkeit der Methode belegt haben, steht den Entwicklern hiermit eine weitere
Option für das Leistungsmanagement in der Pre-Design-Phase
zur Verfügung. Mit einigen weiteren Verbesserungen, etwa einem
JTAG-Interface, einem voll Baustein-unabhängigem VHDL-Code
oder einem üblichen Strommesssystem, kann dieses Design zu
einem Schlüsselinstrument für FPGA-Projekte werden. (lei) n
Autoren
Ahmet Caner Yüzügüler
Hardware Design Engineer beim türkischen Rüstungskonzern Aselsan.
Emre Sahin
Senior Hardware Design Engineer beim türkischen Rüstungskonzern
Aselsan.
infoDIREKT707ei0115
27
Bilder: Altera
Bild 1:
Das Blockdiagramm
des Dual-Transceivers
LMS7002M von Lime
Microsystems zeigt,
dass der Anwender
hier alle Komponenten frei kombinieren
und programmieren
kann.
Mobilfunk-Implementierung
Wandelbare Funkanbindungen für rechenintensive IoT-Anwendungen
Immer mehr Geräte vernetzen sich über Mobilfunk: Diese Infrastruktur ist längst nicht mehr nur den Handys
und Smartphones vorbehalten. Allerdings verändern sich die Mobilfunkstandards etwa alle 1,5 Jahre, während
Embedded- und IoT-Anwendungen einen deutlich längeren Entwicklungszyklus haben. Um dennoch Schritt
Autor: Mike Fitton
zu halten, empfiehlt sich eine Kombination aus FPRF-Transceiver und FPGA.
F
unkanbindungen gehören längst zum täglichen Leben und finden immer mehr Anwendungen: So verspricht das Internet der Dinge
(IoT; Internet of Things), alle Geräte und Einrichtungen miteinander zu vernetzen. Oft sind dafür drahtlose Techniken nötig. Allerdings wandeln sich die
Funktechniken und Protokolle viel schneller als versteckt eingebaute Sensoren, Haushaltsgeräte oder
andere IoT-Bestandteile. Gefragt sind flexible Ansätze für die Funkanbindung, die sich an die veränderten Gegebenheiten anpassen lassen. Die MobilfunkInfrastruktur etwa wächst rasant, da immer mehr
Endanwender intelligente und schnellere Mobilgeräte nutzen, die täglich mehr Bandbreite erfordern.
Autor
Mike Fitton
Director Wireless
Business Unit bei
Altera in San Jose,
Kalifornien.
28
Mixed-Signal-Lösungen für
hohe Frequenzen
Früher erforderte das Design einer digitalen Funklösung viel Zeit, Geld und spezielles Know-how. Das
Zusammenführen analoger und digitaler Bereiche
war schon immer schwierig. Neue Bausteine vereinfachen diese Interaktion, etwa der Funk-Transceiver
LMS7002M von Lime Microsystems, der sich ähnlich
wie ein FPGA programmieren lässt ist.
Ein FPRF-Transceiver (Field Programmable Radio
Frequency) wird wie ein Field Programmable Gate
Array (FPGA) vom Hersteller des Endsystems programmiert. Alle Konfigurationselemente wie DSPs,
Eck-Daten
Ein FPRF-Transceiver (Field Programmable Radio Frequency) wird wie ein Field Programmable Gate Array (FPGA)
vom Hersteller des Endsystems programmiert. Alle Konfigurationselemente wie DSPs, DAC/ADCs, Filter, Mischer,
PLLs und Verstärkerstufen des Transceivers lassen sich
wie gewünscht auslegen. Mit der Kombination aus FPRF
und FPGA können Betreiber eine vorhandene Funkeinheit
auch im Feld noch an neue Standards anpassen. Bei
3GPP-Netzen ist das besonders wichtig, da es alle 18 Monate neue Standards gibt.
DAC/ADCs, Filter, Mischer, PLLs und Verstärkerstufen des Transceivers lassen sich wie gewünscht auslegen. Während der FPGA eine flexible Programmierung in der Logikdomäne eines Systems ermöglicht,
bietet der FPRF eine flexible Programmierung in der
HF- und Funk-Domäne.
Field Programmable Radio Frequency:
FPRF-Transceiver
Der LMS7002M ist ein programmierbarer 2×2-MIMODigital-zu-Analog-HF-Wandler (MIMO: Multiple
Input, Multiple Output), der eine Mittenfrequenz von
50 MHz bis 3,8 GHz mit einer programmierbaren
HF-Bandbreite von 0,1 MHz bis 108 MHz abdeckt. Er
unterstützt sowohl TD- (Time Division) als auch FDBetrieb (Frequency Division), ist 3GPP-konform für
alle Mobilfunkstandards und unterstützt Wi-Fi. Bild 1
zeigt das Blockdiagramm des Bausteins.
Die Nachfrage nach mehr Systemkapazität, operativer Flexibilität und niedrigeren Kosten sorgt alle 18
Monate für eine Aktualisierung des 3GPP-Funksstandards (Bild 2). Viele der Versionen stellen evolutionäre Entwicklungsschritte dar, aber einige, beispielsweise Release 8, erfordern eine massive Aufrüstung oder Neuausrichtung des Netzwerks.
Die Netzwerkbetreiber setzen gerade LTE-Advanced (LTE-A) um und planen die zukünftigen Funktionen IoT, M2M-Kommunikation (Machine to Machine) und C-RAN-Architekturen (Centralized Radio
Access Network) mit ein. Erweiterte Konzepte wie
RAN-Sharing, Software Defined Networking (SDN)
und Network Function Virtualization (NFV), die
gewöhnliche Standard-Hardware verwenden, werden
ebenfalls diskutiert.
Gemeinsam stark
Für den FPRF-Transceiver gibt es zwar eine Vielzahl
von Anwendungen, doch gerade die Kombination aus
FPGA und FPRF ist besonders interessant, da sie hohe
Flexibilität in einem Funksystem bietet. Zu den
FPRF+FPGA-Anwendungen zählen Software Defined
Radio (SDR), selbstorganisierende Netzwerke (SON),
Kleinzellen-Basisstationen und Machine-to-MachineAnwendungen. Längerfristig sind auch RAN-Sharing,
kognitive Funkanlagen und andere neue Funkarchitekturen damit realisierbar.
Bild 3 zeigt ein Beispiel einer Funkarchitektur, die
alle Funkstandards unterstützt und von 50 MHz bis
3,8 GHz vollkommen flexibel ist. In den meisten
Anwendungen können diese Funkeinheiten mit der
richtigen Wahl der HF-Filter auch im Feldeinsatz neu
programmiert werden, was dem Betreiber umfassende Flexibilität garantiert.
Im Feld umprogrammiert
Eine Praxisanwendung des Blockdiagramms in Bild 3
ist Interband-Träger-Aggregation, bei der eine
FPRF+FPGA-Funkeinheit im Feld umprogrammiert
wird, um 20-MHz-LTE zu einem bestehenden
10-MHz-LTE-Träger hinzuzufügen. Die Netzwerkkapazität wird damit verdreifacht, ohne weitere Funkeinheiten hinzuzufügen oder die bestehende Einheit
zu verändern.
Dieses Beispiel gilt auch für selbstorganisierende
Netzwerke (SON) und kognitive Funkanlagen, da die
Funkeinheit Interferenzen erkennen und/oder überwachen und die Frequenz/Bandbreite entsprechend
anpassen (umprogrammieren) kann, um die Netzwerk-Performance zu optimieren.
RAN Sharin,
C-RAN, M2M
Bild 2: Seit 1999 wird ungefähr alle 18 Monate eine neue
3GPP-Version veröffentlicht.
NCT, Zusätzliche FDD-Carrier-Aggregation-Bänder,
FDD und TDD Carrier Aggregation
Zusätzliche Carrier-Aggregation-Bänder,
SON-Updates, HETNET-Updates
LTE-Advanced (4G) elCIC,
CoMP, Four-Carrier-HSDPA
Multi-Standard Radio (MSR), WiMax- und LTE-Interoperabillität,
Dual-Cell-HSUPA, SON, LTE Femto-Cells
Erstes LTE-Release, OFDMA, neues IP Core Network,
3G Femto-Cells, Dual Carriwer HSDPA, MIMO
HSPA+ (64QAM DL, 16 QAM UL), VoIP- und
QoS-Verbesserungen, EDGE Evolution
WLAN handover, High Speed Uplink Packet Access,
Multi-broadcast Messaging System
IP Multimedia Subsystem (IMS),
High Speed Packet Downlink
All IP Core Network,
TD-SCMA eingeführt
Neue 3GPP-Releases zirka alle 18 Monate
UMTS 3G mit
CDMA
EDGE, GPRS
PCS1900
R98
▼
1999
R99
▼
2000
R4
▼
2001
R5
▼
2002
R6
▼
2003
2004
2005
2006
R7
▼
R8
▼
2007
2008
R9
▼
2009
R10
▼
2010
2011
R11
▼
2012
R12
▼
2013
2014
R13
▼
2015
29
Bild 3: FPRF- und
FPGA-Architektur für
SDR, SON und kognitive Funkanlagen.
Bild 4: Blade-RF ist eine SDR-Plattform mit
dem LMS6002D und
einem Altera CycloneIV-FPGA.
Als Beispiel für SDR zeigt Bild 4 die Blade-RF-Plattform von Nuand: Diese Open-Source-SDR-Plattform
basiert auf dem LMS6002D und einem Altera Cyclone IV. Sie lässt sich von 300 MHz bis 3,8 GHz mit einer
Modulationsbandbreite von bis zu 28 MHz programmieren. Die Plattform eignet sich durch die OpenSource-Softwareumgebung und die flexible Hardware
ideal für die Entwicklung.
Mehrere Netzwerke integrieren
Manche M2M-Lösung erfordert eine Kommunikation über mehrere Netzwerke, zum Beispiel Wi-Fi, 3G,
3GPP und andere Frequenzbänder. Hier kann ein
flexibles Funkmodul einen Aggregationsknoten bilden, der mehrere Standards unterstützt und somit
eine optimale Gesamtlösung darstellt.
Eine Verwendungsmöglichkeit für FPRF in fortschrittlichen 3GPP-Anwendungen wäre RAN-Sharing.
Dieser langjährige 3GPP-Standard wurde bis jetzt noch
nicht umgesetzt. Mit jeder neuen 3GPP-Funktion oder
-Version muss der Betreiber die vollen Umstellungskosten (3G auf 4G) oder Erweiterungskosten (um LTEA) selbst tragen. Da die Umsätze pro Nutzer stagnieren,
würde RAN-Sharing eine praktische Methode zur
Einsparung von Infrastrukturkosten darstellen, da sich
mehrere Netzbetreiber eine Infrastruktur teilen.
Gemeinsamer Zugang
Der Standard TS 23.251 bietet zwei Ansätze, sich einen
Zugang zu einem Funknetzwerk zu teilen: MultiOperator Core Network (MOCN) und Gateway Core
Network (GWCN). Ein flexibler Hardware-Ansatz
mit HF und Logik bietet die beste Lösung für RANSharing, da sich dank der Programmierbarkeit im
Feld auch zukünftige Anforderungen abdecken lassen,
die heute noch völlig unbekannt sind.
Beispielsweise rüstet Betreiber A ein Netzwerk mit
flexiblen HF- und Logik-Plattformen auf, um zusätzliche Kapazität zu erhalten. Betreiber B kann dann
30
RAN-Kapazität vom Betreiber A mieten, um seinen
Investitionsaufwand zu mindern. Betreiber A kann
so mit dem bestehenden Netzwerk Geld verdienen.
Ein gemeinsam genutztes RAN-Netzwerk erlaubt
einem Dritten, RAN-Kapazität an Betreiber zu vermieten, um so den Investitionsaufwand zu verringern,
der für einen Markteintritt erforderlich ist. Die Nutzer
erhalten dadurch mehr Auswahl und Preisvielfalt. Da
sich die Kanal- und Bandplanung international und
auch in Metro-Area-Netzen unterscheidet, ist es nahezu unmöglich, feste Hardware zu entwickeln, die allen
Anforderungen entspricht. Eine programmierbare
Plattform ist daher die einzige praktikable Lösung.
Besser skalieren
Das wachsende Mobilfunkaufkommen und die steigende Gerätezahl zwingen Netzwerkbetreiber dazu,
bessere, skalierbare und kosteneffiziente Basisstationen zu installieren. Um die steigenden Betriebskosten für Netzwerkbetreiber zu senken, lassen sich
Funk-Transceiver einsetzen, die im Feld programmierbar sind. Diese FPRF-Transceiver (Field Programmable Radio Frequency) ähneln einem FPGA (Field
Programmable Gate Array).
In Kombination ergeben beide Bausteine eine hohe
Flexibilität sowohl in der Logik- als auch in der HFDomäne. Dieser flexible Hardware-Ansatz ermöglicht
eine einfachere Herangehensweise an Träger-Aggregation, Software Defined Radio (SDR), selbstorganisierende Netzwerke (SON), Machine-to-MachineAnwendungen und weitere. Längerfristig wird FPRF
auch in der Lage sein, RAN-Sharing, kognitive Funkanlagen und andere fortschrittliche Funkarchitekturen zu unterstützen, um die Infrastrukturkosten für
die Betreiber weiter zu verringern. (lei)
n
Für die Xilinx-Artix-7-FPGA und Zynq-7000-All-Programmable-SoC-Familien
Profinet-RT/IRT-Device-Lösung
Bild: Enclustra
Die Enclustra-ProfinetRT/IRT-Device-Lösung erreicht
Datenraten von über 90 MBit/s
– nahe am theoretischen Maximum von 100 MBit/s.
Enclustra, Xilinx und das Institute of
Embedded Systems (InES) der Züricher
Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW, präsentieren die neue
Profinet-RT/IRT-Device-Lösung. Normalerweise begrenzt der komplexe SoftwareProtokollstack von Industrial Ethernet die
erreichbare Bandbreite auf einen Bruchteil
des theoretisch möglichen Datenraten.
Die Enclustra-Profinet-RT/IRT-DeviceLösung verteilt den Datenverkehr auf
mehrere CPUs und erreicht so Non-Realtime-Datenraten (bei TCP/IP-Verkehr)
von über 90 MBit/s – nahe am theoretischen Maximum von 100 MBit/s – ohne
dabei die Echtzeitdatenkommunikation
zu beeinträchtigen.
Geschrieben ist diese Lösung komplett
in VHDL und für die Xilinx-Artix-7-FPGA- und Zynq-7000-All-ProgrammableSoC-Familien optimiert. Sie erlaubt Zykluszeiten von 31,25 µs, unterstützt erwei-
terte Funktionen wie dynamisches Frame
Packing oder IEEE 1588 PTP.
Mit einem 400 MHz schnell getakteten
Zeitstempel erreicht die Enclustra-Profinet-RT/IRT-Device-Lösung eine Synchronisierungsgenauigkeit von 60 ns über 20
Knoten. Echtzeitdatenströme können den
Software-Stack komplett umgehen und
direkt in die FPGA-Logik übertragen werden. Für die Evaluation oder das Rapid
Prototyping bietet Enclustra FPGA- und
Zynq-basierte Module inklusive BaseBoards an. Die IP-Lösung kann einfach
per Drag-and-Drop in Vivado eingesetzt
werden. Mit einer einmaligen Lizenzzahlung ohne weitere oder stückzahlabhängige Gebühren kann die Profinet-RT/IRTDevice-Lösung erworben werden. (ah) n
infoDIREKT
649ei0115
Braucht Ihr Design hohe 32-Bit-MCU Performance, Code-Dichte und großen
integrierten Speicher?
PIC32MZ bietet 330 DMIPS und 654 CoreMarks™ Performance
Microchips neue PIC32MZ 32-Bit-MCUs erzielen hohe Performance,
eine 30% bessere Code-Dichte und bieten bis zu 2 MB Dual-Panel
Flash mit Live Update und 512 KB RAM.
Die PIC32MZ Embedded Connectivity (EC) Serie der 32-Bit-MCUs ist ein
Durchbruch in Highend-Embedded-Anwendungen. Sie bietet neben
hoher Performance und Code-Dichte auch umfangreichen On-ChipSpeicher und Peripherie.
Mit bis zu 2 MB Dual-Panel Flash und 512 KB RAM bietet der PIC32MZ
viermal mehr On-Chip-Speicher als jede andere PIC MCU. Hinzu kommt
ein ausfallsicherer Betrieb bei Live Flash Updates. PIC32MZ ist auch
die erste PIC MCU mit dem verbesserten MIPS microAptiv™ Core, der
159 neue DSP-Befehle bietet, mit denen die Ausführung von DSPAlgorithmen bis zu 75% weniger Zyklen benötigt als bei der
PIC32MX-Serie.
Zu den erweiterten Datenanbindungsmöglichkeiten zählen HiSpeed USB, 10/100 Ethernet und zwei CAN 2.0b Module sowie
verschiedene UART-, SPI/I2S- und I2C-Kanäle. Die optionale On-Chip
Krypto-Engine garantiert eine sichere Kommunikation durch einen
Zufallszahlengenerator, hohen Datendurchsatz bei der
Ver-/Entschlüsselung und Authentifizierung.
Weitere Informationen unter:
www.microchip.com/get/eupic32mz
ENTWICKLUNGSTOOLS:
■ Fertig einsetzbare PIC32MZ
EC Starterkits
■ Multimedia Expansion Board II
■ PIC32MZ2048EC Plug-in-Modul
für Explorer 16
PIC32MZ Embedded Connectivity Starterkit
(DM320006 oder DM320006-C mit Krypto-Engine)
Der Name Microchip, das Logo und PIC sind eingetragene Marken der Microchip Technology Incorporated in den USA und in anderen Ländern Alle anderen hier genannten Marken sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer.
©2014 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten. ME1117BGer10.14
Stromversorgungen
Gemischtes Doppel
Recom sieht Netzteile als zweite Seite derselben Medaille
Bis vor wenigen Jahren noch hat sich Recom primär auf die Entwicklung von DC/DC-Wandlern und kleinen Netzmodulen spezialisiert. Zukünftig möchte man seine Kunden in Industrieautomation, Kommunikationstechnik und Medizinelektronik zusätzlich auch mit qualitativ hochwertigen Netzteilen beliefern. Dabei hat man Applikationen mit einem Leistungsbedarf bis 240 W im Auge, bei denen Zuverlässigkeit an oberster Stelle steht.
32
A
Nach DC/DC-Wandlern und Schaltreglern entwickelt Recom nun Lösungen
für ausgewählte Segmente des Netzgeräte-Marktes.
nlässlich der Einweihung seiner neuen Firmenzentrale
in Gmunden/Österreich verkündete Karsten Bier, CEO
der Recom-Gruppe: „Recom goes higher Power“. Damit
macht er klar, dass er dabei primär an hochwertige Standardnetzteile denkt. AC/DC-Netzteile seien die logische Ergänzung
zu DC/DC-Wandlern oder Schaltreglern. Es könne ein wesentlicher Vorteil für den Kunden sein, alles aus einer Hand zu beziehen. Wenn in komplexen, interaktiven Systemen plötzlich Störungen auftreten würden, könne vermieden werden, dass sich
zwei Lieferanten gegenseitig den „schwarzen Peter“ zuschieben.
Technisch gesehen sind DC/DC-Wandler und Netzteile eng
miteinander verwandt. Die größten Unterschiede gibt es bei der
Leistung. Genügen bei Wandlern meist wenige Watt zur Versorgung einzelner Schaltkreise oder zur Isolation von I/O-Ports,
sind bei zentralen Netzteilen Werte von 50 W aufwärts gefragt.
Die neuen, bereits zur Electronica vorgestellten Produkte zeigen,
in welchen Marktsegmenten man künftig Akzente setzen möchte. So waren neben sehr preisgünstigen „Open-frame“-Netzteilen zum Systemeinbau auch Lösungen für die Hutschiene sowie
für die Medizinelektronik zu sehen. Alle drei gezeigten Produktfamilien sind im 1. Quartal 2015 lieferbar. Weitere Produkte
sollen zur Jahresmitte folgen. Bis Jahresende möchte man die
Entwicklung bis zu einer Grenze von 240 W abschließen.
ZUHÖRER.
Wir haben immer ein offenes
Ohr für unsere Kunden.
Interessiert. Ehrlich. Hilfsbereit.
SPEISE- UND
RÜCKSPEISE-SYSTEM
Hochwertige „Open-frame“-Netzteile
für den Systemeinbau
Generell zielt Recom auf Marktsegmente, in denen die Lebensdauer vor dem Preis rangiert. Zwar habe man mit den beiden
Werken in Taiwan eine ausgesprochen kostengünstige Produktion, verarbeite aber nur qualitativ hochwertige Materialien und
die gäbe es nicht zum „Nulltarif“.
So möchte man sich auch bei den technisch und preislich sehr
attraktiven „Low-cost“-Serien RAC48 und RAC60 qualitativ von
Billigprodukten abheben. Die mit einer Grundfläche von zirka
100 × 50 mm2 (4 × 2 Zoll) bei nur 30 mm Höhe sehr kompakten
Geräte verzichten auf ein eigenes Gehäuse und sind ideal zum
Einbau in flache Systeme mit nur eine HE geeignet. Mit ihrem
Eingangsspannungsbereich von 90 bis 264 VAC können sie weltweit eingesetzt werden. Am Ausgang stehen wahlweise 5, 12, 15
oder 24 V zur Verfügung. Zur einfachen Montage werden
Anschlussstecker mitgeliefert. Die Class-II-Netzteile arbeiten
bei Temperaturen von -20 bis +70 °C. Sie sind bis 3 kV/1min iso-
Regatron TC.GSS
LABORSTROMVERSORGUNG
Delta Elektronika SM3300-Serie
Bilder: Recom
Eck-DATEN
Netzteile, DC/DC-Wandler und Schaltregler haben eines gemeinsam:
Sie sitzen meist an kritischer Stelle eines elektronischen Designs und
ihre Zuverlässigkeit beeinflusst maßgeblich die Zuverlässigkeit eines
Systems oder einer Anlage. Ist die Stromversorgung störanfällig, leidet
nicht zuletzt auch der gute Name des Anwenders. Ebenso können die
Folgekosten erheblich sein. Sind beispielsweise schon hunderte Maschinen weltweit im Einsatz, bis man eine gravierende Schwachstelle
erkennt, hat dies teure Nachbesserungen zur Folge. Deshalb ist es bei
der Auswahl von Stromversorgungen äußerst ratsam, auf die Garantiezeit zu schauen und sich beim Hersteller durch Quality Audits und
durch die Vorlage von Test-Reports zusätzliche Sicherheit zu holen. Da
kann es von großem Vorteil sein, wenn sämtliche Komponenten von
demselben Partner kommen.
Schulz-Electronic GmbH
Dr.-Rudolf-Eberle-Straße 2
D-76534 Baden-Baden
Fon + 49.7223.9636.0
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www.schulz-electronic.de
Stromversorgungen
Spezifikation
RAC60/OF
Rated Power
RACM100
60 W
60 W
100 W
90...265 VAC
85...264 VAC
85...264 VAC
84 %
87 %
92 %
115 VAC
13 ms typ.
20 ms
16 ms min.
230 VAC
60 ms typ.
50 ms
n/a
Eingangsspannungsbereich
Wirkungsgrad
Hold Time
REDIN60
<0,75 mA
<1 mA
75 µA
Output Ripple & Noise
Leckstrom
150 mVp-p max.
150 mVp-p
160 mVp-p
Betriebstemperatur
-20 bis +70 °C
-20 bis 70 °C
-25 bis +80 °C
Isolation
3 kVAC / 1 min
Abmessungen (L × B × H)
101,6 × 50,8 × 30 mm
3,75 kVAC / 1min
4 kVAC / 1min, 2xMOPP
40 × 88,6 × 101,4 mm
3
3
91,4 × 62,0 × 39,2 mm3
Gewicht
145 g
307 g
210 g
Garantie
3 Jahre
7 Jahre
5 Jahre
Die wichtigsten technischen Daten im Überblick.
liert und gegen Überspannung, Kurzschluss und Überlast
geschützt. Die für den Systemeinbau in Industrieelektronik und
Kommunikationstechnik konzipierten Netzteile haben eine
Garantiezeit von drei Jahren.
Zunächst sind zwei Serien mit Leistungen von 48 (RAC48)
beziehungsweise 60 W (RAC60) zu einem 100er-Preis von zwölf
Euro aufwärts lieferbar. Damit liegt man im unteren Bereich
vergleichbarer Angebote. Versionen mit doppelter Leistung sind
zur Jahresmitte geplant.
DIN-Rail-Netzteile schaffen zehn Jahre
im Dauerbetrieb
„Lebensdauer und Zuverlässigkeit hat für unsere Produkte oberste Priorität“, betonte Bier bei der Vorstellung seiner neuen DinRail-Netzteile und verweist auf die besonders lange Garantiezeit
von sieben Jahren. Während ein PC oft schon nach drei Jahren
„zum alten Eisen“ gehöre und im Fall eines Defektes meist durch
ein neues, leistungsstärkeres Modell ersetzt würde, gelte dies
nicht für Industrieelektronik oder Automatisierungstechnik. Hier
1
34
könne ein unplanmäßiger Produktionsausfall hohe Folgekosten
haben. Dem gelte es vorzubeugen. Deshalb treibe man bei Recom
einen extremen Aufwand, bevor ein neu entwickeltes Netzteil
in Produktion geht.
So begnügt man sich nicht mit der Auswahl qualitativ hochwertiger Bauteile wie zum Beispiel „high grade temperature“Elkos, die bis 105 °C betrieben werden könnten. Man verwendet
auch viel Zeit, das Design elektrisch und thermisch zu optimieren. Dazu gehört es, die Elkos möglichst weit entfernt von den
„hot spots“ zu platzieren. Dies ist allerdings nicht so trivial wie
es sich anhört, da jeder Zentimeter Abstand mit einer längeren
Leitungsführung einhergeht, was Wirkungsgrad und Störpegel
negativ beeinflussen könnte.
Die besten Kompromisse lassen sich sehr zuverlässig durch
den Einsatz modernster Labortechnik finden. So kann bei Recom
die Auswirkung einer Design-Änderung sofort mit einer Wärmebildkamera verifiziert werden. Auch hat man das neue Headquarter mit einer 3-m-EMV-Kammer ausgestattet, um jederzeit
normkonforme Messungen leitungsgebundener und abgestrahl-
2
Stromversorgungen
ter Emissionen durchführen zu können. „Wir können jedes Design
zeitnah evaluieren, ohne uns in die Warteschlange bei einem
akkreditierten Labor einreihen zu müssen“ sagt Bier und betont,
dass man so die Potenziale und Grenzen der Prototypen weit
besser und schneller ausloten könne. Bevor ein Produkt den Weg
zum Kunden fände, würde eine feste Anzahl von Produktionsgeräten in 1000-Stunden-Tests einer beschleunigten Alterung
unterzogen, um zuverlässige Aussagen über ihre Lebensdauer
machen zu können. Bei den neuen DIN-Rail-Netzteilen sei eine
„Design Lifetime“ von > 85.000 Stunden ermittelt worden, was
rund zehn Jahren Dauerbetrieb entspräche.
Zunächst sind zwei Geräteserien mit Leistungen von 45
(REDIN45) und 60 W (REDIN60) lieferbar. Alternativ zur üblichen Ausgangsspannung von 24 V DC sind auch 12 VCD verfügbar.
Die Netzteile dieser Serie sind bis 3,75 VAC/1 min isoliert und
gegen Überspannung, Kurzschluss sowie Überlast geschützt.
Der Wirkungsgrad erreicht sehr gute 87 %. Die Module sind
lediglich 41 mm breit und können „ohne Sicherheitsabstand“
dicht an dicht auf der Hutschiene montiert werden. Die Umgebungstemperatur darf bis zu +70 °C betragen. Für Schaltschränke mit einer sehr geringer Einbautiefe können diese Module
auch seitlich montiert werden.
Weitere Schwerpunkte möchte Recom im Bereich der Medizintechnik setzen. Hatte man dieses Marktsegment bislang
schon mit einer Reihe hoch isolierter DC/DC-Wandler versorgt,
kommen jetzt „medizinische Netzteile“ mit 2xMOPP (Two
Means of Patient Protection) hinzu. Für solche Netzteile sind
insbesondere rund um den Trafo Luft- und Kriechstrecken von
5 und 8 mm einzuhalten, was in der Regel zu größeren Abmessungen führt.
Dank einer ausgefeilten Trafotechnik ist es gelungen, die vermutlich kleinsten Netzteile zu entwickeln, die in der Leistungsklasse von 100 und 150 W verfügbar sind. Damit trägt man dem
Umstand Rechnung, dass der Platz in modernen Diagnosesystemen oft sehr limitiert ist.
Netzteile für maximalen Patientenschutz
in der Medizintechnik
Die 100-W-Version (RACM100) ist ganze 91 x 62 x 39 mm3 (L ×
B × H) groß und erreicht einen Wirkungsgrad von sehr guten
92 %. Das leistungsstärkere Modell (RACM150) leistet 150 W
und ist rund 25 mm länger. Beide Geräte sind durch ein Metallgehäuse nach allen Seiten geschützt. Am Ausgang stehen wahlweise 12, 15, 24 und 48 V zur Verfügung. Die Ausgangsspannung
kann in Grenzen justiert werden. Beide Geräte sind gegen Überspannung, Kurzschluss und Überlast geschützt und gemäß UL/
EN60601 zertifiziert. Die Isolation von 4 kVAC / 1 min und die
sehr niedrigen Leckströme von bis zu 75 µA genügen mit
2xMOPP den höchsten Ansprüchen in punkto Patientenschutz.
Die Garantiezeit liegt bei fünf Jahren. (ah)
n
Der Artikel basiert auf Unterlagen von Recom.
Die neuen Din-Rail-Netzteile
REDIN45 und REDIN60 lassen sich
neben der traditionellen, rück
seitigen Montage auch seitlich
montieren, was bei Schaltschränken mit geringer Einbautiefe von
Vorteil ist.
Professional Power
Unsicher.
Immer sicher.
Schaltnetzteile – Backup solutions
Made in Germany
1D
er Einsatz modernster Wärmebildtechnik erlaubt ein thermisch ausgewogenes Design,
wobei die Elkos in möglichst
kühlen Bereichen platziert wer2D
ie „medizinischen“ Netzteile
RACM100 und RACM150 gehören zu den Kleinsten ihrer Klasse
und entsprechen mit einer Isolation von 2 × MOPP der 3. Edition
der EN60601-1.
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Stromversorgungen
Entwickeln von hochzuverlässigen
Stromversorgungssystemen
Die Sicherheitsfunktionen der Leistungsregler nutzen
Dieser Artikel befasst sich mit Halbleiter-Lösungen zur Implementierung von extrem zuverlässigen Stromversorgungen einschließlich Redundanz, Schutzschaltungen und das Management von abgesetzten Systemen. Er
hebt einige Produkteigenschaften hervor, die die Entwicklung vereinfachen und die Zuverlässigkeit der KomAutor: Steve Munns
ponenten verbessern. I
Autor
Steve Munns
Mil-Aero Marketing
Manager bei der
Linear Technology
Corporation.
36
n einer perfekten Welt sollte ein extrem zuverlässiges System so entwickelt werden, dass Einzelfehler vermieden werden und die Hilfsmittel
bereit gestellt werden, um Fehler so zu isolieren, dass
der Betrieb, bei einer eventuell reduzierten Leistung,
nicht unterbrochen wird. Weiterhin sollte es möglich
sein, bei auftretenden Fehlern, deren Ausbreitung auf
die vor- oder nachgelagerte Elektronik zu vermeiden.
Eine eingebaute Redundanz, entweder in Form von
parallelen Schaltungen, die die Last aktiv verteilen,
oder die im Standby warten, bis ein Fehler auftritt,
ist eine Lösung. In jedem Fall erfordern Auffinden
und Management von Fehlern zusätzliche Schaltungen, die die Komplexität und die Kosten insgesamt
erhöhen. Einige Systeme kreieren auch artfremde
parallele Schaltungen, um das Risiko von einem all-
gemeinen Fehlermechanismus zu vermeiden. Dies
ist beispielsweise der Fall bei einigen Steuerungssystemen in Flugzeugen.
Eck-Daten
Die Entwicklung von extrem zuverlässigen Stromversorgungen wurde durch anwenderprogrammierbare Eigenschaften und weiterentwickelte Schutzmechanismen auf
dem Chip vereinfacht. Das digitale Management des Power-Systems bietet Hilfsmittel, um die Stromversorgungssysteme aus der Ferne zu überwachen und zu
steuern und den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit
weiter zu verbessern. Und schließlich, die korrekte Auslegung der Komponenten von einem seriösen Anbieter,
minimiert die Möglichkeit von Qualitäts- und Zuverlässigkeitsproblemen.
Stromversorgungen
Besonders komplexe Systeme erhöhen die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung wobei ein hoher Wirkungsgrad der Wandlung
und gutes thermisches Management wichtig sind, da
mit je 10 °C Temperaturanstieg in der Sperrschicht
die Lebensdauer des ICs etwa halbiert wird. Neue
Stromversorgungs-ICs und spezielle Power-Management-Funktionen bieten einen verbesserten Schutz
für das IC selbst und das umliegende System.
Supply 1
Supply 5
Supply 2
Supply 6
Supply 3
Supply 7
Supply 4
Supply 8
1
Ausgangsstrombegrenzung
Dies ist keine neue Funktion, aber ihre Implementierung wurde genauer und weiterentwickelt, und es
wird zusätzliche Flexibilität geboten, indem anwenderprogrammierbare Eigenschaften hinzugefügt wurden. Als ein Beispiel: der in Bild 1 dargestellte LT3667
ist ein Abwärtsschaltregler (40 V / 400 mA) mit zweifach fehlergeschützten linearen Low-Dropout-Reglern. Interne Schutzschaltungen beinhalten Schutz
bei verpolter Batterie, Strombegrenzung, thermische
Begrenzung und Schutzfunktion gegen verpolten
Strom. Der Schaltreglerteil des ICs enthält sowohl
eine Schaltstrombegrenzung, als auch eine Freilaufdiodenstrombegrenzung, sodass der Ausgangsstrom
während eines Fehlerzustands so wie ein kurzgeschlossener Ausgang kontrolliert wird.
Der lineare Zweifachregler hat ebenfalls individuelle anwenderprogrammierbare Stromgrenzen, die
in der Beispielschaltung in Bild 1 mit R7 und R8 auf
100 mA eingestellt sind. Tritt ein Fehler auf, schützen
diese Hilfsmittel nicht nur das Bauteil selbst, sondern
auch die nachgelagerte Elektronik.
Eingangstrombegrenzung
Bilder: Linear Technology
Sie wird üblicherweise in Schaltungen gefunden, die
Energy Harvesting aus Photovoltaikzellen erlauben
und bei denen die hohe Impedanz der Quelle erfordert, dass der Strom sorgfältig gesteuert wird, um zu
verhindern, dass die Spannung zusammenbricht.
2
Bild 1: Aufbau eines
digitalen Power-System-Managements.
Zusätzlich zum Schutz der vorgelagerten Elektronik
vor Überlastung, kann sie auch als Sicherheit wie in
Bild 2 gezeigt, für eine Backup-Stromversorgung verwendet werden, mit der große Kondensatoren
geschützt und sicher geladen werden müssen.
Der LT3128 enthält eine programmierbare ±2 %
genaue Durchschnittseingangsstrombegrenzung. In
dieser Anwendung ist eine 3-A-Eingangsstrombegrenzung eingestellt und die Superkondensator-Backupschaltung zieht nur den „Reserve“-Strom, der nicht
vom Hauptverbraucher über den Auf-/Abwärtswandler benötigt wird.
Schutz vor thermischer Überlastung
Ein thermischer Überlastschutz ist bei den meisten
Leistungswandler-ICs mit internen Leistungstransistoren implementiert. Beim hier beschriebenen
LT3128, wird die thermische Abschaltung bei rund
165 °C ausgelöst und das Bauteil bleibt solange abgeschaltet, bis die Temperatur unter 155 °C fällt. Der
Baustein enthält jedoch auch einen thermischen Regler, um zu verhindern, dass er in die thermische
Abschaltung übergeht, wenn er einen großen Kondensator mit hohem Strom auflädt. Dieser verringert
die Durchschnittsstrombegrenzung progressiv, wenn
Bild 2: Der fehlergeschützte Schalt- und
Linearregler LT3667.
Bild 3: Zweifach-redundante Verteilung
der Leistungsquelle
mit dem LTC4370.
3
37
Stromversorgungen
Eine alternative Methode ist es, die Last auf zwei
Eingangsquellen zu verteilen, die simultan arbeiten.
Dies steigert die Zuverlässigkeit indem die Belastung
jeder Quelle reduziert wird und gleichzeitig ein Schutz
vor Fehlerverhalten einer Quelle geboten wird, wenn
beide ausreichend dimensioniert sind, um die volle
Last zu übernehmen. In der Vergangenheit konnte
dazu ein einfaches aber uneffizientes Dioden-ORArrangement eingesetzt werden, dies erforderte aber,
dass jede Versorgung eine aktive Steuerung zum
Abgleich der Last hatte.
Bild 3 zeigt, wie dies heute mit einer Einchip-Lösung
erreicht werden kann. Der LTC4370 ist ein stromverteilender Controller mit Verpolschutz, was einen Fehler in einer Versorgung verhindert, der das Stromversorgungssystem ausfallen lassen würde.
Schutz vor Spannungsspitzen
Die Elektronik in militärischen Systemen und Flugzeugen muss den Überspannungsschutzspezifikationen wie MIL-STD-1275 (Fahrzeuge) und MILSTD-704/DO-160 (Flugzeuge) entsprechen. Schutz
vor Spannungsstößen, -spitzen und -welligkeit ist
wünschenswert in jedem extrem zuverlässigen System und es gibt Produkte, die speziell auf diese Funktion ausgelegt sind.
Da Fortschritte in der Halbleiter-Prozesstechnik es
den Regler-ICs nun erlauben mit Eingangsspannungen bis zu 100 V und mehr zu arbeiten, bieten die
speziellen, vor Spannungsspitzen geschützten ICs
einen größeren Funktionsumfang und mehr Kontrollmöglichkeiten. In Bild 4 liefert der LTC4364 einen
auf 27 V geklemmten Ausgang (anwenderprogrammierbar), um die nachgelagerten Regler vor Spannungsspitzen zu schützen und auch den Ausgang
aufrecht zu erhalten, wenn der Eingang kurzgeschlossen oder getrennt ist sowie bei Reset-Bedingungen.
4
Bild 4a (oben), b (Mitte) und c: Schutz vor
Spannungsspitzen
und Aufrechterhalten
des Ausgangs. Der
LTC4364 liefert einen
auf 27 V geklemmten
Ausgang, um die
nachgelagerten Regler vor Spannungsspitzen zu schützen
und den Ausgang aufrecht zu erhalten.
38
die Temperatur 135 °C übersteigt. Andere Produkte,
wie beispielsweise der Abwärtswandler LT3375 mit
acht Ausgängen haben einen Temperaturausgang und
bieten die Möglichkeit, eine von drei Schaltschwellen
für die Chiptemperatur einzustellen.
Steuern von mehrfachen Eingangsquellen
Stromversorgungssysteme, die eine Hauptstromversorgung und außerdem ein redundantes BackupSystem mit einer externen Hilfsversorgung enthalten,
benötigen ein System, um zu entscheiden, welche
Versorgung Priorität besitzt und um ihren Zustand
zu überwachen. Darüber hinaus muss das System
vor Kreuzverbindungen und Rückkopplung schützen,
während die Quelle schaltet. Einchip-ICs wie der
LTC4417 sind eine Lösung, die automatisch die Quelle, basierend auf der Validierung von anwenderdefinierten Versorgungsschaltschwellen für jeden Eingang auswählt.
Digitales Management
Neue Produkte verbinden die Vorzüge der analogen
Leistungsregelung mit digitaler Steuerung, über ein
auf einem Zweidraht-PMBus basierendes, digitales
Schnittstellenprotokoll, um das Management von
Stromversorgungssystemen aus der Ferne zu ermöglichen. Telemetrie- und Diagnosedaten können verwendet werden, um Lastbedingungen zu überwachen,
Fehler-Aufzeichnungen auszulesen und einen Zugriff
zum Trimmen und Margining mit ±0,25 % Genauigkeit zu erhalten sowie dem Maximieren des Systemwirkungsgrads und der Zuverlässigkeit.
Solche Systeme bieten die Möglichkeit, von einer
zeitbasierten auf eine zustandsbasierte Wartung überzugehen und sie können potenziell eine Leistungsabnahme hervorheben, bevor Systemfehler einen
Stillstand hervorrufen. Extrem zuverlässige Stromversorgungssysteme in Flugzeugen beispielsweise
Stromversorgungen
This circuit will provide
the 3.3 V output while
supercapacitors are discharging fom 5 V down to
1.8 V. The lage delta from
5 V down to 1.8 V allows
87 % of stored energy in
the supercapacitors to be
utilized.
5
enthalten eine Isolationsbarriere, um die Leistungsbusse des Flugzeugs vor Fehlern in den nachgelagerten austauschbaren Einheiten zu schützen, die üblicherweise für hunderte oder auch tausende von Watt
ausgelegt ist. Die zunehmende Anzahl von Sensoren
und Aktoren treiben ebenfalls die Nachfrage nach
kleineren sowie lokal isolierten Stromversorgungen
und Datenschnittstellen an, damit sich die durch Rauschen hervorgerufenen Probleme von Masseschleifen
und Gleichtaktstörungen reduzieren.
Neuuntersuchungen oder die Charakterisierung der
Komponenten in der Applikationsschaltung vermeidet, in der sehr raue Umgebungsbedingungen zu
erwarten sind. (ah)
■
infoDIREKT
Bild 5: Eine auf dem
LT3128 basierende
SuperkondensatorBackup-Schaltung.
603ei0115
Kontaktloses Laden
Jüngste Entwicklungen in der drahtlosen Leistungsübertragung schließen ein 2-W-Batterieladesystem,
das den LTC4120 verwendet, mit ein, das zusammen
mit Power-by-Proxi entwickelt wurde und deren
patentierte DHC-Technik (dynamic harmonization
control) verwendet, die ein kontaktloses Laden mit
hohem Wirkungsgrad selbst bei maximalem TX-/RXSpulenabstand und schlechter Justierung ermöglicht,
ohne die thermischen oder Überspannungsprobleme,
die üblicherweise in drahtlosen Leistungssystemen
vorkommen.
Komponentenauswahl
Der Großteil dieses Artikels befasste sich mit neuen
Funktionen, die die Entwicklung von extrem zuverlässigen Stromversorgungssystemen sehr vereinfachen oder Produkteigenschaften, die das Bauteil vor
Fehlern oder vor einer falschen Behandlung schützen.
Es ist jedoch wichtig, die Bedeutung der Komponentenqualität nicht zu übersehen und bei der Auswahl
die korrekte Auslegung der Komponenten für die
gewünschten Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Das für den Militärbereich ausgelegte Plastikgehäuse von Linear Technology bietet zum Beispiel
eine zu 100 Prozent getestete und garantierte Leistung
über den gesamten Temperaturbereich von -55 bis
+125 °C, was die Notwendigkeit für kostenintensive
8. EntwicklErforum
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39
Stromversorgungen
Mit 12 und 15 Volt
Die TDK Corporation hat ihre Netzteilreihe ZWS300BAF um Modelle mit 12 und
15 V Ausgangsspannung erweitert. Wie
die bestehenden Modelle besitzen die hinzugekommenen Netzteile eine aktive PFC
am Universaleingang (85 bis 265 VAC), liefern 300 W Ausgangsleistung (bei Konvektionskühlung) und erweisen sich im
Feld – nicht zuletzt dank ihrer Zehn-Jahres-Elkos – als zuverlässig. Typische
Anwendungsbereiche sind Industrieanlagen, Front-End-Ausrüstungen im Rundfunk- und Kommunikationswesen sowie
Test- und Messapplikationen.
Die Baureihe ZWS300BAF deckt nun
das gängige Spannungsspektrum ab. Der
Einzelausgang mit 12, 15, 24, 36 oder 48 V
Nennspannung lässt sich um ±10 % (zum
Teil auch mehr) justieren, so dass auch
Anwendungen mit speziellen Spannungsanforderungen möglich sind. Bei Bedarf
gibt es in gleich ausgestatteten Netzteilen
auch die Nennausgangsspannung 3,3 und
5 V bei Leistungen zwischen 50 und
150 W. Die Netzteile besitzen Überspannungs- und Überstromschutz, optionale
Fern-Ein/Aus-Steuerung ebenso verschiedene Gehäuse- und Anschluss-Varianten
sowie eine Festspannungsvariante. Die
Netzteile haben bis 91 % Wirkungsgrad
(24 V) und arbeiten bei Umgebungstemperaturen zwischen -10 und +70 °C (bei
Volllast bis zu 45 °C bei Konvektionskühlung bis zu 60 °C bei einer Zwangsbelüftung mit 0,7 m/s).
Die Isolationsspannung der Netzteile
zwischen Ein- und Ausgang beträgt
3 kVAC. Die Störaussendung (leitungsge-
Bild: TDK
300-Watt-Netzteile
Die 300-W-Netzteilreihe mit 12 und 15 V Ausgangsspannung arbeiten dank Zehn-Jahres-Elkos zuverlässig.
bunden w ie abgestrahlt) entspricht
EN55011/EN55022-B, FCC-B, VCCI-B.
Dank der aktiven PFC im Eingang entspricht das Oberwellenverhalten der EN/
IEC61000-3-2. Die Geräte haben die
Sicherheitszulassung gemäß UL/CSA/EN
60950-1 und EN50178 und tragen das CEZeichen gemäß Niederspannungs- sowie
RoHS-Richtlinie. (rao)
n
für industrielle Anwendungen bis 160 k W
Robuster Frequenzumrichter
Bild: Eaton
Eaton stellt seine Frequenzumrichterserie
Power-XL DG1 vor. Sie eignet sich für
industrielle und gebäudetechnische
Anwendungen von 0,55 bis 160 kW. Dank
ihrer Bedienerfreundlichkeit und Energieeffizienz, der robusten Ausführung,
Kurzschlussfestigkeit und weiteren Funktionalitäten lassen sich laut Eaton
elektrische Einrichtungen,
Anlagen und Maschinen
sicherer und zuverlässiger realisieren.
Die DG1-Umrichter
sind als Standardbussysteme mit Schnittstellen zu Ethernet IP,
Modbus TCP, Modbus
RTU sowie BAC-Net
MS/TP ausgerüstet.
Optional lassen sich
über Steckkarten auch
Profibus DP, CA N
open, Devicenet, Profi
net, Lonworks sowie
40
Smartwire-DT anbinden. Die Geräte
besitzen mehrere digitale und analoge
Ein- und Ausgänge sowie drei Relais. Mit
Zusatzkarten ist es möglich, den DG1 auszubauen. Die Bedienphilosophie ist von
anderen Power-XL-Frequenzumrichtern
(DC1 oder DA1) bekannt: das Gerät kann
ohne aufwändige Parametrierung direkt
vor Ort in Betrieb genommen
werden. Eine übersichtliche
Menüf ührung, Typenschlüssel und vierzehn Standardparameter tragen zur einfachen
Inbetriebnahme bei. Die Folientastatur verfügt über zwei
flexibel konfigurierbare Tasten und drei LEDs, die den
Gerätestatus anzeigen. Die
Bedienelemente lassen sich
lokal am Gerät oder remote
Der Frequenzumrichter Power-XL
DG1 ist ein robustes, leistungsfähiges Universalgerät für industrielle
Anwendungen bis 160 kW.
etwa in der Schaltschranktür zur Steuerung mehrerer Geräte installieren. Es
besteht die Möglichkeit der Konfiguration
mithilfe der Software In-Control für die
Überwachung oder zum Datenloggen.
Die installierte Antriebssoftware besitzt
eine aktive Energieverbrauchsoptimierung, dynamisches Energiemanagement
im Falle einer Rückspeisung, Schnellstartassistenten, Standardapplikations-Funktionsbausteine (Multipumpensystem, Lüftersteuerung, Multi PID, Mehrzweckeinsatz), Sicherheitsfunktionen und Echtzeituhr. Hinsichtlich des Energieverbrauchs
benötigen die Frequenzumrichter für den
Antrieb von Motoren 2 bis 10 % weniger
Energie. Die DG1-Produkte besitzen
Überlastfähigkeit von 110 % bei veränderbarem und 150 % bei konstantem Drehmoment. Sie haben eine Kurzschlussfestigkeit von 100 kAIC.
Dank einer eingebauten Zwischenkreisdrossel erzeugt der Frequenzumrichter
einen geringen Oberwellenanteil und der
Anwender kann auf weitere externe Komponenten verzichten. (rao)
n
Stromversorgungen
Schlanke EN-Film-Bat terien
Mouser Electronics präsentiert die wiederaufladbaren Lithium-Batterien EFL
700A39 der Serie En-Film von ST Microelectronics. Die EFL700A39-Akkus haben
eine Kantenlänge von 25,7 mm und eine
Dicke von 0,22 mm. Die Nennspannung
beträgt 3,9 V bei einer Kapazität von
0,7 mAh. Die Akkufamilie kann unter Last
einen maximalen Impulsstrom von 10 mA
leisten. Der Lithium-Akku EFL700A39
gehört laut Mouser zu den dünnsten Vertretern seiner Art.
Der Akku ist neben einer Lithium-Anode mit einer Kathode aus Lithium-KobaltOxid (LiCoO2) ausgestattet, wodurch der
Akku bei gleicher Größe eine höhere
Kapazität besitzt. Die keramischen Elektrolyten aus Lithium-Phosphor-Oxynitrid
(LiPON) erhöhen die Gesamtenergiedich-
Bild: Mouser
Langlebige dünne Akkus
te des Akkus. Der Innenwiderstand der
En-Film-Batterie beträgt 100 Ohm. Bei der
auf geringe Dicke ausgelegten En-FilmFeststoffbatterie sind die Elektroden wie
auch der Elektrolyt Festkörper. Sie haben
kurze Ladezeiten und können bei einer
Ladespannung von 4,2 V innerhalb von
20 Minuten 80 % ihrer Kapazität erreichen.
Die En-Film-Batterie weist über viele
Lade-/Entladezyklen einen geringen
Kapazitätsverlust auf.
Nach einem Jahr Lagerbetrieb verliert
sie drei Prozent ihrer Ladung, die sich
mittels Aufladen aber wiederherstellen
lässt. Nach zehn Jahren Normalbetrieb
verliert die wiederaufladbare Batterie wie
viele Lithiumzellen zirka 20 % ihrer Kapazität. Die En-Film-Batterie entspricht den
Sicherheitsanforderungen für Batterien
Die dünnen En-Film-Akkus der Baureihe
EFL700A39 zeigen sich langlebig und haben
eine hohe Gesamtenergiedichte.
und Akkumulatoren mit nicht säurehaltigen Elektrolyten gemäß der DIN-IEC-
62133. Sie erfüllt auch die Anforderungen
an die mechanischen Eigenschaften und
die Biegefähigkeit von Identifikationskarten oder Chipkarten gemäß ISO-7816 und
IEC-10373. Zu den Anwendungen zählen
das Internet der Dinge, Sensoren und Sensornetze, Identifikations- und Chipkarten, RFID-Tags, nichtimplantierbare
Medizingeräte, Notstromversorgungen
und am Körper tragbare Anwendungen /
Wearables. (rao)
n
infoDIREKT
253ei0115
Vorladerelais
Omron Electronic Components Europe
stellt das Vorladerelais G9EJ-1 für Elektround Hybridfahrzeuge sowie andere leistungsstarke batterieversorgte Systeme vor.
Es wurde speziell für den Einsatz in Vorladeschaltkreisen von Elektrofahrzeugen
und anderen Batteriesystemen entworfen,
um die sehr hohen Einschaltstromspitzen
zu reduzieren. Vor dem vollständigen Start
Batterien
neuester Lithium-Technologien
Entwicklung
von BatterieManagementsystemen
Das Vorladerelais G9EJ-1 für
den Einsatz in Elektro- und
Hybridfahrzeugen.
des Fahrzeugs oder des Systems wird kurz
der Vorladeschaltkreis eingeschaltet, um
die Kondensatoren im Regler und im
Umrichter mittels eines Strombegrenzungswiderstands aufzuladen. Ausgelegt
ist das Vorladerelais als kostengünstige
Lösung speziell für diese Schaltkreise. Es
kann Ströme bis 25 A bei einer Systemspannung von bis zu 400 V DC schalten. Ein
Bild: Omron
Einsatz in bat terieversorgten Systemen
proprietäres Kontaktsystem verbessert die
Einscha ltst rom leistung. Außerdem verfügt das Vorladerelais über
einen hocheffizienten Magnetkreis zur Unterdrückung von Lichtbögen,
die sonst die Kontaktoberfläche beschädigen. Die Abmessungen des 50 g leichten
Relais betragen 30 × 27 × 31 mm3. (ah) n
infoDIREKT
667ei0115
Prüfungen und Messungen
im eigenen Testlabor
z.B. nach UN 38.3 und IEC 62133
DYNAMIS Batterien GmbH
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Bild: koya979 - Fotolia.com
Stromversorgungen
Hochstromfest,
wieder aufladbar und wartungsfrei
Plug, Play und Secure: Batterieaustauschkits
USV-Anlagen verbessern nicht nur die Qualität der Stromversorgung, indem sie Spitzen, Spannungsverzerrungen oder Oberschwingungen aufnehmen, sondern übernehmen zudem bei Störungen die
Versorgung der Verbraucher. Zur Sicherung der Stromzufuhr haben Yuasa Deutschland, AEG Power
Solutions und Jewo Batterietechnik ein Batterieaustauschprogramm ins Leben gerufen.
Eck-Daten
Deutschland belegt in punkto Zuverlässigkeit der Stromversorgung mit Ausfallzeiten
von durchschnittlich nur rund zehn Minuten
pro Jahr einen Spitzenplatz (laut Bundesnetzagentur). Dennoch schützt selbst eine
derart zuverlässige Stromversorgung nicht
vor Totalausfällen. Spannungsspitzen können erhebliche Schäden an elektronischen
Bauteilen verursachen, ebenso wie Fehler in
der hauseigenen Unterverteilung, die im
schlimmsten Fall zu Systemausfällen führen.
Angefangen bei Hardwareschäden und Datenverlust bis hin zu Systemausfall und Betriebsstillstand – vor diesen negativen Auswirkungen schützen USV-Anlagen.
42
D
as Batterieaustauschprogramm
von Yuasa, AEG und Jewo zielt
auf die USV-Systeme der Compact-Baureihe (Protect Home, A, B, B.Pro,
C und D) von AEG Power Solutions, welche die Anforderungen in der ITK (Informationstechnologie und Telekommunikation) und der Gebäudeautomation erfüllen. Einfache Konfiguration und problemlose Handhabung versprechen ein LCDDisplay und ein Datenlogger, mit dem die
Systeme ab der Protect-B.Pro-Serie ausgestattet sind. Ihr Fokus liegt auf niedrigen Betriebskosten und Stromverbrauch
ohne Risiken bei der Zuverlässigkeit.
Die im industriellen Sektor aufgebaute
Expertise von AEG Power Solutions steckt
heute in USV-Systemen, die den Leistungsbereich von 0,5 bis 24 kVA abdecken
und auf den Kundenbedarf abgestimmt
werden. Insbesondere Batterien von USVAnlagen unterliegen einem natürlichen
Verschleiß, wobei die Lebensdauer stark
von der Umgebungstemperatur abhängig
ist: Ideal ist ein Wert von 20 °C.
Aus Leistungs- und Sicherheitsgründen
sollten zur Sicherstellung der ordnungsgemäßen Funktion der USV-Anlagen die
Batterien in regelmäßigen Zeitintervallen
(herstellerabhängig) ausgetauscht werden.
Gefahrgut gemäß IATA dar und sind
EN61056-konform.
Bilder: Yuasa
Schneller ausgetauscht
Raphael Eckert, Group Sales Manager
bei Yuasa Battery (Europe).
„Weil das Herzstück jeder USV Batterien
sind“, erläutert Dirk Schneider, Business
Director Compact-USV bei AEG Power
Systems, „empfehlen wir unseren Kunden
die Ersatzbatteriekits gemäß Originalspezifikation von AEG Power Solutions.
Damit können sie höchsten Ausfallschutz
aufrechterhalten.“
Bei diesem neuen Austauschprogramm
kommen ausschließlich Batterien von Yuasa, überwiegend die der NPW-Baureihe,
zum Einsatz, die die Leistungsanforderungen von AEG für deren Produkte erfüllen. Diese ventilgesteuerten Blei-SäureBatterien sind hochstromfest, wieder aufladbar und wartungsfrei. Ihr hoch saugfähiger mikroporöser Separator bindet
eine Höchstmenge an reinem Elektrolyt
und isoliert die Elektroden wirkungsvoll
voneinander. Das erlaubt den Betrieb dieser Batterien auch dauerhaft in Seitenlage
ohne Kapazitätsverlust. Ihr robustes
Gehäuse ist aus ABS-Kunststoff gefertigt
und schlag- und bruchfest sowie korrosionsfest und alterungsbeständig. Sie sind
in einer Nennspannung von 12 V verfügbar und ihre Leistung beträgt 45 W pro
Zelle; dazu bieten sie eine sehr gute Ladeeffizienz und eine sehr geringe Selbstentladung von < 3 % pro Monat bei 20 °C
Umgebungstemperatur. Sie stellen kein
„Die Besonderheit bei diesem BatterieAustausch-K it ist die Plug-&-PlayLösung, die bisher in dieser Form nicht
existierte“, so Raphael Eckert, Group Sales
Manager bei Yuasa Battery (Europe). „Vorher mussten Einzelbatterien gekauft und
dann vom jeweiligen Kunden konfektioniert werden. Dadurch bringt dieses neue
Angebot den Anwendern eine enorme
Erleichterung.“ Montagefertige Batteriesätze machen den alterungsbedingten
Austausch mit nur wenigen Handgriffen
zum Kinderspiel. So gibt es für jedes der
USV-Modelle der Baureihen Protect Home
A, B und C ein Ersatzbatteriekit.
Jedes dieser Ersatzbatteriekits enthält
die richtige Anzahl der Batterien mit der
geforderten Kapazität. Die in einer Kassette montierten NPW-Batterien zielen auf
die USV-Baureihen Protect B.Pro und Protect D ab. Diese Baureihen ermöglichen
dank einer Hot-Swap-Funktion auch den
problemlosen Batteriewechsel im laufenden Betrieb. Das Austauschset besteht
jeweils aus Batterie beziehungsweise Batteriekassette, einer bebilderten Einbauanleitung, Sicherheitshinweisen sowie einem
Rücksendeformular für Altbatterien.
Im laufenden Betrieb
Verantwortlich für die Just-In-Time-Zusammenstellung und den Versand innerhalb von 48 Stunden nach Bestellung
zeichnet Jewo Batterietechnik in Bochum,
bereits seit 1988 ein Vertriebspartner von
Yuasa. (ah)
■
Der Artikel basiert auf Unterlagen von Yuasa.
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604ei0115
Das neue Batterieaustauschprogramm.
Smart Measurement Solutions®
Stromversorgungen
Lüf terloses, sehr fl aches Netzteil
Bicker Elektronik erweitert seine BEONetzteilserie nach unten und stellt mit dem
BEO-0200M ein kompaktes 20-W-Schaltnetzteil für Low-Power-Anwendungen
vor. Aufgrund der Bauhöhe von nur
19,5 mm und dem lüfterlosen Betrieb eignet sich das Open-Frame-Netzteil gut für
die Integration in geschlossen und platzsparend aufgebaute Systeme. Verfügbar
ist das Netzteil in sechs Varianten mit präzise geregelten Single-Ausgangsspannungen von +3,3 bis +24 V DC.
Für den internationalen Einsatz in der
Industrie- und Medizintechnik verfügt
das Netzteil einerseits über einen Uni
versal-Weitbereichseingang von 90 bis
264 VAC, als auch über die relevanten Zulassungen für die Industrie EN/UL60950-1
und die Medizintechnik IEC/EN/UL60601-1
3rd Edition. Mit einer hohen Isolationsspannung von 5656 V DC zwischen Ein- und
Ausgang erfüllt das Schaltnetzteil den
2xMOPP-Sicherheitsstandard für Patientenkontakt (Means of Patient Protection).
Zudem ist der Ableitstrom mit weniger als
0,1 mA sehr gering, was besonders für
medizintechnische Applikationen von
großer Bedeutung ist. Das Schaltnetzteil
arbeitet im Temperaturbereich von -25 bis
+70 °C und ist für eine maximale Betriebshöhe von 3000 m ausgelegt.
Die hohe Qualität und Güte der verwendeten Bauteile und das ausgereifte Schaltungsdesign gewährleisten einen sicheren
24/7-Dauerbetrieb und eine lange Lebensdauer. Ein MTBF-Wert von ≥ 650.000 Stunden (MIL-HDBK-217F bei +25 °C) unterstreicht seine hohe Zuverlässigkeit.
Im Standby-Betrieb verbraucht das energiesparende Netzteil weniger als 0,3 W.
Im Normal-Betrieb wird ein Wirkungsgrad von bis zu 85 % erreicht und ein standardmäßig integrierter Kurzschluss- und
Überspannungsschutz sorgt für zusätzli-
Bild: Bicker Elektronik
Schaltnetzteil für Low-Power-Anwendungen
BEO-0200M ist ein äußerst kompaktes 20-WattSchaltnetzteil für Low-Power-Anwendungen.
che Betriebssicherheit. Neben der Langzeitverfügbarkeit von mindestens fünf
Jahren gewährt Bicker Elektronik eine
Garantie von drei Jahren. (ah)
n
DC/DC-LED-Treiber
Buck-Boost Konstantstromwandler
Bild: Schukat
Die Konstantstromwandler der Serie
LDB-L/LW von Meanwell sind bei Schukat
erhältlich.
Meanwell baut sein Angebot bei den DC/
DC-LED-Treibern mit den Konstantstromwandlern der Serie LDB-L/LW weiter aus.
Erhältlich sind sie beim Distributor Schukat. Mehrere Module mit Strompegeln von
300, 350, 500 und 600 mA umfasst diese
Baureihe. Die Module LDB-L/LW haben
einen sehr breiten Eingangsspannungs-
44
bereich und die Ausgangsspannung lässt
sich herauf- und herunterregeln (BuckBoost). Somit ist der Ausgangsspannungsbereich (2 bis 40 V DC) unabhängig von der
Eingangsspannung (9 bis 36 V DC).
Die integrierte Dimmfunktion über ein
PWM-Signal und Ein-/Ausschalten über
einen separaten Steuereingang sichert den
energieeffizienten Betrieb der angeschlossenen LED-Module. Die Serie bietet einen
Wirkungsgrad von bis zu 91 % und ist auf
einen Betriebstemperaturbereich von -40
bis +71 °C ausgelegt.
Durch die eingebauten EMV-Filter erfüllen diese Module die Anforderungen der
Norm EN 55015 in punkto elektromagnetischer Strahlung. Zur Ausstattung gehört
der Schutz gegen Kurzschluss und Überspannung. Das mit Kunstharz vergossene
Gehäuse ist schwer entflammbar (UL 94V0) sowie staub- und feuchtigkeitsgeschützt
(IP67). Die Bauteile in der Größe von 31,8
× 20,3 × 12,2 mm3 eignen sich besonders
für den Einsatz in Umgebungen mit hohem
Staub- oder Feuchtigkeitsaufkommen wie
LED-Module für die Beleuchtung von Straßen, Parks, Tunnels sowie Hintergrundbeleuchtungen. (ah)
n
Flache, schmale LED-Netzteile
400 W Dauerleistung
30 und 60 W für Lichtschienen
Die AC/DC-Tischnetzteile der Serie PMP400 von FSP liefern eine Dauerleistung von 400 W und sind mit Ausgangsspannungen von 18, 24, 28, 36 und
48 V über den Distributor Rutronik erhältlich. Die Netzteile verfügen über
eine medizinische Zulassung nach
EN60601-1 und UL60601-1 und erfüllen die Anforderungen für den
Patientenkontakt (BF). Mit einem
Wirkungsgrad von bis zu 89 % haben die Adapter einen sehr geringen
Ableitstrom von unter 300 μA und
können in einer Höhe von bis zu
5000 m eingesetzt werden. Die Betriebstemperatur beträgt -10 bis +60 °C, wobei ab +40 °C ein lineares Derating bis 60 °C bei noch 200 W Leistung einsetzt. Die PMP400-Serie verfügt über einen Ein- und Ausschalter mit LED-Power-On/Off-Anzeige und
ist RoHS-konform.
Die LED-Netzteile der FVPS-Serie von M+R Multitronik mit 30 und 60 W
Ausgangsleistung sind für Anwendungen mit geringem Platzangebot (Höhe 16,7 mm, Breite 30 mm) konzipiert. Bei einer variablen Eingangsspannung von 180 bis 264 VAC liefern sie
Ausgangsspannungen von 12 und
24 VDC. Die Serie bietet eine aktive
Power-Faktor-Korrektur (PFC) größer
0,9. Betrieben wird der LED-Treiberteil in einem reinen Konstantspannungsmodus. Das Kunststoffgehäuse (IP20) ist für Indoor-Anwendungen entwickelt. Mit einer Leistungsaufnahme von 0,3 W im Nulllastbetrieb und kurzer Anlaufzeit erfüllen die
Treiber Anforderung der nächsten Stufe (ab 01.09.2016) der ErP2-Direktive.
Sie verfügen über CE-Konformität sowie die Zulassung vom TÜV Rheinland nach der internationalen Lichtnorm IEC 61347-1 und IEC 61347-2-13.
Bild: CUI
infoDIREKT
Bild: M+R Multitronik
AC/DC-Tischnetzteile
infoDIREKT
668ei0115
696ei0115
400-W-AC/DC-Netzteile
Dynamische Regelkreis-Kompensation
Vier kompakte Gehäuseformate
50 A PoL-Gleichspannungswandler
CUI erweitert sein Angebot um kompakte 400-W-AC/DC-Netzteile. Die
PCM-400-Serie wird in vier verschiedenen Chassisgehäusen ausgeliefert,
darunter ein kompaktes U-Frame-Gehäuse und geschlossene Ausführungen mit ober- oder rückseitigem
Lüfter. Mit verschiedenen Spannungen, Schutzfunktionen und einer
Spitzenleistung von bis zu 700 W innerhalb eines 500 µs-Duty Cycle eignet sich die Serie für ITE-, Kommunikations- und industrielle Anwendungen. Die Netzteile erfüllen die
EN60950-1-Standards, sind nach
UL/cUL und TÜV sicherheitszertifiziert und entsprechen der EMV-Richtlinie
EN55022 Klasse B. Die Ein-/Ausgang-Isolation beträgt 3000 VAC und die
Ausgang-/Masse-Isolation 1500 VAC. Die Serie bietet einen universellen
90~264-VAC-Eingang für den weltweiten Einsatz.
Die aus digital geregelten 50-A Point-of-Load (PoL) -Gleichspannungswandlern bestehende Serie OKDx-T/50 von Murata Power Solutions können aus einem nur 30,85 × 20,0 × 8,2 mm3 messenden Modul 50 A beziehungsweise 165 W bereitstellen. Die
Wandler sind in drei verschiedenen
Gehäuseformaten lieferbar und lassen sich mit PMBus-Befehlen konfigurieren und überwachen. Die PoLWandler entsprechen in ihrem Footprint der von Murata im September
vorgestellten 40-A-Serie OKDx-T/40,
weisen aber eine um 25 % höhere
Leistungsdichte auf. Zusätzlich zu den Features der 40-A-Serie zeichnet
sich die neue Reihe durch eine dynamische Regelkreis-Kompensation aus.
Das nichtlineare Einschwingverhalten reduziert die Ansprechzeit und die
Abweichung der Ausgangsspannung.
infoDIREKT
697ei0115
(Bild: Murata Power Solutions
Bild: Rutronik
Stromversorgungen
infoDIREKT
642ei0115
Das neue Power Programm 2015
Programmierbare Labor- und Hochleistungsnetzgeräte (AC/DC)
Leistungen 160 W bis 15 kW (Systeme bis 300 kW)
Spannungen 0...16 V bis 0...12000 V
6WU|PH$ELV$6\VWHPHELVȺ
State-of-the-art μ-Prozessor Steuerung (FPGA)
Modulare hochisolierte Architektur
Flexible Ausgansstufen (Autoranging Output)
PV (Solar) Array Simulation
Batterie- und Brennstoffzellen Simulation
Alarm Management, Nutzerprofile
Funktionsgenerator Sinus, Rechteck, Trapez,
Rampe, Arbiträr
Für Auftisch, 19“ Integration und Wandmontage
Analog, Ethernet, USB, CAN, Profibus, GPIB u.v.m.
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Programmierbare Elektronische Lasten (DC)
konventionell und mit Netzrückspeisung
Leistungen 400 W bis 10,5 kW (Systeme bis 300 kW)
Spannungen 0...80 V bis 0...1500 V
Ströme 0...25 A bis 0...510 A (Systeme bis 6000 A)
State-of-the-art μ-Prozessor Steuerung (FPGA)
Modulare hochisolierte Architektur
Mit Netzrückspeisung (Eff. >90%) und ENS (optional)
Betriebsmodi CV, CC, CP, CR, Batterietest, MPPT (PV)
Für Photovoltaik (PV) Array, Ultracap,
Brennstoffzellen, EV-Motoren
Funktionsgenerator Sinus, Rechteck, Trapez,
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45
Elektromechanik
Gehäuse trotzen Sprengungen
Schock- und feuerresistente Elektronikgehäuse unter extremen Bedingungen
Bild: Fotolia
Ob im Bergbau, bei Abrissen oder in der Pyrotechnik: Vor der Explosion muss man den Zündkreis aus
Zündleitungen, Verlängerungsdrähten und elektrischen Sprengzündern mit einem Widerstandsmessgerät
überprüfen. Der US-amerikanische Hersteller Blaster One verlässt sich in diesem explosiven Umfeld auf
Autor: Thomas Lüke
Elektronikgehäuse von Bopla.
Ob bei der Kampfmittelräumung, der
Sprengung von Gebäuden oder bei
Special Effects für
den Film: Zündmaschinen und Sprengladungsmesser kommen in allen Fällen
zum Einsatz.
Z
ündmaschinen und digitale Sprengladungsmesser kommen überall dort zum Einsatz, wo
Sprengladungen gezündet werden müssen.
Ob im Bergbau, bei Abrissen oder in der Pyrotechnik:
Bevor man die Zündmaschinen anschließen und die
Sprengladungen zünden kann, muss man den Zündkreis aus Zündleitungen, Verlängerungsdrähten und
elektrischen Sprengzündern mit einem speziellen
Widerstandsmessgerät überprüfen. Hat die Messung
Störungen wie Kurzschlüsse, Drahtbrüche oder
schlechte Kontaktstellen ausgeschlossen, kann die
Sprengung sicher erfolgen. Die Anforderungen an
Zündmaschinen und Sprengladungsmesser sind
2
Bilder: Bopla
1
dabei besonders hoch: Sie müssen nicht nur absolut
zuverlässig arbeiten, das Gehäuse muss auch besonders belastbar sein und die enthaltene Elektronik
dauerhaft sicher einschließen. Gleichzeitig ist eine
gute Ergonomie für eine bequeme Handhabung
unerlässlich. „Es schadet auch nichts, wenn unser
Geräte gut aussehen“, meint Cory R. Starr, Geschäftsführer von Blaster One, einem US-amerikanischen
Hersteller von Geräten zur Bomben- und Kampfmittelentschärfung.
Wenn Starr neuartige Produkte entwickelt, sucht
er stets nach Gehäusen, die nicht nur die jeweiligen
Projektanforderungen erfüllen, sondern auch ästhe-
46
Eck-DATEN
Das universelle Alubos-Aluminiumprofil-Gehäuse
mit Schutzart IP65 gibt es in folgenden Varianten:
Das BOS-Stremline-ABS-Handgehäuse mit optionaler
Stoßschutz-Dichtung gibt es in folgenden Varianten:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Drei Profilvarianten
Neun Profilquerschnitte
Unterschiedliche Standardlängen ab Lager
Kurzfristig lieferbare Sonderlängen
Funktioneller Abschlussdeckel aus Aludruckguss
Gute EMV-Abschirmung
Optionale EMV-Dichtung
Designdichtungen in fünf verschiedenen Farben
•
•
•
Sechs Grundgrößen
Zwei Farben
Gerades oder pultförmiges Design durch Drehen der
Gehäuse-Halbschalen
Wahlweise ein Oberteil mit Displayscheibe (DIS) oder
durchgehender Folienfläche (F)
Ohne beziehungsweise mit Batteriefach
Optionale Stoßschutz-/Dekordichtung in fünf Farben
tischen Ansprüchen genügen. Für die hochwertigen
Produkte des Unternehmens, wie den digitalen
Sprengladungsmesser Digi-Mo-DG-2, die Zündmaschine DST-60 und das in Kürze erscheinende kabellose Zündsystem WISe wählte er Gehäuse aus den
Baureihen BOS-Streamline und Alubos von Bopla.
Dabei zählten für Cory R. Starr nicht nur allgemeine
Gehäusecharakteristika wie Haltbarkeit, Dichtheit,
Ergonomie, Preis und Aussehen, sondern die IPSchutzklasse der Umhausungen.
Ergonomische Handgehäuse
Die Gehäuseserie BOS-Streamline umfasst ergonomisch geformte Handgehäuse aus dem schwerentflammbaren Kunststoff ABS (Acrylnitril-ButadienStyrol) in sechs Grundgrößen in den Farben Graphitgrau (ähnlich RAL 7024) und Lichtgrau (ähnlich RAL
7035). Sonderfarben sind auf Anfrage realisierbar. Die
Möglichkeit zur wahlweise parallelen oder pultförmigen Montage der Halbschalen gestattet die variable Gestaltung von Gehäusedesign und Abmessungen. Gerade Flächen an den Stirnseiten erlauben den
Einbau verschiedener Schnittstellen.
Das Gerät verfügt standardmäßig über die Schutzart IP40, erreicht jedoch mit der entsprechenden Dichtung bis zu Schutzart IP65. Blaster One wählte für
seinen digitalen Sprengladungsmesser Digi-Mo-DG-2
das kleinste Modell der Serie, das BOS-Streamline
200-F in Graphitgrau mit durchgehender Folientastaturfläche, Schlüsselband-Befestigungsmöglichkeit
3
1 Die Gehäuseserie BOS-Streamline
umfasst ergonomisch geformte
Handgehäuse aus dem schwerentflammbaren Kunststoff ABS
(Acrylnitril-Butadien-Styrol) in
sechs Grundgrößen in den Farben
Graphitgrau und Lichtgrau.
2 Blaster One wählte für seinen digitalen Sprengladungsmesser das
BOS-Streamline 200-F in graphitgrau mit durchgehender Folientastaturfläche, Schlüsselband-Befestigungsmöglichkeit und gelber Dekordichtung.
3 Der digitale Sprengladungsmesser
Digi-Mo-DG-2 im BOS-StreamlineGehäuse (links). Die Einhand-Zündmaschine DST-60 steckt in einem
Alubos-Gehäuse und misst 57 mm ×
32 mm × 100 mm.
4 Die Alubos-Gehäuse ABP-600-100
im Rohzustand: oben die von Blaster
One für das DST-60 verwendete geschlossene Variante, unten ein geteiltes Profil.
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Elektromechanik
Die Gehäuse der Alubos-Baureihe sind aus
pulverbeschichten Aluminiumprofilen der
Strangpresslegierung Al-Mg-Si 0,5 gefertigt.
und gelber Dekordichtung. Das funkenfreie Gehäuse ist komplett abgedichtet und
eignet sich für den Einsatz in feuergefährlichen Umgebungen. Dabei erhöht die
Dichtung nicht nur die Haltbarkeit des
Geräts. „Der farbliche Kontrast zwischen
dem graphitgrauen Gehäuse und der gelben Dichtung ist optisch ansprechend.
Damit ist unser DG-2 nicht nur das kleinste und funktionellste Gerät seiner Art, es
sieht auch cool aus“, schmunzelt Cory
Starr, der sich richtig verliebt hat in das
kleine, handliche BOS-Gehäuse.
Für die Anwendung als digitaler Sprengladungsmesser musste Bopla Öffnungen
für das Display, die Verbindungen zu den
Anschlusskabeln das Gehäuse und den
Schalter in das Gehäuse fräsen. Die applikationsspezifische Anpassung erfolgte
nach den Zeichnungen von Blaster One.
Heute ist das DG-2 laut Blaster One nicht
nur das kleinste Widerstandmessgerät seiner Art, sondern auch das einzige, das ein
haptisches Feedback für die schnelle
Durchgangsprüfung gibt. Es vibriert,
wenn die Leitung steht. Zudem ist es mit
knapp 142 g (5 Unzen) leicht, dennoch
schockresistent und verfügt über die
Schutzart IP65.
Aluminiumprofilgehäuse
Für seine Einhand-Zündmaschine DST-60
verwendet Blaster One ein geschlossenes
Profil vom Typ ABP 600-0100 aus der Alubos-Baureihe von Bopla. Das Gehäuse
misst 57 mm in der Breite, 32 mm in der
Höhe und ist 100 mm lang. Wie die gesamte Serie ist das Gehäuseprofil aus der
Strangpresslegierung Al-Mg-Si 0,5 gefertigt, pulverbeschichtet und mit einer Dichtung aus TPE (thermoplastische Elastomere) versehen. Alubos-Gehäuse sind
48
wahlweise als offenes, geteiltes oder
geschlossenes Profil erhältlich. Das geteilte Profil erleichtert die Montage der Elektronik und anderer Komponenten. Das
offene Profil dient dem einfachen Einschieben von Frontplatten beziehungsweise Bedien- und Anzeigeeinheiten. Für das
geschlossene Profil schneidet man die
Aluminiumprofile einfach auf Länge und
gratet sie. Für den Einsatz als Zündmaschinengehäuse fräste Bopla zusätzlich die
erforderlichen Montageöffnungen in das
Rohgehäuse. Elektronik und Bedienelemente ergänzte Blaster One in den eigenen
Werkstätten.
Besondere Merkmale
Sämtliche Alubos-Gehäuseprofile sind mit
Nuten zur Aufnahme von Leiterkarten
oder Montageplatten ausgestattet. Auf der
Ober- und Unterseite befinden sich vertiefte Flächen zur Aufnahme von Folientastaturen. Die ergonomisch gestalteten
Seitenflächen bieten eine gute Haptik.
Abschlussdeckel für die vorne und hinten
offenen Profile sind ebenso wie die Profile selbst mit einer vertieften Fläche versehen. Sie dient der Montage von Frontfolien oder Folientastaturen.
Alle Deckel besitzen Kontaktflächen für
den perfekten Anschluss an das Profil.
Dies gewährt bereits bei Standardgehäusen ohne spezielle Dichtung einen guten
EMV-Schutz. Für eine höhere EMV-Festigkeit stehen optional schwarze EMVDichtungen aus metallgefülltem Material
zur Verfügung. Ein gesonderter Montagedeckel besitzt eine vertiefte Montagefläche
zum Einbau diverser Steckverbinder und
Buchsen. Für einen IP65-Schutz des Montageraums dient wahlweise eine aufgerastete Aluminiumkappe mit Dichtung oder
eine infrarotdurchlässige Kunststoffkappe
– ebenfalls aufgerastet. Alternativ liefert
Bopla den Montagedeckel jedoch auch mit
einer scharnierten Aluminiumklappe.
Die Deckeldichtungen sind standardmäßig schwarz, auf Wunsch jedoch auch
in diversen Farben erhältlich. Blaster One
wählte für seine Zündmaschine die Standarddichtung. Auf Anfrage gibt es zum
EMV-Schutz schwarze UL-94-V0-Dichtungen. Diverses Zubehör wie Wandlaschen, Aufstellbügel, Frontplatten und
Montageklammern komplettieren das
Angebot. Mit dem kabellosen Zündsystem
WISe hat Blaster One ein weiteres Produkt
entwickelt, das sowohl das Gehäusemodell
Alubos-1040- als auch ein Alubos-600-
Gehäuse nutzt. Es handelt sich dabei um
ein kabelloses System aus Fernbedienung
und Steuerung. Für die Fernbedienung
verwendete Blaster One ein Alubos-1040-
Gehäuse, die Steuerung wurde in einem
Alubos-600-Gehäuse verbaut. „Dieses
Produkt befindet sich in der Endphase der
Entwicklung und wird voraussichtlich
Anfang kommenden Jahres in Produktion
gehen“, gibt Cory Starr an.
Den Kunden Arbeit abnehmen
Im vorliegenden Fall übernahm Blaster
One die Gestaltung und Installation der
Folientastaturen sowie den Einbau der
Geräteelektronik in Eigenregie.
Für Kunden, die dies nicht können oder
wollen, kann Bopla entsprechende Serviceleistungen übernehmen. Dazu zählt
neben mechanischen Bearbeitungen wie
Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden
auch Klemmenbestückung und Ausrüstung mit PG (Schutzklasse, Protecting
Group) oder metrischen Verschraubungen
sowie der Einbau von Elektronikelementen. Auch das Bedrucken der Gehäuseoberflächen im Sieb- und Tamponverfahren sowie Nass- und Pulverlackierungen zählen zu den Optionen. (rao)
n
Autor
Thomas Lüke
Leiter Vertrieb bei Bopla
Gehäuse Systeme in Bünde.
Elektromechanik
SYSTEMTECHNIK FÜR DIE INDUSTRIE
Compact-PCI-Serial-Produkte
Heitec präsentiert gleich zwei CompactPCI-Serial-Produkte. Sie sind je nach Kundenanforderung entweder mit der Ethernet-Star- oder der Full-Mesh-BackplaneTechnik in skalierbaren Ausführungen
erhältlich. Basierend auf dem gängigen
ATX-PSU (Power Supply Unit) bis zu zwei
parallel steckbaren jeweils 300 W nativen
Compact-PCI-Serial-Stromversorgungen
für PSU-Redundanz. Für ein gutes Wärmemanagement ist das Gehäuse auf den
notwendigen Luftdurchsatz ausgelegt und
19-Zoll-Standard eignen sich die Compact-PCI-Serial-Produktfamilie, durch
ihre Modularität und die Stabilität, als
Gehäuse- und Systemplattform für viele
Anwendungen im industriellen Umfeld.
Sie eröffnen damit dem Anwender technologische Möglichkeiten, die sich durch
die Compact-PCI-Serial-Architektur
erschließen. Die erste Produktfamilie hat
ein 40 TE breites Einbaugehäuse in 4 HE
Höhe für 3-HE-Baugruppen, das sich mit
diversen Stromversorgungen ausstatten
lässt – von einfach ausgelegten 300-W-
Bild: Heitec
Das 84-TE-Compact-PCI-Serial-Einbausystem
besitzt eine ATX-Stromversorgung.
kann je nach Kundenanforderung und
verwendeten Baugruppen auch ohne Lüfter Verwendung finden.
Das 40-TE-System nutzt eine Fünf-Slot
Compact-PCI-Serial-native-Backplane mit
Ethernet-Stern-Struktur mit dem Systemslot auf der rechten Seite, um auch doppelt
breite (8 TE) CPU-Baugruppen ohne Aufgabe eines der Peripherieslots verwenden
zu können. Das Gehäuse ermöglicht es,
Backplanes mit System-Slot links zu unterstützen. Das zweite Produkt ist eine Tischgehäusevariante. Sie verfügt über 4 HE
Höhe und 84 TE Breite und besitzt einen
1 HE austauschbaren Lüftereinschub mit
bis zu drei Lüftern. Die Tischgehäusevatiante kann natürlich auch als 19-ZollEinschubsystem Verwendung finden.
Hierbei kommt eine Neun-Slot-FullMesh-Compact-PCI-Serial-Backplane
zum Einsatz – diese hat den Systemslot
auf der rechten Seite ihres Gehäuses angeordnet. Die Tischgehäuse-Produktfamilie
basiert auf der Vario-Modul-Systemgehäuselinie von Heitec, für die Zusatzteile
zur Verfügung stehen. Das Konzept des
modularen Aufbaus der Gehäuseserie
unterstützt sowohl die einfache Skalierbarkeit auf Gehäusekomponentenebene
als auch dass sie dem Anwender unterschiedliche Stromversorgungen und verschiedene Kühlungsmöglichkeiten erlaubt.
Die Einsatzmöglichkeiten der CompactPCI-Serial-Plattformen in Applikationen
im industriellen Bereich eröffnen sich
sowohl in der Verkehrstechnik, der Industrieautomation und Maschinensteuerung,
der Telekommunikation, Forschung sowie
Medizintechnik als auch im Energiesektor
in der Steuerung.
Aufgrund der höheren Übertragungsgeschwindigkeiten auf den Full-MeshBackplanes eignen sich die Compact-PCISerial-Produkte außerdem für Multiprozessing-Anwendungen. (rao)
■
infoDIREKT
277ei0115
Kühlung maßgeschneidert
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Elektromechanik
Bilder: Phoenix Contact
Bild 1: Ersa hat die Sicherheitskonzepte seiner Selektivlötanlagen modularisiert.
Safety-Konzept in Selektivlötanlagen
Multifunktionale Sicherheitsrelais unterstützen modularen Aufbau
Der Sicherheitstechnik kommt bei Ersa ein hoher Stellenwert zu. Deshalb hat der Löttechnik-Hersteller die Sicherheitskonzepte seiner Selektivlötanlagen modularisiert. Safety-Komponenten und -Dienstleistungen von
Autor: Carsten Gregorius
Phoenix Contact tragen hier zum Schutz von Mensch und Maschine bei.
A
Autor
Carsten Gregorius
Senior Specialist im
Product Marketing
Safety des Geschäftsbereichs I/O and Networks, Phoenix Contact Electronics, Bad
Pyrmont.
50
ufgrund der Forderung der Anwender nach
höherer Qualität und kürzeren Durchlaufzeiten müssen produzierende Unternehmen
ihre Fertigungsabläufe optimieren. Ersa ist Bestandteil der im Familienbesitz befindlichen Kurtz Ersa
Gruppe. Das Produkt- und Leistungsspektrum
umfasst die Segmente Electronic Production Equipment, Metal Components und Moulding Machines.
Um flexibel auf die Anforderungen der Anwender
reagieren zu können, wird das Steuerungskonzept
der Anlagen möglichst flexibel aufgebaut (Bild 1).
Geringer Platzbedarf
Das Selektivlötverfahren ist häufig das einzig denkbare Konzept, wenn beidseitig bedrahtete Bauelemente gelötet werden müssen und ein Wellenlötver-
fahren mit der klassischen Welle auf der zweiten Seite der Baugruppe nicht mehr möglich ist. Gegenüber
der klassischen Wellenlötanlage benötigt die Selektivlötanlage meist erheblich weniger Platz. Ihre Minimal-Konfiguration besteht dabei aus einem programmierbaren Präzisions-Sprühfluxer zum Auftragen des
Flussmittels sowie einem Vorheiz- und dem eigentlichen Lötmodul. Beim Löten werden Flussmittel zur
Reinigung der Fügepartner-Oberflächen und des
Lotes von Oxiden verwendet.
Die Vorheizung dient dazu, eine Baugruppe vor
dem Kontakt mit dem flüssigen Lot aufzuwärmen.
Auf diese Weise wird die chemische Wirkung des
Aktivators initiiert und der Lösemittelanteil im Flussmittel zum Verdampfen gebracht. Die Erwärmung
sollte allerdings schonend und gleichförmig erfolgen,
„Es ist so
einfach ...
um mechanische Spannungen in der Leiterplatte zu
vermeiden, die durch unterschiedliche Temperaturen
auftreten können. Die maximale Vorheiztemperatur
richtet sich nach dem Lötwärmebedarf der Baugruppe, der thermischen Stabilität des Flussmittels sowie
der thermischen Belastbarkeit der Bauteile. Je nach
Kundenwunsch kann die Funktion der Selektivlötanlage um weitere, jeweils aus einem Vorheiz- und
Lötmodul bestehende Einheiten ergänzt werden.
Werkzeuglose Anschlusstechnik
Aufgrund der beschriebenen Rahmenbedingungen
werden in der Baureihe „Versa-Flow“ zukünftig die
neuen multifunktionalen Sicherheitsrelais PSR-MXF
von Phoenix Contact eingesetzt. Denn die lediglich
22,5 mm schmale Safety-Komponente kann zwei
lokale und einen übergeordneten Sensorkreis bis Performance-Level PL e respektive SIL CL 3 verarbeiten.
Eck-DATEN
Der Löttechnik-Hersteller Ersa hat seine Selektivlötanlagen modularisiert. Bei den Safety-Komponenten setzt das
Unternehmen auf die neuen multifunktionalen Sicherheitsrelais PSR-MXF von Phoenix Contact. Ausschlaggebend für diese Wahl waren die Funktionsvielfalt und die
damit verbundenen Kosten- und Platzvorteile.
Bild 2: Für seine neuen Selektivlötanlagen
bezieht Ersa multifunktionale Sicherheitsrelais von
Phoenix Contact.
Elektromechanik
Bild 3: Die Selektivlötanlage Versa-Flow.
Die kompakte Bauform lässt sich unter anderem durch
Nutzung des dreistöckigen MEmax-Gehäuses mit
insgesamt 24 Kontaktpunkten aus dem umfangreichen Produktportfolio von Phoenix Contact realisieren (siehe Bild 2).
Die werkzeuglose Push-in-Anschlusstechnik, die
eine einfache und auch eine schnelle Verdrahtung
erlaubt, war ebenfalls ein sehr wichtiges Kriterium.
Ausschlaggebend für den Wechsel von klassischen
Sicherheitsrelais zu den multifunktionalen SafetyKomponenten PSR-MXF waren jedoch die Funktionsvielfalt und die damit verbundenen Kosten- und
Platzvorteile.
Aufwand für Verifikation
und Validierung reduziert
Wie das Beispiel der Selektivlötanlage von Ersa zeigt,
können mit diesem patentierten Konzept, das sich
aus zwei unabhängigen Abschaltebenen in Kombination mit zwei lokalen und einer übergeordneten
Sicherheitsfunktion(en) zusammensetzt, selbst modulare Maschinenkonzepte sehr einfach umgesetzt werden. Auf diese Grundidee lassen sich viele typische
Maschinenapplikationen zurückführen.
Durch die bereits in die Sicherheitsrelais integrierte Funktionalität reduziert sich der Aufwand für die
Verifikation und die Validierung der Safety-Lösung
gegenüber alternativen Konzepten deutlich. Zukünftig ist in einer Basisvariante, die einen erheblichen
Anteil am Gesamtvolumen der Baureihe haben wird,
nunmehr lediglich noch ein Sicherheitsrelais erforderlich anstatt drei. Jedes weitere Modul der Lötanlage, das jeweils einen eigenen Schaltschrank umfasst,
fügt sich in das bestehende Schaltungskonzept ein,
52
indem das übergeordnete Not-Halt-Signal vom Fluxer-Modul durch alle nachgelagerten Schaltungsteile geschliffen wird (siehe Bild 3).
Hohe Flexibilität
Nachgedacht wurde auch über die Nutzung eines per
Software konfigurierbaren Sicherheitsschaltgeräts.
Letztlich entschied man sich bei Ersa für das multifunktionale Sicherheitsrelais PSR-MXF, weil das ganze Anlagenkonzept bewusst auf eine einfache Handhabung und hohe Flexibilität ausgelegt ist.
Bei Verwendung eines konfigurierbaren Sicherheitsschaltgeräts hätte jede Modulerweiterung eine
individuelle Anpassung der Software bedeutet. Das
erweist sich insofern als wichtig, da das Montagekonzept der Lötanlagen auf eine größtmögliche Effektivität ausgerichtet ist. Denn im Rahmen der Linienfertigung wird in jeweils neun Takten à vier Stunden
eine neue Lötanlage hergestellt. (Bild 4).
Schnelles Stillsetzen
Während der Risikobeurteilung, die von den Sicherheitsexperten von Phoenix Contact begleitet und
moderiert wurde, definierten die Teilnehmer, dass die
Schutztür-Verriegelungen der einzelnen Funktionseinheiten – also Fluxer, Vorheizung und Lötmodul –
immer auch auf die vor- und nachgelagerten Module
wirken müssen. Beim Öffnen einer Schutztür besteht
stets die Möglichkeit, dass der Bediener in die benachbarten Bereiche gelangen kann.
Auf der anderen Seite soll aus prozesstechnischen
Gründen nicht bei jedem Öffnen einer Tür die komplette Linie abgeschaltet werden (Bild 5). Demgegenüber sorgen die entlang der Anlage angeordneten
... mit einer
Lösung
für alle
Protokolle.“
Not-Halt-Einrichtungen für ein sicheres und schnelles Stillsetzen der gesamten Linie. In die sicherheitstechnischen Betrachtungen sind die Auswirkungen
der neuen Norm EN ISO 14119 ebenfalls eingeflossen
und von den Spezialisten bewertet worden. Nachdem
die Anforderungen klar festgelegt waren, hat Phoenix
Contact die Ersa-Mitarbeiter ebenso im Bereich des
Engineering unterstützt. Gemeinsam wurde die komplette sicherheitstechnische Realisierung auf Schaltplan-Ebene unter Berücksichtigung verschiedener
Sensor-/Aktor-Kombinationen erarbeitet. Zwecks
Überprüfung der Schaltung wurde ein verdrahtetes
Demonstrations-Board zur Verfügung gestellt, mit
dem sich die Funktionen nachstellen lassen. (ah) ■
infoDIREKT
600ei0115
Basismaschine
Fluxer
Vorheizmodul 1
Bild 4: Nach jeweils
neun Takten à vier
Stunden verlässt eine
neue Lötanlage die
Linienfertigung.
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Bild 5: Darstellung
des Sicherheitskonzepts der Selektivlötanlagen.
Zusatzmodul
Lötmodul 1
Vorheizmodul 2
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die gleiche Schnittstelle zur Applikation.
Lötmodul 2
Elektromechanik
Einfach hygienisch verbunden
Eine Kabelverschraubung widersteht hohen Belastungstests
Bilder: Lapp
Die Anforderungen, die Pharmahersteller und die Lebensmittelindustrie an hygienische Kabelverschraubungen stellen sind hoch: Dichtungen aus Spezial-Elastomer, Edelstahlkörper ohne Ecken und Kanten sowie Erfüllen der strengen und kürzlich verschärften Spezifikationen der EHEDG-Zertifizierung. Für dort, wo Hygiene
Autor: Markus J. Müller
ganz oben auf der Agenda steht, stellt Lapp seine Skintop-Hygenic-Produktfamile vor. Die Edelstahl-Kabelverschraubung eignet sich
für den Einsatz in der Lebensmittelproduktion
oder der Pharmaindustrie.
Die Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung
punktet hinsichlich ihrer Dichtigkeit bei Spritzwasser und feuchten Umgebungen.
B
ei der Herstellung von Pharmazeutika ist Sorgfalt gefragt:
Maschinen und Maschinenteile müssen besonderen
Anforderungen entsprechen und sicherstellen, dass sie
keine für Menschen schädliche Substanzen freisetzen. Das gilt
insbesondere für die sogenannte Produktkontaktzone – etwa auf
einem Tablettentransportband. Dort dürfen sich keine Bauteile
befinden, aus denen sich gesundheitsschädliche Stoffe lösen
können. Auch muss sich die Produktkontaktzone leicht und
rückstandsfrei reinigen lassen. Dasselbe gilt auch bei Kabelverschraubungen für elektrische und elektronische Anschlüsse.
Den Anforderungen gemäß
Lapp baut seit mehreren Jahren Kabelverschraubungen wie die
Skintop MS-M. Der Verschraubungskörper aus vernickeltem
Messing mit innenliegendem Lamellenkorb aus Polyamid und
Dichtungen aus Gummi sorgen für eine dauerhafte Kabelverbindung mit hoher Beständigkeit gegenüber chemischen, mechanischen und thermischen Einflüssen. Grundsätzlich gut, aber
für die Anwendung in hygienesensiblen Branchen reicht das
nicht: Eine Produktkontaktzone, die turnusmäßig mehrmals
täglich oder sogar kontinuierlich Reinigung und Desinfizierung
erfährt, stellt höhere Ansprüche an die Belastbarkeit und Beständigkeit aller dort befindlichen Maschinenteile, auch an die Kabelverschraubungen. „Wir suchen deshalb kontinuierlich nach Materialien, die diesen Ansprüchen gerecht werden und gleichzeitig
FDA-konform sind, sprich von der US-amerikanischen Food and
Drug Administration als unbedenklich zugelassen sind. Bei Skintop Hygenic ist genau das der Fall“, betont Cornelia Kuntzer, die
im Product Management PSM bei U.I. Lapp in Stuttgart tätig ist.
54
Die Kabelverschraubung Skintop Hygienic in
Frontansicht: Ihre Oberflächenrauheit beträgt
nur 0,8 µ.
Zertifiziert nach Ecolab
Der verwendete Edelstahl mit einer Güte von 1.4404 / AISI 316
L sichert dem Bauteil einen dauerhaften Korrosionsschutz. Auch
das entwickelte Dichtungsmaterial hält laut Lapp hohen Ansprüchen stand. „Wir verwenden ein nach Ecolab zertifiziertes Spezial-Elastomer als Schlauchdichtring. Im Gegensatz zum normalen O-Ringen wölbt sich dieser aufgrund seiner Form durch
den Anpressdruck nach außen und dichtet entsprechend ab“,
bestätigt Cornelia Kuntzer. Sie erwänte, dass auch die chemische Beständigkeit erhalten bleibt, wie Lapp seinem Labortest
nachweisen konnte.
Die Skintop-Hygienic-Kabelverschraubungen verbrachten 28
Tage in verschiedenen von Ecolab definierten Mischungsverhältnissen industrieller Reinigungsmittel. Nach Ablauf der Testperiode wurden keinerlei Veränderungen des Materials festgestellt.
Neben der chemischen Prüfung bestand die Kabelverschraubung
auch den mechanischen Ecolab-Belastungstest, die Dichtigkeit
und Zugentlastung fordern. Das bedeutet, das sich weder die
Reinigungsmittel noch der Reinigungsvorgang negativ auf die
Kabelverschraubung und deren Teilkomponenten auswirken.
Eck-Daten
Drei Merkmale zeigen, dass die Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung
gut zu reinigen ist und einen Einsatz nach strengen Hygiene-Standards erlaubt: ihre Formgebung, die Passform und geeignetes Material. Ihre abgerundete Form ohne Ecken und Kanten sowie ihre Passform
mit niedrigen Toleranzen bei der Fertigung bedeuten, dass sich keine
Rückstände festsetzen können.
Cornelia Kuntzer ist Produktmanagerin bei
der U.I. Lapp in Stuttgart.
Neben den Materialien galt bei der
Entwicklung ein besonderes Augenmerk dem Design. Denn die Kabelverschraubung sollte grundsätzlich möglichst wenig Angriffsfläche für die
Ansammlung von Verunreinigungen
aufweisen. Skintop Hygenic ist ein Produkt ohne schwer zu reinigende Ecken und Kanten: Die Hutmutter ist kein Sechskant, sondern wurde pilzförmig und mit nur zwei
Schlüsselflächen gestaltet. Das Gewinde am Zwischenstutzen
verschwindet vollständig im Innern, wenn die Hutmutter aufgeschraubt wird, und es ist nur noch eine gerade Fläche zu sehen.
Zwischenräume und Rillen, in denen sich Mikroben ansiedeln
könnten, lassen sich so auf ein Minimum verringern. „Das Design
der Kabelverschraubung wurde komplett neu aufgesetzt und
zum Hygienic Design weiterentwickelt. Selbst die Schlüsselflächen sind abgerundet. Und die Oberflächenrauheit beträgt nur
0,8 µ. Das ist wichtig, denn raue Oberflächen begünstigen die
Ansiedlung von Mikroorganismen und somit die Bildung von
Biofilmen. Wenn man bedenkt, dass aus einem einzigen Bakterium innerhalb eines Arbeitstags von acht Stunden knapp 17
Millionen Exemplare werden, kommt es hier tatsächlich auf jeden
Mikrometer an“, erklärt Kuntzer. Möglich ist das Design durch
einen aufwändigen Herstellungsprozess auf CNC-Fräsmaschinen
mit besonderem Augenmerk auf Präzision und geringe Toleranzen beim Schlichten und somit auf die Oberflächengüte.
Ohne Ecken und Kanten bestanden
PCB-Steckverbinder
Ob für Board-to-Board- oder Cable-toBoard-Verbindungen – Rosenberger
bietet ein umfangreiches Spektrum an
Koaxial-PCB-Steckverbindern in innovativen Serien wie SMP, Mini-SMP, P-SMP,
Longwipe-SMP, Multiport Mini-Coax,
FMC oder Micro-HF, aber auch in Standard-Serien wie SMA, QMA oder SMB.
Das Ergebnis: Die Skintop Hygenic bestand im Herbst 2014 als
erstes Produkt die kürzlich verschärfte Prüfung für die EHEDGZertifizierung durch das Weihenstephan Institut in Freising.
Bisher gab es für das Zertifikat nur theoretische Prüfungen durchzuführen: CAD-Zeichnungen sichten, Materialisten kontrollieren. Das neue Testverfahren aber simuliert praxisnahe extreme
Einsatzbedingungen. Der Prüfling steckt im geschlossenen Rohrleitungssystem unter definiertem Druck. Die Prüfmedien umspülen ihn. Dabei wird gezielt eine mit Bakterien versetzte Nährlösung eingebracht und die Außenbedingungen so gestaltet, dass
sich die Mikroorganismen gut vermehren können. Nach Ablauf
des Versuchszeitraums erfolgt das Reinigen der Bauteile und ein
Test auf eventuelle Kontaminierung mit Erregern von innen und
außen. Um zu bestehen, dürfen außen keine Rückstände verbleiben und keine Flüssigkeit eindringen; auch nach dem Reinigungsprozess darf keine Keim- oder Bakterienbildung nachweisbar sein. Skintop Hygenic bestand alle Prüfungen. (rao)
■
Exploring New Directions
Autor
Rosenberger
Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG
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Dr. Markus J. Müller
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55
07.07.2014 11:29:15
Elektromechanik
Der Sub-D-Bus-Steckverbinder
passt durch die Anordnung seiner
Kodierstifte nur an eine Stelle in
die Frontplatte.
Bilder: Inotec
EMV-geschützte Datenund Signalübertragung
Geschirmte M12-Steckverbinder und -Kodierung für Sub-D
Sichere Datenübertragung in ERTMS-Systemen kann über M12- und Sub-D-Steckverbinder mit Crimpflanschtechnik und -kodierung erfolgen. Inotec zeigt im folgenden
Autor: Martin Danielczick
Fachbeitrag, worauf es bei diesen Bausteinen ankommt.
M
it der Aufnahme des European Deployment Plan
(EDP) in die Richtlinie 01/16/EG zur Interoperabilität
des konventionellen europäischen Eisenbahnsystems
(TSI) am 01.09.2009 wird eine europaweite Ausrüstung mit ERTMS (European Rail Traffic Management System) auf wichtigen
EU-Korridoren sichergestellt und durch die vereinbarte Terminierung für alle Parteien planbar gemacht. So hat sich beispielsweise die Bundesrepublik Deutschland zur Ausrüstung großer
Anteile der TEN-Korridore (Transeuropäische Netze) bis zum
Jahr 2015 respektive 2020 verpflichtet.
Aufgrund dieser Rahmenbedingungen und konkreten Terminierung hat sich im Lauf der letzten Jahre eine starke Dynamik
beim Entwickeln und Implementieren von ERTMS-Systemen
ergeben. Für die Hersteller von GSM-Terminals, Steuergeräten
und der zugehörigen Verkabelung hat sich eine besondere Herausforderung hinsichtlich der Gestaltung von Schnittstellen
ergeben: Einerseits müssen international frei verfügbare, möglichst einfache Schnittstellenstandards Einsatz finden, andererseits muss die störungsfreie und sichere Übertragung hochsensibler Datenströme gegeben sein. Im Bereich der störstrahlsicheren Verbindungssysteme konzentriert sich Inotec auf die Schnittstellenformate M12 (D- und A-kodiert) und Sub-D. Mit den
Serien MSR12 und MRR12 entstand das laut Inotec erste M12-
56
Steckverbindungssystem mit Vollmetallgehäuse, welches den
Einsatz der im Haus entwickelten Crimpflanschtechnik ermöglicht. Bei den Sub-D-Steckverbindern hat das Unternehmen sein
Kodiersystem weiter ausgebaut und liefert sowohl komplett
bestückte Bus-Gehäuse als auch Kodierelemente für die individuelle Konfektionierung der gängigen Inotec-Schraubgehäuse.
EMV und Robustheit für M12-Steckverbindungen
Die Steckverbinder von Inotec positionieren sich durch eine vollständge EMI und RFI-Abschirmung durch Vollmetallgehäuse,
minimale Übergangswiderstände durch Inotec-Crimpflansch
Die MSR12- (rechts unten) und die MRR12Familien (links oben) liefern Robustheit und
Abschirmung vor Störstrahlungen für M12Industrial-Ethernet-Verbindungen.
Elektromechanik
mit 360°-Kontaktierung, Crimptechnik für maximale Zugentlastung und Torsionsfestigkeit ohne Druck auf Kabeladern, eine
kompakte, platzsparende Bauweise in gerader oder 90° gewinkelter Ausführung, sie sind robust und vibrationsbeständig sowie
frei konfektionierbar für eine einfache und zuverlässig reproduzierbare Werkstatt- und Feldmontage.
Die Komponenten sind für einen erweiterten Temperaturbereich von -55 bis +150 °C ausgelegt und erfüllen so auch die
Feuer- und Rauchschutzanforderungen der Bahnindustrie. Vergoldete Spezialkontakte gewähren minimale Übergangswiderstände bei Steckhäufigkeiten von mehr als 500 Zyklen. Um eine
gute Verbindung zu den Kabeladern zu erhalten, sind die Kontakte auf Vier- oder Acht-Kerb-Crimpungen ausgelegt.
Das freikonfektionierbare System setzt Inotecs Crimpflanschtechnik ein, welche eine 360°-Kontaktierung des Kabelschirms
unterhalb des Kabelmantels herstellt und Zugentlastung des
Kabels ermöglicht, ohne Druck auf die Kabeladern auszuüben.
Die Komponenten stimmt der Hersteller auf das eingesetzte Kabel
ab. Darüber hinaus sind mechanische Robustheit, insbesondere
die Zugentlastung der daten-/signalführenden Kabeladern unter
Zug oder Biegung sowie eine vibrationsbeständige Verbindung
entscheidend. Die gebräuchlichen Ethernet-Steckverbinder beispielsweise der RJ45 können diese Anforderungen nicht erfüllen.
Eck-Daten
Die Schnittstellenformate M12 und Sub-D eignen sich als EMV-Steckverbindersysteme für Hochfrequenz-, Signal- und Steuerkabel. Ein integriertes Kodiersystem für Sub-D-Steckverbinder mit Schraubverriegelungen vermeidet Fehlkontaktierungen und liefert durch seine
durchgängige, vollmetallische Kontaktierung eine Verbesserung der
Störstrahlsicherheit.
damit ist die Übertragungssicherheit des Systems gegeben. Durch
den einfachen Aufbau und einen eindeutigen, leicht zu lesenden
Kodierungsschlüssel ist das System schnell und einfach zu montieren und damit auch für eine Feldkonfektionierung und Kodierung am Einbauort geeignet.
Grundsätzlich lassen sich alle Sub-D Schnittstellen mit
Schraubverriegelung durch das Inotec-System kodieren. In
Abhängigkeit von der jeweiligen Einbausituation (Kupplung,
Frontmontage, Hinterwandmontage) muss jedoch eine abgestimmte Auswahl der Komponenten erfolgen, um die Stecksicherheit gewähren zu können. (rao)
n
Autor
Martin Danielczick
Im Sales & Marketing bei Inotec Electronics in Lauffen a. N. tätig.
Kodiersystem für Sub-D-Steckverbinder
Insbesondere hochsensible Steuer- und Kommunikationsgeräte
benötigen einen wirksamen Schutz vor missbräuchlicher oder
versehentlicher Fehlkontaktierung. Optische Hinweise und Farbmarkierungen allein genügen in dem Bereich nicht. Bereits ein
minimaler Kontakt für den Bruchteil einer Sekunde kann beispielsweise zu einem Spannungsüberschlag und damit zu einer
Schädigung des Endgeräts führen. Nicht nur die damit unmittelbar verbundenen Reparaturkosten hervorgerufen durch
beschädigte Bauelemente oder Geräte sondern insbesondere die
Folgerisiken sind erheblich.
Sub-D-Steckverbinder haben sich insbesondere für Bus-Systeme wie Profibus, CAN, Industrial Ethernet als universell kompatible, einfach zu verarbeitende und flexible Standardschnittstelle etabliert. In sicherheitsrelevanten Geräten bringt die Universalität aber ein hohes Verwechslungsrisiko mit sich. So verbaut
man kodierte Sub-D Steckverbinder schon seit Jahren etwa in
Rauchmeldezentralen. In ERTMS- und ETCS-Systemen sind
insbesondere Steuergeräte für die Führerstandssignalisierung
(FSS) ein kritisches Element im Hinblick auf die Zugsicherheit.
Dafür hat Inotec ein integriertes Kodiersystem für Sub-D-Steckverbinder mit Schraubverriegelungen entwickelt, welches Fehlkontaktierungen nicht nur zuverlässig vermeidet sondern dessen
durchgängige, vollmetallische Kontaktierung eine Verbesserung
der Störstrahlsicherheit mit sich bringt.
Die Kodierung soll die Verbindung von nicht zusammengehörigen Steckverbinderelementen verhindern und zuverlässig eine
Berührung zwischen den einzelnen Kontakten beim Versuch des
Einsteckens vermeiden. Dies sicherte Inotec durch eine Belegung
der Kodierelemente auf beiden Seiten des Steckers. Nachdem alle
Komponenten des Verbindungssystems vollmetallisch ausgeführt
sind, entsteht keine Einschränkung bei der Schirmungsqualität;
FPG7
Geschlossener
Sicherungshalter für
SMD-Montage
- Resistent gegen Vibrationen
- Erfüllt erhöhte Glühdrahtfestigkeit nach IEC 60335-1
- Geeignet für Medizin- und Industrieanwendungen
schurter.com/gs
57
Elektromechanik
Doppelfertigung der Micro-38999-Baureihe
Kompatible Miniatur-Steckverbinder
für die Luftfahrt
Bild: Souriau
Für die Nutzung auf On-Board-Systemen
in der Luftfahrt entwickelt und MILDTL-38999 zertifiziert, punktet die Micro38999-Reihe von Esterline Connection
Technologies / Souriau mit den Eigenschaften Vibrations- und Temperaturbeständigkeit. Die verbesserte Beständigkeit
in rauen Umgebungsbedingungen und
eine kompakte Bauform gelten laut Souriau als Schlüsselfaktoren mit denen sich
die Baureihe von Mitbewerbsprodukten
in den vergangen Jahren positioniert hat.
Die Micro-38999-Reihe ermöglicht
gemäß dem Hersteller Größen- und
Gewichtseinsparungen von 50 Prozent
verglichen mit den kleinen MIL-DTL38999-Serie-III-Einheiten. Die Steckverbinder sind vibrationsbeständig (von
44 Grms bei 125 °C über acht Stunden). Sie
haben austauschbare elektrische CrimpKontakte, M39029- und EN-3155-Kontakte sowie die Möglichkeit, dass die
Unter den Bedingungen des Doppelfertigungs-Abkommens wird Souriau AB Connectors mit den Daten seiner Steckverbinder der Baureihe Micro 38999 versorgen.
Steckverbinder mit nichtreflektierender
schwarzer Zink-Nickel-Beschichtung
geliefert werden können. Damit genügen
die Verbindungsbausteine den aktuellen
RoHS-Anforderungen.
Die Micro-38999-Reihe qualifizierte
sich f ür den Einsatz f ür Sensoren
(Beschleunigungsmesser, Druck, Temperatur) in Flugzeugen. Dabei waren der
Formfaktor, die Blitzbeständigkeit und das
Widerstandsvermögen Faktoren für Luftfahrtingenieure, die nach EWIS-kompa-
tiblen Miniatur-Steckverbindern (Elektrische Verbindungssysteme) für zivile
Luftfahrzeuge suchten.
Ein weiterer Punkt: Souriau hat einem
Doppelfertigungs-Abkommen mit AB
Connectors für die Lieferung seiner Micro-38999 zugestimmt. Diese Vereinbarung
sichert, dass die Micro-38999-Steckverbinder beider Hersteller kompatibel und
auswechselbar sind. (rao)
n
Stark und kompak t
Power- und Signal-Steckverbinder
58
Die Power- und SignalSteckverbinder können
Ströme bis zu 25 A pro
Kontakt übertragen und
benötigen wenig Platz auf
der Leiterplatte.
Bild: W+P Products
W+P Products präsentiert mit den Serien
450-457 leistungsstarke Power-Steckverbinder, die Ströme bis zu 25 A pro Kontakt
übertragen können und deren Gehäuse
gleichzeitig so gestaltet ist, dass sie geringen Raum auf der Leiterplatte benötigen.
Die Verbindungselemente (Vertrieb: Setron) vereinfachen das Board-Design durch
die Option, sowohl Leistungs- als auch
Steuer-Signale parallel über das gleiche
Interface zu übertragen.
Die Gehäuse-Geometrie der Steckverbinder sorgt für Belüftung der Kontakte.
Die Power-/Signal-Steckverbinder kombinieren die Vorteile von preisgünstigen
Leiterplattensteckverbindern mit der
Fähigkeit durch eine spezielle Kontaktgeometrie hohe Stromtragfähigkeiten zu
gewähren. Sie eignen sich für den Einsatz
in den Bereichen Industrie-Elektronik,
Maschinen- und Anlagenbau sowie in
industriellen Mess- und Steuersystemen.
Erhältlich sind die Serien als Einlötversion in vertikaler und gewinkelter Ausführung in einem Rastermaß von 5 mm
(Powerkontakte). Das Rastermaß für die
Signalkontakte beträgt 2 mm. Das Kontaktmaterial der Power- und Signalkontakte besteht aus einer Kupferlegierung
mit einer vergoldeten Oberfläche über
einer Nickelsperrschicht. Der Isolierkörper
besteht aus thermoplastischem Kunststoff
gemäß UL94 V-0. Die Lötbarkeit ist nach
IEC 60512-12A spezifiziert, eine sichere
Funktion ist in einem Temperaturbereich
von -55 bis +105 °C gegeben. (rao)
n
M12-Leistungssteckverbinder
Sicherer Anschluss von Sonderkabeln
S- und T-kodierte Stecker
Die vollgeschirmten M12-Kabelstecker von Provertha bieten HF-dichte
Lösungen mit einer 360°-Schirmung für Sonderkabel mit „starrer“ Isolation. Damit können die Stecker für Kabel mit einem starren Kabelmantel
oder einem nicht aufweitbaren Kabelschirm verwendet werden, wo
Crimpeinsätze nicht einsetzbar sind.
Dank der vollgeschirmten Ausführung sind die M12-Stecker prädestiniert für Applikationen mit hohen
EMV-Anforderungen. Die HF-dichten Lösungen mit einer 360°-Schirmung unterstützen außerdem ein
breites Spektrum von Kabeln. Eine torsions- und vibrationssichere, zuverlässige Zugentlastung ist auch für hohe Anforderungen gewährleistet.
Eingeführt werden die M12-Kabelstecker in den Ausführungen M12 A-5,
M12 A-8 und M12-D.
Steckverbinder der Baugröße M12 werden in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt, von der Signalübertragung in der Sensorik bis hin zur Datenübertragung in der Feldbustechnik. Mit den S- und T-kodierten PowerSteckverbindern erschließt Conec
nun diesen Leistungsbereich. Somit
erfüllt das Unternehmen die aus der
Miniaturisierung von Antrieben,
Drehgebern und dezentraler Geräteverkabelung hervorgegangene Forderung nach kompakten und wirtschaftlichen Leistungssteckverbindern. Die Herausforderung in der
Leistungselektronik bilden die hohe Spannungs- und Kriechstromfestigkeit sowie die Übertragung höherer Ströme bis 12 A. Die S-kodierten Stecker sind für 630 V und 12 A ausgelegt, die T-kodierten Steckverbinder für
eine Niederspannungsversorgung von 63 V und 12 A.
Bild: Harting
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Bild: Conec
M12-Kabelstecker mit Schirmscheibe
infoDIREKT
663ei0115
Robuste Gehäuse für extreme Anforderungen
Stabile Wandgehäuse
Zusätzliche Polyurethan-Beschichtung
Gehäuse aus Stahl für Industrie-Anwendungen
Die Harting Technologiegruppe hat einen zusätzlichen Schutz für seine
Han Steckverbinder entwickelt. Durch ein besonderes Verfahren werden
die bewährten Han M-Gehäuse mit einer zusätzlichen Polyurethan-Beschichtung ummantelt. Diese Ummantelung erhöht die Schlagzähigkeit und schützt das Gehäuse zuverlässig vor extremen mechanischen
und chemischen Einflüssen. Für den
Kunden ist diese Lösung eine äußerst effiziente Alternative zu aufwändigen Speziallösungen. Die hervorragende Widerstandsfähigkeit
des Materials der Polyurethan-Beschichtung sorgt für einen dauerhaften
Schutz gegenüber extremen Einflüssen wie beispielsweise Steinschlag,
Vereisung, Salznebel, UV-Strahlung sowie Industrieabgase, Öle oder auch
Kraftstoffe. Der Polyurethan-Überzug ersetzt außerdem die Dichtungen
am Übergang zwischen den Gehäusehälften sowie am Flansch des Anbaugehäuses. Dadurch erleichtert sich die Montage und die Montagezeit
wird optimiert. Mögliche Einsatzbereiche des Gehäuses sind neben der
Verkehrstechnik, dem maritimen Umfeld auch der Bergbau oder die petrochemische Industrie.
Zum Schutz elektrischer und elektronischer Komponenten in IndustrieApplikationen hat Pentair seine metrischen Hoffman Wandgehäuse der
GL66-Serie entwickelt. Die stabilen Wandgehäuse sind in zwei Versionen
verfügbar: mit geschraubtem Deckel
und mit einer oder zwei Scharniertüren. Ein spezieller nach außen geformter Flansch und eine nahtlos
eingeschäumte Dichtung verhindern
das Eindringen von Schmutz und
gewährleisten so die Schutzart bis
IP66. Bei der Version mit einer Tür
kann diese sowohl rechts als auch
links angeschlagen werden. Für eine
gute Zugänglichkeit der eingebauten Komponenten hat die Tür einen Öffnungswinkel von 210°. Die Hoffman Gehäuse sind standardmäßig in Höhen von 150 bis 1400 mm, Breiten
von 150 bis 1200 mm und Tiefen von 80 bis 400 mm erhältlich und sie sind
in RAL7035 (lichtgrau) ausgeführt. Weitere Abmessungen, Farben oder
Ausbrüche sind über Modifikationen machbar. Bei Breiten und Höhen
über 1000 mm werden die Gehäuse mit einer Drei-Punkt-Verriegelung
versehen.
infoDIREKT
infoDIREKT
669ei0115
Bild: Pentair
Bild: Provertha
Elektromechanik
664ei0115
Standardmäßige und
modifizierte Gehäuse aus
Aluminium-Druckguss,
Metall oder Kunststoff.
www.hammondmfg.com
[email protected]
59
Neue Produkte
COM-Modul im SMARC-Formfaktor
Sehr kleiner Formfaktor für stromsparende mobile Anwendungen
zu drei unabhängige Displays (24 Bit TTL paralleles Display, HDMI1.4a und Einkanal-24 Bit
LVDS-Display). Darüber hinaus wird ein optionales eMMC-Flash-Memory (4 bis 64 GByte) unterstützt, das als Boot-Device genutzt werden
kann. Zum Schnittstellenangebot gehören ein
Gigabit-Ethernet-Port, ein PCIe x1 Gen2-Port,
MIPI-CSI-Kameraschnittstelle (zwei Lanes), drei
USB-2.0-Ports (zwei USB-Host, ein USB-OTG), bis
zu zwölf GPIOs, ein SD/MMC- und ein SATA-Port
mit 3 GBit/s. Vorhanden sind weiterhin zwei SPI,
ein SMBus, ein S/PDIF, zwei CAN, vier UART und
dlink
Bild: A
drei I²C. Das Modul verfügt über einen U-Boot
Bootloader und unterstützt verschiedene Betriebssysteme. Ausgelegt ist das Modul für portable oder kleine stationäre Systeme.
Folienkondensatoren
360°-Schirmung und der Rüttelschutz
Distrelec erweitert Panasonic-Sortiment
Die Y-Circ-M-Serie von Yamaichi enthält A-, B- und D-kodierte Steckverbinder in gerader und gewinkelter Form gemäß dem Standard IEC 61076-2101. Speziell ist das Baukastensystem, bei dem die 360°-Schirmung und
der Rüttelschutz modular hinzukonfiguriert werden können. Die Produktserie wird kontinuierlich ausgebaut und erweitert damit die Kombinationsmöglichkeiten mit bestehenden Produktserien wie Y-Con (RJ45)
und Y-Circ-P (Push-Pull). Um eine
schnelle und flexible Produktion zu
ermöglichen, wird auch diese Steckverbinderserie bei Yamaichi Electronics in Deutschland produziert. Zusätzlich zu den A-, B- und D-Kodierungen befindet sich ein X-kodierter Steckverbinder gemäß IEC-Standard 61076-2-109 in der Freigabe. Diese Variante
ermöglicht die störungsfreie Übertragung von CAT6A-Signalen. Alle Steckverbinder sind IP68-geschützt und erfüllen hohe Qualitätsstandards zur
sicheren Kontaktierung. Dies ist besonders für den anspruchsvollen Einsatz in industriellen Umgebungen notwendig.
Die kompakten X2-Folienkondensatoren der ECQUA-Serie von Panasonic
sind ab sofort bei Distrelec erhältlich in einer kompakten und besonders
zuverlässigen Ausführung. Die Kondensatoren dieser Serie garantieren
eine Feuchtigkeitsbeständigkeit unter Last bei 85 °C und 85 % von bis
zu 500 Stunden. Sie lassen sich in
Serie schalten, ohne dass ein Kapazitätsverlust durch den Korona-
Effekt auftritt. Für eine Nennspannung bis 275 VAC sind die Komponenten ausgelegt, die Kapazität
liegt im Bereich von 0,1 bis 2,2 µF.
Von -40 bis +110 °C erstreckt sich der Temperatureinsatzbereich. Zum Einsatz kommt eine Polypropylen-Folie mit einer gerasterten Metallbeschichtung. Die gitterartige Rasterung der Folienmetallisierung entspricht einer integrierten Sicherungsfunktion. Somit ist ein stabiles Kapazitätslevel über die gesamte Lebenszeit des Kondensators gewährleistet.
Spezifiziert ist die Serie gemäß UL/CSA und den Europäischen Sicherheitsbestimmungen hinsichtlich Klasse X2.
Bild: Distrelec
M12-Rundsteckverbinder
Steckverbinder für Stiftkontakte
Booksize-PC
Mit 19 oder 24 Kontaktstiften
Mit passiv gekühltem Intel-Core-Prozessor
Die Mini-Max-Series von Fischer Connectors ist jetzt auch in Konfigurationen mit 19 oder 24 Kontaktstiften erhältlich. Diese Miniatur-Lösung bietet
eine Kombination aus Leistungs- und Signalkontakten. Der StiftkontaktSteckverbinder ist als separater Steckverbinder erhältlich und kann vom
Kunden verkabelt oder an ein flexibles Kabel montiert werden. Alternativ kann der Steckverbinder auch
vollständig vorverkabelt geliefert
werden. Die Konfiguration mit 24
Kontaktstiften ist mit vier Leistungsund 20 Signalkontakten lieferbar.
Die Konfiguration mit 19 Kontaktstiften ist standardmäßig mit vier
Leistungs- und 15 Signalkontakten ausgestattet. Innerhalb der Signalkontakte sind zwei funktionserweiterte Kontaktstifte optional für die Stromversorgung per USB nutzbar. Erhältlich sind die Steckverbinder mit drei
verschiedenen Verriegelungssystemen: Push-Pull-, Schraub- und Schnellverriegelung. Sowohl gesteckt als auch ungesteckt haben sie die Schutzart IP68. Das unzerbrechliche Kodierungssystem hält Drehmomenten von
mehr als 4 Nm stand. Umspritzte Kabelkonfektionen widerstehen einer
Zug- beziehungsweise Abrisskraft von 40 kg.
MSC Technologies präsentiert das 330 × 206 × 88 mm3 (BxTxH) kleine Embedded-System Booksize B1-Q87 der Marke DSM Computer. Der kompakte
Box-Industrierechner ist für Anwendungen zwischen Desktop-Computer
und Industrierechner ausgelegt. Er integriert ein Mini-ITX-Board mit IntelCore-Prozessor i5/i7 der vierten Generation aus der Desktop-Serie, der
passiv gekühlt wird und wesentlich
preisgünstiger ist als eine vergleichbare Mobile-CPU. Die Thermal Dissipation Power (TDP) der Prozessoren
liegt je nach Typ zwischen 35 und
45 W. Durch die passive Kühlung der
CPU kann die Lebensdauer des
Rechnersystems signifikant erhöht
werden. Der Grafikcontroller Intel-HD-Graphics ist im High-end-Prozessor
integriert. Als Desktop-Chipsatz kommt der Intel Q87 Express zum Einsatz.
Der on-board Arbeitsspeicher aus DDR3 SDRAMs lässt sich bis 16 GByte
aufrüsten. Zwei im Booksize-PC eingebaute redundante Lüfter stellen sicher, dass die CPU auch nach Ausfall eines Lüfters weiterhin ausreichend
gekühlt wird. Über einen freien PCI Express x16-Steckplatz für kurze Karten, etwa eine Grafikkarte, lässt sich der Booksize-PC flexibel erweitern.
60
Bild: MSC Technologies
Bild: Fischer Connectors
Bild: Yamaichi
Adlink bringt ein neues COM-Modul im SMARCFormfaktor auf Basis eines Freescale-i.MX6-Prozessors mit ARM-Cortex-A9-Architektur auf den
Markt. Das LEC-iMX6-Modul ist mit Dual- oder
Quad-Core-Prozessoren ausgestattet und taktet
mit 800 MHz bis 1,2 GHz. Das direkt eingelötete
DDR3L-1066/13333-Memory hat eine Kapazität
von bis zu 2 GByte. Dank der Extreme-RuggedTechnologie wird ein weiter Betriebstemperaturbereich von -40 bis +85 °C ermöglicht. Das
Modul nutzt das kurze Format von 82 mm ×
50 mm. Es verfügt über LCD-Controller für bis
Neue Produkte
MOSFET-Gate-Treiber-IC
wenigen Default-Parameter. Als Stand-aloneController kann der IC direkt mit der übergeordneten Motorsteuerungseinheit (ECU) kommunizieren oder von einem lokalen Mikrocontroller
angesteuert werden. Da die AusgangsstromAnforderungen über die Wahl der externen
MOSFETs skaliert werden können, deckt er ein
weites Anwendungsspektrum ab. Von 4,2 bis
50 V erstreckt sich der Eingangsspannungsbereich. Ausgelegt ist der A4963 für die Motoransteuerung mit Block-Kommutierung. Die Kommutierung erfolgt über die „on-Chip“-Auswer-
tung der induzierten Motorspannung. Hall-ICs
zur Rotor-Erfassung werden nicht benötigt.
PXI-High-Power-Solid-State-Schalter
Verbindungselemente für LED-Applikationen
Auf Basis isolierter MOSFET-Technologie
Besonders flache Klemmverbinder
Pickering Interfaces erweitert seine PXI-Produktpalette um zwei neue
High-Power-Solid-State-Schaltmodule. Beim „PXI 25A Solid-State SPST“
(40-184) handelt es sich um 3- oder 6-SPST-Solid-State-Schalter für Signale
bis zu 25 A und 100 V. „PXI 1.5A Solid-State SPST“ (40 bis 185) sind 3oder 6-SPST-Solid-State-Schalter für
Signale bis zu 1,5 A und 400 V. Die
beiden neuen Schaltlösungen basieren auf isolierter MOSFET-Technologie. Geeignet sind sie für das Schalten sehr hoher Leistungen bei ACoder DC-Signalen ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer, solange sie innerhalb der technischen Spezifikation betrieben werden. Die Schaltzeit beträgt <250 µs, Kontaktprellen ist
nicht vorhanden. Höhere Einschaltströme haben keinerlei Einfluss auf die
Lebensdauer. Diese Schaltkarten sind besonders gut für PXI-Anwendungen geeignet, bei denen Signale mit höheren Strömen und Leistungen erforderlich sind. Die 3-SPST-Varianten belegen einen 3U-PXI-Steckplatz
während die 6-SPST zwei 3U-PXI-Steckplätze belegen.
Eine geringe Bauhöhe von nur
knapp 4 mm zeichnet die neue bei
SE Spezial-Electronic erhältliche
Bild: SE Spezial-Electronic
Bild: Pickering Interfaces
Der A4963 von Allegro Microsystems ist ein
Controller-IC für sensorlose 3-Phasen-BLDC-Motoren, der mit geringem Aufwand auf individuelle Kunden-Applikationsanforderungen flexibel abgestimmt werden kann. Er ist ausgelegt
für den Einsatz mit externen, komplementären
P-Kanal- und N-Kanal-Leistungs-MOSFETs. Die
zuverlässige, sensorlose Kommutierung, sowie
der Start-up-Algorithmus, können für unterschiedlichste Motoren und Motorlasten applikationsspezifisch parametriert werden. Die Anpassung erfolgt durch einfaches Konfigurieren der
Bild: Allegro Microsystems
Für sensor- und bürstenlose Gleichstrommotoren
Klemmverbinder-Serie DG2002
von Degson aus. Durch ihre geringe Schattenbildung eignen
sich die wahlweise in ein-, zweiund dreipoliger Ausführung angebotenen Verbindungselemente sehr gut für LED- und
sonstige Lichttechnik-Applikationen. Die kompakten und sehr
NFC-Sensor-Transponder
IP64-IP67
Batterielebensdauer verlängern
Bild: Texas Instruments
Der vollständig programmierbare,
ISO 15693-konforme 13,56-MHzSensor-Transponder von Texas Instruments enthält einen äußerst
sparsamen Mikrocontroller sowie
nichtflüchtigen FRAM-Speicher.
Die hochintegrierte und sehr wenig Strom verbrauchende Systemon-Chip-Familie RF430FRL15xH
kombiniert ein ISO 15693-konformes NFC-Interface (Near-Field
Communication) mit einem programmierbaren Mikrocontroller
robusten UL-/IEC-Standard-konformen SMT-fähigen Klemmverbinder
sind für Leiterquerschnitte von 0,2
bis 0,75 mm2 und Nennströme von
maximal 9 A bei Nennspannungen
von 250 / 160 V ausgelegt. Durch
die hochwertige Verarbeitung ist
eine ebenso einfache wie sichere
Kontaktierung sicher gestellt.
(MCU), nichtflüchtigem FRAM, einem A/D-Wandler (ADC) sowie einem SPI- oder I2C-Interface. Der
Dual-Interface-NFC-Sensor-Transponder ist für den rein passiven
(das heißt batterielosen) oder semi-aktiven Betrieb optimiert, um
die Batterielebensdauer in einem
breiten Spektrum von WearableProdukten für den Consumer-Bereich sowie Industrie-, Medizinund Asset-Tracking-Applikationen
zu verlängern. Der nichtflüchtige
FRAM-Speicher kombiniert die für
SRAM typische Geschwindigkeit,
Flexibilität und Dauerhaltbarkeit
mit der Stabilität und Zuverlässigkeit von Flash-Speichern. Er zeichnet sich zusätzlich durch eine sehr
geringe Leistungsaufnahme aus
und übersteht eine praktisch unbegrenzte Zahl von Schreibzyklen.
FRAM ermöglicht die Realisierung
von Produkten mit der Fähigkeit, Sensordaten schnell zu
speichern und Transponder und
Sensoren schnell zu konfigurieren. Entwickler haben die Möglichkeit zum Design von Produkten, die ein analoges oder
digitales Interface, Datenaufzeichnungs-Funktionen und die
Fähigkeit zum Datentransfer an
NFC-fähige Lesegeräte benötigen. Der Transponder fungiert
als Sensorknoten für diese Applikationen und ergibt eine IoTtaugliche Lösung, wenn ein
NFC-fähiges Gerät die Daten in
die Cloud überträgt. Entwicklern steht zum Evaluieren dieser
neuen Familie das EvaluationModul RF430FRL152HEVM zur
Verfügung.
infoDIREKT694ei0115
LED Netzteile
DIN
10-960 W
Hutschienennetzteile
75-5000 W
PFC
Schaltnetzteile
www.emtron.de
Literatur
Medien-SPIEGEL
Fachbuch
Zweite Auflage
Mess- und Kalibrier-Protokoll XCP
In der zweiten, erweiterten Auflage des Buchs „XCP – Das Standardprotokoll für die Steuergeräte-Entwicklung“ haben die Autoren auch
CAN FD als Transportschicht berücksichtigt. Vector Informatik verschickt das Fachbuch kostenlos.
Es erläutert auf der einen Seite die
Grundlagen und Mechanismen
des Mess- und Kalibrier-Protokolls
XCP. Auf der anderen Seite stellt
es die Einsatzgebiete und den
Mehrwert für die SteuergeräteKalibrierung vor. Die Autoren –
Andreas Patzer und Rainer Zaiser
– beschreiben auf 120 Seiten und
mit 73 Abbildungen den Aufbau
und die Erstellung der A2L-Datei
für einen XCP-Slave. Sie gehen dabei auf die Mess- und Verstellkonzepte ein. Ausführlich stellen sie
die Nutzung des Standards in den
unterschiedlichen Einsatzgebieten wie Software-in-the-Loop, Rapid Prototyping, Bypassing und in
virtuellen Steuergeräten vor. Anhand einer XCP-Beispielimplementierung veranschaulicht das
Buch grundlegende Mechanismen im Software-Code.
infoDIREKT
101ei0115
Würth Elektronik Eisos, Hersteller
elektronischer und elektromechanischer Bauelemente, hat neuerdings
auch Kondensatoren in seinem Lieferprogramm und gibt gleichzeitig
ein neues Fachbuch zur Kondensatortechnik heraus. Das knapp
80-seitige Kompendium „ABC der
Kondensatoren – Grundlagen,
Kenngrößen und Kondensatortypen“ gibt eine Einführung in die
Kondensatortechnik und beschreibt
die Vielzahl der verschiedenen Kondensatortypen mit Eigenschaften
und Kenngrößen. Das gut aufgemachte Grundlagenbuch kann als
Einführung für Lernende oder für
die Auffrischung und Vertiefung des
Wissens über Kondensatoren und
ihren Einsatz in Baugruppen genutzt werden. Damit Anwender wissen, worauf sie bei der Auswahl von
Kondensatoren achten müssen,
werden dann die elektrischen Para-
Bild: Würth Elektronik Eisos
Bild: Vector
Das Abc der Kondensatoren
meter und die Kenngrößen sowie
deren Abhängigkeiten dargestellt.
Am Ende des hilfreichen Buches
folgt eine detaillierte Übersicht über
die existierenden Kondensatortypen und ein ausführliches Literaturverzeichnis.
infoDIREKT
620ei0115
1. Ausgabe, Würth Elektronik Eisos
GmbH & Co. KG, Autor Stefan Menzel, 80 Seiten, zahlreiche Bilder, gebunden, ISBN 978-89929-293-0, in
deutscher und englischer Sprache
verfügbar
Fachbuch VIP-Kongress
Bild: Emtron
Virtuelle Instrumente
in der Praxis 2014
Emtron Electronic stellt unter dem
Schlagwort „More than Reliability“
den Mornsun-Produktkatalog und
den Selection Guide 2015 vor. Diese geben einen Überblick über das
Mornsun-Produkt- und -Leistungsspektrum über alle sechs Produktbereiche hinweg. Sowohl der 108seitige Print-Katalog als auch der
separate, gefaltete achtseitige Selection Guide 2015 haben das Ziel,
die Kompetenz des chinesischen
Unternehmens zu demonstrieren.
Der Tagungsband von Rahman
Jamal und Ronald Heinze zu National Instruments’ 19. Technologieund Anwenderkongress „Virtuelle
Instrumente in der Praxis“ dokumentiert neue Technologietrends
und ihren Einfluss auf aktuelle Produktentwicklungen. Die Themenbereiche umfassen Mess-, Prüfund Regelungstechnik, Verifikation und Validierung, Embedded
Control & Monitoring, Labview Power Programming, Ausbildung
und Lehre, HF-Anwendungen in
der Lehre, Mess- und Regelungstechnik in der Lehre, Technisches
Datenmanagement sowie Industrie 4.0 und Cyber-Physical Systems.
infoDIREKT
infoDIREKT
Produktkatalog
Quelle: all-electronics.de
Morsuns Produkte
und Services
Video
Im Interview mit Mark Larson
Auf der 25. Electronica in München sprach Digi-Keys President Mark Larson über den europäischen Umsatz des Unternehmens. Dieser war laut
dem Distributor 2014 mit einem Wachstum von 26 Prozent auf ein RekordNiveau gestiegen. Weitere Themen des Interviews waren Digi-Keys neue
Produkte, die Werkzeug-Lizensierung von Mentor Graphics und Fußbälle.
infoDIREKT
Interview-Sprache: Englisch, Dauer: 5:06 min
62
100ae1114
261ei0115
254ei0115
Gewinnspiele
Gewinn-SPIEL
Ineltek verlost fünf ATSAMA5D3-XPLD Evalboards
Elektronik industrie bietet seinen
Lesern fünf ATSAMA5D3-XPLD
Evaluationkits von Atmel, spendiert von Ineltek, im Wert von zusammen 300 EUR. Atmels Evaluationkit SAMA5D3 Xplained ist eine ARM-Plattform, die schnelles
Prototyping und kosteneffektives
Evaluieren für das auf SAMA5D3ARM-Cortex-A5-Prozessoren von
Atmel basierende Mikroprozessor-Design ermöglicht. Mit eingeschlossen ist eine kostenlose
Linux-Distribution inklusive Support für Kernel 3.10 (LTS), Linux
Mainline und Yocto 1.5.1. BareMetal-Entwickler profitieren von
einem vollständigen C-Softwarepaket. Dieses enthält zahlreiche
Beispiele und ermöglicht somit
einen schnellen Einstieg. Die Platine lässt sich auch hervorragend
als Entwicklungsplattform für
Headless Android nutzen. Das
Board verfügt über vielfältige so-
fort einsatzfähige Verbindungsund Speicherperipherien sowie
Erweiterungsstecker für eine einfache Anpassung. Ein USB-Anschluss kann sowohl zur Stromversorgung der Platine als auch
zu Programmierungs- oder zu
Debugging-Zwecken genutzt
werden.
Einsendeschluss
28.02.2015
Hauptmerkmale:
• SAMA5D36 Cortex-A5-Mikro-
Bild:
Inelte
k
prozessor
• 256 MByte DDR2
• 256 MByte NAND Flash
• LCD-Schnittstellen
• Dual Ethernet (GMAC + EMAC)
mit PHY und Anschlüssen
• Drei USB-Schnittstellen (Host
+ Gerät)
• 1 x SD/eMMC und 1 x MicroSDSteckplätze
• Expansion-Headers, Arduino
R3 Schield kompatibel
• Leistungsanschluss
Um eines der Kits zu gewinnen,
einfach bis zum 28. Februar 2015
eine E-Mail mit Angabe Ihres Namens und der Firma an [email protected] schicken.
Die Gewinner der Gewinnspiele
werden jeweils in einer der
nächsten Ausgaben veröffentlicht. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. (ah)
Viel Glück
wünscht die Redaktion!
Gewinn-SPIEL
Würth Eisos verlost fünf Testpinzetten
Geeignet sind die Testpinzetten für:
• Leitfähigkeitstest
• Sicherungstest
• Leuchttest
• Messung von kleinen elektronischen Bauteilen
Technische Merkmale:
• Gewicht: 50 g
• Material: ABS Steel
• Bemaßung: 36 × 25 × 155
mm3
• Batterie: 23 AE 12 V
Zubehör:
• Schraubenzieher
• Multimeter-Verkabelung
• Batterie
• Aufbewahrungsbeutel
Um eine Testpinzette zu gewinnen, geben Sie bitte Ihre Kontaktdaten bis spätestens zum 28.
Februar über unsere Homepage
(per infoDIREKT am einfachsten
zu finden) an.
Die Redaktion
wünscht viel Glück!
Einsendeschluss
28.02.2015
Bild: Würth Elektronik eiSos
Elektronik industrie bietet seinen Lesern fünf Testpinzetten, gespendet
von Würth Elektronik Eisos, im Wert von zusammen 250 Euro. Die kompakte Testpinzette wurde speziell für schnelle und einfache Tests von
elektronischen Bauteilen wie Schalter, LEDs, Widerstände, Sicherungen
oder Leitfähigkeitstests auf Leiterplatten gestaltet. Sie kann ebenso mit
einem Multimeter zur Widerstandsmessung verbunden werden. Zusätzlich zur LED-Messung kann durch die regulierbare Stromstärke die
LED sowohl getestet und vorgeführt werden.
Die Gewinner der Gewinnspiele
werden jeweils in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht. Der
Rechtsweg ist ausgeschlossen. (ah)
63
Reverse-Engineering
Reverse-Engineering
Spektrumanalysator DSA815TG
Bis 1,5 GHz fürs kleine Portmonnaie
Rigols Spektrumanalysator DSA815TG ist ein kleines, leichtes, kostengünstiges und tragbaAutor: Dipl.-Ing. Siegfried W. Best
res Gerät der Einstiegsklasse. Wir analysieren sein Innenleben.
Bilder: Rigol
Eck-Daten
1
Bild 1: Der DSA815TG
ist auch mit einem
AM/FM-Demodulator
ausgestattet, man
kann ihn so über
Kopfhörer als Radio
betreiben.
Autor
Dipl. Ing.
Siegfried W. Best
ist freier Journalist in
Regensburg.
64
A
usgestattet mit einer einfach zu bedienenden
numerischen Tastatur, einem hochauflösenden Farb-LCD-Bildschirm und verschiedenen Kommunikationsschnittstellen ist der DSA815TG
(Bild 1) in vielfältigen Bereichen einsetzbar, von Lehre, Forschung und Entwicklung bis zum Amateurfunk. Bild 2 zeigt den sonst stark abgeschirmten HF/
ZF-Teil des Modells 815 und Bild 3 den Digitalteil.
Der DSA815TG ist als Dreifachsuper aufgebaut.
Bild 2 zeigt links unten den Eingang für 9 kHz bis
1,5 GHz (verträgt Pegel bis 20 dBm, mehr sollten nicht
anliegen), gefolgt von einem diskret aufgebauten LNA
auf den eine Eingangsverstärker/DämpfungsgliedKombination folgt. Der erste Mischer kommt nach
dem ersten Tiefpassfilter. Bevor der zweite Mischer
Rigol verkauft den DSA815TG für 1221 Euro (zzgl. MWSt).
Möglich ist dieser Preis durch die Hochintegration, besonders des ZF/Videoteils, und durch die Herstellung in
China. Die wesentlichen technischen Merkmale sind:
• Frequenzbereich 9 kHz bis 1,5 GHz
• Angezeigtes gemitteltes Rauschen (DANL):
-135 dBm (typisch)
• Auflösungsbandbreite 100 Hz bis 1 MHz
• Phasenrauschen -80 dBc/Hz bei 10 kHz Offset
• Amplitudenungenauigkeit <1,5 dB
• 1,5 GHz Trackinggenerator Option (-20 bis 0 dBm)
• EMI-Filter und Quasi-Peak-Detektor-Option
(200 Hz, 120 kHz und 1 MHz BWs)
• VSWR-Measurement-Kit-Option (1 MHz bis 2 GHz)
• Connectivity: LAN (LXI), USB, GPIB (Option)
• 8-Inch-WVGA-Display (800 × 480)
• RF-Adapter-Kit (Option)
• RF-Attenuator-Kit (Option)
• RF-CATV-Kit (75/50 Ohm-Adapter, Option)
• High-Power Attenuator (Option)
• Ultra-Spectrum-PC-Software (Option) – bietet
zusätzliche Analysen einschließlich Wasserfalldisplay
• EMI-Test-System-PC-Software (Option) – unterstützt
EMI-Pre-Compliance-Messungen
• Gewicht 4,6 kg
vom Eingangssignal erreicht wird, durchläuft es zwei
weitere Filter (LPF und BPF). Vor dem dritten Mischer
ist ein weiteres Filter (BPF) geschaltet. Die drei Überlagerungsoszillatoren (LO) liefern über Verstärker
(Puffer) und Filter (LPF) die Überlagerungssignale
an die drei Mischer.
Nach dem dritten Mischer folgt ein Filter (BPF) und
ein analoger ZF-Verstärker, dessen Ausgang zum
ADC im Bild führt. Ab hier wird ZF digital aufbereitet. Bild 2 zeigt auch die Integration des Tracking
oszillators mit dem eigentlichen Generatoroszillator,
einem PLF mit Dämpfungsglied sowie dem Trackinggeneratormischer. Bild 3 gibt die Komponenten der
digitalen ZF- und Videosignalverarbeitung wieder.
Die Hauptfunktionen übernehmen der Spartan-FPGA
Reverse-Engineering
1
2
3
4
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6
7
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9
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18
19
20
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22
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24
25
26
Erster Mischer
LPF (Low-Pass-Filter)
BPF (Band-Pass-Filter)
Zweiter Mischer
BPF
Dritter Mischer
BPF
ZF-Verstärker
LPF
Erster LO-LPF
Zweiter LO-LPF
Dritter LO-LPF
Dämpfungsglied, Verstärkersektion
2
3
LO-Puffer
LO-Puffer
Prescaler / Divider
Zweiter LO
ADC
LNA
Splitter
LO-Puffer
Tracking-Generator Mischer
Tracking-Generator LO
Varactor-Dioden
Erster LO (Haupt-VCO)
Varactor-Dioden
5
4
6
1
9
37 10 MHz Referenz, Output
38 Abschlusswiderstände
für den FPGA
39 LCD-Anschluss
40 Actel Pro ASIC A3P030
41 64 MByte Flash:
Spansion S29GL064
42 ISSI DRAM IS42S1
43 ADSP BF526 Blackfin
44 Ethernet-Controller
45 Externer Trigger
27 Tracking-Generator LPF (Dämpfungsglied und Verstärker)
28 HF-Eingang (9 kHz bis 1,5 GHz)
29 Stromversorgung
30 Linearregler: drei mal LM3375P
und ein mal LM331T
31 Tastaturanschluss
32 Hynix HSP85162
33 Stützbatterie
34 10-MHz-Referenz, Input
35 Xilinx Spatan XC6SLX25
mit 38 DSP-Blöcken
36 32-kHz-Quarz
8
7
29
30
30
31
12
11
10
15
16
18
13
32
14
17
37
23
40
22
24
39
26
25
34
36
38
21
19
33
35
20
2
30
27
42
43
44
45
27
3
28
von Xilinx (mit 38 DSP-Blöcken), der Actel-Pro-ASIC
A3 und der Blackfin ADSP BF526 von Analog Devices.
Alle werden direkt oder über Vervielfachung von
einem 32-kHz-Uhrenquarz mit Takt versorgt. Die
nötigen Speicher sind aufgeteilt in ISSI sync. DRAM
512 kWords × 16 Bits × 2 Banks und Spansion 64 MByte
Flash der Mirrorbit-Familie.
41
terer Vorteil ist die erhöhte Bandbreitenpräzision und
die hohe Selektivität der Filter, was zum einen die
Scan-Zeit minimiert und zudem auch die Messgeschwindigkeit erhöht. Der Ethernet-Controller in
Bild 3 macht den DSA815TG LXI-fähig. LXI (LAN
Extensions for Instrumentation) ist ein offener Standard, um Messinstrumente und -systeme per Ethernet (LAN) miteinander zu vernetzen.
Bild 2: Der sonst stark
abgeschirmte HF/ZFTeil des Spektrumanalysators DSA815TG.
Bild 3: Komponenten
der digitalen ZF- und
Videosignalverarbeitung.
Digitale ZF-Technologie
Die im DSA815 verwendete digitale ZF-Technologie
mit dem massiven Einsatz von DSP (siehe Bild 3)
ermöglicht die Einstellung kleinster Bandbreiten, welche den durchschnittlichen Rauschpegel reduzieren.
So beträgt die geringste Filterbandbreite 100 Hz. Die
digitale ZF-Technologie reduziert generell die Komplexität der Hardware und erklärt auch die kompakte Bauweise. Sie vermeidet zudem Systeminstabilität
durch Kanalalterung und die Temperaturempfindlichkeit, die zu Bauteilefehlern führen kann. Ein weiwww.elektronik-industrie.de
Über Kopfhörer als Radio betreiben
Der DSA815TG ist außerdem mit einem AM/FMDemodulator ausgestattet, dadurch lässt er sich über
Kopfhörer als Radio betreiben. Bei Zero Span kann
das NF-Signal am Display sichtbar gemacht und ausgewertet werden. (ah)
■
infoDIREKT
400ei0115
65
Verzeichnisse / Impressum
Inserenten
batteryuniversity.eu39
Börsig 21, 47
CTX Thermal Solutions 49
Digi-Key Corporation Titelseite, 2. US
Dynamis41
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45
EBV Elektronik
5
EMTRON 61
ET System 13
Fischer3
59
Hammond Electronics
Hilscher 51, 53
inpotron35
Keysight 17
Linear Technology 7
Microchip 31
4. US
Mouser Electronics
MSC TECHNOLOGIES
23
National Instruments
11
OMICRON43
Rosenberger55
Schulz-Electronic33
57
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Emtron Electronic
62
Enclustra31
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58
60
Fischer Connectors
FSP45
FT-Cap12
9
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Greenpeak18
Harting59
Heitec49
Hy-Line Communication Products
23
IDT23
Infineon Technologies
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Inotec56
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8
IQRF23
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42
Lapp54
Lime Microsystems
28
Linear Technology
36
Linux4biz8
M+R Multitronik
45
Meanwell44
Mornsun62
Mouser Electronics
41
60
MSC Technologies Murata Power Solutions
45
62
National Instruments
Nuand28
Omron Electronic Components
41
Panasonic60
Pentair59
50
Phoenix Contact
Pickering Interfaces
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Provertha59
Recom32
Rigol64
Rutronik45
Schukat44
61
SE Spezial-Electronic
Setron58
14
Silicon Labs
Souriau58
Spansion9
41
ST Microelectronics
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20
TE Connectivity
Texas Instruments
61
Toshiba23
62
Vector Informatik
W+P Products
58
10, 62
Würth Elektronik Eisos
Xilinx
24, 31
Yamaichi60
Yuasa42
ZHAW31
Unternehmen
AB Connectors
58
Adlink60
42
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Allegro Microsystems
61
Altera28
Aselsan24
Batteryuniversity.eu8
44
Bicker Elektronik
Blaster One
46
BMK10
Bopla46
Component Obsolescence Group
10
59
Conec CUI45
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Degson61
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