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EI_Titel
19.09.2007
12:41 Uhr
Seite 1
Oktober 2007
branchenorientierte applikationen für elektronik-entwickler
38. JAHRGANG
14,00 €
unverbindliche
Preisempfehlung
N r. 1 0
D 19067
38. JAHRGANG
Was Entwickler
wissen müssen !
www.elektronik-industrie.de
10 - 2007
elektronik industrie
LEISTUNGSELEKTRONIK
Ansteuerung bürstenloser
Gleichstrommotoren ÿ 26
Leistungselektronik, Elektronik CAE / CAD, Wireless, Optoelektronik
ELEKTRONIK CAE / CAD
Low Power-Verfahren bei
der Chipentwicklung ÿ 34
WIRELESS
RFID im Überblick ÿ 42
Extrem USB – auch kabellos ÿ 46
OPTOELEKTRONIK
Chancen der organischen
Leuchtdioden ÿ 56
Kameras für
bildverarbeitende Systeme ÿ 58
MESSEN-TESTEN-PRÜFEN
Kompatibilität zwischen
Bussen und Software ÿ 62
Synthetic Instruments
und LXI ÿ 64
KFZ-ELEKTRONIK
Einbindung von FlexRay in
die HiL-Simulationsplattform
NovaSim ÿ 90
USB im Auto ÿ 94
˘
erfolgsmedien für experten
TITELSTORY:
Akkus effizient über den USB-Port laden
ÿ 22
Mehr 16bit-DAC-Leistung für mehr Designs.
In der Prozesssteuerung gilt, analog is everywhere.
AD5064
Hohe Leistung für Systeme mit offenem Regelkreis
Erster Low-Voltage Vierfach-DAC mit ±1LSB INL bei 16bit.
Unerreichte Genauigkeit und Pin-Funktionalität kombiniert.
AD5754
Flexible Lösung für Systeme mit geschlossenem
Regelkreis
Der AD5754 verfügt über per Software selektierbare
Ausgangsspannungen von 5, 10, ±5 und ±10V für eine
kosteneffiziente Systemkonfiguration.
Neue Leistungs- und Flexibilitätsstandards
für Anwendungen mit offenem und
geschlossenem Regelkreis
Unser neuestes Portfolio industrietauglicher 16bit-DACs bietet die höchste
Leistung in seiner Klasse sowie völlig neue Möglichkeiten der
Systemkonfiguration. Das Angebotsspektrum umfasst Einfach-, Zweifachund Vierfach-DACs, die wir in kleinen Gehäusen und mit einer
umfangreichen Palette an Entwicklungstools und Unterstützung liefern.
Zusätzlich zu diesen DACs bieten wir hunderte anderer IC-Lösungen an, die
im Bereich Prozesssteuerung alle Anforderungen erfüllen. Für mehr
Informationen besuchen Sie bitte www.analog.com/16-bitDACs-EU.
Modellnummer
Beschreibung
Preis
Ideal für Open-Loop-Systeme
AD5060
Einfach, 5V, ⫾1LSB INL (max.), 1mA bei 5V
7,50 US-$
AD5065
Zweifach, 5V, ⫾1LSB INL (max.), 2,3mA bei 5V
11,25 US-$
AD5064
Vierfach, 5V, ⫾1LSB INL (max.), 5mA bei 5V
15,95 US-$
AD5764
Vierfach, ⫾15V, ⫾1LSB INL (max.)
35,70 US-$
Ideal für Closed-Loop-Systeme
AD5752
AD5754
AD5664R
Zweifach, softwareprogrammierbare Ausgangsspannungen
von 5, 10, ⫾5 und ⫾10V im 24-poligen TSSOP-Gehäuse
Vierfach, softwareprogrammierbare Ausgangsspannungen
von 5, 10, ⫾5 und ⫾10V im 24-poligen TSSOP-Gehäuse
Vierfach, 5V, 5ppm Ref., 3mm x 3mm LFCSP-Gehäuse
6,95 US-$
10,05 US-$
10,45 US-$
Alle Preisangaben gelten für Abnahmemengen von 1.000-er Stückzahlen.
Alle Bauteile bieten eine Auflösung von 16bit.
www.analog.com/16-bitDACs-EU
Tel: +49 (89) 76903-0
E-mail: [email protected]
analog is everywhere ist ein Warenzeichen von Analog Devices Inc.
048_Prod_41_49463.indd 1
13.09.2007 17:43:34 Uhr
Editorial
19.09.2007
15:01 Uhr
Seite 3
OKTOBER 2007
< EDITORIAL
Funk-Jubiläumsjahr 2007
Warum
kapazitive
Tasten
von
Interferenzen
verschiedener Art
Dipl.-Ing.
Siegfried W. Best
Chefredakteur
UMTS hat
Erwartungen
nicht erfüllt
Galileo wird
viel teurer und
kommt später
Wer kennt
schon DAB?
2007 ist aus der Sicht der Funktechnik und der Konsumerelektronik das Jubiläumsjahr schlechthin:85 Jahre Autoradio,50 Jahre Sputnik, 40 Jahre Farbfernsehen, 25 Jahre CD und 20 Jahre GSM-Handy. Der Startschuss für die zivile Nutzung des GPS wurde 1983
nach Abschuss Flug 007 der Korean Airlines gegeben.
Bei aller Freude über die Jubiläen, sind doch einige Interferenzen im Äther auszumachen,technischer Art im wörtlichen Sinne des Wortes aber auch politischer/wirtschaftlicher Art.
Vor sieben Jahren wurden die UMTS Frequenzen an sechs Bieter für 50 Mrd. Euro mit hohen Erwartungen verkauft,die bislang
nicht erfüllt wurden.Heute gibt es 7,5 Mio.Nutzer mit nur 800 Mio.
Umsatz bei einer Abdeckung von 50 … 80 % in Großstädten,in den
Ballungsgebieten und entlang der Autobahn. Gegenüber den
900 MHz beim GSM ist der Aufwand beträchtlich,da große Reichweiten bei 2,1 GHz sich nur mit mehr Aufwand realisieren lassen.
Jetzt kommt ein weiteres Band bei 2,6 GHz und mit geringer Reichweite zur Versteigerung.Da lassen wir uns einmal überraschen,wer
da die Bieter sind.
Über mögliche Interferenzen zwischen DVB-H und 3G/GSM berichtet mein Kollege Alfred Vollmer auf Seite 7.
Und was wird aus Galileo? Es kommt viel später,man ist 5 Jahre hinter dem Plan und es wird teurer.Der Finanzbedarf von 3,2 Mrd.
US$, ursprünglich gedeckt durch Industriebeiträge und Beiträgen
der EU, muss wohl jetzt ganz von der EU, das bedeutet von unseren Steuergeldern aufgebracht werden. Warum springt denn die
Industrie ab,wenn Galileo ein so tolles Geschäftsmodell bietet? Wäre
dies wirklich der Fall,würden sich die Firmen wie die Geier auf Galileo stürzen – schließlich ist Geldverdienen ihr Job!
Immerhin haben sich die GPS-Betreiber mit der EU geeinigt,
dass jetzt die GPS L1C-Signale mit den Galileo L1F-Signalen kompatibel sind und eine Interoperabilität zulassen.
Und wie sieht es aus mit der Akzeptanz des digitalen Rundfunks
DAB in Deutschland? Beim digitalen Fernsehen funktionierte die Umstellung zwangsläufig,die terrestrischen Sender wurden einfach abgeschaltet und wer kein Kabel hatte, hat buchstäblich in die Röhre geschaut (oder sich schnell eine Settopbox zugelegt). Es scheint,
DAB ist nur wenigen Insidern bekannt,Tante Emma kennt es nicht.
Und wer es kennt, sieht keine Notwendigkeit dafür, klingt doch
UKW,besonders in Stereo,schon so gut.Wer hat schon Zeit,immer
das Display des Radios im Auge zu haben, um die Zusatzinformationen zu nutzen.Viel größer ist die Akzeptanz des digitalen Rundfunks in Großbritannien,allerdings ist dort der Qualitätssprung von
AM-Radio zu DAB wesentlich größer, die kannten UKW kaum.
Das Thema Wireless behandeln wir in dieser Ausgabe mit Artikeln über RFID,Wireless-USB,WiMAX u. a. m.
Dipl.-Ing. Siegfried W. Best
Chefredakteur elektronik industrie
˘
elektronik industrie 10 - 2007
Schreiben Sie uns Ihre Meinung: [email protected]
쑺 10 Jahre Erfahrungsvorsprung
쑺 Grenzenlos neue Designs
쑺 Perfektes Preis-/
Leistungsverhältnis
쑺 Anwendungsnahe Produkte
쑺 Robust und verschleißfrei
쑺 Einfaches und schnelles
Design-In
Channel Microelectronic GmbH
Alleenstr. 29 / 3 73730 Esslingen
Tel.: 0711 / 93 07 21 30
Fax: 0711 / 93 07 21 40
http://www.channel-microelectronic.de
[email protected]
inhalt.qxp
19.09.2007
15:02 Uhr
Seite 4
INHALT
10/07
branchenorientierte applikationen für elektronik-entwickler
38. JAHRGANG
14,00 €
84
Preisausschreiben:
elektronik industrie Titelseite des Jahres gesucht
96
High Tech Toys: Husqvarna Automower 230 AC –
Der Roboter unter den Rasenmähern
unverbindliche
Preisempfehlung
D 19067
Was Entwickler
wissen müssen !
10 - 2007
LEISTUNGSELEKTRONIK
Ansteuerung bürstenloser
Gleichstrommotoren ÿ 26
Low Power-Verfahren bei
der Chipentwicklung ÿ 34
WIRELESS
RFID im Überblick ÿ 42
Extrem USB – auch kabellos ÿ 46
LEISTUNGSELEKTRONIK
OPTOELEKTRONIK
Chancen der organischen
Leuchtdioden ÿ 56
Kameras für
bildverarbeitende Systeme ÿ 58
MESSEN-TESTEN-PRÜFEN
Bussen und Software ÿ 62
Synthetic Instruments
und LXI ÿ 64
22
TITELSTORY: Akkus effektiv über den USB-Port laden
26
Ansteuerung bürstenloser Gleichstrommotoren
30
Maßgeschneiderte Prüfeinrichtung für Halbleiter-Tests
KFZ-ELEKTRONIK
Einbindung von FlexRay in
die HiL-Simulationsplattform
NovaSim ÿ 90
USB im Auto ÿ 94
˘
TITELSTORY:
Akkus effizient über den USB-Port laden
ÿ 22
AKTUELL / MÄRKTE - TECHNOLOGIEN
32
Chipdesign: Vom Konzept zur Fab
34
Low Power-Verfahren bei der Chipentwicklung
3
Editorial: Interferenzen verschiedener Art
6
Produkt des Monats: Referenz-Plattform FalconEye für
elektronische BLDC-Motorsteuerungen von EBV Elektronik
36
ICs für den „Datenfunk“
12
Gewinnspiel: Starter-Kit für die V850ES/FX3 μCs mit CAN
40
Schnurlose Funkzündsysteme für Pyrotechnik
13
Gewinnspiel: NCP1351 Netz-Adapter Evaluation Boards
42
RFID im Überblick
14
IAA 2007: Mit grünem Anstrich
46
Extrem USB – auch kabellos
20
Applikationen im Internet
50
HF-Transformatoren als LTCC
WIRELESS
6 ˘ Produkt des Monats
56 ˘ Chancen der OLEDs
Um die Time-to-Market von elektronischen
Motorsteuerungen für bürstenlose Motoren
zu verkürzen hat EBV Elektronik die brandneue Referenz-Plattform FalconEye entwickelt.
Die Technologie von OLEDs ist auf einem
Stand, der konkrete Anwendungen in zahlreichen Massenmärkten und im Kfz ermöglicht. Die Entwicklung flexibler Leuchtfolien
wird weitere Anwendungsfelder eröffnen.
4
64 ˘ Synthetic Instruments
und LXI
Synthetic Instruments, aus modularen Komponenten aufgebaut und mit modernen Bustechnologien versehen, verheißen mehr Funktionsumfang und Flexibilität, niedrigere Total
Cost of Ownership, schnellere Arbeitsweise,
weniger Platzbedarf und höhere wirtschaftlich tragbare Lebensdauer.
inhalt.qxp
19.09.2007
15:02 Uhr
Seite 5
˙
infoDIRECT
Mehr Informationen zu einem Thema?
Ganz einfach zu www.elektronik-industrie.de
gehen und die infoDirect Adresse eingeben.
OPTOELEKTRONIK
52
Induktion statt Optik
56
Chancen der organischen Leuchtdioden
58
Wahlhilfe: Kameras für bildverarbeitende Systeme
MESSTECHNIK
62
Viele Plattformen – eine Lösung:
Kompatibilität zwischen Bussen und Software
64
Synthetic Instruments und LXI
85
LXI Klasse B Systemschaltplattform
2007
KFZ-ELEKTRONIK
90
Einbindung von FlexRay in die
HiL-Simulationsplattform NovaSim
94
USB im Auto
SERVICE
98
Firmenverzeichnis
98
Impressum
Technologien für Ihre Anwendungen von morgen
Treffen Sie die EBV Anwendungs-Spezialisten und die Produktexperten unserer Herstellerpartner und des EBV-DesignpartnerNetzwerks. Entdecken und diskutieren
Anzeige Sie die neuesten Trends,
Technologien und Roadmaps, die Ihre zukünftigen Designs
EBV
bestimmen werden.
Themenschwerpunkte:
–
–
–
–
–
–
High-End Processing & FPGA Lösungen
LED Technologie
Motion Control
Building Automation & RF
Power Management
Mikrocontroller & Graphics Control
Das EBV-TechTrends Symposium ist das Seminar für Designer,
Entwickler und Projektleiter aller Bereiche der Elektronikindustrie.
Keine Seminargebühren – die Kosten des Symposiums
übernehmen EBV Elektronik und unsere Partner.
Termine:
94 ˘ USB im Auto
05.09.2007 Wiesbaden
10.10.2007 Maarssen (NL)
Jetzt gibt es einen USB-Steckverbinder, der auch die strengen Automotive-Anforderungen erfüllt. Es handelt sich dabei um ein Verbindungssystem, das ausgereifte Automobilkomponenten mit einem speziellen auswechselbaren
USB-Adapter kombiniert, so dass auch eine Umrüstung auf
weitere Anschlussvarianten leicht möglich ist.
11.09.2007 Hannover
11.10.2007 Duisburg
12.09.2007 Berlin
24.10.2007 Stuttgart
13.09.2007 Weimar
25.10.2007 München
09.10.2007 Gent (B)
31.10.2007 Zürich (CH)
Alle Informationen und die Möglichkeit zur OnlineRegistrierung finden Sie unter:
www.ebv.com/techtrends
D-85586 Poing
& +49 (0)8121 774-0
aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
Seite 6
AKTUELL > MÄRKTE - TECHNOLOGIEN
˙ PRODUKT DES MONATS
Produkt des Monats vorgestellt von EBV Elektronik
Referenz-Komplettlösung zur Ansteuerung
von bürstenlosen Motoren: Board + mehr
Um die Time-to-Market bei der
Nutzung elektronischer Motorsteuerungen für bürstenlose
Motoren zu verkürzen hat EBV
Elektronik gemeinsam mit den
Hersteller-Partnern Avago Technologies, Fairchild Semiconductor, Freescale Semiconductor
und STMicroelectronics die
brandneue Referenz-Plattform
FalconEye entwickelt.
Bei der aktuellen Version des
Boards kommt ein Digital Signal
Controller des Typs „Demo
56F8013“ von Freescale zusammen mit analogen Bausteinen
zur potentialgetrennten Strommessung aus dem Hause Avago
Technologies zum Einsatz. Die
Ansteuerung des bürstenlosen
Gleichstrommotors erfolgt
mit dem Smart-Power-Module
„FSBB15CH60“ von Fairchild
Semiconductor. FalconEye umfasst die gesamte Elektronik zur
Ansteuerung eines bürstenlosen Motors und schließt auch
die entsprechende Software mit
ein.
Die Entwickler können FalconEye im Rahmen ihres Entwicklungsprozesses verwenden und
erhalten bei Bedarf auch die
Design-Unterlagen, um das Board direkt in ihr Design einzubinden. Schaltplan und Software-Demoprojekte gehören
genauso zum Lieferumfang des
Boards wie ein bürstenloser
300-V-Gleichstrommotor der
Firma Dematek, der bereits mit
einem zweiten Wellenende für
einen inkrementalen Drehgeber von Avago versehen ist. Außerdem kann FalconEye auch als
Komplettboard in eine Anwendung übernommen werden.
6
„Die Anwendungen von FalconEye sind weit gestreut“, betont
Rudy Van Parijs, Vice President
Technical Development für EBV
Elektronik.„So führt der Einsatz
von geregelten Permanentmagnet-Motoren in Lüftern und
Pumpen anstelle von Asynchronmotoren zu einer beachtlichen Verbesserung des Wirkungsgrads. Von der weißen
Ware über Medizintechnik bis
zum Industriemarkt inklusive
Roboter-Steuerungen reichen
die entsprechenden Anwen-
sätzlich die Möglichkeit, das Referenz-Board auch
für andere Motorspannungen
zu nutzen. Derzeit
ist FalconEye zur Ansteuerung
von bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) optimiert, aber
das Board lässt sich auch leicht
umrüsten, um damit bürstenlose Wechselstrommotoren
(BLAC), geschaltete Reluktanzmotoren oder Asynchronmotoren (ASM) anzusteuern.
dungen. Wenn unsere Kunden
mit FalconEye den Wirkungsgrad ihres Produkts verbessern,
dann ist das weit mehr als das
reine Veredeln der Spezifikation. Vielmehr können auch sie
ihren Kunden wiederum einen
echten Mehrwert bieten, indem
der Stromverbrauch abnimmt.
Damit sinken durch den Einsatz
von FalconEye nicht nur die Energiekosten im praktischen Betrieb, sondern sie leisten auch
einen wesentlichen Beitrag zum
Klimaschutz.“
Die jetzt lieferbare Version von
FalconEye ist für den Betrieb bei
Standard-Netzspannungen konzipiert. Durch Modifikation der
Endstufe besteht allerdings zu-
Das Board im Detail
Zentrales Steuerungselement
von FalconEye ist der 16-bit-Signal-Controller 56F8013 von
Freescale mit integrierter DSPFunktionalität. Mit Hilfe einer
Tool-Suite können Entwickler einerseits (Echtzeit-)Routinen entwickeln und simulieren, andererseits aber auch die Software
in den Flash-Speicher des DSPSignal-Controllers laden sowie
ausführen.
Allerdings bietet FalconEye
mehr als „nur“ die reine Steuerungselektronik: Die Ansteue-
˘
infoDIRECT
rung des bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgt mit dem
UL-zertifizierten Smart-PowerModul FSBB15CH60 von Fairchild. Es handelt sich hierbei
um einen kompletten dreiphasigen IGBT-Inverter, bei dem
auch die Gate-Ansteuerung sowie die Schutzbeschaltung bereits integriert sind, während
sich die einzelnen Phasenströme individuell überwachen
lassen.
Für die aktive Korrektur des Leistungsfaktors sorgt bei FalconEye
ein PFC-Chip des Typs NCP1653
von On. Als 600-V-Leistungsschalter für die PFC nutzt EBV
den STW30NM60 von STMicroelectronics, der einen RDS(on)
von weniger als 0,145 Ω bei 30 A
Belastbarkeit aufweist und bereits eine 400 ns schnelle Schutzdiode enthält. Die galvanische
Trennung zwischen den GateSteuersignalen und der mit der
Netzsspannung verbundenen
Leistungselektronik übernehmen sechs Optokoppler des Typs
ACPL-4800 von Avago. Diverse
andere Funktionselemente vom
integrierten Schaltnetzteil über
LEDs, Taster und Schnittstellen
bis zur Anschlussmöglichkeit
von optionalen Hall-Sensoren
bzw. Encodern runden das
Board ab.
(av)
391ei1007
˘ Link zu EBV Elektronik
aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
Seite 7
MÄRKTE - TECHNOLOGIEN
< AKTUELL
Termine
2. Kongress Advanced Navigation
˘
Themen der 15 Vorträge sind die Herausforderung und Strategien zur Navigation
12.-14.November 2007, Melia Berlin
Advanced Electrical Systems
418ei1007
˘ Link zu weiteren
Informationen zum Kongress
˘
Schwerpunkte sind Hybride und die CO2Reduktion
19.Nov. 2007 Workshopday,
20.-21.Nov. Konferenz, München
7.Technologie-Forum Method Park
infoDIRECT
infoDIRECT
419ei1007
˘ Link zu weiteren
Informationen zur Konferenz
˘
Wege, Best Practices und Lösungen – die
Sie bei der Weiterentwicklung Ihrer Engineering-Prozesse unterstützen.
4.Dez. 2007 in Nürnberg
infoDIRECT
416AEL0507
˘ Link zu weiteren
Informationen zum Forum
Leiterplatten-Preisvergleich bei PCB-POOL
Geld sparen!
In regelmäßigen Abständen macht der Leiterplatten-Prototypen-Vertrieb PCB-Pool
von Beta Layout mit außergewöhnlichen
Service-Ideen von sich reden. Nachdem
2006 die Auftragsverfolgung für Leiterplatten um die fotografische Darstellung
einzelner Fertigungsschritte erweitert wurde, ist jetzt ein Preisvergleich in den Bestellprozess unter www.pcb-pool.com
integriert worden. Bereits während ein
Kunde seine Leiterplatten-Bestellung eingibt, prüft das System, ob es noch eine
günstigere als die vom Kunden gewählte Produktvariante gibt. Kalkuliert ein
Kunde z. B. acht Eurokarten-Prototypen
(414,49 EUR) zeigt das Bestellsystem zusätzlich auch die Preise für acht Prototypen
XL (315,41 EUR) und den einer 10er-Kleinserie
(297,60 EUR) an.
„Mit dieser Funktion soll sichergestellt
werden, dass der Kunde immer den günstigsten Preis bekommt“, erläutert Uwe
Dörr, Betriebsleiter bei PCB-POOL.„Wir haben festgestellt, dass Kunden manchmal
nicht bewusst ist, dass sie mit zwei Leiterplatten mehr eine Kleinserie bestellen
können, die insgesamt billiger ist als eine
kleinere Menge Prototypen.“ Diesem Preisvergleich liegt eine komplexe Programmierung zugrunde, die nicht nur die Menge und den Preis, sondern auch die Fläche,
die Lieferzeit und Zusatzleistungen wie
Stopplack und E-Test berücksichtigt.
˘
infoDIRECT
585ei1007
˘ Link zu Beta Layout
7
aktuell
19.09.2007
Doppelseite_EI_36_46220 1
15:03 Uhr
Seite 8
08.08.2007 17:00:20 Uhr
aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
Seite 9
GEN
N
U
L
TEL 0!*
S
E
B
FÜR BER €15
Ü
Doppelseite_EI_36_46220 2
08.08.2007 17:00:22 Uhr
aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
Seite 10
Lastrelais
LE
왘 Spulenleistungsaufnahme: 400 mW oder 200 mW
왘 Luft- und Kriechstrecke: mind. 8 mm
왘 Bis 105 °C Umgebungstemperatur
왘 Kontakt: 1 Schließerkontakt, 16 A / 277 V AC,
10 A / 400 V AC
왘 Print- und / oder Steck-Anschlüsse
왘 Abmessungen: 28,6 x 12,4 x 24,9 mm (L x B x H)
왘 Einsatzbereiche: Weiße Ware, Geschirrspüler,
Waschmaschinen, Elektro-/ Mikrowellenherd,
Klimaanlagen usw.
HOTLINE: 08024 648-711
Panasonic Electric Works
Deutschland GmbH
Rudolf-Diesel-Ring 2 • 83607 Holzkirchen
Tel.: 08024 648-0 • Fax: 08024 648-555
[email protected]
www.panasonic-electric-works.de
Freescale
Das öffentliche,
private Unternehmen
Seit dem Kauf von Freescale durch
Jahres wird in Austin z. B. eine
ein Konsortium unter der Fühneue Fertigungslinie für Sensorung von Blackstone sind weniren in Betrieb gehen. Freescale
ge Monate vergangen und wir
hat seine CAE-Tools überwiegend
informierten uns bei Sumit Saauf Cadence-Werkzeuge umgedana, Senior Vice President of
stellt. Durch die langfristige
Strategy and Business DevelopPartnerschaft konnte Freescale
ment bei Freescale Semiconbesonders von den Erfahrung
ductor in Austin/Texas nach dem
profitieren, die Cadence im AnaStand der Dinge. „Viel hat sich
log- und Mixed-Signal Design
seit dem Delisting nicht veränbesitzt. Die einst zugekaufte Firdert, aber es geht vieles viel
ma Metroworks ist mittlerweile
schneller voran.Wir sind agiler gevollständig in das Freescale-Unworden,“ betont Sadana einleiternehmen integriert und für die
tend und weiter „wir wachsen
Entwicklungswerkzeuge der
stark in Asien, speziell in China,
hauseigenen Produkte zustänaber auch Taiwan, Korea und Jadig. Nur selten werden hier noch
pan.“ Das Unternehmen gewinnt
externe Firmen unterstützt, wie
mit rund 20 % Umz. B. Nintendo bei
satzsteigerung in
der Entwicklung der
Asien MarktanteiWii Plattform.
le. Zu den WachsDie Nr. 1-Position
tumsfeldern gehört
bei Mikrocontroller
z. B. das Automohat Freescale nicht
bilgeschäft in Jamehr inne. Umsatz
pan, da man an den
um jeden Preis will
Erfolgen der dortiSumit Sadana aber
gen Hersteller parnicht machen, um
tizipiert und zahldiese Position wiereiche Design-Wins
der zu erlangen. InSumit Sadana ist Senior Vice
erzielen konnte. In
teressanter ist die
President of Strategy and
China selbst sieht Business Development bei Konzentration auf
sich Freescale gut Freescale
ertragsstarke Propositioniert, da
dukte. Firmenkäuman in allen Punkten der Wertfe schließt er aus, hält aber den
schöpfungskette engagiert ist.
Zukauf von IP, über die das Un„Wir weiten dort auf allen Ebeternehmen nicht verfügt für
nen unsere Aktivitäten aus“, unsinnvoll. „Freescale ist nach wie
terstreicht Sumit Sadana das Envor eine der profitabelsten Firgagement.
men der Halbleiterwelt. Und wir
Überdurchschnittlich entwickelt
werden weiter wachsen, im Umsich das weltweite Distributisatz und im Ertrag“, betonte Suonsgeschäft, ein Resultat bereits
mit Sadana. Es verbleiben also
seit zwei Jahren laufender Innoch einige Jahre unter dem
vestitionen, z. B. in zusätzliche
Dach der Investoren, um das UnVertriebsmitarbeiter und FAEs.
ternehmen weiter zu repositioInvestiert wurde auch in die Entnieren, also noch wertvoller zu
wicklung und Fertigung von Anamachen, so wertvoll, das auch
log- und Sensor- Bauelementen
wieder ein IPO in Betracht komu.a. fürs Powermanagement und
men könnte.
die Batterieladetechnik. Ende des
( jj)
10
aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
Seite 11
DVB-H und 3G/GSM:
Störung programmiert?
Nachdem zur Fußball-WM 2006
der DVB-H-Hype zum Fernsehschauen auf dem Handy angeheizt worden war, wurde es
schnell wieder still. Dabei gibt
es noch einige technische Probleme zu lösen: „Die Herausforderung beim Handy-TV besteht
darin,dass diese Breitband-Dienste eben keine Datendienste mit
größeren Kanälen sind und dass
der Empfang von Videos eben
anders abläuft als der Empfang
von Sprachsignalen“, erläuterte
Phil Spruce, Mobile TV Marketing Manager bei Microtune im
Gespräch mit elektronik industrie.„Ohne sehr sorgfältiges Design wird ein TV-Handy beim
Fernsehempfang
unter realen Bedingungen versagen.“ Und wenn
sich erst einmal
herumsprechen
sollte, dass DVB-H
nicht richtig funktioniert,dann steigt
der notwendige
Marketingaufwand
schlagartig um eine
Zehnerpotenz, weil
dann das Vertrauen der Konsumenten stark beschädigt ist.
„Handy-TV steckt noch in der Entwicklung und vor dem Test in
einer echten Mobil(funk)-Umgebung ist es schwierig vorauszusagen, ob ein Gerät überhaupt
gut funktioniert“, führt Phil
Spruce weiter aus.„Die Industrie
muss etwas enger zusammenarbeiten, um die entsprechende
Interoperabilität zu erreichen,
weil es hier kein Standardisierungskomitte wie bei GSM gibt.
Wenn wir keine Interoperabilitäts-Tests haben, dann verzögert
sich der Betriebsbeginn bei den
Handy-TV-Anbietern und das
führt zu Verzögerungen bei den
kommerziellen Diensten.“
Eine der größten Herausforderungen beim Handy-TV ist die
Tatsache, dass der GSM-Transmitter unmittelbar neben dem
TV-Teil platziert ist.Während GSM
eine Bandbreite von 20 MHz
nutzt, benötigt das Handy-TV
400 MHz. In der Praxis bedeutet
das, dass ein viel breiteres Frequenzband gegenüber Störungen anfällig ist, so dass beispielsweise
bereits
eine
ankommende SMS das Fernsehsignal stören kann.
Phil Spruce: „Das Problem besteht darin, dass hier zwei Branchen zusammenkommen und
dass die GSM-Industrie nicht die
immensen Auswirkungen des
PAs, also des HFLeistungsverstärkers, auf den TV-Teil
versteht.In der DVBH-Spezifikation ist
nirgendwo etwas zu
diesem Thema vermerkt, und das ist
eine Zeitbombe.
Wenn der Tuner nur
gemäß DVB-H-Spezifikation entwickelt
wurde, dann wird er
sofort ausfallen, wenn der PA sich
einschaltet, so dass es zu Pixelbildern kommt, weil der Empfänger in die Sättigung geht.“
Mit seinen Warnungen verfolgt
Phil Spruce natürlich auch ein
kommerzielles Ziel, denn Microtune hat mit der ClearTune-Technologie eine entsprechende DVBT-Lösung entwickelt. „Während
bei herkömmlichen Empfängern
während des PA-Betriebs die Performance um 9 bis 20 dB sinkt,
gibt es bei ClearTune keinerlei
Verschlechterung. Neben einer
besseren Bildqualität sinken so
auch die Kosten für die Infrastruktur, weil weniger Sendemasten aufgestellt werden müssen.“
(av)
Sicherheitsrelais
mit zwangsgeführten Kontakten
OA 5621 / OA 5622:
Höchste Schaltsicherheit und Zuverlässigkeit auf kleinster Grundfläche
Ihr Vorteil: Für jede Sicherheitsanwendung die passende Lösung
• Einfachkontakte (AgNi, AgSnO2, Gold)
• Doppelkontakte
• Mischbestückung: Freie Definition aller
Kontaktmaterialien und -formen
Typische Anwendungen
• Aufzüge, Fahrtreppen
• Bahn- und Signaltechnik
• Sicherheitsschaltgeräte, z. B. für Not-Aus
• Sicherheitssteuerungen
Merkmale
• 4/6 Kontakte (OA 5621/22)
• Dauerströme Ith bis 8 A
• doppelte und verstärkte Isolierung
• Luft- und Kriechstrecken > 7 mm
• nur 15,5 mm Bauhöhe
• TÜV- und UL-Zulassungen vorhanden
Mit DOLD schalten Sie sicher.
Fordern Sie weitere Informationen an.
E. DOLD & SÖHNE KG
Bregstraße 18 • D-78120 Furtwangen
Telefon 07723/6540 • Telefax 07723/654356
e-mail [email protected] • www.dold.com
11
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aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
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elektronik industrie-LESER GEWINNEN IMMER
Gewinnen Sie ein Starter-Kit für die V850ES/FX3 μCs mit CAN
spendiert von Gleichmann Electronics im Wert von 116 €
Einen schnellen Einstieg in komplexe CANApplikationen ermöglicht das von NEC
Electronics speziell für die MikrocontrollerSerie V850ES/FX3 entwickelte V850FX3CANIT Starter-Kit. Das von Gleichmann
Electronic für die Leser der elektronik industrie gespendete Evaluation-Board basiert auf einem 100-pin μPD70F3377 mit
512 KB Flash-Speicher. Für
eine schnelle und sichere Programmierung sowie effizientes On Chip-Debugging
steht auf dem Board eine
USB-Schnittstelle zur Verfügung. Zur Anbindung eines NWire Debuggers wie z.B. dem QBV850MINI-EE von NEC Electronics
kann das Board optional zusätzlich mit einem 20poligen Steckverbinder bestückt
werden.
Neben einem LCD-Display und Status-LEDs
ist das Starter-Kit bereits mit LIN- und
CAN-Transceivern ausgestattet. Den CANNetzwerkbetrieb
Einsendeschluss
30.12.2007
ermöglichen
zwei auf dem
Board integrierte CAN-Sender-Empfängerbausteine.
Das V850FX3-CANIT Starter-Kit unterstützt die Software-Entwicklungswerkzeuge von IAR und Greenhills. Eine 16 KB
große,im Code-Umfang limitierte IAR-Version liegt dem Toolkit bei.Per Download via
Internet wird zudem von NEC eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen angeboten.
Um das Starter-Kit zu gewinnen, besuchen Sie die unten genannte Website bis
zum 30.12.2007.
Viel Glück wünscht die Redaktion!
˘ NEC Electronics Europe
Teilnahme am Gewinnspiel unter www.elektronik-industrie.de
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infoDIRECT402ei1007
11.09.2007 12:08:55 Uhr
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19.09.2007
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< AKTUELL
elektronik industrie-LESER GEWINNEN IMMER
Gewinnen Sie eines von drei NCP1351 Netz-Adapter Evaluation Boards
gespendet von On Semi im Wert von zusammen 240 Euro
Mit dem Netz-Adapter Evaluation Board
kann ein Netzteil 12 V / 2 A Netzteil mit
dem PWM-Controller NCP1351 aufgebaut
werden. Der NCP1351 ist ein PWM-Controller mit fester On-time und variabler Offtime. Der Adapter hat eine sehr geringe
Standby-Leistungsaufnahme von 90 mW
bei 230 VAC und zeigt ein gutes EMV-Verhalten.
Das Design ist ausgelegt für
folgende Spezifikationen:
˘ Eingangsspannung:
90 VAC ... 265 VAC
˘ Ausgangsspannung:
12 V @ 2 A
˘ Auto-recovery Kurzschluss-Schutz
˘ Standby Power: < 90 mW
˘ Startup Verzögerung: < 3 s
Die maximale Schaltfrequenz ist auf
65 kHz festgesetzt.
Der Converter arbeitet im DCM-Mode
(Betrieb mit lückendem Strom), was
den Einsatz kleinerer Transformatoren
verglichen zum CCM-Mode (Betrieb
Einsendeschluss
30.12.2007
mit nicht
lückendem
Strom) ermöglicht. Er verhält
sich wie ein System erster Ordnung und ist einfach zu stabilisieren. Das Evaluation-Board ist eine
gute Möglichkeit sich mit den Eigenschaften des NCP1351 vertraut zu machen.
Um es zu gewinnen, besuchen Sie die unten genannte Website bis zum
30.12.2007.
Viel Glück wünscht
die Redaktion!
˘ On Semiconducor
Teilnahme am Gewinnspiel unter www.elektronik-industrie.de
infoDIRECT403ei1007
Unser Anspruch ist es, Ihnen neue Technologien und Produkte anwenderfreundlich, auf qualitativ höchstem
Niveau und kostengünstig in eigener Entwicklung, Herstellung und Wartung anzubieten.
Mit dieser Strategie sind wir seit 21 Jahren erfolgreich auf dem Markt tätig. Zu unserem Kundenkreis zählen alle
großen Hersteller sowie über 1000 kleine und mittlere Ingenieurbüros der Automatisierung.
Wir agieren international und sind weltweit mit eigenen Niederlassungen vertreten.
Als inhabergeführtes, mittelständiges Unternehmen haben wir die richtige Größe, um uns langfristig die
wirtschaftliche Unabhängigkeit zu sichern und geben somit unserer visionären
Strategie den Vorzug, anstatt einem kurzfristigen Profit.
Denn seit 1986 tun wir vor allem eines:
Über uns hinauswachsen!
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11.09.2007 12:09:22 Uhr
aktuell
19.09.2007
15:03 Uhr
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Viele Neuheiten und Konzepte bei den Zulieferern
IAA 2007: Mit grünem Anstrich
Elektronik industrie besuchte auf der Internationalen Automobilausstellung (IAA) 2007
die zahlreich vorhandenen Zuliefer, die mit
vielen Neuheiten bei Produkten und Konzepten aufwarteten.
Das alles beherrschende Thema der IAA 2007
war ganz klar die Senkung der CO2-Emissionen, aber bekanntlich gibt es zwischen Theorie (Senkung des CO2-Ausstoßes auf 120 g/km)
und Praxis (Emissionswerte der IAA-Neuvorstellungen) noch einige Abweichungen. Die
Zulieferer stellten dabei interessante Lösungen, Konzepte und Ansätze vor, mit denen die
Emissionen sinken können.
˘ AUTOR
Alfred Vollmer,
Redaktion
Leichtere Fahrzeuge
Hybridantriebe
So setzt Delphi mit seinem EVE-Konzept (Engineering Vehicle Electric/Electronic) nicht
nur auf Feature-Innovationen sondern ganz
bewusst auf eine signifikante Senkung des
Fahrzeuggewichts (siehe auch Titelstory der
AUTOMOBIL ELEKTRONIK Oktober 2007).
Das Dauerschlagwort im Rahmen der Emissionsreduzierung war sicherlich das Wort
„Hybrid“ – auch als Light Hybrid, bei dem
eine größere, klassisch per Riemen angebundene Anlasser-Generator-Kombination
im Start/Stop-Betrieb unterstützend eingreift und so das Drehmoment beim Anfahren spürbar erhöht.
Continental Automotive Systems präsentierte hierzu ein Baukasten-Konzept, das den
Energiespeicher in Form einer Hochleistungsbatterie, einen Spannungswandler zur
Versorgung des 14-V-Bordnetzes, einen Elektromotor und den Wechselrichter für unterschiedliche Leistungsklassen enthält. Aus
diesen Komponenten lassen sich skalierbare
Hybridsysteme mit elektrischen Zusatzleistungen bis über 150 kW bilden. Dabei setzt
Continental einen besonderen Schwerpunkt
auf die Reduktion des Bauvolumens für die
Leistungselektronik der Hybridfahrzeuge.
Downsizing
Die Experten bei Siemens-VDO sehen schon für
die nächste Generation einen „Trend in Richtung Downsizing“, bei dem beispielsweise der
Motor statt vier nur drei Zylinder hat,aber dennoch die gleiche Leistung bietet. Dank Direkteinspritzung und Turbolader mit der entsprechenden Sensorik,Steuerung und Aktorik aus dem
Hause Siemens-VDO sollen dann beispielsweise die Autos der 100-kW-Klasse anstelle eines 2bis 2,3-Liter-Motors „nur“ einen 1,5-l-Motor enthalten und damit etwa 15 % niedrigere Werte bei
Kraftstoffverbrauch bzw. CO2-Emission aufweisen sowie gleichbleibenden Fahrspaß.
Unser netX:
Ein hochintegrierter Netzwerk-Controller mit einer völlig neuen Systemarchitektur. Mit
seinen intelligenten Kommunikations-ALUs realisiert er vom Feldbus bis zum
Real-Time-Ethernet alles in einem Chip.
Unsere Kommunikationslösung:
Kein anderer Anbieter auf dem Markt kann Ihnen dieses Portfolio an Lösungen anbieten. Unsere
Produkte werden vom Barcode-Reader bis zur SPS in den unterschiedlichsten Automatisierungsgeräten eingesetzt. Darunter fallen kritische Anwendungen wie die Kommunikation
zwischen Robotern im Automobilbau genauso wie flexible Handhabungssysteme.
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11.09.2007 12:09:46 Uhr
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19.09.2007
15:04 Uhr
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Bild 1: Das Intelligent Tire System (ITS) benötigt keine Batterie, denn ein Pieozoelement versorgt das Sensormodul mit Energie.
Grafik: Siemens VDO Automotive
Johnson Controls hat sich in seinem Konzeptfahrzeug für eine Lithium-Ionen-Batterie entschieden, wobei dieses Fahrzeug mit
seiner 7-kWh-Batterie im rein elektrischen
Betrieb eine Reichweite von über 30 km ermöglicht. Erst danach schaltet sich der Verbrennungsmotor ein, der für den Vortrieb
sorgt und die Batterie wieder auflädt.
Sicherheit
Praktisch alle großen Anbieter von Elektronik-Systemen für das Automobil boten
Radar- bzw. Lidar-Sensoren an, die dann
zum Teil nicht nur für die reine aktive Si-
cherheits-Funktionalität genutzt werden.
Siemens VDO vernetzt die Fahrerassistenzsysteme mit den aktiven und passiven Sicherheitssystemen.Dabei liefert beispielsweise ein
modularer kompakter Sensor (LiCam), in dem
eine CMOS-Kamera und ein Lidar-Sensor kombiniert sind,Informationen zum Umfeld.In allen Phasen der Fahrt agieren und reagieren
die Systeme aufeinander abgestimmt,aber individuell an die jeweilige Situation angepasst
– vom normalen Fahrbetrieb (Phase 1,pro.pilot,
Komfortfunktionen wie ACC, LDW) über das
erkennen kritischer Fahrsituationen (Phase 2),
die dritte Phase (z. B.reversible Gurtstraffer aktivieren, Sitze gerade stellen) einer hohen Unfallwahrscheinlichkeit und die vierte Phase
(preCRASH,z. B.automatischer Bremseingriff)
vor einem unvermeidbaren Unfallereignis bis
zur fünften,unfallbegleitenden Phase (Airbags
etc.) reicht, wobei die sechste Phase (automatischer Notruf) erst nach dem Unfall eintritt.
< AKTUELL
System) Komfort- oder Sicherheitsmerkmale bieten. Siemens VDO entwickelt derzeit die
nächste TPMS-Generation namens ITS (Intelligent Tire System). Anstelle der bisher
üblichen Batterie versorgt dabei ein Piezoelement das Sensorsystem im Reifen mit
elektrischer Energie. IST soll ab 2011 serienreif sein und wird direkt im Reifen platziert
(Bild 1).
Bereits Ende 2009 soll die neue, direkt messende TPMS-Generation von Continental in
Serie gehen. Das 9 g leichte Sensormodul
zur Erfassung von Fülldruck und Temperatur
ist dabei nicht mehr an der Felge mit dem
Ventil verbunden, sondern es wird auf der Innenseite des Reifens eingeklebt.
˘
TPMS
Je nach Situation kann ein Reifendruck-Kontrollsystem (TPMS,Tire Pressure Monitoreing
infoDIRECT
321ei1007
˘ Link zu Delphi
321ei1007
˘ Link zu Siemens VDO 322ei1007
˘ Link zu Continental
323ei1007
˘ Link zu Johnson Controls
324ei1007
Unser Team:
Hilscher entwickelt neue Kommunikationsmodule in enger Zusammenarbeit mit
dem Kunden. Von uns können Sie einen Service erwarten, der von der Beratung,
Entwicklung bis hin zur Fertigung und Auslieferung mit Kundenlabel und kundenspezifischer Verpackung reicht. Denn nur so lassen sich Synergien optimal nutzen.
Referenzen:
• ABB STOTZ-KONTAKT GmbH • Bernecker + Rainer Industrie Elektronik Ges.m.b.H.
• Bosch Rexroth AG • ECKELMANN AG • EISENMANN AG • Beckhoff Automation GmbH
• Elektronik-Systeme LAUER GmbH & Co. KG • Festo AG & Co. KG
• IBHsoftec Gesellschaft für Automatisierungstechnik mbH • INA-Schaeffler KG
• KUKA ProTec GmbH • Phoenix Contact Electronics GmbH • Pilz GmbH & Co. KG
• Schneider Electric GmbH • Sick AG • WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG
• und viele weitere....
Teamwork:
In enger Zusammenarbeit mit ABB
entwickelt und fertigt Hilscher die
Kommunikationsbaugruppen
der skalierbaren SPS AC500.
Mehr Infos bekommen Sie unter www.hilscher.com
oder auf der SPS/IPC/DRIVES 2007 in Halle 6, Stand 6-328
www.hilscher.com
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[email protected]
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aktuell
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Seite 16
Wird APIX neuer Standard?
Automotive Pixel Link erstmals
in Controller integriert
Im Jahr 2006 hat Inova Semiconductors sein Portfolio um den
APIX (Automotive Pixel Link), erweitert. Eine System-Lösung, die
speziell für die Anforderungen
moderner digitaler Video-Anwendungen im Fahrzeug entwickelt wurde. Der APIX-Link erfüllt
u. a. höchste Ansprüche hinsichtlich des EMV-Verhaltens und
kann so mehrfach im Fahrzeug
eingesetzt werden,wobei digitale
Videosignale unkomprimiert mit
einer Bandbreite von bis zu
1 Gbit/s über ein einziges Kupfer-Adernpaar übertragen werden. Einstellbare Vorverzerrung
(Pre-Emphase) und Ausgangsstrom machen es dabei möglich,
die Ausgangsleistung optimal
an das eingesetzte Kupferkabel
und die jeweilige Entfernungen
– weniger als ein bis zu über
15 Meter – optimal anzupassen
(Bild 1). Wie schon der GigaSTaR
DDL-Link, verfügt auch der APIXLink über integrierte, full-duplex
Seitenbandkanäle,über die neben
dem eigentlichen Videosignal
mit bis zu 1 Gbit/s zusätzlich
Steuerdaten mit bis zu 18 Mbit/s
in beide Richtungen übertragen
werden können. So können z. B.
für eine abgesetzte Kamera,durch
die im Rückspiegel neben den Pixeldaten auch die Signale für die
I2C Ansteuerung und sogar die
Versorgungsspannung über ein
dünnes Kupferkabel mit nur zwei
Leitungspaaren übertragen werden. Neben dem modularen
APIX-Design, das in Standard
180/90 nm CMOS-Technologien
portiert werden kann, bietet Ino-
_EI_06_45427.indd 1
va Semiconductors eine offene,
nichtexklusive Lizenz an. Durch
Standardisierung des Physical
Layers und eines zusätzlichen
Protokoll Layers wird die volle Interoperabiliität zwischen Produkten verschiedener Hersteller
aber auch zu den bestehenden
diskreten APIX-Produkten sichergestellt.
Fujitsu Microelectronics Europe
(FME) präsentiert nun sein Konzept einer neuen Controller-Architektur für Automotive-Anwendungen, in der die serielle
Gigabit-Schnittstelle APIX von
Inova Semiconductors erstmals
integriert wird, die in dieser Form
einen neuen, offenen Standard
darstellt. Dadurch entsteht eine
leistungsfähige und offene Systemplattform für die Übertragung von Bild- und Peripheriedaten, die den Anforderungen
moderner Display- und Kameraanwendungen in Fahrzeugen
entspricht. Fujitsu wird als erster
Halbleiterhersteller diese Gigabit-Schnittstelle in seine MCUs
(Mikrocontroller) und GDCs (Grafikdisplaycontroller) integrieren
(Bild 2).
Moderne Fahrzeuge verfügen
heute im Allgemeinen über
mehrere Displays zur Navigation, Information und Unterhaltung. Im letzten Jahrzehnt haben
sich diese Displays von QVGAAnalog-Format über digitale Displays zu den hochauflösenden
Mittelkonsolen-Displays weiterentwickelt. In den kommenden Jahren werden auch neue
Dual-View Displays eingeführt
werden.
Die Übertragung von Multimediadaten mit immer höherer Auflösung, Farbtiefe und
Brillanz wird jedoch durch
den hohen Bandbreitenbedarf
und die höhere Anzahl von Dis-
Bild 1: Der APIX-Link überträgt digitale Videosignale unkomprimiert mit
einer Bandbreite von bis zu 1 Gbit/s über ein einziges Cu-Adernpaar. Er bietet zusätzlich full-duplex Seitenbandkanäle,über die zusätzlich Steuerdaten
mit bis zu 18 Mbit/s in beide Richtungen übertragen werden können.
Bild 2: Mögliche Applikation von APIX unter Verwendung der Seitenbandkanäle integriert in eine Controllerlösung von Fujitsu. Die APIXLösung eignet sich für ein breites Spektrum von Anwendungen, darunter
Navigation, HUD (Head-up Display) sowie Video-Unterhaltung (einschließlich DVD-Player), aber auch für Nachtsicht- oder Rückfahrkameras.
Bild 3:Robert Kraus,Mitgründer und
Geschäftführender Gesellschafter
der Inova Semiconductors:„Die speziellen Eigenschaften der GigaSTaR-Produkte,digitale Bilddaten sicher
und störungsfrei seriell zu übertragen, haben zu einer weiten Verbreitung der Technologie in industriellen Anwendungen geführt. Mit
APIX steht diese Technologie jetzt
auch für das Auto zur Verfügung.“
Bild 4: Brendan McKearney, Vice
President, Sales and Supply Chain
bei Fujitsu Microelectronics Europe
(FME):„Wir sind der erste Hersteller von Automotive Microcontrollern und Grafikprozessoren, der die
APIX Schnittstelle in seine Controller Architekturen integrieren
wird, um die Funktionalität und
Vielseitigkeit seiner Produkte zu
erweitern“.
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plays im Fahrzeug zunehmend problematisch.
Die APIX-Lösung eignet sich für ein breites
Spektrum von Anwendungen, darunter Navigation,HUD (Head-up Display) sowie VideoUnterhaltung (einschließlich DVD-Player),
aber auch für Nachtsicht- oder Rückfahrkameras. Sie lässt sich darüber hinaus problemlos erweitern.
Durch die Integration in die Mikrocontroller
und Graphikcontroller von FME entsteht eine
innovative und offene Systemplattform, die
zu höherer Leistungsfähigkeit und niedrigen Implementierungskosten führt.
Die bereits vorhandenen Microcontrollerund Graphikcontroller-Familien von FME wurden um ein weites Protokollspektrum herum
entwickelt; sie verwenden Bus-Topologien
wie LIN, CAN, FlexRay, MOST und IDB1394.
Einfache Protokolle sind in die 16-Bit-MCUs des
< AKTUELL
Unternehmens integriert, während HighEnd-Protokolle in 32-Bit-MCUs eingesetzt
werden. FME plant jetzt die Einbindung der
APIX-Technologie von Inova in ihre künftige
Familie von 32-Bit-MCUs und GDCs. Dadurch
kann das Unternehmen seinen Kunden eine
umfassende Produktpalette von Netzwerklösungen fürs Automobil anbieten, um so
ein breites Spektrum von fahrzeuginternen Anwendungen abzudecken.
(sb)
˘
infoDIRECT
Fragen Sie sich nicht, ob wir es haben!
Die Schuricht Komplettvielfalt
408ei1007
˘ Link zu Fujitsu Microelectronics
Europe GmbH
˘
infoDIRECT
409ei1007
˘ Link zu Inova Semiconductor
Im Juni stabil auf hohem Niveau
Deutscher Leiterplattenmarkt
Im Juni 2007 waren die Umsätze der Leiterplattenhersteller in Deutschland 2 % höher als
im Mai. Sie erreichten damit die gleiche Höhe
wie im Vorjahr, berichten der Verband der
Leiterplattenindustrie und der Fachverband
Electronic Components and Systems im ZVEI
– Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. Auch kumuliert seien die
Umsätze der ersten beiden Halbjahre gleich
geblieben. Der Auftragseingang im Juni erreichte im Vergleich zum Vormonat nur 83 %,
gegenüber Juni 2006 88 %. Insgesamt sind damit im 1. Halbjahr 2007 sieben Prozent weniger Aufträge erteilt worden als im Vorjahr.
Die langjährige Entwicklung ist nach Bewertung des Verbands dennoch positiv.
Das seit der Jahrtausendwende hohe Niveau
wurde gehalten. Sowohl die
durchschnittlichen Monatswerte als auch
die kumulierten
SechsmonatsWerte wurden im
Juni übertroffen.
Die Entwicklung
von Umsatz und
Auftragseingang
belegen, dass die
starke Abwanderung von Bestellungen in so
genannte Billigländer gestoppt wurde. Als
Gründe dafür werden durchgängig bessere
Qualität,Termintreue und Lieferzuverlässigkeit in Deutschland genannt. Die Book-toBill-Ratio ging nach den beiden guten vorangegangenen Monaten zurück auf 0,90.
Der kumulierte Wert im 2. Quartal 2007 lag
noch bei 1,02. Die gute Nachfrage wird durch
eine leicht steigende Mitarbeiterzahl gespiegelt. Sie erreicht ein Niveau wie zuletzt
im Juni 2001.
˘
infoDIRECT
583ei1007
˘ Link zu ZVEI e.V.
www.schuricht.de . [email protected]
0180 - 5 22 34 35 *
17
* 0,14 EURO pro Minute (Tarif der Deutschen Telekom AG)
aktuell
19.09.2007
15:04 Uhr
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Analog Devices und Audi
Blackfin- und Shark-DSPs machen die Musik im Audi A5 Coupe
Bild 1: ADIs Blackfin- und SHARC-Prozessoren sorgen im hochwertigen Unterhaltungssystem im Fahrzeuginnenraum des neuen Audi A5 Coupés für
guten Klang.
(Alle Bilder: Audi AG)
Analog Devices gab bekannt,
dass sich die Audi AG für den
Einsatz von ADIs Blackfin- und
SHARC-Prozessoren entschieden hat und diese in hochwertigen Unterhaltungssystemen
für den Fahrzeuginnenraum des
neuen Audi A5 Coupés einsetzen
wird. Bei dem neuen Modell der
Luxusklasse will Audi seinen
Kunden mit Hilfe modernster
Elektronikfunktionen ein völlig
neues Fahrerlebnis ermöglichen
und sich so vom Wettbewerb
unterscheiden. Der neue A5
nutzt die Leistung von ADIs DSPTechnologien und enthält unter
anderem die Digitalradios Audi
Symphony und Concert, eine
DAB-Option (Digital Audio
Broadcast), einen SechsfachCD-Wechsler mit MP3 Player
Optionen sowie ein Multi-
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18
Media-Device-Interface für den
Anschluss an individuelle Media-Player. ADI-Prozessoren
übernehmen sämtliche AudioDekodier- und Verarbeitungsfunktionen, die Verarbeitung
von Kommunikationsprotokollen sowie die Steuerungen für
die äußerst intuitive graphische
Benutzeroberfläche des neuen
Audi.
Peter Kohlschmidt, Director Wireless, Acoustics, Connectivity,
Audi AG: „Der Blackfin-Prozessor und weitere Technologien
von ADI ermöglichten uns die Integration wettbewerbsfähiger
Funktionen, mit denen sich unser neues Fahrzeug vom Wettbewerb unterscheidet, die Positionierung unserer Marke
verbessert und unser unnachgiebiges Streben nach dem perfekten Fahrerlebnis weitere Dynamik erhält.“
Die Blackfin-Prozessormodelle
ADSP-BF539 und ADSP-BF532
kommen im Audi A5 als Kernstück des Radios und MP3-kompatiblen Sechsfach-CD-Wechslers zum Einsatz. Entsprechend
seiner hohen Musikqualität
trägt das Gerät den Namen Audi
Symphony/Concert Radio. Ein
weiterer Blackfin-Prozessor, das
Modell ADSP-BF532, bildet im
Audi A5 das Herz des Music Interface. Dieses integriert tragbare Media-Player wie den iPod
von Apple und ermöglicht die
11.09.2007 14:38:07 U
Darstellung des Display-Inhalts
auf dem Bildschirm des Armaturenbretts sowie die einfache
Steuerung auch über Bedienelemente im Lenkrad. Ein als
Option verfügbarer SurroundSound-Verstärker von Bang &
Olufsen (B&O) ermöglicht die
Wiedergabe von Musik in höchster Qualität und basiert auf dem
SHARC-Prozessormodell ADSP21362 von Analog Devices.
Darüber hinaus runden verschiedene Bauteile zur Verarbeitung von Analogsignalen das
8bit-A/D-Wandler AD9280 mit
32MSample/s und nur einer Versorgungsspannung sowie den
Präzisions-Batterieüberwachungssensor ADuC7032, eine
komplette Systemlösung zur
Überwachung der Batterie für
Automotive-Anwendungen mit
12 V.
„Indem sich Audi auf das gesamte Fahrerlebnis konzentriert,
etabliert das Unternehmen eine
neue Art des Wettbewerbsvorteils, der nur durch die Einbindung modernster Elektronik-
Bild 2: Weitere Analog Devices Produkten im neuen Audi A5 sind neben
den DSPs der Supervisory-Schaltkreis ADM6319, der Spannungspegel
und die Integrität bei der Ausführung von Code im Mikroprozessorsystem überwacht, sowie der 8bit-SAR-ADC AD7478, der nur wenig Strom verbraucht. Außerdem der 8bit-ADC AD9280 mit 32 MSample/s und nur
einer Versorgungsspannung sowie der Präzisions-Batterieüberwachungssensor ADuC7032 für 12 V.
Portfolio von Analog Devices
Produkten im neuen Fahrzeug
von Audi ab. Dazu gehören
ADIs Supervisory-Schaltkreis
ADM6319, der Spannungspegel
und die Integrität bei der Ausführung von Code in Mikroprozessorsystemen überwacht, sowie der 8bit-SAR-A/D-Wandler
AD7478, der nur wenig Strom
verbraucht. Außerdem enthält
das neue Audi Fahrzeug den
˘
bauteile erzielt werden kann,“
so Mark Gill, Director Automotive Infotainment Products, Analog Devices. „Unsere Blackfinund SHARC-Prozessoren sind
die Grundlagen für eine solche
visionäre Denkweise und helfen Fahrzeugherstellern, den
Mehrwert moderner Audio-, Video-, Navigations- und DisplayFunktionen voll auszuschöpfen.“
(sb)
infoDIRECT www.elektronik-industrie.de
424ei1007
˘ Link zu Analog Devices
aktuell
19.09.2007
15:04 Uhr
Seite 19
< AKTUELL
NEC und Vector
Kompletter Software-Stack für AUTOSAR
NEC Electronics Europe und Vector Informatik bringen einen kompletten AUTOSARSoftware-Stack für die Mikrocontroller
V850ES/Fx3 und den Mikrocontroller
V850E/PHO3 von NEC Electronics auf den
Markt. Beide Mikrocontroller basieren auf
dem 32-bit-CPU-Core V850.
Die Software MCAL (Microcontroller Abstraction Layer) von NEC Electronics enthält
sämtliche Device-Treibermodule für AUTOSAR sowie die entsprechenden InterfaceModule. MCAL wurde mit Hilfe der besten
verfügbaren Software-Prozesse entwickelt,
die nach CMMI Level 5 und SPICE Level 3
zertifiziert sind.
Vector Informatik integriert diese DeviceTreibermodule in ihre AUTOSAR-Lösung, die
aus der gesamten Basis-Software vom Betriebssystem über das Speicher-Manage-
Denken Sie nicht an Engpässe!
ment bis zu den Kommunikations-Modulen
besteht. Auch die Möglichkeit zur Integration von Third-Party-Elementen ist bei der
„MICROSAR Configuration Suite“ gegeben.
Ständige Überprüfungen (Cross-Checks) und
Validierungen während des Entwicklungsprozesses garantieren, dass die Integration
ohne Qualitätsverluste vonstatten geht.
Im Rahmen der gemeinsame AUTOSARLösung von NEC und Vector gibt es ein
nahtloses System mit koordinierten BasisSoftware-Modulen, die für die Mikrocontroller-Hardware optimiert sind.
Die ersten Fahrzeughersteller planen, die AUTOSAR-Software als Standard für Fahrzeugplattformen einzusetzen, deren Massenproduktion etwa im Jahr 2010 anläuft. Durch
die Kombination der AUTOSAR-Basis-Software und der Laufzeitumgebung RTE (RunTime Environment) von Vector Informatik
mit der Software MCAL von NEC Electronics
verbinden sich Hardware- und SoftwareKnow-how. So ist jetzt ein Gesamtprodukt verfügbar, das für die Mikrocontroller von NEC
Electronics optimiert ist.
(av)
˘
infoDIRECT
Der Schuricht 24-Stunden-Lieferservice
393ei1007
˘ Link zu NEC bzw. Vector
Starker Euro drückt auf die Umsatzzahlen
Halbleitermarkt in Deutschland
Der Umsatz mit Halbleitern in Deutschland lag
im August etwas unter dem Vormonat. Gegenüber August 2006 betrug der Rückgang
5 %,nach jeweils (korrigierten) – 4 % gegen den
jeweiligen Vorjahresmonat im Juli und – 3 %
im Juni. Dies meldet der ZVEI-Fachverband
Electronic Components and Systems.„Damit
setzt sich die negative Entwicklung weiter
fort“. Sie sei zu einem Großteil auf den starken Euro zurückzuführen. Eine Änderung sei
derzeit noch nicht abzusehen. Kumuliert lag
der Umsatz in Deutschland in den ersten acht
Monaten des Jahres 2007 noch 3 % unter dem
gleichen Vorjahreszeitraum.
Die Umsätze in Deutschland haben die Mitte des Jahres 2006 begonnene Konsolidierung mit einem darauf folgenden Aufwärts-
trend im Jahr 2007 nicht wiederholt. Die bereits zurückgenommenen Erwartungen an
das Marktwachstum bis Jahresende 2007
schwinden damit noch weiter, so der ZVEI.
Selbst eine schwarze Null sei nur noch unter
sehr günstigen Umständen zu erreichen.
Die Auftragseingänge im August zogen dagegen gegenüber Juli 2007 leicht an, liegen
aber immer noch 9 % unter Juli 2006. Die
Book-to-Bill-Ratio lag im vergangenen Monat mit 1,01 erstmals nach sechs Monaten
wieder über 1,00.
˘
infoDIRECT
582ei1007
0180 - 5 22 34 35 *
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aktuell
19.09.2007
15:04 Uhr
Seite 20
APPLIKATIONEN IM INTERNET >
Beachten Sie auch unseren Application-Guide: www.elektronik-industrie.de/ag/
Dieser Online-Service der elektronik industrie zeigt den Weg zu interessanten
Applikationsschriften, die vor allem von
Halbleiterherstellern angeboten werden.
Wir drucken hier eine Zusammenfassung,
die komplette Applikationsschrift können
Sie direkt über die jeweilige infoDIRECTAdresse abrufen von www.elektronikindustrie.de
˙
˙
TECHNIKSZENE
TECHNIKSZENE
Applikation: WiMAX-Empfänger
Applikation: Industrial Wireless
Zweifach-Abwärtsumsetzer ZF-Sampling Design
Drahtlos vom Sensor bis ins Netzwerk
Phoenix Contact zeigt auf 34
Seiten in Deutsch die generellen Möglichkeiten des Einsatzes
der Funktechnik im Industriebereich und geht dann auf die
Produkte der Firma und ihre
technischen Daten und Merkmale ein. Betrachtet werden
Trusted Wireless, Bluetooth,
WLAN und GSM/GPRS.
Acht Seiten in Englisch widmen E.Newman und C.Masse von AD dem
Design eines IF Sampling Empfängers für den Einsatz im WCS-Band
(2,3 … 2,36 GHz) und im ISM-Band (2,4 … 2,48 GHz). Er ist ausgelegt
für OFDM nach IEEE 802.16 kann aber für andere Bänder wie WiBro
oder andere zellulare Standards modifiziert werden.
˘ infoDIRECT
410ei1007
˘ infoDIRECT
˘ AD
411ei1007
˘ Phoenix Contact
˙
˙
TECHNIKSZENE
TECHNIKSZENE
Applikation: NF-Verstärker
Applikation: Z-Wave Homenetzwerk
Noise, TDMA Noise und Suppression Techniques
Was der Standard beinhaltet
Auf sechs Seiten in Englisch beschreibt A.Soriano von National Semiconductor im Detail die Begriffe Noise und TDMA Noise.Diese unerwünschten Größen stören das Nutzsignal, sollten so gering wie
möglich sein und bereits beim Design berücksichtigt werden. Die
Applikationsschrift zeigt auch Techniken zur Unterdrückung der
Störgrößen.
Z-Wave ist eine bewährte und interoperabel arbeitende „Wireless
Mesh Network“ Technologie, mit der ein großer Teil von Geräten
aus dem Home-Bereich miteinander kommunizieren kann. Sie
arbeitet im 868-MHz-ISMBand mit GFSK-Modulation
und Übertragungsraten von
9 600 bit/s oder 40 kbit/s.Details gibt es auf zwei Seiten in
Englisch von Zensys/MEV.
˘ infoDIRECT
˘ National Semiconductor
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412ei1007
˘ infoDIRECT
413ei1007
˘ MEV
aktuell
19.09.2007
15:04 Uhr
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< AKTUELL
42 Mio. US-Dollar cash
Cirrus Logic kauft Apex Microtechnology
Cirrus Logic,ein Entwickler hochpräziser analoger,
Mixed-Signal- und Embedded-ICs,hat eine Vereinbarung zur Übernahme der Apex Microtechnology unterzeichnet.Der Umfang der bar
erfolgenden Transaktion beträgt 42 Millionen
US-Dollar.Das 1980 gegründete Unternehmen
Apex Microtechnology mit Geschäftssitz in
Tucson (Arizona) entwickelt präzise analoge
Leistungsbauteile wie z. B.Pulsbreitenmodulatoren (PWM) und Leistungsverstärker. Diese
Präzisionsverstärker dienen zur Ansteuerung
von Motoren,piezoelektrischen Schaltungen,programmierbaren Stromversorgungen und anderen Einrichtungen,die hohe Leistungen und
präzise Steuerung erfordern. Apex Mi-
Lösen Sie nicht jedes Problem alleine!
crotechnology beschäftigt ca. 90 Mitarbeiter.
Apex erwirtschaftete im vergangenen Jahr
Quartalumsätze von ca. 4 bis 5 Mio. US-Dollar
mit Rohmargen,die den allgemeinen BusinessZielen von Cirrus Logic entsprechen. Die Betriebsausgaben von Apex liegen im Bereich von
1,5 bis 2 Mio.US-Dollar pro Quartal.Cirrus Logic
erwartet,dass das übernommene Unternehmen
ab dem dritten Quartal des Geschäftsjahres
2008 positiv zum Gewinn beiträgt.
(jj)
˘
infoDIRECT
Die Technische Beratung von Schuricht
510ei0907
˘ Link zu Cirrus Logic
Kooperationsvertrag
setron mit MOSFETs von AOS
setron und Alpha & Omega Semiconductor
(AOS) gaben den Abschluss eines weitreichenden Kooperationsvertrages bekannt. Danach vertreibt setron ab sofort das gesamte
AOS-Programm, welches aus über 300 verschiedenen MOSFETs, Analog-ICs und TVS-Dioden besteht. setron rundet mit diesem Kooperationsvertrag für das Vertriebsgebiet
Europa nicht nur sein Angebotsspektrum ab,
sondern unterstreicht damit die anerkannte
Kompetenz auf dem Gebiet der Schaltreglerapplikationen und verfolgt dabei zielgerichtet ein „One-Stop“-Konzept: setron bietet nicht nur Bauteile, sondern Workshops,
DesignKits sowie einen direkten und umfassenden Entwicklungssupport auch über Spice-Simulationen an. Mit den MOSFETs von
AOS ist das „alles aus einer Hand“-Konzept vollständig und qualitativ umgesetzt. AOS ist ein
ausgewiesener Spezialist in der Herstellung
von Power-MOSFETs mit extrem niedrigem
RDS (ON) . Die Produkte von AOS sind ab sofort exklusiv über setron zu beziehen.
˘
infoDIRECT
430ei1007
˘ Link zu setron
Umsätze ziehen in Deutschland an
Elektronischen
Baugruppen
Die Umsätze der im ZVEI Fachverband Electronic Components and Systems organisierten Hersteller von Elektronischen Baugruppen
sind im 2. Quartal 2007 gegenüber dem
1. Quartal um 3,9 % gestiegen, obwohl in diesem Zeitraum fünf Arbeitstage weniger zur Verfügung standen. Vom Wachstum profitierten sowohl Inhouse-Hersteller als auch
Electronic Manufacturing Services Provider.Die
Exportquote am Umsatz lag im 2. Quartal bei
20,3 %. Der Auftragseingang der Produzenten Elektronischer Baugruppen überstieg im
2. Quartal auch weiterhin leicht den Umsatz
und wurde vom Binnenmarkt gestützt. Die
Book-to-Bill-Ratio erreichte 1,01 und fiel damit
gegenüber dem 1. Quartal leicht ab.
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584ei1007
0180 - 5 22 34 35 *
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15:05 Uhr
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LEISTUNGSELEKTRONIK > TITELSTORY
Akkus effektiv über den USB-Port laden
Manager für den Leistungspfad
Entwickler von akkubetriebenen Produkten stehen oft vor der Herausforderung, kleine und praktische Geräte zu bauen, die sich schnell aufladen lassen, wenig Verlustleistung erzeugen und USB-kompatibel sind. Hierbei helfen die
PowerPath-Manager-ICs.
Die USB-Technologie hat die Portabilität von
elektronischen Geräten erhöht. Ein Beispiel hierfür sind die persönlichen MediaPlayer. Die explosionsartige Vermehrung herunterladbarer Medieninhalte hat das
Bedürfnis entstehen lassen, diese Daten
vom PC auf das Mobilgerät übertragen zu
können. Mit USB geht diese Übertragung
schneller vonstatten. Es ist auch bequem,
das Gerät über denselben USB-Anschluss
aufzuladen. Allerdings gibt es bei USB einige Beschränkungen bezüglich des Stroms,
wenn der Anschluss zum Laden der Akkus
dieser Geräte verwendet wird.
Digitale und analoge PowerPath-Ladesystem-Topologien in ICs bieten dem Endanwender verschiedene Vorteile wie zum
Beispiel die Fähigkeit, autonom und problemlos verschiedene Eingangsstromquellen und den Akku zu managen und
dem Ladevorgang Strom sowie InstantON-Operation bereitzustellen. Zu ausgewählten ICs von Linear Technology mit
PowerPath-Steuerung zählen der LTC4088,
ein monolithischer Lithium-Ionen/Polymer-Schalt-PowerPath-Manager, und der
LTC3555, ein Baustein mit dreifachem Abwärtsregler und integriertem LDO.
Zentrale Herausforderungen
Häufig bedeutet die Fähigkeit, Akkus über
USB laden zu können, mehr Bequemlichkeit für den Anwender. Doch geht die USBKompatibilität mit USB-Strombeschränkungen einher. Ein USB-basierter Akkulader
muss so viel Strom so effizient wie möglich aus dem USB holen, um die strengen
Platz- und Wärmebeschränkungen heutiger stromhungriger Applikationen einzuhalten.
˘ AUTOR
Steve Knoth ist Product Marketing
Engineer bei Linear Technology
22
Bild 1: Vereinfachte PowerPath-Steuerschaltung
Ein weiteres Problem ist das Stromfluss-Management. Viele aktuelle akkubetriebene
elektronische Geräte können über einen
Netzadapter, den Zigarettenanzünder im
Auto, einen USB-Anschluss oder einen Li-
thium-Ionen/Polymer-Akku
mit Strom versorgt werden.
Allerdings stellt das autonome Management des
Stromflusses zwischen diesen verschiedenen Stromquellen, der Last und dem
Akku eine große technische
Herausforderung dar.Traditionell haben Entwickler versucht, diese Funktion mit
einer Hand voll MOSFETs,
OPVs und anderen diskreten Bauteilen zu gewährleisten,sahen sich aber enormen Herausforderungen
beim Hot-Plugging und hohen Eingangsströmen gegenüber,die große Probleme
hinsichtlich der Systemzuverlässigkeit verursachen
können. Selbst in jüngerer
Zeit benötigten diskrete ICLösungen mehrere Chips,
um eine praktische Lösung
zu implementieren.
Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus sind in
portablen Consumer-Geräten wegen ihrer relativ hohen Energiedichte verbreitet. Sie bieten innerhalb
vorgegebener Größen- und
Gewichtsbeschränkungen
mehr Kapazität als andere verfügbare chemische
Stromspeicher. Da portable
Produkte komplexer werden, wächst auch der Bedarf nach Akkus mit höherer Kapazität, wobei gleichzeitig auch der
Bedarf nach Ladern mit höherer Kapazität
steigt. Größere Akkus benötigen entweder
einen höheren Ladestrom oder zusätzliche
Zeit, um bis zur vollen Kapazität aufgela-
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15:05 Uhr
Seite 23
TITELSTORY
den zu werden. Die meisten Verbraucher
wünschen kürzere Ladezeiten.
Es scheint also eindeutig die Priorität auf
der Erhöhung des Ladestroms zu liegen,
doch geht das Erhöhen des Ladestroms
mit zwei großen Problemen einher: Erstens erzeugt ein höherer Strom bei einem
analogen Lader zusätzliche Verlustleistung
(Wärme), wodurch das typische praktikable Maximum auf 2,3 W gesenkt wird.
Zweitens muss der Lader den Strom, der
dem 5-V-USB-Bus entnommen wird, auf
entweder 100 mA (500 mW) oder 500 mA
(2,5 W) beschränken – je nach Modus, den
der Hostcontroller ausgehandelt hat.
Zusammengefasst bestehen die Hauptherausforderungen für den Systemdesigner unter anderem darin:
˘ den Strom aus dem USB-Anschluss zu
maximieren (2,5 W verfügbar),
˘ den Stromfluss zwischen Eingangsspannungsquellen, dem Akku und der
Last zu verwalten,
˘ Wärme zu vermindern,
˘ Den Wirkungsgrad zu maximieren,
˘ Grundfläche und Profil der Lösung kompakt zu halten.
Ein integriertes Power-Manager-IC löst
diese Schwierigkeiten einfach und leicht.
< LEISTUNGSELEKTRONIK
nungsabfall und die Verlustleistung reduziert.
Der Durchlassspannungsabfall einer idealen Diode ist viel geringer als der einer
herkömmlichen oder Schottky-Diode, und
der Leckstrom kann bei der idealen Diode
ebenfalls kleiner sein. Die winzige Durchlassspannung senkt die Stromverluste und
Selbstaufheizung, was eine längere Batterielaufzeit zur Folge hat (Bild 1).
Akkulader, die mit PowerPath-Controllern
und idealen Dioden ausgestattet sind
(„PowerPath-Manager“), verwalten effizient ein großes Spektrum von Eingangsstromquellen, laden den Akku, versorgen
die Last mit Strom und reduzieren die Verlustleistung – und zwar bei geringem Platzbedarf. PowerPath-Steuerschaltungen gibt
es als analoge oder digitale (Schalt-)Topologien. Beide haben Vorteile für das System.
Analoges System
USB-Systemapplikationen der ersten Generation arbeiteten mit einem Akku- ˘
All the power you need...
re l i a b l e – c o m p a c t – f a s t
PowerPath
Die PowerPath-Steuerung bietet die Fähigkeit, autonom und problemlos den
Stromfluss zwischen verschiedenen Eingangsquellen wie USB, Netzadapter und
Akku zu managen und die Last mit Strom
zu versorgen. Sie macht es möglich, dass
das Endprodukt sofort funktioniert, wenn
es angeschlossen wird – und zwar unabhängig vom Ladezustand des Akkus oder
sogar ohne Akku.Dies wird als „Instant-ON“Betrieb bezeichnet. Ein Gerät mit PowerPath-Steuerung stellt dem Gerät selbst
Strom zur Verfügung und lädt dessen einzelligen Lithium-Ionen/Polymer-Akku über
den VBUS von USB oder einen Netzadapter.
Um zu gewährleisten, dass ein voll geladener Akku frisch bleibt, wenn der Bus angeschlossen ist, lenkt das IC den Strom
durch den USB-Bus an die Last, statt den
Strom aus dem Akku zu ziehen. Wird die
Stromquelle entfernt, fließt der Strom
durch eine interne verlustarme „ideale“
Diode vom Akku zur Last, die den Span-
MOSFET-Module
쐌 Niedrige U DS (ON) und niedrige USD
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LEISTUNGSELEKTRONIK > TITELSTORY
lader mit Strombegrenzung,
der direkt zwischen dem
USB-Anschluss und dem
Akku saß, wobei die Akkuspannung das System versorgte. Bei diesem akkugespeisten System kann der
für das System verfügbare
Strom wie folgt ausgedrückt
werden:
IUSB · VBAT, weil VBAT die einzige für die Systemlast verfügbare Spannung ist
(Bild 2). Der Eingangsstrom
ist dem Ladestrom ungefähr gleich, daher ist keine
weitere Eingangsstrombegrenzung erforderlich. Die
Systemlast ist direkt an den
Akku angeschlossen, so dass
keine ideale Diode nötig ist.
Fast die Hälfte der verfügbaren Leistung geht im analogen Akkuladebauteil verloren.
spannung resultiert). Man
beachte, dass zusätzliche
Vorkehrungen für separate
Netzadapter- (oder Hochspannungs-)Eingangspfade
vorgesehen werden können.
Ein optionaler externer PFET
kann die Impedanz der idealen Diode senken, um einen
effizienteren Betrieb zu erreichen.
Bild 2: Vereinfachte akkugespeiste Steuerschaltung
Analoges
PowerPath-System
USB-Ladesysteme der zweiten Generation erzeugen Bild 3: Vereinfachte analoge PowerPath-Schaltung
eine Zwischenspannung
zwischen dem USB-Anschluss und dem Akku. Diese Topologie mit mittlerer Busspannung wird
als PowerPath-System bezeichnet. In PowerPath-ICs
wird ein strombegrenzter
Schalter zwischen USB-Anschluss und Zwischenspannung VOUT gesetzt. VOUT
versorgt den Akkulader und
die Systemlast. Der Vorteil
liegt darin, dass der Akku Bild 4: Vereinfachtes Schalt-PowerPath-System
von der Systemlast entkoppelt ist, das Laden kann daher opportunisliefert, für die Systemlast verfügbar, sotisch erfolgen (Bild 3). PowerPath-Systeme
lange die Eingangsstromgrenze nicht überbieten auch Instant-ON-Betrieb, weil die
schritten wird. Daher bietet ein analoges
Zwischenspannung für Systemlasten verPowerPath-System gegenüber einem akfügbar ist, sobald Strom an der Schaltung
kugespeisten System erhebliche Vorteile,
anliegt. So kann das Endgerät unabhändoch geht noch immer eine bedeutende
gig vom Ladezustand des Akkus sofort funkStrommenge im analogen Akkuladebauteil
tionieren, wenn es angeschlossen wird.
verloren – vor allem bei niedriger AkkuIn einem analogen PowerPath-System ist
spannung (die in einer großen Differenz
mehr von den 2,5 W, die der USB-Anschluss
zwischen Eingangsspannung und Akku-
24
Schalt-PowerPathSystem
Neue USB-Ladesysteme der
dritten Generation weisen
eine schaltbasierte Topologie auf. Diese Art von PowerPath-Geräten erzeugt eine
Bus-Zwischenspannung aus
einem USB-konformen Abwärtsschaltregler, der auf
einen festen Wert über der
Akkuspannung geregelt ist
(Bild 4). Diese Art der adaptiven Ausgangssteuerung
wird als „Bat-Track“ bezeichnet. Die geregelte Zwischenspannung ist gerade
hoch genug, um korrektes
Laden über den analogen
Lader zu ermöglichen. Indem die Akkuspannung auf
diese Weise überwacht wird,
wird der Stromverlust im
analogen Akkulader reduziert, die Effizienz nimmt
zu, und der für die Last verfügbare Strom wird maximiert. Die Schaltgrenze für
den durchschnittlichen Eingangsstrom maximiert die
Fähigkeit, die gesamten
2,5 W zu nutzen, die aus der
USB-Stromversorgung zur
Verfügung stehen. Ein optionaler externer PFET senkt die Impedanz der idealen
Diode.Diese Architektur ist ein Muss für Systeme mit großen Akkus (> 1,5 Ah). InstantOn-Betrieb ist wie bei einer analogen
PowerPath-Konfiguration möglich.
Der LTC4088 von Linear Technology ist ein
monolithisch integrierter Schalt-PowerPath-Manager für Lithium-Ionen/PolymerAkkus, der 1,5 A Ladestrom für Schnell-
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TITELSTORY
< LEISTUNGSELEKTRONIK
Bild 5: LTC4088 – Ladestrom aus dem USB
Bild 6: Blockdiagramm des LTC3555
lade-Applikationen liefern kann. Er bietet
synchrone Gleichrichtung, InstantON-Betrieb und die adaptive Ausgangssteuerung Bat-Track. Die Power-PathFunktionalität des ICs und die Schaltmodus-Architektur maximieren den Strom,
der aus dem USB verfügbar ist, und ein
„Ideal-Dioden“-MOSFET mit niedrigem Widerstand erzeugt weniger Wärme.Weil er
so schonend mit der Energie umgeht, ermöglicht der LTC4088, dass der Laststrom
an VOUT den vom USB-Port gezogenen
Strom übersteigt, ohne dass die USB-Lastspezifikationen überschritten wird (Bild 5).
So können über 700 mA Ladestrom aus einem Standard-USB-Anschluss gezogen
werden, die nicht auf 500 mA beschränkt,
sondern stattdessen auf ~ 2,3 W beschränkt
sind. LTC3555 kombiniert einen USB-SchaltPowerPath-Manager und Akkulader mit
drei synchronen Abwärtsreglern sowie
LDO und bietet somit eine vollständige
Lösung für die Stromversorgung in einem
4 x 5 mm2 „großen“ 28-poligen QFN-Gehäuse (Bild 6).
Der Konstantstrom- und Konstantspannungs-Lithium-Ionen/Polymer-Lader arbeitet mit dem Bat-Track-Feature, um die
Effizienz des Akkuladers zu maximieren, indem eine Eingangsspannung erzeugt wird,
die automatisch der Akkuspannung folgt.
Eine serielle I2C-Schnittstelle gibt dem Systemdesigner die volle Kontrolle über den
Lader und über die Abwärtswandler,um die
Anpassung an wechselnde Betriebsmodi zu
gewährleisten. Die drei durch den Benutzer konfigurierbaren GleichspannungsAbwärtswandler des LTC3555 können 0,4 A,
0,4 A und 1 A liefern und dabei einen Wirkungsgrad von bis zu 92 % bei Ausgangsspannungen von über 1,8 V erreichen. Das
Bauteil bietet darüber hinaus einen 3,3-VAlways-on-Ausgangsstrom, der 25 mA für
den Systembedarf wie zum Beispiel eine
Echtzeituhr oder Drucktastenüberwachung
bereitstellen kann.
(av)
˘
infoDIRECT
314ei1007
˘ Link zu Linear Technology
DC/DC-Konverter im SMD Gehäuse
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LEISTUNGSELEKTRONIK
Ansteuerung bürstenloser Gleichstrommotoren
SoCs für BLDCs
Entwickler von Antrieben mit bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) können ihr Design vereinfachen und die Anzahl der Bauteile senken. elektronik industrie zeigt einen entsprechenden Lösungsweg.
Von Pumpen in industriellen Anlagen über
weiße Ware im Haushalt bis hin zu Lüftern und Klimaanlagen werden die Anforderungen an BLDC-Motoren immer größer – und zwar sowohl aus wirtschaftlicher
als auch umweltpolitischer Sicht. Die Wirkungsgrade werden verbessert, ein leiserer und umweltfreundlicherer Betrieb sind
gefragt.
BLDC-Antriebe bieten im Vergleich zu DCMotoren mit Bürsten bzw. zu Induktionsmotoren eine Reihe von Vorteilen. Um diese voll nutzen zu können und gleichzeitig eine
genaue und effiziente Motorsteuerung zu
gewährleisten, sind äußerst komplexe Lösungen erforderlich. Heute helfen die neuesten ASSPs dem Entwickler, BLDC-basierte Applikationen einfach und kostengünstig
zu entwickeln und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit, Funktionalität, Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad zu erhöhen.
sorgen, dass BLDC-Motoren in den letzten
Jahren immer erschwinglicher wurden.
BLDC-Treiber verwenden Elektronik anstelle der mechanischen Kommutierung
und benötigen daher zur Ansteuerung
komplexere Schaltkreise. Hauptbestandteil
einer solchen Steuerung ist ein Wechselrichter auf der Basis von Leistungs-MOSFETs oder IGBTs, die Strom an die Motorspulen leiten (Bild 1).
Die Leistungs-MOSFETs in der Leistungsstufe benötigen Gate-Treiber, und das Gesamtsystem benötigt eine übergeordnete
Steuerung, z. B. für Anfahrsequenzen und
Fehlerzustände. Ein Design muss auch einen Rückkopplungsmechanismus enthalten,um die Rotorposition zu erfassen.Damit
kann der Controller die erforderliche PWMStator-Signalform berechnen.Nur dann kann
die Elektronik die Ausgänge zum richtigen
Zeitpunkt kommutieren,um die gewünschte
Drehzahl zu erreichen. Die Positionserfassung erfordert vom Entwickler eine grundlegende Designentscheidung und legt die
Wahl des Controller-Bausteins fest.
Die Erkennung der absoluten Rotorposition erfordert einen Drehgeber sowie ausgereifte Vektorsteuerungstechniken und
findet sich deshalb eher in Highend-Systemen. In den meisten anderen Applikationen kommen Hall-Sensoren oder sensorlose Architekturen zum Einsatz.
Hall-Sensoren sind eine gängige Technik mit
bestimmten Vorteilen:aus dem Stand lässt
sich ein höheres Drehmoment erzielen als bei
sensorlosen Designs, und der Controller-
Bild 1: Blockdiagramm eines Wechselrichters
Bild 2: Struktur des SOI-Leistungs-ICs
Ansteuerung von BLDC-Motoren
Vorteile von BLDC-Antrieben
Da die mechanische Kommutierung entfällt, arbeiten BLDC-Motoren leiser und
mit weniger Vibration. Dadurch erhöht
sich die Zuverlässigkeit und der Wartungsaufwand verringert sich selbst bei
störungsfreiem Betrieb. BLDC-Motoren
sind zudem leistungsfähiger, ihre Dynamik ist besser als die vieler alternativer
Antriebe und sie erreichen höhere Drehzahlen. In bestimmten Fällen ermöglicht
eine BLDC-Lösung die Wahl eines kleineren
und kosteneffizienteren Motors, was den
Einsatz in platzbeschränkten Umgebungen ermöglicht. Eine einfachere Kühlung
und das höhere Drehmoment sind weitere Vorteile, während fallende Preise dafür
˘ AUTOR
Dr. Georges Tchouangue arbeitet
als Principal Engineer und Wolf Jetschin arbeitet als Senior Marketing
Engineer jeweils bei Toshiba Electronics Europe (TEE) in Düsseldorf
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Schaltkreis erlaubt genügend erkennbare Ereignisse pro Umdrehung, so dass sich Jitter minimieren lässt und die erforderliche Genauigkeit zur Positionserkennung vorliegt. Damit lassen
sich Antriebe fertigen,die vielseitig und blockiergeschützt sind.
Für einige Applikationen kann jedoch ein zusätzlicher Sensors zu
teuer sein oder das Anbringen des Sensors in der Nähe der Rotoren erweist sich als nicht möglich. Hallsensoren üben aber
auch einen Einfluss auf die Gesamtzuverlässigkeit aus: die Sensoren selbst können beschädigt werden und zu einer Entmagnetisierung der kleinen Rotormagnete beitragen,über die sie angesteuert werden. Sensoren erfordern auch zusätzliche
Verbindungen,was die Störempfindlichkeit erhöht.Viele Entwickler
verwenden daher eine sensorlose Architektur. Dabei misst der
Treiberschaltkreis die Gegen-EMK der Statorspulen und ermittelt mithilfe von Algorithmen die Rotorposition.
IGBT´s
in CSTBT-Technologie
Leistung
kontrolliert & sicher
schalten
SOI für BLDC-Applikationen
Die Entwicklung von ICs zur Vereinfachung der Ansteuerung
ist nicht ganz einfach, da solche Bausteine das Schalten hoher Spannungen mit digitaler Steuerungslogik kombinieren
müssen. Chipentwickler müssen daher neue Fertigungstechniken für BLDC-Treiber-ICs verwenden. Für die Netzspannungen 110 und 220 V entwickelte Toshiba seinen eigenen
High-Voltage-(HV)-SOI-Prozess, der die Integration von Leistungstransistoren mit nahezu jeder Art aktiver Bauelemente
in einem monolithisch integrierten Schaltkreis ermöglicht.
Herkömmliche Bulk-Halbleiterfertigung zwingt Entwickler, zur
Isolierung einzelner Schaltkreiselemente eine Sperrschichtisolierung zu verwenden. Damit lassen sich aber Bauelemente wie Dioden in Durchlassrichtung und solche mit injizierten
Minoritätsträgern nicht auf dem gleichen Substrat wie HV-Leistungstransistoren (IGBT oder Leistungs-MOSFETs) integrieren.
Toshibas HV-SOI-Prozess erlaubt hingegen die Isolierung der
unterschiedlichen Schaltkreiselemente durch eine dünne SiO2Schicht, die einen perfekten Isolator darstellt. Damit lässt sich
nicht nur fast jedes aktive Bauelement zusammen mit Leistungstransistoren integrieren, deren Nennspannung 500 V
oder mehr betragen kann, sondern alle Bauelemente können
eng gepackt auf ein und demselben Substrat untergebracht werden. Leckströme wie auch parasitäre Effekte verringern sich dadurch erheblich. Im Gegensatz dazu entstehen bei SperrschichtIsolationstechniken parasitäre Kapazitäten als auch Leckströme.
Toshibas SOI-Leistungs-ICs enthalten SiO2-Gräben zur Trennung
der IGBTs von den Niederspannungs-CMOS-Schaltkreisen.
Diese Gräben lassen sich sehr dünn konfigurieren, wodurch sich
kompakte und hochintegrierte Leistungsbausteine ergeben.
Die Trennungsfläche zwischen HV-Bauteilen benötigt nun
bei vergleichbarem Strom nur etwa 0,7 % der Fläche, die in BulkHalbleiterbausteinen nötig ist. Damit ist eine äquivalente
Leistungsdichte von etwa 100 A/cm2 möglich. Die aktiven Elemente sind über eine dicke SiO2-Schicht ebenfalls vom Substrat isoliert. Bild 2 zeigt einen Querschnitt der SOI-LeistungsIC-Struktur von Toshiba.
SOI-basierte ICs lassen sich direkt an Logikbauelemente und
Mikroprozessoren anschließen, bieten eine hohe Bauteil- ˘
• 5 A – 900 A / 250 V – 3300 V
• Höhere Sicherheit und Zuverlässigkeit,
da integrierte Überwachungs- und Treiberelemente
auf der Halbleiterebene optimal auf die IGBT’s
abgestimmt sind.
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15:07 Uhr
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LEISTUNGSELEKTRONIK
dichte und verringern Leckströme sowie parasitäre Effekte. Entwicklungen wie diese
unterstützen das Design fertig integrierter Lösungen für BLDC-Applikationen.
Einchip-Wechselrichter
Bild 3: Blockdiagramm des TPD4120
Bild 4: Blockdiagramm des sensorlosen PWM-Treiber-ASSPs TB6588FG
28
Bei seinen neuen Einchip-Wechselrichtern
für BLDC-Antriebe mit einer Betriebsspannung bis zu 500 V kombinierte Toshiba
seine SOI-Technologie mit einer TrenchIsolation-Struktur (Bild 2), um LV- und HVSchaltkreise zusammen in einem monolithisch integrierten Baustein mit den
Abmessungen 32 mm x 13 mm zu integrieren. Mit 3,8 mm Gehäusehöhe ist der
Baustein 27 % flacher als herkömmliche
HZIP23-Gehäuse. Der verbesserte Wärmewiderstand verringert die Anforderungen
an die externe Kühlung.
Die Bausteine der neuen TPD412x-Familie enthalten in einem einzigen Chip eine komplette 3-Phasen-Wechselrichterbrücke und
Schutzschaltkreise, Bootstrap-Dioden etc.
Diese Wechselrichter werden im kompakten
DIP26-Gehäuse ausgeliefert und eignen
sich für Antriebssteuerungen in der Industrie, z. B. für Pumpen und Lüfter, aber auch
für Haushaltsgeräte wie Geschirrspüler.
Bild 3 zeigt das Blockdiagramm des
TPD4120AK, einer der Bausteine aus der
neuen Familie: kombiniert wurden Highund Lowside-Treiber mit sechs IGBTs, die die
Statorspulen mit Strom versorgen. Integrierte Bootstrap-Dioden mit kurzer Sperrerholzeit verringern die Bauteilanzahl und
Kosten, während Schutzschaltkreise gegen Übertemperatur-, Überstrom- und Unterspannungsbedingungen zusätzliche
Funktionalität bieten.
Toshibas neue Baureihe arbeitet mit Ausgangsspannungen von 250 und 500 V. Die
250-V-Wechselrichter liefern 1 A Ausgangsstrom; die 500-V-Versionen stellen 1,
2 oder 3 A bereit. Alle Wechselrichter lassen
sich direkt an einen Host-Mikroprozessor
anschließen.
Ob mit oder ohne Sensor: Die Pulsbreitenmodulation (PWM) bildet die Grundlage
eines Motorsteuerungs-ICs. Der Entwickler muss allerdings entscheiden, wie komplex das PWM-IC ausfallen soll.In vielen sensorlosen Applikationen genügt ein
Rechteck-PWM-Ausgang, der nur wenige
Bauteile erfordert und einen hohen Wirkungsgrad erzielt. In solchen Designs wer-
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LEISTUNGSELEKTRONIK
den die PWM-Signale durch die Motorinduktivität ausintegriert, was zu einer Rechteckstromwelle führt, die um ein Vielfaches niedriger ist als die PWM-Frequenz.
Damit Entwickler die PWM-Anforderungen mit einer minimalen Anzahl externer
Bauteile erfüllen können, enthält die
TPD412x-Familie Bausteine mit integrierter PWM-Funktionalität.
Sinuswellen-Ansteuerung
Es gibt Applikationen, in denen elektrische
Störsignale und die entstehenden Geräusche eine direkte PWM-Lösung verhindern.
Hier eignet sich eher ein sensorbasiertes
Design zusammen mit Schaltkreisen, die
einen sinusförmigen Motorstrom aus dem
zugrundeliegenden PWM-Signal erzeugen. Dieser sinusförmige Strom sorgt für
einen sanfteren Betrieb, minimiert Vibrationen und die Geräuschentwicklung.
Ein sinusförmiger Strom lässt sich auf zwei
Arten aus dem PWM-Signal generieren:
einmal durch Entwicklung von Software,die
auf einem Mikrocontroller oder einem PLD
läuft oder durch Auswahl eines ASSPs wie
z. B.Toshibas TB6551F,das alle erforderlichen
Elemente zur Generierung sinusmodulierter 3-Phasen-PWM-Signale mit programmierbarer Totzeit und Voreilwinkel
enthält. Die Wahl hängt unter anderem
von der Abwägung zwischen einer Standardlösung und einer Lösung ab, die Zeit
und Kosten erfordert, um Software zu entwickeln und ein voll kundenspezifisches
Design zu implementieren. Entwickler, die
eine ASSP-Lösung bevorzugen, können den
TB6551F mit einem Wechselrichter kombinieren, der eine Totzeit-Spezifikation entsprechend der gewünschten Funktion aufweist. Bei den Einchip-Wechselrichtern
TPD4113K und TPD4113AK (500 V/1 A) im
HZIP23-Gehäuse (demnächst optional auch
im DIP26) beträgt die einstellbare minimale Totzeit 1,4 μs. Damit lassen sich geräuscharme BLDC-Antriebe mit den gleichen PWM-Vorteilen entwickeln.
Sensorlose Steuerung vereinfachen
Toshiba bietet auch ASSP-Treiber-ICs an,
mit denen sich die Entwicklung von BLDCAntrieben vereinfacht – so z. B. ein SingleChip-ASSP, das Treiber und Controller für 3Phasen-BLDC-Antriebe kombiniert, die eine
sensorlose Steuerung erfordern. Das Trei-
ber-ASSP TB6588FG enthält eine PWMsensorlose Motorsteuerung, Schutzbeschaltung, eine Ausgangsleistungsstufe
und einen Operationsverstärker in einem
36-poligen HSOP-Gehäuse.
Bild 4 zeigt das Blockdiagramm des
TB6588FG in einer typischen Anwendung.
Es ist für 3-Phasen-Vollwellen-BLDC-Antriebe mit Leistungen bis 60 W ausgelegt,
die eine Betriebsspannung von 10 bis 42 V
aufweisen.
Der TB6588FG stellt eine komplette Motorsteuerungslösung dar, die Vorwärtsund Rückwärtsantrieb durch Änderung
des PWM-Tastgrads auf Basis eines analogen Steuersignaleingangs garantiert.
Vollwellen-PWM-Betrieb bietet einen hohen
Wirkungsgrad und minimiert die elektrischen Störsignale sowie die Geräuschentwicklung. Das Einstellen des Voreilwinkels
auf 0, 7,5, 15 oder 30 ° ermöglicht die Feineinstellung der Applikation auf einen optimalen Wirkungsgrad.
Das IC liefert durch seine integrierte
Leistungsstufe einen maximalen Ausgangsstrom von 2,5 A und bietet konfigurierbare Modi zur Verbesserung der
Anfahrcharakteristik des Motors. Die integrierten Schutzschaltkreise gegen Überstrom und die Möglichkeit zur Erkennung
erhöhter Kommutierungsfrequenzen und
niedriger Drehzahlen verbessern die Designflexibilität und verringern die Anzahl
externer Bauelemente.
Zukünftige Entwicklungen
Neben den Bausteinen entwickelt Toshiba
auch Evaluierungs-Boards, die eine schnelle und einfache Evaluierung der Wechselrichter-Leistungsfähigkeit in der Zielapplikation ermöglichen.
Der nächste Schritt in der Weiterentwicklung von Einchip-Controllern und Treiber
wird ein IC sein, das nicht nur eine sensorlose Motorsteuerung, einen Operationsverstärker und eine Leistungsstufe integriert, sondern auch alle erforderlichen
Schaltkreise für einen Vollwellen-SinusPWM-Ausgang enthält.
(av)
˘
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312ei1007
˘ Link zu Toshiba
_EI_36_45946.indd 1
29
08.08.2007 17:33:53 U
414
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LEISTUNGSELEKTRONIK
Gezielter Stress
Maßgeschneiderte Prüfeinrichtung
für Halbleiter-Tests
Rood Technology stand vor der Aufgabe, die technischen Vorkehrungen für Halbleiter-Tests nach der HTRB bzw. nach
der H3TRB-Methode zu treffen. Als Partner für die Realisierung einer Testlösung wurde der Stromversorgungs-Spezialisten Schulz-Electronic gefunden. Unser Beitrag zeigt die Lösung sowohl von der Hardware- wie auch von der Softwareseite.
HTRB steht für „High Temperature Reverse Bias“, eine Testmethode bei der die Halbleiter-Bausteine bei relativ hohen Temperaturen auf unterschiedliche Weise mit
Vorspannungen beaufschlagt werden.
Beim H3TRB-Test werden die Prüflinge zusätzlich hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt.
Die Länge der Tests variiert zwischen 168
und 2 000 Stunden. Das Verfahren beschleunigt den Verschleiß des Bauteils und
verkürzt die Testzeit, die bei Normaltemperaturen noch wesentlich länger dauern
würde.
Wichtig bei diesen Tests ist, dass die zu
prüfenden Bauteile präzise mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt
werden. Das bedeutet beispielsweise, dass
die Stromversorgung bei 650 Vdc eine Auflösung von 0,5 % über den ganzen Spannungsbereich zu bieten hat. Die Zahl der
möglichen Lieferanten war damit von vorn
herein stark eingeschränkt wurde. Hinzu
kam, dass die komplette Prüfeinrichtung
zu entwickeln, die Software zu schreiben
und das Ganze einsatzbereit zur Verfügung zu stellen war. Bei Rood suchte man
einen Partner, der diese Aufgabe komplett
übernehmen konnte.
Spezialisten sind gefragt
Die Kompetenz des StromversorgungsSpezialisten Schulz-Electronic sind Sonderlösungen. Das Baden-Badener Unternehmen verfügt über die passenden Geräte
und das Know-how, zusätzliche Entwicklungsleistung zu erbringen. Zusammen
mit zwei Projektpartnern, den IngenieurBüros MHE und MHST wurde die Aufgabe
˘ AUTOR
Dipl.-Ing. Joachim Tatje,
ViATiCO Technik Marketing
30
˘ angelegte Spannung,
wird vom Netzteil geliefert
˘ der Strom in den Prüfling, Messung über Präzisionsstrommesswiderstand (Shunt), direkt
verbunden mit dem Datenlogger.
˘ Die Temperatur in der
Kammer, PT 100 in 4 wire
Technik
˘ Die Feuchtigkeit in der
Kammer (nur bei H3TRBTests)
Eine besondere Schwierigkeit stellte die Strommessung dar: der Bereich der
Bild 1: Blick in den Prüfraum. Neben den Klimaschränken in de- Ströme ist sehr groß und
nen die Halbleiterbauteile mit erhöhten Temperaturen und Luft- reicht von sehr kleinen Ströfeuchte beaufschlagt werden, befinden sich die Racks mit der
men (im 3 μA Bereich) bis
Prüfeinrichtung. Die untere Hälfte wird von 16 Stromversorzu 100 mA im Fehlerfall!
gungen belegt. Über der Tastaturschublade befindet sich der
Datenlogger,ganz oben,über dem Display,sieht man den Industrie- Im Klimaschrank befinden
sich 16 Slots für die AufPC, der die Testabläufe steuert.
nahme von Prüflingen. Ein
von Rood übernommen. Die LeistungsNetzteil speist einen Slot. Je nach Test-Prohalbleiter werden in einer Klimakammer
zedur werden Netzteile mit 650 V oder
mit erhöhten Temperaturen und unter
mit 300 V Ausgangsspannung verlangt.
Feuchte gestresst. Gleichzeitig werden sie
Das verwendete Netzteil vom Typ K 726
auf unterschiedliche Weise mit Spannunliefert maximal 650 V bei 100 mA. Dieses
gen beaufschlagt und als Reaktion auf die
Netzteil überschreitet die geforderte AufTestbedingungen ziehen sie einen belösung bei der Spannungseinstellung von
stimmten Strom. Die präzise Messung die0,5 % vom Spannungsbereich. Die erreichte
ses Stromes über einen PräzisionsstromGenauigkeit macht es möglich, noch 5 V
messwiderstand (Shunt) steht im Zentrum
Tests durchzuführen. Für den HT3RB-Test
des Tests. Die elektrische Leistung führt
wurden bei einer Ausgangsspannung von
außerdem zu einer Temperaturerhöhung
300 V 450 mA Strom verlangt. Dafür komder Halbleiter, die ebenfalls gemessen und
men Netzteile von Delta Elektronika vom
aufgezeichnet wird (Bild 1).
Typ ES0300-0.45 zum Einsatz.
Mehr als Strom liefern …
Professionelle Realisierung
Folgende Messgrößen waren zu überwachen und aufzuzeichnen:
Für jede Testprozedur wurde eine getrennte
Prüfeinrichtung gebaut. Um die Verdrah-
414
19.09.2007
15:09 Uhr
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LEISTUNGSELEKTRONIK
tung der Racks zu erleichtern, wurden die
Netzteile von Schulz-Electronic so modifiziert, dass alle Anschlüsse auf der Rückseite zugänglich waren.
Zentrales Bindeglied zwischen den Stromversorgungen und den zu testenden Halbleitern ist ein Umschalter (Bild 2). Das Ingenieurbüro MHE entwickelte einen
Relaisumschalter, der die beiden Ausgangsleitungen jedes Netzteiles wahlweise mit allen Anschlüssen des Halbleiterbauteils verbindet. Bei der Beschaltung
waren vier Testmodi nach folgendem Schema zu unterscheiden:
Test Modus
D
G
Der Industrie-PC steuert die Netzteile über
Analogsignale und bekommt von dort auch
die Monitorspannung geliefert, die der
derzeit eingestellten Ausgangsspannung
entspricht. Über digitale Schnittstellen
werden die Relaismatrix und die Ampel
Schlussbemerkung
S
HTRB N
+
–
–
HTRB P
–
+
+
HTGS +
–
+
–
HTGS –
+
–
+
Angesteuert wird die Relaismatrix vom Industrie-PC durch zwei Digitalsignale. Die 16
Relais-Umschalter sind zusammen mit den
Präzisionsstrommesswiderstand auf einer
Baugruppe, der „Relaismatrix“, zusammengefasst, die sich auf der Rückseite des
19"-Racks befindet. Dabei kommen SignalRelais mit Goldkontakten zum Einsatz. Insgesamt waren 96 dieser Relais auf einer Leiterplatte mit den respektablen Maßen von
25 x 50 cm Größe unterzubringen. Das Layout ermöglicht auch die alternative Bestückung mit Halbleiter-Relais.
speichert die Ströme, die in der jeweiligen
Prüfsequenz in die Halbleiterbauteile fließen, über eine eigene Messkarte. Über ein
eigenes Interface erfasst der Datalogger
die Temperatur und Feuchte in der Klimakammer. Die Angaben zum Ablauf der Prüfsequenzen und die jeweils eingestellten
Test-Spannungen für die Halbleiter-Bauelemente werden dem Datalogger vom IPC
per GPIB-Schnittstelle übermittelt.
Bild 2: Blockschaltbild der Prüfeinrichtung. Blau
hinterlegt, die Komponenten, die in ein fahrbares 19" Rack eingebaut sind. Für jeden der
beiden Tests wurde ein gesondertes Rack gebaut.
Die beiden Systeme unterscheiden sich lediglich
in den eingesetzten Stromversorgungen.
angesteuert, welche das Personal über den
Zustand der Testeinrichtung informiert.
Mit dem Datalogger ist der IPC über den
GPIB (General Purpose Interface Bus) verbunden. Die Ablaufsteuerung der Tests
wurde als LabView-Anwendung realisiert.
Als Datalogger,kam der A34970 von Agilent
Technologies zum Einsatz. Er misst und
Alle Komponenten finden in einem 19"
Rack Platz. Durch die Verlegung der Anschlüsse auf die Rückseite der Stromversorgungen bietet die Front ein aufgeräumtes Bild. Wichtig ist auch, dass das
Bedienpersonal mit nur wenigen Handgriffen zurecht kommt. Die Software wird
vom Bediener über eine einfache grafische Benutzerschnittstelle bedient. Hier
werden bei Beginn einer Messreihe die Parameter der Prüflinge und abwicklungstechnische Angaben eingegeben.
˘
infoDIRECT
414ei1007
˘ Link zu Rood Technology
˘
infoDIRECT
415ei1007
˘ Link zu Schulz-electronic
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12.02.2007 13:42:10 Uhr
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15:09 Uhr
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CAE / CAD
Chipdesign
Vom Konzept zur Fab
Der Trend zum Einsatz von immer mehr vorgefertigter IP, also funktionsfähiger, geprüfter und auch schon in Hardware
getesteter Makros schreitet voran. Doch auch diese „Lego-Bausteine“ müssen richtig zusammengesetzt und zunehmend
weitere Designregeln beachtet werden um eine möglichst hohe Fertigungsausbeute zu erlangen.
Bild 1: Vergleich des neuen 45 nm Design-for-Manufacturing Designablaufes (links) von Cadence mit der bisherigen Variante.
Zu den allgemeinen IC Design-Überlegungen gehören seit langem die Fertigungsabweichungen, die zu katastrophalen sowie parametrischen Ausbeuteausfällen
führen können. Bislang wurde versucht,
diese Ausfälle durch konservative physikalische Design-Regeln zu vermeiden, die
den Implementierungsablauf so beeinflussen, dass keine riskanten Strukturen
entstehen. Allerdings sind die hierfür notwendigen Regeln bei 65-nm-Technologien,
besonders aber bei 45 nm und darunter, so
konservativ, dass sie die IC-Leistung deutlich einschränken und die Die-Fläche unnötigerweise vergrößern.Trotzdem lassen
sich nicht alle Probleme vermeiden.
Implementierung: Correct-By-Design
Cadence hat seine 45 nm Design Flows
führenden Halbleiterentwicklern und Design-Managern während der Anwenderkonferenz CDNLive! im Silicon Valley vorstellen. Die Auslieferung ist mit der Release
7.1 der digitalen IC-Plattform Cadence En-
˘ AUTOR
Hans Jaschinski,
Redaktion
32
counter in diesem Monat geplant. Der
neue Ansatz geht über konventionelle Design-Regeln hinaus, indem die entscheidenden Elemente des Fertigungsprozesses modelliert werden – Lithographie, CMP
(Chemical Mechanical Polishing) und Zufallsstreuung. Mit Hilfe dieser Modelle
lässt sich ein DFM-korrektes Design durch
die Sequenz – Vermeidung,Analyse und Optimierung – realisieren.
Cadence NanoRoute Router nutzt eine
Technologie, um Lithographie-Verstöße in
SoC-Anwendungen zu vermeiden, mit der
sich rund 50 bis 80 % der LithographieFehler bei den speziellen Lithografie-Hotspots unmittelbar verhindern lassen. Die
Cadence-Plattform Virtuoso verwendet
„Recommended Rules“ als Ausgangspunkt
für die weitere Analyse und Optimierung.
Eine genaue Lithographie-Analyse lässt
sich mit dem Litho Physical Analyzer, bisher unter der Bezeichnung InShape von
Clear Shape Technologies bekannt und
kürzlich von Cadence übernommen, durchführen. Die übrigen Lithographie-Hotspots
lassen sich mit einer Kombination aus
Grid- und Abstands-basierten Methoden
optimieren. Im Endergebnis führt dieser Ansatz zu einem Design, das in der Fertigung
der Fotomasken keine übermäßige Litho-
graphie-Korrektur mehr benötigt – es ist
bereits weitgehend korrekt. CMP und Zufallsstreuung werden von Cadence mittels ähnlicher Ansätze mit Hilfe der CMP
Predictor-Analyse gelöst und durch intelligente Metallfüllungen und der aktuellen
Multicorner Timing-Optimierungsmethoden optimiert.
Sich auf die IC-Design-Tools eines einzigen
Lieferanten zu konzentrieren, dieses Risiko gehen nur wenige Firmen ein. Es gilt also
auf Kompatibilitäten zu achten. Und hier
arbeiten Tool-Hersteller zunehmend zusammen, wie das nächste Beispiel zeigt.
Offene SystemVerilog Verifikation
Cadence und Mentor Graphics haben eine
auf dem IEEE Std. 1800-2005 SystemVerilog-Standard basierende Verifikations-Methodik entwickelt. Die Open Verification
Methodology (OVM) stellt eine Tool-unabhängige Lösung zur Verfügung und
umfasst entsprechend den Zielen von SystemVerilog entsprechende Interoperabilitätsmechanismen für Verifikations-IP
(VIP), Modelle auf Transaktionsebene und
RTL-Modelle, sowie eine vollständige Integration von anderen im ProduktionsFlow üblichen Sprachen. Die OVM wird
eine robuste Klassenbibliothek enthalten
595
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CAE / CAD
und als Quellcode verfügbar sein. Dazu
haben beide Unternehmen für die Entwicklung der Methodikgrundlagen und
der Bibliotheken sowohl Technologien als
auch Ressourcen beigesteuert. Die Methodik wird über eine standard Open SourceLizenz, Apache Lizenz, Version 2.0, verfügbar sein. Eine Produktionsversion, die die
Methodik und unterstützende Bibliothek
enthält, steht noch in diesem Quartal zur
Verfügung. Zusätzliche Funktionen sind
für 2008 geplant.
IP vom Tool-Anbieter
Mentor Graphics hat bereits eine große
Auswahl an IP für USB, Ethernet, Speicher,
digitale Mikrocontroller, Mixed-Signal und
Embedded-Middleware. Jetzt sind PCIExpress- (PCIe) Controller- und AMBABrücken-IP dazugekommen. Die neuen
Lösungen umfassen nicht nur eine vollständige Palette an PCIe-Controllern inklusive X1-, X2-, X4, X8- und X16-Optionen,
sondern auch AMBA-3-AXI- und AMBA-2-
AHB-Brücken zu Standardbussen auf einem Chip.
IP vom Händler
Die auf den Halbleiter-IP-Handel spezialisierte IPextreme Inc. hat sich mit Infineon
darauf verständigt, deren MLI und MSC
high-speed Serial Interface Standards zu vermarkten. Das Multiprocessor Link Interface (MLI) ist ein schnelles serielles Interface zur Kommunikation von Prozessoren
untereinander, um eine heterogene parallele Verarbeitung über nur wenige Anschlüsse zu ermöglichen. Ähnlich verhält
es sich mit dem MicroSecond Channel
(MSC), er steuert über nur wenige Pins
Leistungsmodule wie z. B. Elektronikmotoren, Einspritzdüsen oder Zündspulen.
wachsende Segment. Nicht verwunderlich also, dass hier Begehrlichkeiten entstehen. So hat Synopsys z. B. die Halbleiter-IP von Mosaid Technologies Inc. gekauft,
die hauptsächlich aus DDR Speichercontroller- und PHY Semiconductor-IP besteht. Es wird in das DesignWare IP Portfolio von Synopsys eingebracht und hat
rund 15 Mio. US-$ gekostet. Deutlich mehr,
nämlich 147 Mio. US-$ plus über 600 000
eigene Aktien hat es sich MIPS Technologies kosten lassen, um an Analog- und
Mixel-Signal-IP von Chipidea Microelectronica S.A., Portugal, zu gelangen. Dafür hat
man aber auch die ganze Firma, inklusive
der 310 Mitarbeiter bekommen.
˘
IP zugekauft
Laut Gartner ist der weltweite HalbleiterIP-Markt 2006 um 24 % auf 1,8 Mrd. US-$
gewachsen. Der Analog- und Mixed-Signal IP Markt ist dabei das am schnellsten
infoDIRECT
595ei1007
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CAE / CAD
Low Power Kit
Low Power-Verfahren
bei der Chipentwicklung
Vorgestellt wird das Konzept eines „Low Power Kit“, wie es Cadence Design Systems anbietet. Das Kit enthält Expertenwissen und ausgereifte Designpraktiken um übliche Fehler zu eliminieren, Flows zu etablieren, die garantieren,
dass die angewandten Tools und Technologien zum bestmöglichen Ergebnis führen und zuletzt um einen Prozess aufzubauen, der die Vorhersagemöglickeiten sicher machen soll.
Bei der Entwicklung von ASICs und System-on-Chip (SoC)-Bauteilen gehört der
Stromverbrauch mittlerweile zu den entscheidenden Anforderungen. Die Kombination aus höheren Taktgeschwindigkeiten,
höherer funktioneller Integration und kleineren Prozessgeometrien hat zu einer
deutlichen Zunahme der Leistungsdichte
geführt. Zudem steigt der Leckstrom mit
jeder neuen Prozessgeneration exponentiell an. Um die jeweiligen Aspekte dieses
Leistungsproblems in den Griff zu bekommen,wurden verschiedene Low PowerDesignverfahren entwickelt, wie Clock Gating,Multi-Vt-Transistoren (Multi-Switching
Threshold), MSV (Multi-Supply Multi-Voltage), Substrate Biasing, DVFS (Dynamic
Voltage and Frequency Scaling) und PSO
(Power Shut-Off).
Allerdings lassen sich Low Power-Aspekte
nicht erst am Ende des Entwicklungsprozesses „erledigen“. Die Zielgrößen Leistungsaufnahme,Timing und Flächenbedarf
überschneiden sich und stehen teilweise
im Widerspruch zueinander. Um knappe
Zeitpläne einhalten zu können, reicht es
nicht mehr aus,die Leistungsaufnahme nur
in der Implementierungsphase des Designs
zu berücksichtigen. Die Größe und Komplexität der heutigen ICs erfordern eine
Betrachtung während des gesamten Design-Prozesses: Von der Definition der
Chip/Systemarchitektur über die Implementierung der Architektur, die Design-
˘ AUTOR
Neil Hand ist Director für
Vertical Solutions Marketing bei der Cadence
Design Systems, Inc.
34
Phase (einschließlich der Entscheidungen
über die Mikroarchitektur) bis hin zur Implementierung, einschließlich der leistungsorientierten Synthese,der Platzierung
und dem Routing. Damit keine funktionellen Probleme im fertigen Halbleiter auftreten, muss zudem eine leistungsorientierte
Verifikation während des gesamten Entwicklungsprozesses erfolgen.
Zur Berücksichtigung der Low Power-Aspekte verfügen die heutigen Design-Umgebungen über unterschiedlichste hochentwickelte leistungsorientierte Tools und
Methodiken. Obwohl diese Tools mittlerweile einen nahezu automatisierten Einsatz dieser Verfahren ermöglichen, kann es
trotz allem zu einem hohen Aufwand und
zusätzlichen Risiken führen. Zudem kann
die Komplexität in Verbindung mit dem
Design, der Implementierung und der Verifikation deutlich erhöht werden. Um einen problemlosen Einsatz der Low PowerVerfahren zu gewährleisten, unabhängig
von den einzelnen Erfahrungen der Teammitglieder, benötigen wir einen einfachen
Weg dem Entwickler Fähigkeiten bereitzustellen ohne selbst ein Low Power-Experte
zu sein oder von Fehlern lernen zu müssen.
Das Common Power Format
Das Common Power Format (CPF), das unter der Schirmherrschaft der Low Power
Coalition der Silicon Integration Initiative
(Si2) entwickelt wurde, stellt Mechanismen zur Verfügung, mit denen die Vorgaben der Entwickler im Hinblick auf das
Leistungsmanagement erfasst werden
können. Dadurch ist eine Automatisierung
von fortschrittlichen Low Power-Designverfahren sowie von „Was wäre wenn“-
Bild 1: CPF ermöglicht eine holistische Spezifikation der Leistungsvorgaben über den gesamten Design-, Implementierungs- und Verifikationsprozess.
Bild 2: Funktionelles Blockdiagramm für ein repräsentatives Beispiel-Design.
Bild 3: Das Low Power Kit sollte eine Reihe von
Kategorien, Modulen und Flows umfassen.
Untersuchungen möglich, ohne dass RTLÄnderungen erforderlich sind. Der Vorteil
des Einsatzes von CPF innerhalb eines Low
Power Kits besteht darin, dass das Design,
die Verifikation und die Implementierung
über eine einzige „goldene“ Leistungsbeschreibung gesteuert werden kann (Bild 1).
Dadurch lassen sich viele der fehlerträchtigen Aufgaben in Verbindung mit dem
Low Power Design vermeiden.
Ein repräsentatives Design
Bei der Entwicklung eines Low Power Kits
ist es zunächst notwendig, ein repräsentatives Design zu erstellen, das alle Low
Power-Aspekte eines typischen Designs
umfasst. Damit lassen sich die unterschiedlichen Aspekte des Kits überprüfen
und verdeutlichen. Die Anwender verfügen
somit über eine Art Sandkasten zum Ex-
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15:11 Uhr
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CAE / CAD
perimentieren und Lernen. Zusätzlich dient
dieses Design als eine Art Testvehikel, falls
ein Tool- oder Halbleiteranbieter Änderungen vornimmt.
Als Beispiel dient hier eine IEEE 802.11-basierte drahtlose Zugangslösung, die verschiedene Schnittstellen und Peripherien
umfasst. Im Kern sitzt ein SoC, das verschiedene Funktionsblöcke enthält (Bild 2).
Dieses beinhaltet normalerweise einige
Hard-Makros, wie einen MikroprozessorCore, und verschiedene eigene oder zugekaufte IP (sowohl Verilog, als auch VHDL)
– die meisten nutzen Verfahren zur Energieeinsparung. Neben der ausschließlich digitalen Logik sind in der Regel einige Analog/Mixed-Signal (AMS) Blöcke vorhanden,
die ebenfalls von der Design-Umgebung abgedeckt werden müssen, wie eine PLL im
Taktgenerator und die PHY-Schnittstellen.
Einfacherer Einsatz
durch Modularisierung
Das Kit sollte in einige Hauptkategorien aufgeteilt werden, beispielsweise in DesignUmgebung, Low Power-Verfahren, DesignErstellung, physikalische Implementierung,
Verifikation und Management. Jede dieser
Kategorien sollte eine Reihe diskreter Module und Flows umfassen (Bild 3). Die Design- und Verifikationsteams brauchen
dann nur die entsprechenden Module für
ihr jeweiliges Design auswählen. Jedes
Modul sollte folgende Bestandteile umfassen: Hintergrundinformationen für den
jeweiligen Design-Aspekt, Best Practices,
Checklisten, empfohlene Flows, Skripts zur
Erklärung der Flows, Schulungsmaterial
und Dokumentation.
Design-Umgebung
Diese Kategorie umfasst alles, was für die
Erstellung einer vollständigen Low Power
Design-Umgebung eines neuen Projekts,
einschließlich Infrastruktur,Tools, IP-Komponenten sowie detaillierten Checklisten,
erforderlich ist. Beispiele für Module:
˘ Bibliothek Qualifikation, stellt sicher,
dass die notwendigen Views und Datenbanken für einen erfolgreichen Low
Power Flow verfügbar sind.
˘ Prozess Selektion definiert, welchen Einfluss Low Power auf die Auswahl des
Prozesses hat und was im Hinblick auf die
Design-Anforderungen benötigt wird.
Low Power Verfahren
Diese Kategorie enthält die verschiedenen Low Power-Verfahren ab, die in einem
Design zum Einsatz kommen und die von
der Design-Umgebung unterstützt werden. Zudem sollte analysiert werden, welches Verfahren am besten geeignet ist.
Beispiele für Module:
˘ Multi Threshold Spannungen, wann und
wie lässt sich dieses weitgehend automatische Verfahren effektiv nutzen?
˘ Low Power Clocking, als ein wichtiger
Parameter für den Stromverbrauch ist
das Management der Takte entscheidend für eine Low-Power-Implementierung.
Management
Diese Kategorie deckt die verschiedenen Facetten des Managements eines Low Power
Designs ab, von der Planung einer Verifikationsstrategie, der Definition von Metriken und Abschätzungsverfahren, bis hin
zur Implementierung einer Methodik für
Low Power Entwicklungsänderungen (ECO).
Beispiele für Module:
˘ Low Power ECO Methodik, Nachverfolgung aller Daten- und Flow-Abhängigkeiten, um sicherzustellen, dass die
letzten Änderungen keine Probleme verursachen.
˘ Planung, Metrik, Analyse, die Vorhersagbarkeit wird durch eine saubere Metrik und Planung sichergestellt und muss
über den gesamten Design-Prozess berücksichtigt werden.
Design-Erstellung
Diese Kategorie umfasst alle Aspekte der
Design-Erstellung in den Flow,einschließlich
der architektonischen Kompromisse im
Hinblick auf die Leistungsaufnahme, das
Timing und den Flächenbedarf. Nicht fehlen sollten zudem Best Practices für eine
erfolgreiche Realisierung auch von Designs, die MSV- und/oder PSO-Verfahren
nutzen. Beispiele für Module:
˘ Architektur Kompromisse,Vergleich von
unterschiedlicher Verfahren, und wie
sie die Gesamtleistung innerhalb verschiedener Designs beeinflussen.
˘ RTL-Design, umfasst alles, was in RTL
getan werden kann, um den Stromverbrauch zu beeinflussen, und die Codierung der unterschiedlichen Verfahren.
Die Flows, die diese Module abdecken, sollten „goldene“ RTL- und CPF-Dateien in Verbindung mit einer simultanen Optimierung aller Constraints (Timing, Fläche und
Leistung) nutzen. Hierdurch lässt sich eine
optimierte Netzliste erzeugen, die alle relevanten Low Power-Strukturen einschließlich Pegelumsetzer, Isolierzellen
und Erhaltungslogik beinhaltet.
Physikalische Implementierung
Diese Kategorie deckt alle Aspekte des
physikalischen Designs von der Netzliste
bis zum Design Signoff ab. Wie bei der
Design-Erstellung sollte die „goldene“ CPFDatei genutzt werden, um die Leistungsvorgaben im gesamten Flow zu kommunizieren. Beispiele für Module:
˘ Prototyping und Parasitär-Korrelation,
viele Iterationen der Floorplan-Optimierung können bis zum Timing Closure erforderlich sein. Durch eine genaue
Parasitär-Skalierung zwischen der ausführlichen Extraktion und der Prototyping-Extraktion kann dies beschleunigt
werden.
˘ Planung der Ausgangsleistung, es ist
eine sorgfältige Auswahl des Power Grid
Systems (Grid oder Ring) sowohl für die
Low Power-, als auch die Nicht-Low
Power-Blöcke notwendig.
Verifikation
Die Bedeutung der Verifikation innerhalb
eines Low Power Flows kann man am besten anhand einiger Herausforderungen beim
Einsatz von PSO-Verfahren veranschaulichen.
Auf der Funktionsebene ist sicher zu stellen, dass die abgeschaltete Logik keine ungültigen Daten weitergibt, dass der notwendige Status während der Abschaltung
erhalten bleibt,und dass die Schaltsequenz
ein erfolgreiches Einschalten sicherstellt.
Während der Implementierung muss überprüft werden,dass die entsprechenden Isolierzellen und andere Leistungsstrukturen
vorhanden sind. Schließlich muss während
des Power-Grid-Signoff garantiert werden,
dass beim Einschalten des PSO-Blocks die
umgebende Logik nicht zerstört wird. (jj)
˘
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˘ Link zu Cadence Design Systems
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WIRELESS
WiMAX-HF-Chipsatz für CPE- und BTS-Applikationen
ICs für den „Datenfunk“
elektronik industrie diskutiert die wesentlichen Vor- und Nachteile, die im Hinblick auf HF-Chipsatzdesign, Architektur
und Systemapplikation zu berücksichtigen sind, damit die Anforderungen für den entstehenden WiMAX-Standard erfüllt werden können.
Die Nachfrage nach WiMAX-konformen
Lösungen hat OEM-Hersteller gezwungen,
die Anforderungen an HF-Komponenten
und -Subsysteme in ihrem Design neu
zu bewerten. Um die Anforderungen dieses entstehenden Standards zu erfüllen,
müssen sich Ingenieure vor dem Einsatz
eines HF-Chipsatzes mit verschiedenen
Designproblemen auseinandersetzen.
Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:
˘ Integration eines konformen Basisbandprozessors mit der HF-Schaltung
˘ Auswahl eines geeigneten HF-Architekturentwurfs
˘ Abwägungen der Zielkonflikte zwischen Großserienfertigung, Effizienz,
Leistung und Kosten
Im Hinblick auf die Entwicklung muss
ein OEM-Hersteller eine flexible Architekturplattform in Erwägung ziehen, um
sowohl mehrere Frequenzstandards und
verschiedenen HF-Schnittstellenoptionen zu ermöglichen als auch die Gesamtkosten der Implementierung zu senken. Die Auswahl des geeigneten
Architekturentwurfs ermöglicht die Realisierung von Teilnehmerendgeräten (CPE)
mit einem ausgewogenen Preis-Leistungs-Verhältnis.
Die Verfestigung des Standards 802.16
stellt sicher, dass die Technik auf lange
Sicht vorhanden sein wird. Der Standard
802.16d für stationäre Systeme bildet
bereits einen Ausgangspunkt für typische Applikationen in Bezug auf Breitband-Funkabdeckung und schnelle Backhaul-Übertragungsnetze für die
Mobilfunkbranche. HF-Chipsatzbaustei-
˘ AUTOR
Russell Hoppenstein ist
HF-Applikationsingenieur in
der WiMAX-Produktgruppe
von Texas Instruments
36
Bild 1: TSW500x WiMAX-Referenzdesign
ne, die primäre WiMAX-Bänder unterstützen, haben weitere kreative Kommunikationsapplikationen hervorgebracht. Mit der besseren Verfügbarkeit des
stationären Standards richtet sich der
Fokus der Branche auf den mobilen Aspekt von WiMAX im Standard 802.16e.
Diese Bausteine werden kompaktere
Transceiver in PCMCIA-Karten ermöglichen und später einmal direkt in Laptop-Computer und Mobiltelefone integriert werden.
Es gibt keine absolut „richtige“ Architektur für solche WiMAX-Systeme. Jede
Möglichkeit besitzt Vor- und Nachteile, die
der Designer, im Hinblick auf das mit seinem System zu erreichende Ziel, abwägen muss.
Schnittstelle zwischen
digitalem Basisband und HF
Die erste Überlegung für die HF-Architektur besteht in der Festlegung der Signalschnittstelle zwischen dem digitalen
Basisbandprozessor und der HF-Schaltung. Für die Signalschnittstelle bestehen
zwei Auswahlmöglichkeiten – Low-IF
(niedrige Zwischenfrequenz) und I/Q
(Quadratur). Die Entwurfsentscheidung
kann durch den digitalen Basisbandprozessor eingeengt werden, wenn dieser
nur eine Schnittstellenoption anbietet.
Andere Prozessoren lassen die Wahl zwischen Low-IF und I/Q. Da Digitalprozessoren für CPE-Geräte in der Regel mit
Datenwandlern ausgestattet sind, ist die
Schnittstelle zur HF-Schaltung festgelegt. Bei der Basisstation (BTS) wird die
Flexibilität größer, weil Datenwandler
externe Bausteine sind, die sich entsprechend der gewählten Architektur
auswählen lassen.
Die Low-IF-Schnittstelle nutzt einen gemeinsamen Signalweg für Sender (TX)
und Empfänger (RX) zu den Datenwandlern. Die I/Q-Schnittstelle setzt zwei
Quadratur-Signale ein, die mit den Datenwandlern verbunden werden. Die
Signale befinden sich normalerweise im
Basisband (d. h. um 0 Hz zentriert), obwohl auch I/Q-Schnittstellen mit einer Signalzentrierung auf einer sehr niedrigen
Zwischenfrequenz machbar sind. Während die Low-IF-Schnittstelle das Ein-
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WIRELESS
gangssignal einfach mittels einer Mischstufe in einen höheren Frequenzwert
umsetzen kann, erfordert die I/Q-Schnittstelle einen Modulator (TX) oder Demodulator (RX). Der Modulator nutzt intern
zwei Mischstufen, die durch zwei LO-Signale in Quadratur angesteuert werden.
Der Hauptvorteil eines Modulators besteht in seiner natürlichen Unterdrückung der Trägerkomponente und unerwünschter Seitenbandfrequenzen anhand
der Balance des DC-Offsets bzw.der Quadratur-Balance der Eingangspfade.
Superheterodyn
oder Direktwandlung?
Nach der Festlegung auf die Schnittstelle
muss der Designer die geeignete Architektur für die HF-Kette auswählen. Bei den
meisten Applikationen besteht die Auswahl zwischen einer SuperheterodynArchitektur und einer Direktwandlung
(Direct Conversion). Diese Auswahl bestimmt die Art der eingesetzten Bau-
steine und die Anzahl der benötigten Filter. Neben dem Chipsatz selbst stellt der
Filter den größten Kostenfaktor der HFFunktion dar.
Der Superheterodyn-Ansatz beinhaltet
zwei Mischstufen: Das Eingangssignal
wird zunächst in eine Zwischenfrequenz
(ZF) konvertiert und danach erneut in
den geeigneten HF-Kanal umgesetzt. Bei
dieser Architektur ist die Zwischenfrequenz statisch. Dies erlaubt den Einsatz
eines hochleistungsfähigen SAW-Filters
(OFW-Filter). In der letzten Mischstufe
wird ein abstimmbarer lokaler Oszillator (LO) verwendet, der das Signal für
den gewünschten Ausgangskanal umsetzt. Der HF-SAW-Filter eliminiert die
meisten der unerwünschten Frequenzkomponenten am Ausgang des D/AWandlers oder des ersten Mischers,
bevor diese die Sende- und Leistungsverstärker erreichen und durch die Antennen übertragen werden können. Auf
der Empfängerseite verhindert der SAW-
Filter, dass Störfrequenzen aus Nachbarkanälen die Empfindlichkeit der HFKomponente wesentlich beeinträchtigen können.
Bei der Direktwandlung wird das Eingangssignal in einem Schritt auf den gewünschten HF-Kanal umgesetzt, ohne
dass eine Zwischenfrequenz verwendet
wird. Da diese Architektur keinen hochselektiven SAW-Filter enthält, muss die
Unterdrückung der Spiegelfrequenz und
der Trägerkomponente vom QuadraturModulator übernommen werden. Auf
der Empfängerseite, wo die Sperreigenschaften entscheidend sind, muss die
Hochfrequenzstufe mit direkter Abwärtswandlung einen exzellenten Dynamikumfang und eine geeignete Basisbandfilterung besitzen, um die
Nachbarkanal- und Schmalbandstörungen ohne wesentliche Beeinträchtigung
der HF-Empfindlichkeit zu bewältigen.
Ein weiterer Kernparameter für die HFStufe mit Direktwandlung ist das in ˘
Kürzeres Time-to-market und niedrigere Total Cost of Ownership
Diese Argumente stehen für die aufeinander abgestimmten netX HMI-Bausteine: Baseboard,
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WIRELESS
Bild 2: Direktwandlung und Superheterodyn
dBc/Hz angegebene Senderausgangsrauschen. Ohne ZF-Filterung gelangen
alle Rauschsignale vom Modulator in den
PA und letztlich in die Antenne. Zur Einhaltung der WiMAX-Spezifikationen
und der gesetzlichen Vorgaben sind
daher ein großer Dynamikbereich und
ein geringes Ausgangsrauschen erforderlich. Die Direktwandlung ist durch
ihre minimale Anzahl von Filtern und
Synthesizern eine attraktive Architektur
für Lowcost-Anwendungen. Sie stellt
jedoch erhebliche Leistungsanforderungen an den Modulator- und Demodulatorbaustein. Damit der Ansatz praktikabel ist, muss darauf geachtet werden,
Bild 3:Direkte Aufwärtswandlung mit DPD
38
dass der entsprechende Baustein in der
Lage ist, alle gesetzlichen Normen zu erfüllen.
WiMAX-Systeme für CPE-Geräte
Das CPE-Gerät muss als Massenprodukt
nicht nur die WiMAX-Spezifikationen erfüllen, sondern auch den Kostengrenzen
und den Anforderungen an Herstellungsstabilität gerecht werden, um im
Markt erfolgreich zu sein. Die meisten
der heute verfügbaren CPE-Basisbandlösungen lassen sich für beide Schnittstellen, Low-IF und I/Q, konfigurieren.
Die Auswahl ist keinen nennenswerten
Einschränkungen unterworfen. Dagegen
hat die Wahl der Architektur eine größere Bedeutung. Zur Gewährleistung der
WiMAX-Konformität empfiehlt sich für
Designer zunächst der Griff nach einer
HF-Komponente mit Low-IF- und Superheterodyn-Architektur. Hier bieten Chipsätze wie die Familie der TRF1xxx-Bausteine von TI im TSW500x-Referenzdesign
einen WiMAX-konformen Transceiver, der
die WiMAX-Vorschriften hinsichtlich Frequenz, Leistungsaufnahme und Temperatur erfüllt (Bild 1).
Es besteht ein gewisser Druck, die Leistungskriterien in Bezug auf die bestehenden stationären WiMAX-Systeme beizubehalten und gleichzeitig für mobile
Applikationen eine höhere Integrationsdichte und niedrigere Kosten zu
erreichen. Dabei kann sowohl eine Direktwandlung mit externem Leistungsverstärker (PA) und externem rauscharmen Verstärker (LNA) eingesetzt werden
als auch eine Superheterodyn-Architektur mit in den Frontend-Chip integrierten
PA- und LNA-Verstärkern (Bild 2). Beide Architekturen können Kosten senken, die Integrationsdichte erhöhen und den Chipsatz auf zwei oder drei Bausteine
beschränken, um so Platz auf der Leiterplatte einzusparen. Hinsichtlich der Kosten und Platinenfläche dürfte es keine
nennenswerten Unterschiede zwischen
den beiden Ansätzen geben. Der entscheidende Faktor wird hier das Verhältnis zwischen PA-Leistung und Kosten sein.
WiMAX-Systeme für Basisstationen
Bei BTS-Systemen ist der Leistungsaspekt
wichtiger als Kosten oder Größe. Allerdings besteht dennoch ein konkretes Interesse an niedrigen Kosten, da WiMAX
ein neues Einsatzfeld ist. Die ersten WiMAX-Systeme hatten einen nicht rückgekoppelten Leistungsverstärker (PA,
Power Amplifier), der zwischen zwei und
vier Watt Sendeleistung an die Antenne
lieferte. Die PA-Strategie für diesen Ansatz besteht im Einsatz eines ausreichend
leistungsstarken PA-Endstufentransistors (oder einer Kombination mehrerer
Transistoren), damit der Verstärker in einem Bereich betrieben werden kann, der,
bei der gewünschten modulierten Ausgangsleistung, einen angemessenen
033_EI
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WIRELESS
EVM-Wert (EVM: Error-Vektor-Magnitude) erlaubt. Dieser Ansatz ist zwar praktikabel, aber äußerst ineffizient und benötigt große Kühlkörper sowie aktive
Kühlung.
Bei den BTS-Systemen der nächsten Generation wird durch die höhere Leistung
der Ansatz der Linearisierung durch Leistungszurücknahme nicht mehr gangbar
sein. Deshalb beginnen Designer mit
dem Einsatz der Linearisierung nach dem
Prinzip der digitalen Vorverzerrung (Digital Pre-Distortion, DPD). Dieses Verfahren modifiziert das digitale Eingangssignal dahingehend, dass die
unerwünschten Intermodulationsprodukte unterdrückt werden, bevor das Signal den nichtlinearen Leistungsverstärker durchläuft. Dieser Ansatz gewinnt
im Markt für Mobilfunk-PAs zunehmend
an Beliebtheit.
DPD hat zwei spezifische Anforderungen an die Architektur. Die erste ist ein
Rückkopplungspfad nach dem PA-Ver-
PCI
stärker, um das Ausgangssignal an den
DPD-Prozessor zur adaptiven Anpassung
der Linearisierungskoeffizienzen zu senden. Dies gewährleistet eine gute Linearisierung bei allen Ausgangsleistungen und Umgebungsbedingungen. Diese
Anforderung bedeutet keinen Mehraufwand bei WiMAX-Systemen mit TimeDivision-Duplex (TDD), da der Empfänger
bereits vorhanden ist und sich während
des Übertragungszyklus im Leerlaufzustand befindet. Die zweite Anforderung
besteht darin, dass die Bandbreite des
vorverzerrten Signals fünf Mal größer
sein muss als das gewünschte Signal, da
Intermodulationsprodukte der dritten
und fünften Ordnung enthalten sind. Da
die schmalbandigen SAW-Filter nicht eingesetzt werden können, ist der Ansatz
der direkten Aufwärtswandlung am praktikabelsten. Der Ansatz der direkten Aufwärtswandlung in DPD-basierten Systemen bedeutet eine erhebliche
Belastung für die Leistung des Quadra-
PCI Express
tur-Modulators und seines ansteuernden D/A-Wandlers. Ein Beispiel eines für
diese Applikation eingesetzten Systems
ist der D/A Wandler DAC5687 von TI in Verbindung mit dem Quadraturmodulator
TRF3703 (Bild 3). Der DAC5687 arbeitet
mit einer Abtastrate von 500 MSample/s.
Er verfügt über integrierte Einstellmöglichkeiten für DC-Offsetkorrektur sowie
Amplituden- und Phasenbalance. Der Dynamikbereich des Modulators ist mit
einem rauscharmen Ausgang von
– 163 dBc/Hz ausreichend, um das DPDSignal ohne zusätzliche Verzerrung weiterzuleiten. Diese Kombination wurde
erfolgreich mit DPD für Mobilfunksignale eingesetzt und lässt sich gleichermaßen auch auf WiMAX-Systeme anwenden.
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WIRELESS
Professionelle Funkzündsysteme für Pyrotechnik
Schnurlose Zünder für
maximale Präzision und Sicherheit
Die moderne Pyrotechnik verzichtet auf althergebrachte Zündschnüre: Per Funk und Computer perfekt auf die Beats
der Bühnenshow oder den Schuss aus der Revolver-Attrappe des Schauspielers synchronisiert, ermöglichen digitale FunkZündanlagen die präzise Ansteuerung von Großfeuerwerken oder Film- und Bühnen-Pyrotechnik mit einem Maximum
an Sicherheit für alle Beteiligten.
Wenn Robbie Williams unter freiem Himmel während der „Close Encounters Tour“
als Zugabe „Let Me Entertain You“ performt, erhellen Kometen hundertstelsekundengenau die Bühne. Dass heute die
Feuerwerke wie die Bühnenbeleuchtung per
Computer koordiniert werden, ist offensichtlich. Auch führen keine Kabel mehr
vom Pult des Pyrotechnikers zu den weit verteilten Zündern, die Steuerung wird heute fast durchgängig per Funk realisiert.
Nicht nur potenzielle Fehlerquellen bei der
Verkabelung werden dadurch ausgeschlossen – durch die digitale Funk-Ansteuerung erschließen sich komplett neue
Möglichkeiten, beispielsweise Explosionen und Feuerwerkseffekte auf sich bewegenden, drehenden Bühnen und auf
Wasserfahrzeugen oder Pontons.
Ein Punkt, der lange gegen die drahtlose
Pyrotechnik sprach: Die Fehleranfälligkeit
von Funkanwendungen.Hier trennt sich bei
den Anbietern auch heute noch die Spreu vom
Weizen: Funkzündsysteme, die einfache
Standardkomponenten nutzen,verwenden
in den allermeisten Fällen Funkmodems,die
auf eine breitbandige Datenübertragung
setzen – schließlich sind PC-Funksysteme
für den Austausch möglichst vieler Daten in
kurzer Zeit ausgelegt. Zudem lassen sich
breitbandige Systeme wesentlich günstiger
herstellen, da die frequenzbestimmenden
Bauteile und Filter nicht so eng toleriert sein
müssen – mit fatalen Folgen, besonders für
zeitkritische Anwendungen: Solche einfachen Systeme lassen sich leicht durch Mo-
biltelefone oder andere Sender, die in der
Nähe betrieben werden, stören. Oftmals
führen auch ungenügend steilflankige Filter
zu einer geringen Störfestigkeit.
Robust und verzögerungsfrei
Bild 1: Bühnenpyrotechnik beim Robbie Williams Konzert 2006.
Bild 2: Anschließen der Feuerwerkseffekte an die
Funkempfänger.
˘ AUTOR
Ralph Kränzle ist Geschäftsführer
der Galaxis Showtechnik GmbH in
Neuötting/Alzgern
40
Bild 3: Zündgeräte und Effekte beim Robbie
Williams Konzert.
„Für die Pyrotechnik müssen jedoch keine
Megabits an Daten sekündlich durch den
Äther fliegen“, beschreibt Ralph Kränzle,
Geschäftsführer des Funkzündsystem-Spezialisten Galaxis Showtechnik. „Vielmehr
muss das Signal zur Zündung im exakt richtigen Moment robust übermittelt werden.“
Galaxis Showtechnik setzt deshalb auf hochwertige – und damit sichere – Komponenten: Die bei Galaxis-Geräten verwendeten
Funkkomponenten des Low-Power-Funkmodul-Spezialisten Circuit Design senden
und empfangen zwar im zulassungsfreien
ISM-Band zwischen 433,05 MHz und
434,79 MHz,nutzen jedoch die weitgehend
von Garagentoröffnern & Co. ungenutzten
Frequenzen im Randbereich. Eine Überlagerung durch Fremdanwendungen ist somit
bereits durch die Frequenzwahl weitestgehend ausgeschlossen.
Statt auf eine zwar preiswerter zu realisierende, jedoch störanfällige Amplitudenmodulation setzen die hochwertigen Circuit-Design-Module zudem auf eine
Frequenzmodulation mit einer schmalbandigen Modulationsbreite von nur ± 3 kHz.
Hinzu kommt die digitale Kodierung: Für
die Übertragung eines Befehls genügt eine
geringe Übertragungsrate von 4 800 bit/s.
Wichtiger ist die knappe Zeitverzögerung
von wenigen Millisekunden bei der Signalübermittlung.Ein Befehl besteht aus 72 übertragenen Bit, davon 40 Bit als CRC-Prüfsumme.„Sollte also dennoch ein Fremdgerät
einen Träger auf einer ‚Pyro-Frequenz’ verursachen, so kommt es höchstenfalls dazu,
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TOUCH SCREEN
Integrierte Lösungen
WIRELESS
Bild 4: Feuerwerk auf der Salzach auf 6 Booten.
Bild 5: Pyrotechnik am Münchner Rathaus für die
TV-Sendung „Nur die Liebe zählt“.
dass die Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger nicht stattfinden kann
und keine Reaktion auf die Befehle auslöst.
Gefährliche Fehlzündungen sind aber ausgeschlossen“, unterstreicht Kränzle.
Funk anstatt Kupferkabel
Brennende Zündschnüre, wie man sie etwa
von Silvester-Feuerwerkskörpern kennt,
sucht man bei professionellen pyrotechnischen Anwendungen vergeblich. Dort
sorgen Kupferkabel für die sichere Übermittlung des elektrischen Zündsignals. Bei
modernen Funksystemen überbrücken diese jedoch nur noch die „letzte Meile“ in
Form weniger Meter vom Funkempfänger
bis zum Explosivkörper. Mehrere hundert
Meter lange Strippen – bzw. mehrere Kilometer, wenn man ein ganzes Feuerwerk
betrachtet – werden überflüssig. Auch aus
Sicht der Materialkosten spricht dies für ein
wiederverwendbares Funksystem.
Neben eindrucksvollen Feuerwerken ist das
andere große Anwendungsgebiet der modernen Pyrotechnik die Umsetzung von
Special Effects bei Filmaufnahmen sowie
„live“ auf der Bühne. Dort geht es manchmal auch fast ganz ohne Pyrokabel: So bietet Galaxis Showtechnik etwa mit dem PFE
Profi einen per Funk freigeschalteten Miniaturempfänger, der auf Schallereignisse
reagiert.Registriert zum Beispiel das am Körper eines Schauspielers getragene Gerät
den lauten Knall einer Pistole, zündet es
perfekt synchronisiert,um ein dramaturgisch
notwendiges Einschussloch und einen „Filmblut“-Beutel realistisch „sprengen“ zu können. Bei aufwändigeren Szenen reicht ein
einzelner PFE-Profi-Empfänger jedoch nicht
mehr aus.Etwa bei einem gespielten Schusswechsel müssen die pyrotechnischen Effekte zentral koordiniert werden. Hier zählt
bei den Sicherheitsaspekten die Prävention von Fehlzündungen bei den eingesetzten Funkempfängern noch weit mehr als bei
einem Feuerwerk:Direkt am Menschen getragen, muss die Zündung absolut fehlerfrei möglich sein – nicht nur die Budgetplanung durch verpatzte Szenen, auch
Menschenleben können hier im Extremfall auf dem Spiel stehen.
„Wir hatten bereits Mitte der Neunziger
erste, sehr intensive Tests mit den unterschiedlichen am Markt verfügbaren Funklösungen gemacht“, erinnert sich Ralph
Kränzle.„Der Faktor Sicherheit war dabei der
wichtigste.Wir suchten damals einen Spezialisten für schmalbandige, hochpräzise
Funkübertragung – und wurden bei Circuit Design fündig.“ Seit 1997 setzt Galaxis
Showtechnik deshalb auf die Sende- und
Empfangssysteme von Circuit Design.Im vergangenen Jahrzehnt wurde die Technik zudem immer ausgefeilter. Heute finden sich
z. B. auch Geräte mit Transceiver-Technologie von Circuit Design im Sortiment, sodass die Zündvorrichtungen im Halbduplex-Verfahren etwa auch Statusmeldungen
und Messwerte zurück übermitteln können.Damit wurde auch der letzte Vorteil der
vormals verwendeten Kupferdrähte wettgemacht: Zwar überbrücken die schmalbandigen Funksysteme Reichweiten bis zu
einem Radius von 800 m – mit Hochgewinnantennen sogar bis zu 2 km. Aber wo
dieser Radius genau endet, war ohne sichtbare Strippe dagegen wesentlich schwerer
auszumachen. Jetzt ermöglichen die Funksysteme die Zweiwege-Kommunikation –
und die Zündempfänger können auf Nachfrage einfach zurückfunken, dass sie auch
ordnungsgemäß „online“ sind.
(jj)
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WIRELESS
LF-, HF- und UHF-Systeme: Grundlagen und Anwendungen
RFID im Überblick
In technologischer Hinsicht, aber auch bei der jeweils für eine spezifische Anwendung am besten geeigneten Technologie
hat sich auf dem Sektor RFID in den letzten Jahren einiges getan bzw. verändert. elektronik industrie gibt einen Überblick.
Die Akzeptanz von RFID-Systemen (Radio
Frequency Identification) in zahlreichen
Massen-Anwendungen wächst. Dazu gehören etablierte industrielle Applikationen genauso wie neue Einsatzgebiete zur
Optimierung des Produktflusses in der Lieferkette für den Einzelhandel sowie in der
Absicherung, Authentifizierung und Verfolgung pharmazeutischer Produkte von der
Fabrik zum Patienten. In der industriellen
Produktion werden RFID-Etiketten (auch ‚Labels’ und ‚Tags’ genannt) benutzt, um die
in Arbeit befindlichen Produkte zu verfolgen oder um den Überblick über den Verbleib hochwertiger wiederverwendbarer
Gegenstände wie Paletten, Bierfässer und
Gasflaschen zu behalten. Um zu gewährleisten, dass ein bestellter Computer mit
den richtigen Bauteilen bestückt wird, ist
die Laptop-Fertigung ein weiterer häufiger
Verwendungszweck.
Für die Versorgung im Einzelhandel sind in
den Verteilerzentralen und Läden RFID-Lesegeräte platziert, um den Lagerbestand zu
überwachen und zu verhindern, dass Waren in den Läden plötzlich nicht mehr vorrätig sind. RFID-Lösungen in diesem Bereich erfuhren einen ungekannten Auftrieb,
als Wal-Mart, das weltgrößte Einzelhandelsunternehmen, im Jahr 2005 ankündigte, diese Technik einzusetzen.
Weit fortgeschritten ist – angetrieben durch
eine Empfehlung der US-amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA aus dem Jahr 2004
– auch der weltweite Einsatz der RFID-Technik in der pharmazeutischen Industrie.
Einige RFID-Neuerungen wie die HF-Standards der 2. Generation, Nahfeld-UHF und
ausgereifte, fertig lieferbare Hardware sowie Sensor-Technologie werden im folgenden Beitrag genauer beleuchtet.
˘ AUTOR
Dirk Morgenroth arbeitet bei
NXP Semiconductors
42
Grundlagen
Die RFID-Tags lassen sich grob in passive
Tags (ohne eigene Stromversorgung, denn
ihre Energie kommt aus dem vom Lesegerät abgestrahlten HF-Signal) und aktive
Tags mit eigener Stromversorgung einteilen.Eine Batterie als lokale Stromversorgung
kann eine größere Kommunikationsdistanz ermöglichen und die Aufzeichnung von
Sensordaten ohne Lesegerät unterstützen.
RFID-Systeme werden für den Betrieb in unterschiedlichen Frequenzbereichen hergestellt:
˘ Low-Frequency (LF): 125 bis 134,2 kHz sowie 140 bis 148,5 kHz. Typische Anwendungsgebiete sind Wegfahrsperren für
Kraftfahrzeuge, der Einzelhandel, sowie
die Identifikation und Nachverfolgung
von Tieren entlang der Versorgungskette für die Lebensmittelproduktion.
˘ High-Frequency (HF): 13,56 MHz. Typische Anwendungsgebiete sind hier Verleihsysteme beispielsweise für Bücher
oder Berufskleidung, Fahrkarten für öf-
fentliche Verkehrsmittel, die PharmaIndustrie und die Verfolgung anderer
Güter.
˘ Ultra-High-Frequency (UHF):860 MHz bis
960 MHz. Typische Einsatzfelder sind
die Verfolgung von Gegenständen, die
Gepäckabfertigung und Anwendungen
in der Lieferkette.
Standards und
Regulierungsinstitutionen
Bei RFID gibt es keine weltumspannende
öffentliche Institution zur globalen Regulierung der Frequenzen. Daher haben die
einzelnen Länder und Regionen unabhängig voneinander entschieden, welche
Frequenzbänder sie für die RFID-Technik reservieren. Glücklicherweise können LF- und
HF-RFID-Tags weltweit eingesetzt werden
– zumal die auf der ganzen Welt angeglichenen Leistungspegel das Design von
Tags und Lesegeräten vereinfachen. Etwas
komplizierter ist die Situation bei den UHFTags, für die der Frequenzbereich von 860
bis 960 Megahertz vorgesehen ist. Hier
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WIRELESS
ergeben sich für die Schaffung einer einheitlichen Lösung gewisse
Herausforderungen, die jedoch bereits zum Teil überwunden
sind. In einigen Ländern wie beispielsweise China stehen die
Genehmigungen zur Verwendung der UHF-RFID-Technologie
(noch) aus.
Obwohl viele unterschiedliche Stellen in die RFID-Standards involviert sein können, ragen zwei Organisationen besonders heraus. EPCGlobal, ein EPC-Verband (Electronic Product Code), vertritt die Interessen der Endanwender und ISO die Interessen der
Technologie-Community. Letztere treibt die Standardisierung der
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Die gute Verfügbarkeit und Ausgereiftheit waren ausschlaggebend dafür, dass passive RFID-Lösungen bislang weitgehend
auf LF- und HF-Frequenzen setzten. Immerhin gibt es standardisierte LF- und HF-Technologien bereits seit 1995, während die
UHF-Technik erst seit 2001 verfügbar ist.
LF
LF-Systeme werden für jene Anwendungen als geeignet betrachtet, die in hohem Maße industrialisiert sind und die RFIDKunze Folien GmbH · Postfach 1562 · D-82036 Oberhaching
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Technik benötigen, um unter sehr widrigen Umgebungsbedingungen zu arbeiten. LF-Lösungen sind immun gegen elektrische
Störungen, und der Einbau von Verschlüsselungs-Techniken in das
IC lässt Übertragungsdistanzen bis 1,5 m zu. Auch für Flüssigkeiten,
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organische Materialien und Metalle ist die LF-Technik sehr gut
geeignet. Märkte, die sich für LF als wichtigste Technologie entschieden haben, sind: Identifikation von Tieren, die KennzeichM-PIPE [Lichtleiter-Elemente mit integrierten LED’s]
nung von Jetons in Spielcasinos, Zugangskontrollsysteme soLöttemperatur > 260°C
wie die Markierung von Gasflaschen, Bierfässern und anderen
hochwertigen Produkten.
RoHS-konform
Eindrucksvoll
HF
Als geeignetes Einsatzgebiet für HF-Applikationen gelten jene
Anwendungen, in denen Tags über Distanzen bis 1,5 m ausgelesen und beschrieben werden müssen. Verschlüsselungs-Algorithmen gestatten das Abspeichern geschützter Daten im IC,
und mit EAS-Features (EAS: Electronic Articles Surveillance, Diebstahlsicherung) im Tag sind Diebstahlsicherungs-Lösungen möglich.Typische Anwendungen sind heute die Kennzeichnung von
Büchern in Bibliotheken sowie von CDs und DVDs, die Markierung pharmazeutischer Produkte zur Fälschungssicherung sowie
viele weitere Applikationen, die nach hochpräzisen Schreib- und
Leseeigenschaften verlangen.
G
G
G
G
G
G
UHF
G
UHF-Systeme kommen heute meist zum Einsatz, wenn große Leseentfernungen bis zu einigen Metern benötigt werden. Die
Identifikation von Paletten und Behältern zählt ebenso dazu
wie die Identifikation von Kraftfahrzeugen in der Fabrik zum
Zweck der Fertigungssteuerung oder Mautsysteme. UHF ist ˘
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WIRELESS
Bild 1: Leistungsfähigkeit von LF-, HF- und UHF-Systemen in verschiedenen Einsatzgebieten. Metalle, Feldcharakteristik und Tag-Konstruktion
sind problematisch für NF UHF-Lösungen.
allerdings die jüngste Technologie zur
Kennzeichnung von Produkten in der Versorgungskette sowie im EAS-Bereich,sodass
die Entwicklung von Lösungen hier noch in
vollem Gange ist.
Vor- und Nachteile
Die jeweiligen Vorzüge der einzelnen Frequenzbereiche sind bestens bekannt und
allgemein akzeptiert.Wie bei jeder neuen
Technologie sind auch hier zahlreiche Unternehmen dabei, die Leistungsfähigkeit ihrer RFID-Lösungen zu verbessern.
Die Übertragungsdistanzen und Kosten
der LF-Lösungen werden durch neue ICDesigns und ausgereiftere Lesegeräte verbessert.
Auf dem HF-Sektor bedient man sich neuer Verschlüsselungs-Algorithmen, um der
Technologie bei kurzen Entfernungen zu
noch mehr Sicherheit zu verhelfen. Schnellere Protokolle werden eingeführt, mit denen sich die Lese- und Antikollisionsgeschwindigkeit steigern lassen. Zusätzlich
arbeitet man an neuen Vorschriften, damit
durch Verwendung höherer Leistungen
die Lese- und Schreibdistanz der HF-Lösungen ansteigen kann.
Im UHF-Bereich war bis vor kurzem nur
die Far-Field UHF-Technologie verfügbar,womit die Identifikation von Flüssigkeiten
und anderen organischen Materialien praktisch unmöglich war. Zurzeit arbeitet die
Industrie an Near-Field-UHF-Lösungen (NFUHF) zur Kennzeichnung problematischer
Stoffe bzw. Produkte. Die mit NF-UHFTechnologie möglichen Leseentfernungen
von zirka 30 cm ermöglichen in gewissem
44
Bild 2: Reaktive Leistungsdichte für eine pharmazeutische Applikation gemäß FCC-Richtlinien
Umfang die Kennzeichnung einzelner Gegenstände.
Anpassung
Bei den HF und LF-Tags sind die Spulen
meist so beschaffen,dass die Größe des Tags
in direktem Zusammenhang mit der Leseentfernung steht. Die Tags sind weniger empfindlich gegenüber dem Material,
auf dem sie befestigt werden, sodass hier
einfache und universelle Konstruktionen in
Frage kommen.
UHF-Tags gibt es dagegen in vielen verschiedenen Konfigurationen, da sie für das
Material optimiert werden müssen, auf
dem sie angebracht werden sollen, weil
die UHF-Signale stärker als HF- oder LFSignale mit den gekennzeichneten Artikeln oder in der Nähe befindlichen Materialien interagieren. Außerdem gibt es
Konstruktionsunterschiede abhängig davon, ob die UHF-Technik im Far-Field- (FF)
oder Near-Field-Modus (NF) verwendet
wird.
Während man die FF-UHF-Technik im Detail verstanden hat, konzentrieren sich die
Arbeiten hauptsächlich auf die Optimierung
der Hard- und Software, um applikationsspezifische Anforderungen zu erfüllen. Beispiele hierfür sind die Verbesserung der
Leserate von Tags auf Behältern, das Optimieren der Felder der Lesegeräte und die
Harmonisierung der Vorschriften, um den
Weg für einen weltweiten Einsatz der UHFTechnik zu ebnen.
Im vergangenen Jahr hat man mit der Forschung an der NF-UHF-Technik begonnen,
um zu analysieren, wie diese Technik zur
Kennzeichnung einzelner Gegenstände
verwendet werden kann. Auch mögliche
Kombinationen mit FF-UHF waren Gegenstand der Untersuchungen.
Industrielle Forschung
Vor dem Hintergrund dieser Szenarien
startete die Deutsche Post World Net Anfang 2006 eine Initiative zur Evaluierung
des industriellen Einsatzes der RFID-Technik in mehreren Sparten von der Modebranche über die pharmazeutische Industrie bis zur Elektronik. Weitere Mitglieder
der DHL Innovations Initiative waren IBM,
Intel, Philips Semiconductors ( jetzt NXP
Semiconductors) und SAP. Durch Einbeziehung von HF- und UHF-Systemen in die
Tests und Evaluierungen wollte die Initiative die optimale RFID-Lösung für verschiedene Anwendungen in den jeweiligen
Zielbranchen ermitteln.
Zu den wichtigsten Beurteilungskriterien
gehörten die Schreib- und Leseeigenschaften der RFID-Tags unter verschiedenen Umgebungsbedingungen und bei Anbringung auf den zahlreichen Materialien,
die typischerweise im Logistikbereich vorkommen.
Da es keine Frequenz zu geben scheint,
die in allen Applikationen zu optimaler
Performance führt, werden verschiedene
Technologien untersucht, um die bestgeeignete Frequenz für die jeweilige Anwendung herauszufinden.
Ähnliche Tests laufen bei vielen weiteren
Unternehmen wie beispielsweise bei Metro und Kaufhof in Deutschland sowie bei
Wal-Mart und Target.
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WIRELESS
Praktischer Einsatz
Datenschutz und Sicherheit sind zwei kritische Aspekte für die Installation von RFIDSystemen.Beim Datenschutz geht es hauptsächlich um die Distanz, aus der RFID-Tags
gelesen oder beschrieben werden können.
Ein weiteres Thema ist der Einsatz sicherheitsverbessernder Technologien wie Passwortschutz und Kryptografie sowie bei
Bedarf der Zerstörungsbefehl ‚Destroy’.
Kryptografie-Lösungen sind eingehend erprobt und werden in großem Umfang für
HF- und einige LF-Lösungen eingesetzt, jedoch noch nicht in UHF-Systemen.
Bezüglich der Leseentfernung bietet der rasche Abfall des HF-RFID-Signals mit zunehmender Distanz von der Auslese-Antenne prinzipiell Vorteile gegenüber dem
Far-Field-Betrieb gängiger UHF-RFID-Chips.
UHF-Felder lassen sich dennoch eingrenzen, indem man die Nahfeld-Kopplung
zwischen Auslese-Antenne und Tag nutzt.
Dieser Technik bedient man sich auch bei
der bereits erwähnten NF-UHF-Lösung.
Das folgende Beispiel für HF- und NF-UHFSysteme macht zwei Dinge deutlich:
1. Bei der von der Federal Communications Commission (FCC) für eine pharmazeutische Applikation verlangten Lesedistanz werden RFID-Tags durch ein
HF-System stärker stimuliert.
2. In Point-of-Sale-Systemen haben HF-Systeme eine bessere Feldabgrenzung, sodass es weniger häufig zum Auslesen
von Tags an der Peripherie des Einzugsbereichs kommt.
Bild 2 macht deutlich, dass die HF-Technik bei Distanzen bis 300 mm eine höhere reaktive Leistungsdichte (Wvz, gestrichelte Linie) erreicht als die UHF-Technik
Kompromisslose
Qualität und perfektes
Projektmanagement?
Mit Sicherheit.
(WvØ, durchgezogene Linie), was zu einem
robusteren Signal in dem nach FCC-Regeln
geforderten Kommunikationsbereich führt.
Ein robusteres Signal ist wiederum gleichbedeutend mit präziseren Leseraten.
Bei Distanzen über 300 mm wird die reaktive Leistungsdichte der NF-UHF-Technik
allerdings größer als die der HF-Technik,was
ein zunehmendes Risiko für den Datenschutz darstellt. Der steilere Abfall des HFSignals verringert auch die Empfindlichkeit
gegenüber dem Auslesen von Fremd-Tags
sowie die Gefahr unbefugter Lese- oder
Schreibzugriffe auf ein Tag.
Gesundheit
Gesundheitliche Aspekte sind nach wie
vor Gegenstand von Untersuchungen durch
Regulierungsbehörden in aller Welt. Jede
Region erlässt eigene Grenzwerte nicht
nur für Hochfrequenz, sondern für elektromagnetische Felder jeglicher Art. Die
zulässige Belastung wird mit der Leistungsdichte angegeben. Bei einem System mit bekannter Sendeleistung und Frequenz lässt sich somit die Distanz
errechnen, die nicht unterschritten werden
sollte.
Die Regulierungsbehörden unterscheiden
außerdem nach zulässiger Arbeitsplatzbelastung und der zulässigen Strahlungsbelastung der Öffentlichkeit. Da die allgemeine Öffentlichkeit keiner mehr oder
weniger dauerhaften Strahlung ausgesetzt ist, ist die Mindestentfernung hier
größer als bei der Arbeitsplatzbelastung.
Weil die NF-UHF-Technik im RFID-Bereich
noch relativ neu ist, kann ein Ausgang der
Diskussion über Gesundheitsfragen derzeit
noch nicht vorhergesagt werden.
Ausblick
Die Industrie hat einen Umstieg auf eine
harmonisierte zweite HF-Generation gestartet, die den Bestrebungen des UHFStandards der zweiten Generation ähnelt,
auf den sich EPCGlobal und ISO bereits geeinigt haben.
Nach Ansicht vieler Beobachter gibt es insgesamt jedoch keine Universallösung auf
dem RFID-Sektor. In Ländern, in denen die
Verwendung von HF- und UHF-Frequenzen
möglich ist, können Aspekte wie die Reproduzierbarkeit der Tag-Performance, Datenschutz, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit
und Kosten dafür sorgen, dass eine Frequenz Vorteile gegenüber einer anderen
bietet. Indem beide verfügbar gemacht
werden, erhalten Systemintegratoren die
Option, sich für die jeweils beste Lösung zu
entscheiden.
Der Einsatz von HF- und UHF-Frequenzen
in größerem Stil wird der Industrie die
Möglichkeit geben, die Akzeptanz der RFIDTechnik voranzubringen, denn die Unternehmen haben es leichter, die Vorteile der
Technik in ihren jeweiligen Versorgungsketten zu nutzen.
Auch wenn es noch Bereiche zu verbessern gibt, hat sich die RFID-Technik bereits
als zuverlässig und kosteneffizient erwiesen. Technische Hindernisse wurden aus
dem Weg geräumt, und die Leistungsfähigkeit dieser Technik wird durch viele
künftige Entwicklungen weiter verbessert
werden.
(av)
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423
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15:17 Uhr
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WIRELESS
Extrem USB – auch kabellos
USB2.0 – mehr als nur eine
Maus- und Tastaturschnittstelle
Oft besteht der Wunsch USB derart zu übertragen, dass der Anwender ihn über große Entfernung mit seiner räumlich
verteilten Quelle und Senke nutzen kann. Deshalb gibt es kabelgebundene Extender-Lösungen auf CAT5- oder auf LWLBasis. Ferner gibt es bereits Wireless USB Plattformen für verschiedene HF-Standards oder entsprechende PowerlineLösungen wie im Folgenden von Icron gezeigt.
„Zusammenstecken und los geht’s“ – dieses geflügelte Wort beschreibt am besten
die Eigenschaft von Computern und Consumerelektronik, wenn es um deren Handhabbarkeit und Benutzerfreundlichkeit im
Umgang mit externem Multimedia-Zubehör geht. Ohne bestmögliches „Plug &
Play“ wird heute kein Industriekunde oder
Privatuser jemals mehr ein Produkt oder
System kaufen – oder es wird sich nur sehr
zögerlich am Markt durchsetzen.
Seit seiner Einführung Mitte der 90er-Jahre erlebt der USB (Universal Serial Bus) einen enormen Siegeszug. Seither wurden
mehrere Mrd. USB-Anschlüsse als Standardverbindung zur PC-Peripherie eingebaut und auch größtenteils benützt.
Ursprünglich wurde der USB zur Überbrückung sehr kurzer Entfernungen konzipiert. Aber heute ist er unbestritten der
˘ AUTOR
Robert Eisses, President & CEO,
Icron Technologies Corporation
Je nach Applikation, Einsatzgebiet, Datenrate und Frequenzband kommen Kabel oder WLAN, ZigBee, UWB, Bluetooth, ein proprietärer 2,4-GHz-Link oder 60-GHz- Mikrowellentechnik zum Einsatz.
(alle Bilder ICRON)
wichtigste Standard,um externe Geräte von
der Maus,Tastatur und MP3-Spielern bis hin
zu Digitalkameras und Handys an den PC,
MAC oder Linux-Rechner anzuschliessen.
Durch den zunehmenden Einsatz des PCs,
in allen Lebenslagen, Umgebungen und
Räumen (gerade auch als IPC),wurde die Einbindung von USB-Accessories und Extendern
notwendig, die es schließlich ermöglichen,
den USB zu verlängern oder sogar netzwerkfähig zu machen. IcronTechnologies
(Vertrieb: Hy-Line Computer Produkts), ein
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ist die Garantie für innovative und individuelle Lösungen.
Alles für den Unterschied.
423
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WIRELESS
kanadisches Unternehmen, hat sich seit
Jahren darauf spezialisiert, den USB derart zu übertragen, dass der Anwender ihn
mit seiner gewünschten, ggf. räumlich verteilten Quelle und Senke nutzen kann. So
bietet Icron passende kabelgebundene Extender-Lösungen auf CAT5- oder auf fiberoptischer Basis, um USB volltransparent
störungsfrei zu übertragen. Ferner gibt es
bereits Wireless USB Plattformen für verschiedene HF-Standards, oder entsprechende Powerline-Lösungen.
Alles selbstverständlich
„USB-compliant“
Wie mit jedem Standard steht und fällt
der Erfolg einer Lösung mit der Konformität und Kompatibilität. Bei USB-2.0 muss
heute beispielsweise gleichzeitig der USB1.1- und -2.0-Standard erfüllt werden, um
eine reibungslose High-Speed Kommunikation zu ermöglichen.Weitere damit verbunden Bedingungen sind:
˘ Plug & Play Funktion: sobald ein Benutzer einen USB-Teilnehmer an den PC ansteckt,muss dieser ohne zusätzliches Setup , Konfiguration oder Benutzereingriff
erkannt und eingebunden werden
˘ Rückwärtskompatibilität: ein USB-konformer Teilnehmer sollte mit allen PCs,
MACs, UNIX oder LINUX-basierten Systemen spielen, egal ob alt oder neu
˘ Übertragungsgeschwindigkeit: mit
480 Mbps ist der USB2.0 einer der
schnellsten Peripheriebusse. Obwohl
viele Teilnehmer diesen maximalen
Durchsatz nicht benötigen, sollten sie
doch dazu kompatibel sein.
gies), industrielle Automation (Bachmann),
Militärtechnik (Lockheed Martin,Raytheon),
abgesetzte Bedienterminals, Web Cams,
entfernte Druckeranschlüsse oder abgesetzte Festplatten.
Embedded Solutions
Bild 1 : ExtremeUSB Box-Produkte von ICRON
bieten Plug & Play und eine robuste, volltransparente Datenübertragung unter USB1.1 und
2.0, die zudem noch eine ganze Menge von
Übertragungsmedien nutzen, per Funk oder
drahtgebunden (Vertrieb: Hy-Line Computer
Products).
Icron entwickelt und unterstützt seit längerem Kunden und Partner, die federführend die ExtremeUSB-Core-Technologie in
Systeme oder Produkte einbauen. Ein gutes Beispiel ist INOVA Semiconductors in
München, mit welchen die Firma gemeinsam ein „Long-Distance MultimediaExtender Board“ entwickelt hat, der gleichzeitig USB,High-Definition Video und Audio
über eine Standard-CAT5-Ethernet-Leitung
überträgt.
Auch im drahtlosen Übertragungsbereich
gibt es bereits verschiedene OEM-Lösungen,
um USB-/Video-Extension zu ermöglichen,
z. B. mit HDMI-over-UWB, oder -WLAN.
ExtremeUSB – quasi grenzenloses USB
Bild 2 : Mit WiRanger wird Plug&Play WirelessUSB auf einfache Weise Realität.
Mehr als nur ein Desktop-Link
Wegen der beschriebenen Nutzerfreundlichkeit, aber auch Robustheit und universellen Verwendbarkeit ist USB mittlerweile
der Standard auch in industriellen Applikationen und ersetzt mehr und mehr alle
herkömmlichen Busses (z. B. PS/2, RS-232,
485, 422). Beispiele für z.B. USB-Verlängerung sind medizintechnische Applikationen
(Siemens, Philips), interaktive Schreibtafeln, sog. White Boards (SMART Technolo-
Will man kabelgebundene, weiter entfernte Teilnehmer USB-konform einbinden, dann reicht es nicht aus, einfach das
Kabel zu verlängern. Denn mangelnde Treiberleistung und zu knappe Reaktions- und
Latenzzeiten können dann sehr schnell die
Kommunikation derart beeinflussen, dass
ein USB-Device sich nicht mehr oder nicht
mehr richtig am Bus anmeldet oder nur sporadisch oder äußerst verzögert reagiert
und so durch Wiederholungsversuche den
USB blockiert.
Icrons ExtremeUSB-Technologie hingegen ermöglicht sicheres und zuverlässiges Plug ˘
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423
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WIRELESS
& Play und eine robuste,volltransparente Datenübertragung unter USB1.1 und USB2.0,die
zudem noch eine ganze Menge von Übertragungsmedien (Physical Layer) unterstützt
(UTP, STP, Koaxialkabel, Lichtwellenleiter,
Powerline, WLAN, UWB, WirelessHD).
ExtremeUSB-basierte Lösungen werden
seit Jahren bereits in zigtausenden Anwendungen eingesetzt, welche USB1.1 oder
USB2.0 über die besagten 5 m hinaus verlängern. Diese Lösungen unterstützen „Plug
& Play“ und benötigen weder Softwaretreiber noch irgendwelche Eingriffe am
Host zwecks Konfiguration oder Set-up.
ExtremeUSB – jetzt auch kabellos
Sicherlich ist eine schnurlose USB-Verbindung das höchste der Gefühle. Das heißt
aber noch lange nicht, dass diese Art der
Verbindung für alle Applikationen und Lebenslagen die beste ist. Eine HF-Verbindung ist immer störungsanfälliger als eine
kabelgebundene, und je nach Applikation, Einsatzgebiet, Datenrate und Frequenzband sollte eine passende WLAN-,ZigBee-, UWB-, Bluetooth, ein proprietärer
2,4-GHz-Link oder eine 60 GHz Mikrowellentechnik zum Einsatz kommen. Z. B. hat
die neueste UWB-Technik die störungsbedingte Reduzierung der Bandbreite jetzt
umgehen können, aber trotzdem bietet
dieser HF-Link für viele Kunden immer
noch zu wenig Datendurchsatz. Wie auch
immer, ICRONs Art des USB-Handlings unterstützt alle Ansätze der genannten Sendestandards und ist offen für alle weiteren
oder kundenspezifischen Lösungen.
So hat die Firma selbst jüngst ein fertiges
Produkt, den WiRanger, vorgestellt, der
USB2.0 über den WLAN-Standard überträgt. Er überbrückt ca. 30 m bei 54 Mbit/s
(IEEE802.11g) verschlüsselt und bedient
USB1.1 (low speed, full speed) und USB2.0
(high speed) gleichermassen. Das fertige
Produkt kann „plug & play“ z. B. direkt an
einen PC angeschlossen werden und kommuniziert so mit z. B. einem Drucker, einer Webcam oder einer Digicam.
Sollten alle kabellosen Übertragungsarten
nicht sicher oder leistungsfähig genug sein,
so lässt sich auf ein quasi unsichtbares,aber
doch zumindest im Heim- oder Bürobereich
gut zugänglich vorhandenes Übertragungsmedium zurückgreifen: die Datenübertragung über bestehende Stromnetze
(Power Line). Mit einem 200 Mbps+PHY
bleibt genügend Nutzdatenrate, um alle
notwendigen Applikationen ausreichend
zu bedienen, und das, wie gewohnt vollkommen transparent und zuverlässig.
OEM-Lösungen durch ICRON
Neben den fertigen Box-Produkten zur USBVerlängerung bietet ICRON den Systemintegratoren oder OEMs eine Fülle von eigenen
Erzeugnissen.Vom kleinen Huckepack-Board
über das kundenspezifisch bedruckte Gehäuse bis hin zur Design-Lizenz lassen sich
nahezu alle Kundenanforderungen erfüllen
– zumeist auch in preislicher Hinsicht.Denn
es ist nicht immer notwendig, bis zu sechs
USB-Hubs auf der Remote-Seite vorzuhalten,
oder in vielen Fällen reicht auch eine USB-FullSpeed-Übertragung mit 12 Mbit/s anstatt
einer etwas komplexeren High-Speed USB2.0Lösung. Ebenso übernimmt ICRON auch
kundenspezifische Design-Aufträge, und
entwickelt so in kürzester Zeit externe Produkte rund um den USB.
˘
infoDIRECT
Z-Wave Funknetzwerke
Für Bahneinsatz
Geräte kommunizieren drahtlos
RFID-UHF-Transponder
Z-Wave ist eine bewährte und interoperabel arbeitende „Wireless
Mesh Network“ Technologie, mit
der ein großer Teil von Geräten aus
dem Home-Bereich miteinander
kommunizieren kann. Dazu zählen beispielsweise Licht, Heizung,
Entertainment Center und Sicherheitssysteme. Z-Wave bringt dabei viele Vorteile für das tägliche Leben wie Remote Monitoring und
Steuerung, Sicherheit und Ener-
Mit RFID im UHF-Bereich lassen
sich Züge während der Fahrt mit
bis zu 100 km/h identifizieren und
lokalisieren. Harting bietet mit
dem passiven UHF-Transponder
HARfid LT 86 eine robuste und
leistungsstarke Systemkomponente an. Der Transponder hat
eine Lesereichweite bis zu fünf
Metern. Im 3D-MID-Verfahren
kann Harting Richtantennen mit
integriertem RFID-Chip aufbauen, die eine Anwendung in rauer
Industrieumgebung ermöglichen.
Diese neue Technologie sichert
hohe Lesereichweiten auf metallischen oder flüssigen Objekten,
unbegrenzte Lebensdauer (ohne
giesparen,die durch die neue ChipGeneration abgedeckt werden.Die
3.Generation des Z-Wave ZW0301
Single Chip Transceivers von Zensys (Vertrieb:MEV) unterstützt Batterie-zu-Batterie Netzwerke, hat
einen geringeren Stromverbrauch
und ist voll abwärtskompatible zu
den bestehenden Z-Wave Produkten.Sie arbeiten im 868-MHz-ISMBand mit GFSK-Modulation und
Übertragungsraten von 9 600 bit/s
oder 40 kbit/s.Mit der 300 Serie ist
mit dem ZW0301 eine Single Chip
Lösung und mit dem ZM3102 ein
Modul verfügbar, die PIN kompatibel zur 200 Serie ist.
˘
09.01.2007 17:52:00 U
48
Wartung),hohe Schutzklassen für
Anwendungen in extremen Umgebungen sowie ein robustes,variantenreiches Gehäuse mit vielfältigen Befestigungsoptionen.
Der Transponder eignet sich für
RFID-Anwendungen in der Transport- und Produktionslogistik. Er
stellt Informationen über Hersteller,Inhalt,Produktionsdatum,
Seriennummer und Eigentümer
des Objektes bereit. Die Informationen sind jederzeit verfügbar
und können bei Bedarf aktualisiert werden.Der Transponder hat
im Jahr 2006 den „Hermes Award
– Internationaler Technologiepreis
der Hannover Messe“ – gewonnen.
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431ei1007
˘ Link zu Harting
423
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15:17 Uhr
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WIRELESS
< PRODUKTE
Erste Silizium-IC-Lösung
Für Satelliten-LNBs
NXP Semiconductors stellte „den
industrieweit ersten Low Noise
Block (LNB) für digitales Satellitenfernsehen mit voll integriertem Abwärtswandler für das
Ku-Band“ vor. Das für DVB-S kon-
zipierte IC trägt die Bezeichnung
TFF1004HN und soll „erheblich
kosteneffektiver als gegenwärtige diskrete Lösungen auf der
Basis von GaAs-Komponenten
und einem DRO (Dielectric Re-
sonator Oscillator)“
sein. Als Gehäuse dient
˘
ein HVQFN24 mit den
Maßen 4 x 4 x 0,85 mm3.
365ei0907
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Für aktive Antennen
Messsystem
Telemeter bietet ein schlüsselfertiges Messsystem von Orbit/FR
zur Vermessung von aktiven Antennen an.Dieses „Power Cell System“ besteht aus einer geschirmten Kammer, einem
dielektrischen riemengetriebe-
nen Polarisationspositionierer,einem Base-Station-Simulator und
einem Rechner mit dem Softwarepaket„Power Cell Data Aquisiton“, welches das gesamte System steuert. Dieses System hat
bereits die CTIA Zertifizierung bestanden und wird erfolgreich für
Over-the-Air Tests von mobilen
Endgeräten eingesetzt. Für die
Aufnahme der Geräte, bei denen
die Sende- und Empfangsqualität
bestimmt werden soll, stehen
passende mechanische Befestigungen und auch ein Phantomkopf zur Verfügung.
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31.08.2007 15:13:21 Uhr
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19.09.2007
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WIRELESS
Bild 1
Preiswert und leistungsfähig
HF-Transformatoren als LTCC
Für den Einsatz in Frequenzbereichen von 1,3 bis 6,2 GHz gibt es von MiniCircuits (Vertrieb: municom) die 50-Ohm-HF-Transformatoren der Serie NCS
in LTCC-Technologie (Low Temperature Cofired Ceramic).
Die LTCC-Technologie eignet sich gut für Mikrowellenanwendungen. Die für die Transformatoren verwendeten Keramiksubstrate
weisen entsprechend gute physikalische
und elektrische Eigenschaften auf.Das drückt
sich in den technischen Daten der Serie NCS
aus.Am Beispiel des Typs NCS4-272+ werden
im Folgenden die wesentlichen Parameter demonstriert.Die Konfiguration der Trafos für
den Frequenzbereich 2 300 bis 2 700 MHz
zeigt Bild 1 mit der unsymmetrischen Primärseite und der symmetrischen Sekundarseite. Der Verlauf der Einfügedämpfung
über diesen Bereich ist in Bild 2 wiedergegeben. Bild 3 gibt den flachen Amplituden-
verlauf und Bild 4
den Phasenverlauf
wieder,entsprechend
sind die Datenblattangaben mit nur 5
Grad (typ.) für die
Phase und 0,3 dB
(typ.) für den Amplitudengang.
Durch die Verwendung der LTCC-Technologie fallen die
Trafos sehr klein aus,
sie messen nur 2 x
1,2 x 0,8 mm, sind
aber trotzdem mit 3 W am Eingang belastbar.Weitere wesentliche Merkmale der Trafos sind der Betriebstemperaturbereich von
– 40 bis + 85 °C,die RoHS entsprechenden Anschlusspads und der niedrige Preis. Sie können nach dem Löten mit wässrigen Reinigungsmitteln gewaschen werden.
Die HF-Transformatoren der Serie NCS decken
einen breiten Frequenzbereich ab und können so in einer Vielzahl von Applikationen z. B.
für Anpassungszwecke oder als Balun in HFEingangsstufen eingesetzt werden: ISM,
WLAN, WCDMA, PCS, GPS, WiMAX, WiBRO,
MMDS sowie in Radargeräten und für die Satellitenkommunikation (Uplink).
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Leistungsverstärkermodul mit 20 W
Bauhöhe 0,9 mm oder 0,75 mm
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Kleinster Uhrenquarz
Der Verstärker SKU # 1107 von Globes liefert
20 W und wird mit 28 VDC betrieben. Dieses Ultra-Breitbandmodul wurde für mobile
Jamming-Anwendungen in den L- und SBändern sowie in anderen linearen Anwendungen entworfen.
Nach Angaben von Endrich handelt es sich
bei den Uhrenquarzen (32.768 kHz) 31SMX(C)
und 31SMX(H) um die „kleinsten Uhrenquarze“, wobei die Bauhöhe 0,9 bzw.
0,75 mm beträgt. Die Quarze sind mit
Toleranzen von ± 20 ppm für den Temperaturbereich von – 40 bis + 85°C lieferbar –
und zwar für Lastkapazitäten von 12,5 pF, 7 pF
oder 9 pF.
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Bild 2
Bild 3
Bild 4
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Seite 52
OPTOELEKTRONIK
Galvanische Trennung von Signalen – auch mit DC/DC-Wandler
Induktion statt Optik
Innerhalb der letzten sieben Jahre haben ICs zur galvanischen Trennung, die nach dem induktiven Prinzip arbeiten, sich
ihren festen Platz erobert. Jetzt sind auch die Sicherheits-Standards angepasst. Außerdem gibt es nunmehr auch Potentialtrennungs-ICs mit integriertem DC/DC-Wandler. elektronik industrie beschreibt anhand eines Beispiels aus dem
industriellen Alltag, welche unterschiedlichen Ansätze für die Lösung einer Isolations-Aufgabe mit dieser Technologie
möglich sind und was die Zukunft bringt.
Durch neue Technologien werden sehr oft
Grenzen überschritten. Die ersten digitalen Isolatoren von Analog Devices, die
einkanaligen ADuM1100, die auf der vor
sieben Jahren vorgestellten iCoupler-Technologie basieren, zeigten dies sehr schnell
und deutlich. Diese neue Technologie war
durch die unbestrittenen Vorteile gegenüber der optischen Übertragung sehr
schnell im Blickpunkt vieler Entwickler.
Seit dieser Zeit hat sich das verfügbare
Produktspektrum gut entwickelt (Bild 1).
Problem: Standard
Obwohl auch alle Bauteile von Anfang an
entsprechend den vorhandenen Standards
zertifiziert wurden, kam diese neue Technologie manchmal dennoch nicht zum
Einsatz, denn hier zeigten sich die Grenzen
der vorhandenen Standards. Für die galvanische Trennung von elektronischen
Schaltkreisen gibt es die DIN EN 60747-51 VDE 0884 Teil 1 bis 3. Sicherheitsrelevant
für die galvanische Isolation ist der Teil 2,
der die wesentlichen Grenz- und Kennwerte beschreibt. Dieser Standard gilt aber
nur für optoelektronische Bauelemente
und konnte nicht direkt auf die neue Technologie angewendet werden. Der VDE
konnte zwar die Konformität der neuen
Bauteile zu den vorhandenen Standards bescheinigen, aber es blieb dabei, dass für
die sichere Trennung kein Standard für
diese Bauteile angewendet werden konnte. Nach fast 6 Jahren wurde nun Ende
2006 diese Situation geändert und die
Grenzen des Standards aufgeweitet. Mit der
Bild 1: Galvanische Trennung, aber induktive Kopplung: iCoupler
neuen DIN V VDE V 0884-10 gibt es nun für
Halbleiterbauelemente, die zur sicheren
Trennung magnetische und kapazitive
Koppler nutzen, einen neuen Standard.
Analog Devices hat bereits alle verfügbaren iCoupler-Varianten durch den VDE zer-
tifizieren lassen. Dies spiegelt sich nach
und nach auch in den Datenblättern wieder, die seit Ende 2006 alle überarbeitet
werden. Damit können nun in einem größeren Spektrum von Anwendungen die
Vorteile dieser neuen Technologie genutzt
Bild 2: Repeater basierend auf iCoupler-Technologie (1. Lösungs-Ansatz)
˘ AUTOR
Michael Müller-Aulmann
arbeitet bei Analog
Devices in Limerick/Irland
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OPTOELEKTRONIK
werden, und die Unsicherheit des einzelnen Entwicklers für den Einsatz dieser Isolationstechnik ist damit ausgeräumt.
Eine alltägliche Aufgabe
Bei der Kommunikation (nicht nur von industriellen Baugruppen) kommt sehr oft
eine Schnittstelle nach dem RS485-Standard
zum Einsatz. Sehr oft werden oder müssen
solche Interfaces zur Vermeidung von Masseschleifen galvanisch getrennt werden. Dabei kommen RS485-Schnittstellen in unterschiedlichen Topologien für verschiedene
Protokolle wie PROFIBUS, DIN-Messbus
usw. zum Einsatz.
Um die gewünschten Topologien realisieren zu können und auch entsprechend
dem RS485-Standard die elektrischen Rahmenbedingungen einzuhalten sind in realen Applikationen meist Leitungs-Verstärker (Repeater) notwendig. Ebenso besteht
sehr oft die Notwendigkeit, von einem
Standard auf einen anderen zu wechseln.
Um beispielsweise einen PC über eine serielle RS232-Schnittstelle an ein RS485Kommunikations-Netzwerk anzukoppeln,
ist zum Schutz des PCs ein galvanisch getrennter Adapter erforderlich.
tokoll verarbeitet, je nach Notwendigkeit
jede Variante zum Einsatz kommen.
Gegenüber der Isolation mit optischen
Kopplern bietet der hier eingesetzte dreikanalige iCoupler-Baustein ADuM1301 auch
den Vorteil, dass alle 3 Kanäle in einem
Gehäuse untergebracht sind. Dies ist möglich, da in einem Bauteil die Übertragung
in unterschiedliche Richtungen möglich
ist. Für andere Anwendungen,bei denen die
Ausgänge solcher mehrkanaliger Isolatoren auf einen gemeinsamen seriellen oder
parallelen Signalbus geschaltet werden
sollen, sind auch Derivate mit hochohmig
zu schaltenden Ausgängen verfügbar.
Repeater
Neben dem AD740x, eine Kombination eines A/D-Wandlers (oder besser beschrieben: eines Delta-Sigma-Modulators 2. Ordnung mit 16 bit Auflösung für ein
Eingangssignal von ± 200 mV) und einer sicheren Isolation für 3,75 kV in einem Bauteil bestand auch der Kundenwunsch, ei-
nen Transceiver für den RS485-Standard
mit integrierter Isolation zu bekommen
(Bild 3): Der ADM2483 ist für langsamere
Systeme mit Baudraten bis 500 kbit/s ausgelegt und der schnellere ADM2486 ist
mit maximal 20 Mbit/s voll kompatibel zu
den Anforderungen des PROFIBUS.
Nicht notwendigerweise wie hier in Bild 4
gezeigt in einem Repeater, aber auf jeden
Fall in fast allen Systemen, die auf ein Kommunikations-Netzwerk nach RS485-Standard aufgeschaltet werden sollen, ist der
Platz und auch der Aufwand für eine zusätzliche Energieversorgung der isolierten
Seite ein Problem. Daher ist im ADM2485
neben der integrierten Isolation und dem
Transceiver auch ein Treiber für einen kleinen Transformator integriert, mit dem ein
DC/DC-Wandler für die isolierte NetzwerkAnschaltung einfach realisiert werden kann.
Nächste Aufgabe
Die aufgezeigten Kombinationsmöglichkeiten sind lange noch nicht an ihren ˘
Lösungsansatz
Bei dem Ausbau eines KommunikationsNetzwerkes auf mehr als 32 Stationen oder
größeren Entfernungen ist es entsprechend
dem RS485-Standard notwendig,einen Verstärker einzusetzen. Sehr oft wird dann
auch neben der einfachen Verstärkung oder
Auffrischung der Signale zusätzlich eine
galvanische Trennung notwendig. Ein solcher Repeater lässt sich entsprechend Bild 2
recht einfach aufbauen. In dieser Grafik
sind explizit alle notwendigen Blöcke zur
Realisierung eines Repaters zu sehen. Die
Basis bilden die zwei RS485-Transceiver, die
in verschiedenen Ausführungen von Analog Devices verfügbar sind. Die Energieversorgung der beiden isolierten Seiten
kann jeweils direkt über entsprechende
Schaltregler aus der üblicherweise verfügbaren 24-V-Versorgung erfolgen (ADP3050)
oder für eine der beiden isolierten Seiten
über einen DC/DC-Wandler erzeugt werden.
Um die Übertragungsrichtung der beiden
Transceiver richtig zu schalten kann von
einem einfachen Monoflop bis hin zu einem
Mikrokontroller,der das Übertragungs-Pro-
_EI_40_46217.indd 1
04.09.2007 17:06:36 U
313
19.09.2007
15:20 Uhr
Seite 54
OPTOELEKTRONIK
Leistung von 50 mW, aber dies reicht in
der Regel für einen einfachen A/D-Wandler oder einen RS232-Transceiver vollkommen aus.
Was bringt die Zukunft?
Bild 5: RS485-auf-RS232-Umsetzer mit isoPower realisiert
Grenzen angekommen,aber sie lassen noch
einen wichtigen Aspekt offen.Wie wird ein
isolierter Schaltungsteil ohne zusätzlichen
Aufwand mit Energie versorgt? Mit dem
ADM2485 wurde zwar ein Schritt in diese
Richtung eingeschlagen, aber dies stellt
noch lange nicht die endgültige Lösung dar.
In Bild 5 wird ein RS485/RS232-Adapter für
die Aufschaltung zum Beispiel eines PCs auf
ein Kommunikations-Netzwerk nach RS485Standard gezeigt. Mit dem ADuM524x ist
ein erstes Bauteil mit isoPower-Option erhältlich. Das Bauteil enthält neben zwei isolierten Pfaden zur Datenübertragung zusätzlich einen integrierten DC/DC-Wandler.
Diese in ein kleines 8-poliges SOIC-Gehäuse (5 x 6 mm2) integrierte Energieversorgung überträgt zwar nur eine kleine
Wie die Kombination von Informationsübertragung und Leistungsübertragung
in dem ADuM524x und die typischen
Applikationen hierzu erahnen lassen,
werden in naher Zukunft von Analog Devices auf Basis der iCoupler-Technologie
zusammen mit der Integration der isoPower-Option weitere Grenzen aufgeweitet.
Schon in den nächsten Monaten ist mit
einem Durchbruch im Bereich der Leistungsübertragung zu rechnen, so dass
dann zum Beispiel mehrkanalige Isolatoren mit integrierter Leistungsübertragung zur Verfügung stehen werden. Voraussichtlich werden diese Bauteile mit
einer wählbaren geregelten Ausgangsspannung von 3,3 V oder 5 V, einem mehrfachen an Ausgangsleistung und einem
deutlich gesteigerten Wirkungsgrad gegenüber dem ADuM524x verfügbar sein.
Außerdem wird es dann Systemlösungen
geben, die einen kompletten isolierten
RS485-Transceiver integrieren. Eine solche Integration ist durch keine anderederzeit verfügbare Technologie möglich.
(av)
˘
LNAs für WiMAX/4G
GPS-Empfänger
Bypass integriert
Im Mini-Format
Hittite hat zwei neue BypassLNAs auf den Markt gebracht, die
im Frequenzbereich 2,3 bis 3,8 GHz
arbeiten. Bei den HMC605LP3(E)
und HMC593LP3(E) genannten
GaAs-LNAs handelt es sich um
˘
˘ Link zu Hittite
54
pHEMT-MMICs, die bei Frequenzen von 2,3 bis 2,7 GHz bzw. 3,3
bis 3,8 GHz ein Rauschen von
1,0 dB sowie einen IP3-Wert von
+ 29 dBm und eine Verstärkung
von bis zu 20 dB aufweisen.
374ei1007
infoDIRECT
313ei1007
˘ Link zu Analog Devices
Abmessungen von lediglich 13,1 x
15,9 x 2,3 mm3 weist das von
Rutronik lieferbare GPS-Modul
iTrax310 von Fastrax auf.Es basiert
auf dem neuen Chipsatz SiRF Star
III mit integriertem Flash-Speicher.
˘
375ei1007
˘ Link zu Rutronik
PB_Opto
19.09.2007
15:21 Uhr
Seite 55
OPTOELEKTRONIK
Sehr helles 4,3-Zoll-TFT-Display
Mischung aus Laser und LED
Mit LED-Backlight
SLED für 1520 nm
Neu im Programm von Neumüller
ist das 4,3-Zoll-TFT von Everbouquet.Bei einer aktiven Fläche von
95,04 x 53,86 mm2 betragen die
Außenabmessungen 105,5 x 67,2 x
4 mm3, während die RGB-Auflösung des 16:9-Displays bei 16,7 Millionen Farben 480 x 272 Pixel beträgt.Die Helligkeit beträgt typisch
280 cd/m3 und das Kontrastver-
Exalos erweitert seine Produktreihe der SLEDs (Superluminescent LEDs) um die neue 1520nm-TOSA-SLED. Die neuen SLEDs
befinden sich bereits in Produktion und sind bei AMS
Technologies erhältlich. SLEDs
sind Halbleiter-Lichtquellen, die
die zeitliche Inkohärenz von LEDs
mit der räumlichen Kohärenz
von Lasern kombinieren.Typische
Werte für die EXS5205-8111 sind
0,4 mW optische Leistung in ei-
˘
hältnis liegt im Temperaturbereich
von – 20 bis + 70°C bei 250:1.
361ei1007
˘ Link zu Neumüller
˘
Schlanke Lösungen
< PRODUKTE
ner Singlemodefaser und eine
auf 1520 nm zentrierte spektrale Bandbreite von 6 nm (3 dB Abfall). Die Standardprodukte werden in einem kostengünstigen
TOSA-Gehäuse mit Monitordiode und FC/APC Stecker geliefert,
sind aber auch in TO-56-Gehäusen erhältlich. Die SLEDs sind
BELLCORE-GR-468-qualifiziert.
375ei0907
˘ Link zu AMS Technologies
5 W, aber LED
First Components bietet mit Ediline von Edison-Opto Lichtlösungen für Beleuchtungszwecke, bei denen 15 Chips à 100 mA
in einer 33 mm langen Reihe angeordnet sind. Die LEDs sind in
den Farben rot (625 nm), grün
(525 nm), blau (465 nm), royalblau (450 nm) sowie in den Weiß-
˘
Schnittstellen verbinden
Neues Design-Kit für Optokoppler
tönen kaltweiß (6 000 K) und
warmweiß (3 200 K) erhältlich.
Bis zu acht dieser Elemente lassen sich parallel schalten.
363ei1007
˘ Link zu First Components
4MPBO *IS 4QF[JBMJTU GS #FMFVDIUVOHT VOE 4JHOBMJTBUJPOT-zTVOHFO NJU -&%T
GFJFSUEJFTFT+BIS*ISKjISJHFT#FTUFIFO4MPBOCJFUFU*IOFO WPOEFSFJO[FMOFO
-&%CFS4UBOEBSENPEVMFCJTIJO[VSNBTTHFTDIOFJEFSUFO-JDIUMzTVOHBMMFT[VN
5IFNB -&% BO "VG 8VOTDI FSIBMUFO 4JF )BMCGFSUJH XJF BVDI 'FSUJHQSPEVLUF
Toshiba bietet ein Design-Kit an,das
Entwickler bei der Auswahl des
richtigen Optokopplers unterstützt.
Je nach Typ sind die Optokoppler mit
diversen Schnittstellen z. B.für CAN,
IGBTs/MOSFETs etc. ausgerüstet.
˘
362ei1007
˘ Link zu Toshiba
4MPBO*IS1BSUOFS
GS-&%-zTVOHFO
%VSDI EJF MBOHKjISJHF .BSLUFSGBISVOH JTU 4MPBO FJO LPNQFUFOUFS 1BSUOFS GS EJF
3FBMJTJFSVOHWPOOFVFO-&%1SPKFLUFO7POEFS&OUXJDLMVOHCJT[VS'FSUJHVOHCJFUFO
XJS*IOFOBMMFTBVTFJOFS)BOEBO-BTTFOBVDI4JF*ISF*EFFOWPOVOTCFMFVDIUFO
SLOAN AG — Birmannsgasse 8 — CH-4009 Basel / Switzerland
Telelefon: +41 (0)61 264 10 60 — Fax: +41 (0)61 264 10 75
e-mail: [email protected] — Internet: www.sloan-basel.com
046_EI_40_50075.indd 1
11.09.2007 14:34:46 Uhr
422
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15:23 Uhr
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OPTOELEKTRONIK
Innovationsschub für Beleuchtungen
Chancen der organischen Leuchtdioden
Die Technologie von OLEDs ist auf einem Stand, der konkrete Anwendungen in zahlreichen Massenmärken und im Kfz
ermöglicht. Die Entwicklung flexibler Leuchtfolien wird weitere Anwendungsfelder eröffnen.
Ende der 90er Jahre kamen erste OLED
Displays auf den Markt, die auf Basis einer
Erfindung von 1987 beruhten. Neben Passivmatrixdisplays, welche nur einen geringen Informationsgehalt darstellen
können, sind zunehmend auch Aktivmatrixdisplays erhältlich. Hierbei sind OLEDs
in erster Linie für kleine bis mittlere Displaygrößen relevant, verwendet in Mobiltelefonen oder tragbareren elektronischen
Geräten. Mittelfristig kann die Technologie
der OLED Displays eine dominierende Rolle im Markt für elektronische Anzeigen
übernehmen.
OLEDS für Beleuchtungszwecke
Als flächige Lichtquelle mit dem Potenzial zu unerreicht hoher Energieeffizienz,
und mit völlig neuen Möglichkeiten beim
Design, sind OLEDs auch für den Beleuchtungssektor von enormem Interesse. Hier
sind vor allem zwei Eigenschaften die Triebkraft für zukünftige Entwicklungen:
1. OLEDs sind extrem dünne Lichtquellen,
deren Dicke lediglich durch das Trägersubstrat begrenzt ist. Da organische Materialien als aktive Schichten zum Einsatz kommen, sind OLEDs prinzipiell
flexibel verformbar, wodurch sich völlig
neue Beleuchtungsdesigns realisieren
lassen. Allerdings werden zur Zeit OLEDs
hauptsächlich noch auf Glassubstraten
prozessiert, wodurch die Flexibilität nicht
zum Tragen kommt. Jedoch wird mit
Hochdruck an der Entwicklung von flexiblen Gesamtkonzepten, beispielsweise auf Polymerfolien gearbeitet.
2. OLEDs sind potenziell extrem effiziente
Lichtquellen, welche gegenüber momentan erhältlichen Technologien gro-
˘ AUTOR
Dr. Sven Murano ist Project
Manager White Light OLED Developement der Novaled GmbH
56
ße Energiesparmöglichkeiten aufzeigen.
Energieeffizienz ist von hohem Interesse und in zahlreichen Anwendungen zur
Verlängerung der Akkulaufzeiten gefordert.
Aufbau und Wirkungsweise der OLEDs
OLEDs sind als Festkörperlichtquelle in einem großen Temperaturbereich einsetzbar
und weitgehend unempfindlich gegen
Stöße und Vibrationen.
Aufbau und Funktionsweise. Sie bestehen
aus mehreren Schichten organischer Materialien, die zwischen zwei Elektroden
eingeschlossen sind. Mindestens eine muss
transparent sein, damit Licht austreten
kann (Bild 1). Mit zwei transparenten Elektroden lassen sich auch volltransparente
Lichtquellen realisieren.
Innerhalb einer OLED sind drei Ebenen zu
unterscheiden. Zwei Schichten zum Transport der Ladungsträger und die Emissionsschicht, in der Elektronen und Löcher rekombinieren und Licht erzeugen.
Wird an ein OLED-Bauteil eine Spannung
angelegt, so wandern Elektronen und Löcher von der Anode und der Kathode in
das Bauteil. Hierbei ist es Aufgabe der
Transportschichten, einen möglichst geringen Spannungsabfall beim Transport
und der Injektion der Ladungsträger aus den
Elektroden zu verursachen, damit Elektronen und Löcher möglichst ohne Energieverlust die lichterzeugende Emissionsschicht erreichen. Dort kombinieren
Elektronen mit Löchern und bilden angeregte Zustände, sogenannte Exzitonen,
welche dann in sichtbares Licht zerfallen.
Wirkungsgrad
Bei der Wandlung elektrischer Leistung in
Lichtleistung wird die Effektivität einer
Bild 1: Schematische Darstellung des Aufbaus einer organischen Leuchtdiode. (Alle Bilder: Novaled)
422
20.09.2007
11:38 Uhr
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OPTOELEKTRONIK
OLED hauptsächlich bestimmt von den Faktoren: Betriebsspannung (umgekehrt proportional zur Effizienz), Exzitonenumwandlung in Licht und Lichtauskopplung,
also der Anteil des im Inneren generierten
Lichtes,welches das Bauteil verlassen kann.
Die Exzitonenumwandlung ist heute mit
nahe zu 100 %iger Effizienz möglich, durch
normolekülen ermöglicht eine verringern
der Spannung, die am Limit des physikalisch machbaren liegt. Mit diesem Konzept der PIN OLEDs reduziert sich die
Betriebsspannung auf etwa 3 V. Konventionelle organische Halbleitermaterialien
benötigen dagegen 8 bis 10 V.
Lebensdauer
Heute erreichen weiße OLEDs in etwa den
Wirkungsgrad von Halogenstrahlern,bei Lebensdauern von einigen 10 000 Stunden.
Rote OLEDs leuchten bereits 1 Mio. Stunden,
was einer Laufzeit von über 100 Jahren
entspricht.
Anwendungen im Kfz
Bild 2: Prototype eines Frontscheinwerfers mit
OLEDs als Standlicht.
die in den 90er Jahren entwickelten phosphoreszenten Emittermolekülen. Lediglich für die blaue Lichtemission sind noch
keine zufriedenstellenden Materialien erhältlich. Daher wird blaues Licht mit konventionellen Farbstoffen und einer Effizienz von 25 % erzeugt. Angesichts der
rapiden Entwicklung in der Vergangenheit
ist davon auszugehen, dass in nicht allzu
weiter Zukunft auch für Blau geeignete
phosphoreszente Materialien entwickelt
sind.
Die Auskoppeleffizienz in OLEDs liegt etwa
in dem Bereich von 20 bis 30 %. Somit gehen 70 bis 80 % des Lichtes innerhalb der
Bauteile verloren. Auch auf diesem Gebiet
sind umfangreiche Forschungsarbeiten im
Gange wodurch eine Verdopplung des Auskoppelten Lichtes in nächster Zeit als nahezu sicher gilt.
Das gezielte Dotieren der Ladungsträgertransportschichten mit Akzeptor bzw. Do-
Im Automobil sind OLED Displays bereits
heute in geringen Stückzahlen im Einsatz.
Mit wachsendem Marktanteil im Displaysegment werden auch bei diesen Anwendungen OLED Displays die herkömmlichen
LCD-Anzeigen ersetzen. Es sind auf Basis der
OLED-Technologie völlig neue Anzeigekonzepte realisierbar. Denkbar sind transparente Anzeigen, die in Glasscheiben oder
im Armaturenbrett verbaut sind.
Im Beleuchtungsbereich werden OLEDbasierte Lösungen zukünftig in Autos zu
finden sein. Dies gilt sowohl für den Innenraum als auch für die Außenbeleuchtung im Scheinwerferbereich. Zwar
sind OLEDs voraussichtlich in ihrer Lichtmenge so begrenzt, dass der Einsatz als
Hauptscheinwerfer nicht möglich sein
dürfte, aber Anwendungen als Blinkleuchte, Begrenzungslicht oder Bremslicht
sind realisierbar. Einen ersten Scheinwerferprototypen mit einem Begrenzungslicht auf Basis von OLEDs wurde
von Automotive Lighting und Novaled
realisiert (Bild 2).
Innerhalb des vom BMBF geförderten Projektes Caro forscht Novaled zusammen
mit weiteren Partnern aktiv an der gezielten Optimierung von OLEDs für die Anwendungen innerhalb des Automobilbaus.
Hierbei sind insbesondere weitere Verbesserungen der Temperaturstabilität im
Fokus der Untersuchungen.
(sb)
˘
Bild 3: Weiße OLED für künftige Beleuchtungszwecke.
infoDIRECT
422ei1007
˘ Link zur Novaled GmbH
040_EI_40_49950 1
57
17.09.2007 10:46:41 Uhr
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OPTOELEKTRONIK
Die richtige Wahl treffen
Kameras für bildverarbeitende Systeme
Am Kameramarkt existiert eine sehr große Vielfalt unterschiedlichster Typen, von Low-cost Modellen bis zu teueren
Spezialkameras, dass eine vernünftige Wahl zunächst sehr schwierig erscheint. Durch eine sorgfältige Untersuchung
der Anforderungen, die die jeweilige Applikation und der Standort einschließt, lässt sich die Auswahl jedoch meist sehr
stark eingrenzen wie in unserem Beitrag gezeigt.
Der erste und wichtigste Punkt bei der
Wahl eines geeigneten bildverarbeitenden Systems ist die genaue Beschreibung
der technischen Anforderungen, die man
an dieses stellt. Die richtige Spezifikation
sollte zunächst eine kurze Beschreibung der
Applikation enthalten.
Ausgangspunkt Spezifikation
Dabei müssen folgende Fragen beantwortet werde:
˘ Was soll gemessen werden? (Eingang)
˘ Welcher Nutzen oder Verbesserung wird
erwartet? (Ausgang/Ergebnis)
Auf dieser Basis kann man die nötigen Informationen zusammenzustellen. Im Allgemeinen sollte die Spezifikation eines
optischen Systems folgende Kriterien berücksichtigen:
˘ Vorhandene Methode, falls zutreffend
˘ Objektbeschreibung: Größe, Form, Variation, Farbe, Material
˘ Prozessanforderungen: Geschwindigkeit, Genauigkeit, Toleranz
˘ Art der Objektzuführung
˘ Optische Gegebenheiten: Sichtfeld, Arbeitsabstand, Lichtverhältnisse
˘ Physikalische und mechanische Gegebenheiten: max. Baugröße, mechanische Integration, Vibrationen etc.
˘ Umgebungsbedingungen: Licht, Temperatur, Luftfeuchte, Staub/Dreck.
Außerdem sind die gewünschten Schnittstellen, wie Netzwerk, Arbeitsplatzrechner und zukünftig zu erwartende Änderungen sowie Upgradewünsche zu
berücksichtigen.
Bild1: Typische Bauformen unterschiedlicher CCD-Sensoren.
Bild 2: CMOS-Sensoren im Vergleich.
Sichtfeld und Auflösung
˘ Räumliche Auflösung RR:
Ein erstes Auswahlkriterium bei der Wahl
einer geeigneten Kamera, ist die benötigte Auflösung. Dazu muss zunächst das
Sichtfeld berechnet werden. Das Sichtfeld
muss das zu untersuchende Objekt enthalten und soviel Toleranz berücksichtigen, dass der Rand des Bildes möglichst
nicht berührt wird. Das benötigte Sichtfeld
SF entlang einer Achse kann folgendermaßen berechnet werden
Die räumliche Auflösung ist der virtuelle Abstand zweier Pixel in der Objektebene. Bei
gegebener Sensorauflösung ist diese bestimmt durch das Sichtfeld bzw. den Vergrößerungsfaktor der verwendeten Optiken,
RR = SF / RS
˘ AUTOR
Dipl.-Phys. Simon Che’Rose,
Field Application Engineer,
Framos Electronic
Vertriebs GmbH
58
maximale Varianz der Objektposition und -orientierung und Ptol. die Toleranz
der Kameraausrichtung als
Prozentsatz oder Bruchteil.
Letztere wird üblicherweise im Bereich von 10 % angenommen.
Nun kann man sich an die
Bestimmung der gewünschten Auflösung machen. Dabei muss zwischen
fünf unterschiedlichen Auflösungsbegriffen unterschieden werden.
˘ Sensorauflösung RS:
Zahl der Zeilen und Spalten
eines Sensors die zu der resultierenden Aufnahme beitragen. Typisch für industrielle Anwendungen sind
VGA- (640 x 480 Pixel) und
1 MPixel-Sensoren, aber Kameras mit niedrigerer und
höherer Auflösung (derzeit
bis zu 11 MPixel) sind ebenfalls erhältlich.
SF = (DObj. + Rvar.) · (1 + Ptol.)
DObj. ist dabei die maximale Objektgröße
in der hier betrachteten Richtung, Rvar. die
˘ Auflösungsvermögen RAV:
Aus der Theorie ist bekannt, dass mindestens 2 Pixel pro Raumrichtung notwendig
sind, um ein Merkmal eines Objektes auflösen zu können. Da man aber immer mit
einem nicht idealen System arbeitet, müssen Faktoren wie ungenügender Kontrast
und Rauschen in Betracht gezogen werden,
420
19.09.2007
15:24 Uhr
Seite 59
OPTOELEKTRONIK
sodass mindestens 4 bis 5 Pixel das aufzulösende Merkmal überspannen sollten
(Zahl der Pixel: FP). Somit berechnet sich das
Auflösungsvermögen dann zu
RAV = RR · FP
senschaftlichen Bereich, arbeiten mit 12 Bit
(4 096 Graustufen) oder 14 Bit (16 384 Graustufen). Farbkameras nutzen meist 8 Bit
je Farbe, was einer Gesamtheit von
16 777 216 Farben entspricht.
˘ Messauflösung:
Ein Merkmal zu detektieren heißt nicht es
auch vermessen zu können. Eine Unterscheidung ob ein abgebildetes Merkmal 3
oder 4 Pixel umfasst, ist nicht möglich. Anders sieht dies bei der Vermessung von größeren Objekten aus. Möchte man z.B. eine
Kante vermessen, wird üblicherweise über
einen größeren Kantenbereich gemittelt.
Wie aus der Statistik bekannt,skaliert der Fehler mit der Anzahl der Messungen,hier also
die Anzahl der Pixel N entlang der Kante,über
die gemittelt wird. Der Gesamtfehler errechnet sich dann aus dem mittleren Fehler der Einzelmessung εx zu ε = εx / N1/2. Da
εx bei ausreichender Schärfe im Bereich weniger Pixel liegt,kann die Messauflösung genauer als die räumliche Auflösung sein.
Nun kann aus den Anforderungen der Messung die mindestens benötigte Sensorauflösung berechnet werden.
007_EI_40_48734.indd 1
Messgeschwindigkeit
Bild 3: Board-Kamera der Firma Lumenera mit
USB-Interface.
˘ Grauwertauflösung
Die Grauwertauflösung oder Quantisierung einer Kamera gibt an mit welcher
Genauigkeit der A/D-Wandler der Kamera das analoge Spannungs-Signal digitalisiert. In der industriellen Anwendung sind
8 Bit (256 Graustufen) üblich und bei guter Beleuchtung auch meistens ausreichend. Höherwertige Kameras z. B. im wis-
Je nach Prozessgeschwindigkeit wird die
Auswahl der einsetzbaren Kameras weiter eingeschränkt. Sind 5 Teile in der Sekunde zu überprüfen, muss die Kamera
also mindestens eine Bildwiederholrate
von 5 fps (frames per second) besitzen.
Übliche Bildraten von CCD-Kameras liegen bei 10 – 15 Bildern pro Sekunde, für
schnellere Prozesse kann dies manchmal,
durch Reduzierung der Auflösung noch
weiter erhöht werden. Mit CMOS Sensoren sind Bildraten bis etwa 150 Vollbildern/s. möglich, spezialisierte Hoch- ˘
31.05.2007 17:22:35 Uhr
420
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15:24 Uhr
Seite 60
OPTOELEKTRONIK
geschwindigkeitskameras übertreffen diesen Wert noch um mehrere Größenordnungen.
verschiedenfarbige Bereiche zu unterscheiden, sodass der Einsatz einer Farbversion nicht erforderlich ist.
Welchen Sensor nehmen:
CCD oder CMOS?
Firewire oder USB als Interface?
Die CMOS-Technologie hat in den letzten
Jahren starke Fortschritte gemacht, sodass sich die meisten Kameras auf CMOSBasis nicht mehr hinter CCD-Kameras verstecken müssen. Trotzdem gibt es noch
signifikante Unterschiede, wie im Abschnitt Messgeschwindigkeit schon angedeutet. In einem CCD-Sensor werden
die durch das auftreffende Licht erzeugten Elektronen zunächst in ein Schieberegister verschoben, um dann Zeile für
Zeile ausgelesen zu werden. Bei einem
CMOS-Sensor wird das Lichtsignal direkt
am Pixel durch im Chip implementierte
Transistoren in ein Spannungssignal umgewandelt. Auch ein Großteil von Weiterverarbeitungsoptionen kann direkt in
den Chip integriert werden. Somit lassen
sich Kameras weitaus kompakter bauen als
dies für CCD-Kameras der Fall ist, bei welchen der Großteil der Elektronik außerhalb des Sensors sitzt. Weitere Vorteile
sind, dass sich schnellere Bildwiederholraten realisieren lassen als bei CCDs und
sich jedes Pixel direkt adressieren lässt,
wodurch sich frei wählbare Fenster definieren lassen (Region Of Interest ROI).
Auch hier kann noch mal eine wesentliche
Geschwindigkeitssteigerung erreicht werden. Nachteilig ist, dass durch die pixelindividuelle Elektronik die Uniformität
geringer ist als bei CCD-Sensoren und
auch ein recht hohes Maß an Rauschen bedingt ist.Weiterhin lässt sich ein globaler
Verschluss (global Shutter) auf einem
CMOS-Sensor nur schwer realisieren. Dazu
müssen weitere Schaltkreise am Ort des
Pixels untergebracht werden, was aber
auf Kosten der lichtempfindlichen Fläche
geschieht. Bei CCD-Sensoren ist dies kein
Problem.
Zusammenfassend lässt sich feststellen:
CCD-Sensoren liefern die bessere Bildqualität, haben eine höhere Empfindlichkeit und Dynamik und eine synchrone
Belichtungssteuerung aller Pixel, CMOS-Kameras sind meist kompakter, ermöglichen
eine höhere Bildrate und sind etwas variabler einsetzbar.
60
Bild 5: Bayer-Pattern eines Farb-Sensors. Das
einfallende Licht wird vor dem Auftreffen auf das
Pixel gefiltert.
Bild 4: Imaging-Module 1.4 der Firma Jenoptik
mit FireWire.
Monochrom oder muss es Farbe sein?
Grundsätzlich sollten Farbsensoren nur
in Bereichen eingesetzt werden, in welchen Farbinformationen zwingend notwendig sind. Dies liegt darin begründet,
dass Bildaufnehmer von sich aus nicht in
der Lage sind, Farben zu detektieren. Auf
dem Sensor müssen erst Pixelweise Farbfilter (rot, grün, blau) aufgebracht werden.
Dies geschieht mittels eines sog. BayerMosaiks (vgl. Bild 5), welches doppelt soviel grüne wie rote oder blaue Filter enthält, da das menschliche Auge im grünen
Spektralbereich am empfindlichsten ist
und so das subjektive Farbempfinden
am natürlichsten erscheint. Aus den so
erhaltenen Pixelinformationen wird
dann das fertige Farbbild rekonstruiert.
Dies bedingt aber, dass für jeden Farbkanal nur ein Viertel bis maximal die
Hälfte der Pixel zur Verfügung steht und
sich somit die effektive Sensorauflösung
verringert.
Meist gelingt es in der Anwendung, durch
Wahl einer geeigneten Beleuchtung, auch
bei Nutzung einer monochromen Kamera
Hat man den Kameramarkt durch Wahl
der Auflösung, Geschwindigkeit und Sensor-Typs soweit eingegrenzt, stellt sich
nun noch die Frage nach der passenden
Schnittstelle. Der bisher übliche Standard
des Cameralink in Verbindung mit einer
geeigneten Framegrabber-Karte wird aufgrund seiner Komplexität und hohen Kosten langsam in den Hintergrund gedrängt.
Stattdessen sind immer mehr Modelle
mit Firewire (IEEE 1394a) oder USB 2.0
Schnittstelle erhältlich. Der große Vorteil
von USB 2.0 ist vor allem, dass dieser sich
quasi als Schnittstellen-Standard durchgesetzt hat und somit in fast jedem PCSystem neueren Datums enthalten ist.
Aber auch Firewire ist auf Anfrage erhältlich oder lässt sich leicht nachrüsten.
Ansonsten sind die Unterschiede nicht
allzu groß. Die maximalen Transferraten
liegen bei 400 Mbit/s für Firewire und
480 Mbit/s für USB 2.0, jeweils bei einer
maximalen Kabellänge von 4,5 m bzw.
5 m. Weiterhin gemein ist ihnen die
Plug&Play-Fähigkeit. Ein Nachteil für den
USB-Standard ergibt sich bei der Synchronisation mehrerer Geräte. Sind zwei
Anschlüsse einem einzigen Bus zugeordnet, kann eine Triggerung der angeschlossenen Geräte nie gleichzeitig erfolgen.
Schlußbemerkung
Abschließend sei noch darauf hingewiesen,
dass die Wahl der richtigen Kamera zwar
den ersten Schritt für den Erfolg eines Machine Vision Systems darstellt,aber dennoch
nicht ausreichend ist. Erst durch die Wahl
einer geeigneten Beleuchtung, der richtigen Optik und der passenden Software
kann das bestmögliche Ergebnis erzielt
werden. Die Entscheidung für einzelne
Komponenten sollte dabei am besten in Zusammenarbeit mit Ihrem Distributor oder
Systemintegrator getroffen werden.
˘
infoDIRECT
420ei1007
˘ Link zu Framos
PB_Opto
19.09.2007
15:22 Uhr
Seite 61
OPTOELEKTRONIK
Solarenergie + LEDs
Optokoppler-Familie
Straßenlicht
Isolation bis 5 000 V
Die österreichischen Gemeinden
Diex und Hörbranz setzen zur
Straßenbeleuchtung neben Solarenergie auf Straßenleuchten
von eps Soltec, die mit LEDs des
Typs Golden Draon Oval von Osram Opto Semiconductor ausgerüstet sind. Jeweils zwölf dieser
LEDs pro Straßenleuchte reichen
aus, um sowohl Fahrrad- als auch
Fußweg aus 3,4 m Höhe auszuleuchten.Sie strahlen mit je 60 lm
(bei 350 mA) und werden speziell
für diesen Einsatz mit 130 mA betrieben. Dabei verbrauchen die
LEDs je 0,35 W (im Standardein-
Eine Isolierspannung von
5 000 Veff, ein Isolationsabstand
größer 0,4 mm, eine äußere
Kriechstrecke von größer 8 mm,
eine minimale Gleichtaktunterdrückung von 15 kV/μs und
eine vergleichsweise hohe Ausgangsspannung von maximal
35 V zeichnen die neuste Optokoppler-Familie PS85/95 von NEC
aus,die ab sofort bei Gleichmann
erhältlich ist. Der PS9587 verfügt
über einen digitalen Open-Collector-Ausgang und weist eine
maximale Signalverzögerung von
75 ns sowie eine Pulsbreitenverzerrung von weniger als 10 ns auf,
˘
satz 1 W). Ihre ovale Linse verteilt
das Licht in einem Winkel von
80° x 120° gerichtet auf den gewünschten Straßenbereich. So
geht kein Licht ungenutzt neben
der Straße verloren, wie es bei
der sonst üblichen kreisförmigen
Lichtverteilung herkömmlicher
Straßenleuchten geschieht.
< PRODUKTE
um so Datenübertragungsraten
von bis zu 10 Mbit/s zu realisieren.
Mit dem PS9552 präsentiert NEC
gleichzeitig ihren ersten optisch
isolierten IGBT-Treiber, der bei
1 Mbit/s bis zu 2,5 A Ausgangsstrom ermöglicht, während die
Betriebsspannung im Temperaturbereich von – 40 bis + 100°C
zwischen 15 V und 30 V beträgt.
Der PS9513 schließlich ist mit einer Datenübertragungsrate von
bis zu 1 Mbit/s für den Einsatz in
IPM-Antrieben und industriellen
Wechselrichtern konzipiert.
366ei1007
˘ Link zu Osram Opto
˘
364ei1007
˘ Link zu Gleichmann
Programmierung überflüssig
Smart-Kamera
Weiße LED für
Seoul Semiconductor
Die von Rauscher lieferbare Matrox Iris-E mit Design-Assistent ermöglicht es OEMs und Systemintegratoren, Machine-Vision und
Bildverarbeitungs-Anwendungen
ohne Programmierung zu erstellen.
Mit der Software Design-Assistent
erstellen die Anwender einen Programmablaufplan der Anwendung,
der die Anweisungen für Bilderfassung, Verarbeitung und Bildanzeige, Ausführung von Mes-
Lizenz von Osram
˘
sungen,Analyse der Bilddaten,Lesen von Maschinencode etc.an die
Smart-Kamera Iris-E von Matrox
weitergibt. Mit dem integrierten
HTML-Editor sowie den Layoutwerkzeugen kann der Anwender
eine individuelle webbasierte Operatoransicht für die Überwachung
der Anwendung erstellen.
365ei1007
Osram hat Seoul Semiconductor
gegen eine entsprechende Ausgleichszahlung die Lizenz zur
Herstellung und Vermarktung
der weißen LEDs mit der Konversionstechnologie erteilt. Umgekehrt gewährt Seoul Semiconductor Osram eine Lizenz zur
Verwendung der Gehäusepatente von Seoul Semiconductor.
˘
˘ Link zu Rauscher
˘ Link zu Osram Opto
Das erste von Kent
Flexibles Graphik-Display
ACTRON AG liefert ab sofort ein
ChLC-Display auf Plastik-Substrat
und damit biegsam.Mit einer Auflösung von 120 x 140 (100 dpi) und
Außenabmessung von ca. 46 x 52
mm ist es das erste flexible Serien-
Display von Kent
Displays.Die Dicke
des Displays ist mit
0,3 mm angegeben,es kann an allen gebogenen Oberflächen befestigt werden. Es ist mehrfach
biegbar und wird in Zukunft noch flexibler.
˘
˘ Link zu Actron
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MESSTECHNIK
Viele Plattformen – eine Lösung
Bussen und Software
Ein Blick auf aktuelle Applikationen in Labor oder in der industriellen Mess- und Steuer-Technik zeigt: Durch die Vielfalt der technischen Möglichkeiten herrscht immer mehr ein „Pluralismus“ der Plattformen und System-Philosophien.
So steht auf dem Labortisch das klassische Tischgerät, der PC mit der Messkarte und die USB-Messbox in trauter Gemeinschaft beieinander.
Trotz des viel propagierten PCI-Express-Busses verrichten in vielen Industrie-Systemen sogar heute noch ISA-Karten ihre „tägliche Arbeit“. Was für den Anwender zählt, ist der
Nutzen, den ihm ein Produkt bringt, seine
Zuverlässigkeit und Zukunftssicherheit.Wie
neu die Technologie dahinter ist, ist häufig
zweitrangig.Meilhaus Electronic hat diesen
Trend erkannt und geht,neben der Entwicklung von neuen PCI-Express Produkten,einen
zweiten Weg:Unter dem Motto „Viele Plattformen – eine Lösung“ setzt man auf Kompatibilität zwischen Bussen und Software.
Bereits seit der Einführung von PCI und CompactPCI/PXI legten die Hardware-Designer
von Meilhaus Electronic größten Wert darauf,
Karten für diese beiden Busse vollständig
kompatibel zu gestalten. Der System-Integrator konnte auf diese Weise von Anfang an
mit einer PCI-Karte im PC für ein PXI-System entwickeln und umgekehrt. Mit der
ME-Synapse LAN und USB wird diese Idee nun
konsequent fortgesetzt. Anstatt „das Rad
neu zu erfinden“ und mit großem Aufwand
LAN- und USB-Produkte komplett neu zu
entwickeln,setzt man auf vielfach bewährte,zuverlässige Technologie.Die CompactPCIHardware wurde als Basis gewählt wegen ihrer robusten und standardisierten Mechanik:
Die Karten lassen sich einfach montieren
und sind sicher gelagert. Mithilfe der „Docking-Station“ ME-Synapse wird CompactPCI
umgesetzt auf Ethernet/LAN oder USB 2.0,
oder salopp ausgedrückt: „Vorne die CompactPCI-Karte rein, hinten kommt Ethernet
oder USB raus“ (Bild 1).
˘ AUTOR
Dietmar Sperling ist im Technischen Vertrieb der Meilhaus
Electronic in Puchheim beschäftigt
62
Konsistenz in Hard- und Software
Unterstützt wird die Hardware durchgängig durch das intelligente Treiber-System MEiDS. Für den Programmierer ist es damit
vollkommen egal,mit welcher Bus-Plattform
er arbeitet – PCI, PXI/CompactPCI, Ethernet/LAN, USB oder in Zukunft auch PCI-Express: Die konsistente Treiber-Software ist
immer die gleiche. So kann der System-Integrator nun auch mit einem Desktop-PC
und einer PCI-Karte ein dezentral abgesetztes, industrielles Remote-System mit
Ethernet entwickeln. Ein Ingenieur-Büro
kann mit einem Notebook und der ME-Synapse an USB den Aufbau eines PXI-Systems
entwickeln.Hier kann sogar die CompactPCIKarte aus der ME-Synapse ausgebaut und
unverändert im PXI-System verwendet werden. Die Möglichkeiten sind sehr vielfältig.Auch die vollständige Konsistenz des Treibers unter Windows und Linux mit den
Entwicklungs-Systemen C/C++, Visual Basic, Python, VEE Pro (Windows) und LabVIEW (weitere in Vorbereitung) ist das Ziel.
Mechanisch bildet die ME-Synapse einen
neuen Formfaktor,der zu robusten AnschlussBlöcken im Metallgehäuse und dem KompletMess-System ME-Neuron passt:Alle diese Produkte passen perfekt zusammen und lassen
sich auf einander gestapelt sicher zu einem
Ganzen verschrauben (Bild 2). Zudem kann
die ME-Synapse mit einem Schienen-Sys-
Bild 1: Die Idee der ME-Synapse USB in Kurzform: „Vorne CompactPCI-Karte rein, hinten
USB raus“
Bild 2: Komplett-Mess-System ME-Neuron mit
passendem BNC-Anschluss-Block
Bild 3: Ethernet-System mit PC/ME-Neuron und
ME-Synapse
tem auch in 19"-Gehäuse montiert werden.
Ein weiterer, großer Vorteil für den Anwender:Die Anschluss-Belegung und damit das
komplette Zubehör, kann für PCI, PXI/CompactPCI,USB,LAN und PCI-Express gleichermaßen verwendet werden.
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Komplettes PC-Mess-System
Bei industriellen Mess- und Steuer-Systemen gelten oft andere
Anforderungen als im Büro- und Heim-Bereich. Statt cooler Optik kommt es auf Robustheit und mechanische Anforderungen wie
19"-Montierbarkeit an. Auch Schutz vor Staub und anderen Umwelteinflüssen spielt eine weitaus größere Rolle, als im Büround Privat-Bereich. Der große Bruder der ME-Synapse, der ME-Neuron (Bild 2, mit aufgesetztem Anschluss-Block), ist ein kompletter, kompakter Industrie-PC, der diese Anforderungen erfüllt und
für die industrielle Mess- und Steuer-Technik optimiert wurde. Es
wurde der gleiche, 3 HE-CompactPCI-basierende Formfaktor gewählt, wie für die ME-Synapse. Die CPU wurde genau für MessAnwendungen ausgesucht, d. h. mit genügend Leistung zum
Messen und Steuern, aber unnötigen Ballast: Das CPU-Modul ist
bestückt mit einem Low Voltage Pentium M 738, 1,4 GHz und
2 x 512 MByte DDR 533. Der Grafik-Ausgang ist vom Typ DVI-I. Das
Modul verfügt über eine Festplatte mit mindestens 40 GByte. Als
Interfaces stehen zur Auswahl:Zwei mal Seriell-COM (9-polige SubD), zwei USB 2.0 und zwei Gbit/s-TCP/IP-Ethernet/LAN (RJ45). Die
CompactPCI-Backplane des Systems hat drei Slots, der System-Slot
wird von der CPU-Karte belegt. Die zwei aktiven Peripherie-BusSlots stehen für CompactPCI-Karten zur Verfügung. Die Versorgung des Geräts erfolgt über ein optionales, externes Netzteil. Es
wird über steckbare Phoenix-Klemmen angeschlossen. Der „industrie-freundliche“ Eingangsbereich liegt bei 9 … 35 V, nominal
24 V. Auf der Geräte-Rückseite befinden sich die beiden 10 A Sicherung vom Typ KFZ-Mini-Fuse sowie zwei Status-LEDs für die
Versorgungsspannung.
Die neue Dimension
in Datenerfassung
und Analyse
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Anwendungen zur Datenerfassung konzentrieren sich
Anwendungen und Vorteile des ME-Neuron
typischerweise auf den Zeitbereich – dabei gewährt doch
Das Gerät eignet sich als kompletter Stand-Alone Mess-PC zum
Erfassen von Daten, Steuern, für unabhängige Realtime-Abläufe etc. Dabei kann er mit weiteren ME-Neurons in ein 19"-Rack montiert oder auf dem Desktop betrieben werden. Des weiteren kann
er als vernetzte Mess-Station im Ethernet eingesetzt werden
(Bild 3). Hier kann er natürlich auch die ME-Synapse steuern.
Durch den Funktionsumfang der Treiber-Software ME-iDS für die
ME-Messkarten ist nach Konfiguration nicht einmal mehr Tastatur
und Bildschirm nötig: Das ME-Neuron arbeitet dann wie ein intelligentes, unabhängiges Ethernet-Messgerät. Die Vorteile sind
seine kompakte Größe, seine Robustheit und durchdachte, für die
Industrie optimierte Funktionalität.
die Frequenz als Dimension zusätzliche,
wertvolle Einblicke. Ein Datenrekorder, der »Zeit
»Zeit und
und Frequenz«
Frequenz« messen kann – wie der neue Dimension 4i – erhöht das Verständnis
auch für komplexe Phänomene.
Beim Dimension 4i wurde besonderer
Wert auf größtmöglichen Bedienkomfort gelegt. Von der
Einrichtung der Messung bis zum Report stellen der große Touchscreen
und das logische Software-Design
Zusammenfassung
Mit der CompactPCI-zu-USB oder LAN „Docking-Station“ ME-Synapse und dem Komplett-Mess-System ME-Neuron verschwimmen die Grenzen zwischen mobil und stationär, zwischen klassischem Tischgerät und USB-Gerät, ja sogar zwischen den Bus- und
Software-Plattformen. Flexibilität, Offenheit und Zukunftssicherheit, die der Anwender dadurch erhält, sind hoch.
( jj)
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˘ Link zu Meilhaus Electronic
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eine »einfach
»einfach zu
zu bedienende«
bedienende«
und leistungsstarke Benutzeroberfläche bereit. Zur Gewährleistung
maximaler Flexibilität und Sicherheit
werden die Daten kontinuierlich auf Wechselfestplatte
gespeichert oder einfach in das integrierte DVD-RW-Laufwerk übertragen. Dieses »modulare
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MESSTECHNIK
Modulare Komponenten
Synthetic Instruments und LXI
Synthetic Instruments (SI) benötigen einen Marktstandard als Basis für ihren Erfolg. Die Interoperabilitätsnorm LXI ist
ein Standard, der diesen Bedarf erfüllen und eine vorrangige Plattform bilden kann, die dafür sorgt, dass synthetische
Messgerätemodule nahtlos zusammenarbeiten.
Synthetic Instruments (SI) – aus modularen Komponenten aufgebaut und mit
schnellen Prozessoren und modernen Bustechnologien arbeitend – verheißen dem
Anwender mehr Funktionalität und Flexibilität, niedrigere „Total Cost of Ownership“, schnellere Arbeitsweise, weniger
Platzbedarf und höhere wirtschaftlich tragbare Lebensdauer. Eines der Probleme, denen sich Hersteller und Benutzer gegenübersehen, ist jedoch das Fehlen eines
einheitlichen Designstandards, der ihrem
architekturellen und kommerziellen Bedarf entgegenkäme. PXI und VXI könnten
dafür in Frage kommen, erlegen den SIEntwicklern jedoch viele Beschränkungen
auf, die ihrerseits zu Hybridsystemen mit
herstellerspezifischen Schnittstellen und
Modulzusammenstellungen führten. Dieser Beitrag befasst sich mit den Anforderungen und der Architektur von SI im
Hinblick auf die neue LXI-Interoperabilitätsnorm und zeigt, wie LXI die dringend
benötigte kommerziell tragfähige Basis
für allgemeine Akzeptanz bereitstellt.
Anforderungen an SI-Architektur
Auf den ersten Blick ähneln die allgemeinen Anforderungen an Synthetic Instruments denen an konventionelle „Rack and
Stack“-Geräte. Bei genauerer Betrachtung
erkennt man jedoch versteckte Anforderungen, die nur für synthetische Architek-
˘ AUTOR
Dr. Francesco Lupinetti
(Bild) ist Technischer
Direktor (CTO) von Aeroflex Test Solutions und
Geschäftsführer (GM) sowie VP der
Synthetics Test Systems Division
von Aeroflex. Sein Beitrag beruht
auf Arbeiten und Materialien von
David Poole, Aeroflex, und Bob
Rennard, Agilent Technologies.
64
erforderlich, um die eigentlichen Charakteristika der Module selbst verstehen zu können. Systemintegratoren, die
SI-Architekturen einsetzen,
müssen Module auswählen,
welche die gewünschte Systemspezifkation unterstützen,
und sie müssen diese zu einer
Architektur mit geeignetem
Daten- und Triggerbus-Verhalten zusammenstellen. Eine
solche modulare Architektur
bietet viele Vorteile im Hinblick auf Kompromisse zwischen Leistung und Kosten.
Beispielsweise würde man keinen teuren, extrem schnell
schaltenden lokalen Oszillator wählen, wenn das Zielsystem nur für die Messung einer
einzelnen Frequenz gedacht
ist. Mit SI könnten SysteminBild 1: Synthetische (hybride) Aeroflex-Testumgebung der
tegratoren beim Aufbau von
5. Generation.
Prüfanlagen im Idealfall aus eituren gelten. Es lohnt sich ein kurzer Blick
ner Reihe von Systemkomponenten mit
auf allgemeine SI-Systeme.
einheitlichen Schnittstellen, jedoch unterIm Laufe der Jahre sind verschiedene Defischiedlichen Fähigkeiten und Preispunknitionen für Synthetic Instruments aufgeten auswählen. Die SI-Hersteller stehen
kommen,was zu einiger Verwirrung und zu
jetzt vor der Aufgabe, eine einheitliche
Missverständnissen geführt hat. Auf eleNorm oder eine (hybride) Architektur zu
mentarster Ebene sind Synthetic Insdefinieren und anzunehmen, die alle wichtruments einfach Zusammenstellungen
tigen Standards unterstützt und diese Art
allgemein verwendbarer (generischer) Hardvon Modulzusammenstellung möglich
ware- und Softwaremodule,die sich zwecks
macht, ohne dass man zu Säge oder KomAusführung verschiedener traditioneller
pilator greifen muss.
Prüffunktionen miteinander kombinieren
Module und Komponenten für SI
lassen. SI Architekturen eröffnen die MögWir können also allgemeine Modulcharaklichkeit, Messgeräte aus Standardmodulen
teristika definieren und daraus Interoperazusammenzustellen, die individuell ausbilitätsanforderungen ableiten? Wahrgewählt werden, um bestimmten Prüfscheinlich wäre es besser, bei den
fähigkeiten und Spezifikationen zu genüphysikalischen Anforderungen anzufangen,
gen. Bild 1 zeigt die Hauptkomponenten
denn diese legen fest, wie die Module in
eines typischen SI-Stimulus-Response-Sysein typisches Systemrack hineinpassen. Bei
tems.Allerdings sind weitere Informationen
Die k
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Eins
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Eins
Si
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MESSTECHNIK
manchen Eigenschaften herrscht einigermaßen Klarheit: Wir brauchen ein Gehäuse mit guter HF-Abschirmung,Flexibilität in
den Abmessungen, ausreichende Kühlung
und einfachen Zugriff auf die Ein- und Ausgänge.Wünschenswert ist eine flexible Dimensionierung, die große Mikrowellenkomponenten mit hohem Stromverbrauch
aufnehmen kann,und wir brauchen Stromversorgungen,die sich entsprechend dem Bedarf der Module skalieren lassen. Beispielweise verbrauchen Basisband-Schaltmodule
weit weniger Strom als HF-Module.Gern sähen wir die Lektionen berücksichtigt, die
uns modulare Card-Case-Formate über die
Beschränkungen physisch eng begrenzter
Gehäuse gelehrt haben,die keine großen HFModule aufnehmen können. Und es sind
Abschirmungsprobleme zwischen Computerbus-Standards und sensitiven HF-Signalen zu vermeiden. Eine weitere Sorge
wäre,dass die mit Card-Cage-Formaten verbundenen überstrapazierten physischen
Anforderungen in der Tendenz dazu führen können,dass nur eine begrenzte Auswahl
an Modulen zu hohen Preisen bereitgestellt
wird, weil die Hersteller davon abgehalten
werden, Investitionen in Rack-Geräte auf
SI-Module umzulenken.
Moduldesign-Entscheidungen hängen oft
von elektrischen Anforderungen, insbesondere von Daten- und SteuerbusBandbreiten und Latenzzeiten ab. Basisband-ADC/DAC-Module können große
Datenmengen zwischen Modulen bewegen, besonders bei Systemen, die komplexe Modulationsmuster erzeugen und
erfassen. Bei modernen militärischen Digitalkommunikationsprotokollen sind
Datenraten von 20 bis 50 MByte/s nicht
ungewöhnlich. Die Daten- und Steueranforderungen zwischen Aufwärts und Abwärts-Umsetzern, LOs, Signaleingabe und
Prüfobjekt-Schnittstellen sind bescheiden;
die Schaltsynchronisationsanforderungen
variieren zwischen Mikrosekunden bei PINDioden und mehreren Dutzend Millisekunden bei mechanischen Schaltern und
Dämpfungsgliedern. Die Synchronisation
zwischen Stimulus und Response sowie
Basisband-Modulen – früher bei anspruchsvollen Applikationen mehrere Dutzend Nanosekunden – stellt höhere Anforderungen. Dies gibt uns ein Bild eines
zusammengesetzten Systems, in dem Basisbandmodule über einen Highspeed-Datenbus mit Bandbreiten über 50 MByte/s
und mit Triggerzeiten im Nanosekundenbereich miteinander verbunden sind – dies
innerhalb eines größeren Systems mit einer Datenbus-Bandbreite in der Größenordnung von 10 MByte/s mit einer Triggerzeit von ca. 1 ms. Zwar können diese
Anforderungen zwischen verschiedenen
Applikationen variieren, aber die genannten Werte dürften einigermaßen typisch für
die meisten SI-Applikationen sein und geben uns einen Ausgangspunkt für die weitere Betrachtung der Anwendbarkeit des
LXI-Standards.
Funktionalität und
Performance von LXI
LXI ist in erster Linie eine funktionelle
Schnittstellenspezifikation, die Imple- ˘
Die kompakte Bauform und
die universellen, flexiblen
Einsatzmöglichkeiten unserer
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MESSTECHNIK
mentationspraktiken für Schnittstellentechnologie auf der Basis von Ethernet
802.3 definiert. Damit soll die Interoperabilität zwischen prüf- und messtechnischen Geräten gewährleistet werden. Enthalten ist ein IEEE-1588-Protokoll, das für
die erforderlichen Synchronisationsfunktionen sorgt. Außerdem wird ein zugehöriger fest verdrahteter Triggerbus spezifiziert, der die Synchronisation für kritische
Applikationen verbessert. Es gibt drei LXIKonformitätsklassen, deren Unterschiede
hauptsächlich in den mechanischen Abmessungen und den Anforderungen für
Triggering und Synchronisation liegen. Für
Synthetic Instruments am interessantesten ist die LXI-Klasse A mit deterministischem Timing durch das IEEE-1588-Synchronisationsprotokoll und einem fest
verdrahteten Highspeed-LVDS-Triggerbus.
Da die meisten SI-Module weder Vorderplatte noch Display aufweisen, ist die Benutzeroberfläche über eine Web-Schnittstelle definiert, und ein IVI API sorgt für die
Kommunikation zwischen Computern und
Modulen. Die mechanischen Spezifikationen von LXI gewährleisten, dass die Module
sich als gute Systemnachbarn verhalten.
Der Triggerbus arbeitet mit 100 MHz bei
einer Genauigkeit von 1 ns mit installierter erreichbarer Performance von ca. 2 ns.
Er kann in Stern-, Ketten- oder Hybridarchitekturen konfiguriert werden. Das 1588Protokoll arbeitet mit Echtzeit-Taktgebern
für deterministische Netzwerk-Zeitgabe
unabhängig von der eigentlichen LANGeschwindigkeit. Das 1588-Protokoll sorgt
für eine Timing-Synchronisation von ca.
50 ns mit einer 2-Sigma-Verteilung über
den LXI-Ethernet-Bus. Datendurchsatz und
Latenzzeit des LXI-Busses hängen natürlich weitgehend von den Prozessoren und
der Schnittstellenhardware ab. Über das
Web ist Giga-Ethernet-Performance zwar
weitgehend verfügbar, doch lohnt es sich,
eine der zahlreichen Quellen zu diesem
Thema zu zitieren [1]:„Gigabit Ethernet ist
inzwischen in Servern und Workstations
alltäglich geworden. Zwar bedeutet dessen Signalling-Rate von 1 Gb/s eine Spitzenbandbreite von ca. 120 MByte/s, doch
in der Praxis wird dieses Geschwindigkeitsniveau nur selten erreicht. Das leitungsorientierte Standardprotokoll über
Ethernet ist TCP/IP. Da generell die Host-
66
CPU für die Implemention des rechenintensiven TCP/IP-Softwarestacks zuständig ist, beobachtet man normalerweise
eine relativ lange Latenzzeit im Bereich
von 50 ... 120 μs für Zero-Byte-Übermittlungen”. Die Größenordnung dieser Latenzzeiten sollte im Kontext typischer SIDesignanforderungen gesehen werden.
Die modernsten SI-Architekturen beweg-
Bild 2: Nahtlose Überführung eines Messobjekts
aus der Systemumgebung in eine synthetische
(hybride) Testumgebung der 5. Generation, die
einheitlich, skalierbar und adaptiv ist.
Bild 3: Softwarekonfigurierbare Konsole der
synthetischen Testumgebung von Aeroflex.
ten sich in Richtung auf gemeinsames
Test- oder Statusmaschinen-Scheduling
mit Verteilung auf die verschiedenen aktiven Module im System, wobei die Ablaufsynchronisation über das 1588-Protokoll erfolgt. Das ermöglicht es weit
verteilten Komponenten, Ereignisse auf
ca. 100 ns genau zu synchronisieren; genauere Synchronisation der planmäßigen
Ereignisse lässt sich über den fest verdrahteten Triggerbus erzielen. Die Latenzzeiten des LXI-Busses spielen erst
dann eine signifikante Rolle, wenn verfahrenstechnische Ereignisse in einer
Skript-orientierten Umgebung ausgeführt
werden. In diesem Fall verlangen die typischen Programmiertechniken von der
Host-CPU bei der Befehlsausführung eine
Kontext-Umschaltung; außerdem können
bei der Skript-Interpretation noch andere
Latenzzeiten anfallen.
Die Antwort liegt in den Kompromissen und
Einschränkungen von Card-Cage-Lösungen und von Hybrid-Architekturen, die diese Beschränkungen vermeiden sollen. Basisband- und Niederfrequenz-Module
eignen sich gut für VXI und PXI, aber es erwies sich als sehr schwierig HF- und Mikrowellensysteme in der von diesen Standards vorgegebenen mechanischen und
elektrischen Umgebung aufzubauen. HF
und Mikrowellenkomponenten lassen sich
normalerweise nicht in Card-Dimensionen unterbringen, die Abschirmung ist
höchst problematisch und HF-Komponenten mit ihrem hohen Stromverbrauch
führen Netzteile oft an ihre Grenzen. HF
und Mikrowellenprodukte hoher Leistungsfähigkeit sind in diesen Formaten
nicht möglich. Systemintegratoren sehen
sich daher gezwungen Hybridsysteme zu
entwickeln, bei denen Basisbandmodule in
einem marktüblichen Cage mit maßgeschneiderten HF-Modulen kombiniert werden, die über hauseigene Daten- und Steuerbusse angesteuert werden. Es liegt
natürlich weder im Interesse der Hersteller noch der Käufer, mit proprietären Systemarchitekturen und Modulen zu tun zu
haben, denn viele Vorteile des SI-Designs
in puncto Modulaustauschbarkeit und Systemkonfiguration gehen dann nämlich
wieder verloren.
Ein auf Standards beruhendes System mit
Ethernet als Hauptsystembus bietet viele
attraktive Vorteile. Moderne Netzwerkmerkmale wie Peer-to-Peer-Kommunikation stehen mit traditionellen prüf- und
messtechnischen Schnittstellen nicht zur
Verfügung, und Ethernet-Kabel und Karten sind Standard,überall erhältlich und kosten praktisch nichts. Power-over-Ethernet
(PoE) und das IEEE-1588-Protokoll vereinfachen verteilte Messaufbauten, bei denen sehr viele Sensoren um ein großes
Prüfobjekt (DUT) herum angeordnet oder
sogar geografisch verteilt sind. IEEE-1588Zeitkennzeichnung vereinfacht das Daten
und Kanalmanagement sowie die Datenanalyse nach der Erfassung.
Bild 2 zeigt eine mögliche Architektur für
ein typisches SI-Stimulus-Response-Testsystem. Diese Umgebung stellt alle Stromversorgungen, analogen und digitalen Ein-
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MESSTECHNIK
NI DIAdem
und Ausgänge sowie Vorrichtungen für
Systemkalibrierung und -diagnose bereit
und ist dadurch gekennzeichnet, dass
separate Stimulus- und Response-Basisbandmodule über eine LXI Bus-Schnittstelle mit einem Server verbunden sind. In
dieser Anordnung sorgen die Frequenzumsetzer für die Signalanpassung, doch
in der Praxis kann diese Aufgabe auch – wie
in der früheren Architektur der SI Working
Group – separat erfolgen. Das MessobjektInterface bietet Funktionen für Schnittstellenumschaltung und Messschleifenkalibration. Es kann auch Signalanpassung,
High-Power-Stimulus und rauscharme Response-Verstärkung enthalten.
Dieses auf der Basis des LXI-Standards aufgebaute Beispiel erfüllt mühelos unsere Performance-Ansprüche und übertrifft leicht
das Leistungsverhalten der meisten heute gebauten SI-Systeme. Die Busbandbreite
liegt über 50 MByte/s, die Basisband-Triggergenauigkeit liegt im Nanosekundenbereich, und die Aufwärts-/Abwärtsumsetzer und Messobjekt-Triggergenauigkeit
liegt deutlich unter 100 ns. Außerdem ermöglicht die Implementation von IEEE 1588
die Zeitkennzeichnung zwecks Analyse
nach der Datenerfassung, was bisher mit
ereignisgesteuertem Triggering nicht möglich war.
Kompaktheit, Kühlung und
Stromverbrauch unter LXI
Da LXI in erster Linie eine Schnittstellennorm ist, erlegt es den Prüfgeräten nur
wenige mechanische Vorgaben auf. Für
Synthetic Instruments und entsprechende
Applikationen, bei denen die Abmessungen
Priorität haben, definiert die mechanische
LXI-Spezifikation ein Modul von 1U-HalfRack-Breite (oder mehr), das für enge Integration zu einem Paket ähnlicher Module konzipiert ist. Schnittstellen für
Kühlung und Verkabelung sind ebenfalls für
diese Einsatzart konzipiert. Rückseitig befinden sich die LXI und Triggerbus-Anschlüsse. Zulässig sind Wechsel oder Gleichstromversorgung. Vorne befinden sich
Statusleuchten und Reset-Tasten, und die
Geräte lassen sich über Flansche untereinander und mit dem Gestellrahmen in ein
19"-Rack montieren. Zwar werden die Hersteller ihre eigenen Geräte auf thermische
Stabilität hin qualifizieren, doch erste Un-
tersuchungen des LXI Consortium zeigten, dass jede 1U-Einheit ohne sonderliche Designprobleme ohne weiteres etwa
100 W bewältigen kann. 2U-Geräte kommen auf ähnlicher Basis mit höheren elektrischen Leistungen zurecht.
Bild 3 zeigt, in welcher Weise Testlösungen Bibliotheken grundlegender Messungen einbeziehen. Mess- und Prüftechniker können diese mit einfachen Skripts
sowie graphischen und anderen MenschMaschine-Schnittstellen modifizieren, integrieren,aneinander reihen und erweitern,
wie es am besten für aktuelle Testanforderungen neuer Messobjekte geeignet ist.
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Fazit – und der weitere Weg
In realen SI-Systemszenarien ist LXI eine attraktive Alternative auf der Basis offener
Ethernet-Standards. Diese sind frei von
den Abmessungsbeschränkungen bisheriger Bus-spezifischer Normen und ermöglichen ausreichende Stromversorgung
für HF-Schalter und Verstärker sowie Abschirmung vor störungsintensiven digitalen Backplanes. Entscheidend ist aber, dass
die Entstehung einer wirklich physikalisch
und auf Funktionskomponenten basierten Architektur, die in der Lage ist, die Anforderungen des SI-Spektrums sowohl an
niedrige Kosten als auch an hohes Leistungsverhalten zu erfüllen,enorme Vorteile
für die Etablierung eines marktfähigen SIStandards mit wirklicher Austauschbarkeit bieten kann. Mit Version 2.0 dieses
Standards trägt LXI noch mehr zu der
Grundlage bei, die für Marktakzeptanz
und kommerziellen Erfolg von Synthetic Instruments erforderlich ist.
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[1] Comparative Performance of InfiniBand
Architecture and Gigabit Ethernet Interconnects on Intel Itanium 2 Microarchitecture-based Clusters, von Dr. Lars
E. Jonsson und Dr.William R. Magro. Intel Americas, Inc., Champaign, Illinois,
USA
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2007
Eine Sonderausgabe der Fachmagazine elektronik industrie und AUTOMOBIL ELEKTRONIK
1/2
2007
www.productronic.de
2007
MESSE
AUSGABE
EMV 2007 STUTTGART
Internationale Messe mit Workshops
8/9 - 2007
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AUSGABE
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Juli 2007
DOSSIER
RoHS: Fakten, Kommentare & Informationen
Eine Sonderausgabe der Fachmagazine productronic und elektronik industrie
STROMVERSORGUNG
AKTIVE BAUELEMENTE
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Analog/Mixed-Signal-ICs
Analog/Mixed-Signal-ICs
ELEKTROMECHANIK
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44
KFZ-ELEKTRONIK
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QUARZE/OSZILLATOREN
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KFZ-ELEKTRONIK
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IN DIESER
AUSGABE
TITELSTORY: Digi-Key baut
auf Kundendiensttradition
40
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SPEZIAL
DIENSTLEISTUNGEN
Fakten,Technik und Trends in der Elektronik
Eine Sonderausgabeder Fachmagazineproductronic elektronik industrieund AUTOMOBILELEKTRONIK
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15:28 Uhr
Seite 85
MESSTECHNIK
POWERFUL
OPEN
< MESSTECHNIK
Optional mit DMM
APPLICATION BUILDER FOR
TEST & MEASUREMENT
SYSTEMS
LXI Klasse B
Systemschaltplattform
In dem Switch/Multimeter-System der Serie 3700 von Keithley Instruments finden in den
sechs Steckplätzen des nur 2 HE hohen Geräts insgesamt bis zu 576 Multiplexkanäle Platz.
Optional lässt sich ein leistungsfähiges DMM integrieren, das schnelle, rauscharme Messungen mit Auflösungen von bis zu 7 1/2 Stellen ermöglicht.
Die Switch/Multimeter-Sysnisation (Precision Time Protem der Serie 3700 von Keithtocol). Die PTP-Synchronisaley ist mit vier unterschiedtion ist ein Merkmal, mit
lichen
Grundgeräten
dem mehrere LXI-Klasse-B
verfügbar. So ist es mit oder
Instrumente im Hinblick auf
ohne integriertem DMM sokonsistente Zeitmarken und
wie mit oder ohne Display
eine Ereigniskoordinierung
und Tastenfeld auf der Front- Bild 1:Für das Switch/Multimeter-System Se- synchronisiert werden könplatte verfügbar. Durch das rie 3700 sind sechs neue universelle Ein- nen. Ein interaktiver graphisteckkarten verfügbar, die unterschiedlioptional integrierte DMM
scher Web-Server ermögche Signale und Topologien wie Multiplexer,
ist keine Ansteuerung eines Matrix und isolierte Schaltfunktionen un- licht eine schnelle und
externen DMMs und einer terstützen.
einfache Bedienung und FehSchaltmatrix notwendig.Das
lersuche, zudem lässt sich
Basismodell 3706 enthält
problemlos Lernen, wie das
ein 7 1/2-stelliges DMM. NeInstrument eingesetzt werben den 13 Standard-Messden kann. Die Serie 3700
funktionen bietet es einen
unterstützt weitere Proerweiterten 1 Ohm Messbegrammierschnittstellen,einreich für kleine Widerstände
schließlich USB und GPIB.
sowie einen 10 μA Messbe- Bild 2:TSP-Link ermöglicht die Erweiterung
reich für kleine Ströme. Das von Testsystemen mit TSP-fähigen Instru- Auflösungen bis zu 1 fA
menten, wie der Serie 3700 und SourceAußerdem hat Keithley InGrundgerät enthält eine
Meter-Instrumente der Serie 2600, entMultiprozessorarchitektur, sprechend den gegenwärtigen oder struments zwei weitere Modelle der SourceMeter-Inmit der sich eine maxi- künftigen Testanforderungen.
strumente der Serie 2600
male Messgeschwindigkeit
vorgestellt. Die Modelle 2635 und 2636 ermögund ein hoher Systemdurchsatz erzielen lässt.
lichen parametrische Analysen mit Auflösungen
Die Switch/Multimeter-Systeme enthälten auch
von bis zu 1 fA (10-15 A), was oftmals für Halbleidie Test Script Processor (TSP)-Technologie, mit
ter-, Optoelektronik- oder Nanotechnologieder sich Testskripts in die Instrument laden und
Bauteile benötigt wird. Auf Grund der mehrkadort ausführen lassen. Diese Testskripts könnaligen Instrumenten-Architektur lassen sich
nen vollständige Testroutinen, einschließlich
zudem um 50 % niedrigere Kosten gegenüber
komplexer Entscheidungen und Instrumenkonventionellen Mainframe-basierenden Sourtensteuerung enthalten, so dass das die Ince-Measure-Lösungen erreichen. Mit dem Test
strumente autonom arbeiten können. Eine wichScript Prozessor (TSP) und dem TSP-Link-Bustige Unterstützungstechnik für TSP ist TSP-Link,
system können mit diesen Instrumenten relaein Kommunikationsbus, der eine Konfiguratitiv einfach schnelle Testsysteme realisiert
on mehrerer TSP-Instrumente in einem Maswerden.
( jj)
ter/Slave-Netzwerk ermöglicht (Bild 2).
Die System Switch/Multimeter der Serie 3700 sind
die ersten LXI Class B konformen Schaltsysteme
589ei1007
˘ infoDIRECT
auf dem Markt.Sie umfassen eine 10/100M Basewww.elektronik-industrie.de
T Ethernet-Verbindung, eine LAN-basierende In˘ Link zu Keithley Instruments
strumenten-Triggerung und eine PTP-Synchro-
Patentierte Softwaretechnologie mit
simplem „Drag & Drop“ zu Erstellung
von Test & Messtechnik-Systemen
– ohne jegliche Programmierung
Erstellung von Benutzeroberflächen
und Programmabläufen in einer
einzigen Ebene möglich
Unterstützung aller Geräte mit LXI,
LAN, GPIB, USB, PXI/VXI und RS232
auf der Basis der Treiberstandards
VISA, SCIP, IVI-COM und
DT Open Layers
Menügeführte Konfiguration aller
8 IVI-Geräteklassen wie Oszilloskope,
DMM, Spectrum Analyzer etc.
Leistungsfähige Softwarekomponenten wie RT-Scope, RT-FFT, RT-Filter,
RT-Datenspeicherung
Erstellung ereignisgesteuerter
Prüfabläufe mit Prozess-Komponente
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Weitergabe entwickelter Anwendungen
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Telefon: +49 (0) 71 42 - 95 31-0
85
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Seite 86
LXI Klasse B Trigger Box
Präzise MessgeräteSynchronisation über LAN
Agilent Technologies hat jetzt die
LXI Klasse B Trigger Box E5818A
auf den Markt gebracht,die die genaue Synchronisation über LAN
für LXI-Geräte der Klasse C und
GPIB-Instrumente ermöglicht.
GPIB und LXI Klasse C Messgeräte lassen sich so auf den LXI Klasse B Standard anheben. Die Box
nutzt das IEEE 1588 Precision Time
Protocol (PTP) und ermöglicht damit den angeschlossenen Messgeräten Triggerung und Setzen
von Zeitstempeln im Sub-Nanosekunden-Bereich. Die LXI Trigger
Box lässt sich über einen Standard-Web-Browser konfigurieren
und kann auf diesem Weg auch
upgegraded werden. Die Box ist
ein eigenständiges LXI Klasse B
˘
Device. Sie erreicht eine Synchronisationsgenauigkeit von bis zu
13 ns (Standard Abweichung für direkte Verbindung) und kann bis zu
5 000 Ereignisse mit Zeitstempel
versehen. Jede Box hat BNC-Anschlüsse für bis zu zwei Geräte
(jede Kombination aus GPIB und
LXI Klasse C ist möglich). Sie lässt
sich mit SCPI-Befehlen steuern,
verfügt aber auch über IVI-Treiber, um automatische Messung
und Triggerung über z. B. Agilent
VEE, Visual Basic, C und LabVIEW
zu ermöglichen.
587ei1007
˘ Link zu Agilent Technologies
Messbrücke
Resonanzfrequenz auf Knopfdruck
Wayne Kerr hat mit der
Messbrücke 6440B erneut
Leistungsfähigkeit und
Innovation bewiesen. Die
Resonanzfrequenz ist bei vielen
elektronischen Bauteilen bzw.Anwendungen eine wichtige Kenngröße. Die gemessene Resonanzfrequenz wird mit drei Stellen nach
dem Komma angezeigt.Diese für
den Entwickler nützliche Produktfunktion wurde auch in der
Wayne Kerr Messbrücken Serie
65xxx realisiert. Das Unternehmen deckt somit den Frequenzbereich von 20 Hz bis 3 MHz bzw.
bis 120 MHz mit interessanten Modellen ab.Einige technische Kenn-
˘
daten des Typs 6440B: Messbereich 20 Hz bis 3 MHz,0,02 % Messfehler, Messparameter Z., Phasenwinkel, L, C, RDC, RAC, Q, D, Y, G,
X und B,AC-Messpegel:10 mV bis
10 Veff, 50 μA bis 200 mA, interne
DC-Vorspannungsquelle 2 V. Die
grafische Darstellung aller Messwerte erfolgt über einen hochauflösendes monochromes LCD.
Das Gerät kann über GIPB-IEEE
488.2 Schnittstelle mit SCPI-Befehlen ferngesteuert werden.
588ei1007
˘ Link zu Wayne Kerr
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Bremswiderstände
Hochbelastbar und stabil
Metallux bietet die
Bremswiderständen PWR-X belastbar bis 200,
400, 500, 750 und
1 000 W und mit Widerstandswerten 5 R bis 100 R
(400 nur 5 R bis 33 R) an. Außerdem gibt es sie belastbar bis 800,
1 000, 1 600, 2 000 und 3 000 W
mit Widerstandswerten von
8 R ... 68 R, 5 R ... 100 R, 5 R ... 85 R,
4 R ... 100 R sowie 2,5 R ... 100 R.
˘
Die Widerstände für den Einsatz als Bremswiderstände, Entladewiderstände,Erdungswiderstände und Beschaltungswiderstände
sind ausgelegt für
Spannungen bis 600 V und in
Schutzart IP20. Sie vertragen je
nach Typ Impulsleistungen von
4 bis 60 kJ.
461ei1007
˘ Link zu Metallux
Acht Kanäle auf einen Streich
Impulsgeneratoren
Der Stromversorgungsspezialist Schulz-Electronic hat jetzt
die Pulsgeneratoren der Serie
9520 von Quantum Composers
im Programm. An jedem der
acht digitalen Kanäle des Gerätes kann der Anwender völ-
lig unabhängig voneinander
Frequenz, Pulsweite, Verzögerung und Amplitude einstellen.
Jeden Kanal kann man zudem in
zeitliche Relation zu einem beliebigen anderen Kanal setzen.
Und das Ganze bei bis zu
˘
40 MHz Pulswiederholrate und
bei einer Auflösung von 250 ps.
Das System verfügt über die
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üblichen Schnittstellen RS232,
USB, GPIB und Ethernet. Alle
System- und Kanaleinstellungen werden beim Ausschalten
gespeichert, können aber auch in 12
Speicherplätzen abgelegt und wieder
abgerufen werden.
Optionale optische
Ein-/Ausgänge mit
ST-Anschlüssen sorgen für elektromagnetische Immunität. Der Dual
Clock-In/Out ermöglicht synchronisiertes Verschalten mehrerer Pulsgeneratoren oder anderer Geräte. Mit
einem externen Taktgeber können die Geräte phasensynchronisiert mit bis zu 100 MHz betrieben werden.
1
17.08.2007 11:03:42 U
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˘ Link zu Schulz Electronic
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PRODUKTE
Besser – aber pinkompatibel
16-Bit μC Familie wird noch schneller, leistungsfähiger, energiesparender
Die 16FX Serie (Vertrieb: GLYN)
baut auf die etablierte 16LX
Serie auf und bietet pinkompatible Bausteine zu den
Serien MB90340, MB90350 und
MB90360. Der Entwickler kann
nicht nur das PCB unverändert
übernehmen, auch Befehlssatz
und die meisten Peripherieblöcke
sind identisch.
Entwicklungswerkzeuge auf
der Softwareseite, die „Softune
Workbench“ mit C-Compiler, Assembler, Linker, Debugger, usw.
werden von der etablierten 16LX
Serie übernommen und stehen
Benutzern in Europa kostenfrei
zur Verfügung.Vieles bleibt gleich
beim Wechsel von 16LX auf die
neue 16FX Serie. Gleichzeitig wurde die Performance verbessert
und optimiert. Die Vorteile der
neuen 16FX Familie gegenüber
den 16LX Familien MB90340,
MB90350 und MB90360: Der
maximale CPU-Takt beträgt beim
16FX 56 MHz gegenüber 24 MHz
beim MB90340.
Die „Start-Up Time“ beträgt nur
noch < 1 ms im RC-Mode und
< 8 ms im PLL-Mode.
Weitere Leistungsmerkmale sind:
Embedded Debug (Unterstützung ohne einen Monitor-Kernel laden zu müssen), Betriebsspannungsbereich von 3,0 … 5,5 V,
20 Dhrystone Mips (V2.1),On Chip
Oszillator für schnellen Start,
Taktüberwachung, Bosch C-CAN,
5 bis 96 KByte RAM und 96 bis
˘
USB-Stick für die Industrie
Kabelverschraubung
Bis IP67/68/69K
Rittal stellt eine hygienegerechte Kabelverschraubung vor.
Die bis zur Anbauoberfläche
reichende Hutmutter verbirgt
Als Erweiterung der Y-ConUSB
Serie bietet Yamaichi nun einen USB-Stick an, der höchsten
Schutzanforderungen im industriellen Bereich gerecht wird. Der
Memory-Stick mit der Artikelbezeichnung Y-ConUSB-Stick-1 hat
eine USB-High-Speed-Schnittstelle nach dem Standard USB
2.0 und verfügt über 512 MByte
bis 2 GByte Speicherkapazität.
Wie alle Produkte der Baureihe YCon erfüllt er die Anforderungen
von IP67/68/69K. Der USB-Stick
ist zu den Betriebssystemen
˘
˘ Link zu Rittal
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˘ Link zu Glyn
Hygienegerecht
den kompletten Klemm- und
Dichtungsmechanismus unter
sich. Die Möglichkeit von Ablagerungen entfällt so. Konzipiert
wurde die Kabelverschraubung
nach hygienegerechten Konstruktionskriterien gemäß DIN
EN 1672-2, DIN EN ISO 14159 und
gültigen EHEDG-Richtlinien.
Der Übergang zum Gehäuse
und Kabel erfolgt über bündig abschließendes Dichtungsmaterial, das nach FDA-Richtlinie 21 CFR 177.2600 zugelassen
ist.
576 KByte Flash (mit 20 Jahren
„Data Retention“ und 10 000 Erase Cycles über den vollen Temperatur- und Spannungsbereich)
und Temperaturbereich von
– 40 °C bis + 125 °C.
Die Verlustleistung der 16FX CPU
wurde auf rund ein Viertel. 16 FX
eignet sich somit auch ideal für
batteriebetriebene Geräte. Viel
Entwicklungsaufwand wurde in
den 16FX investiert, um hohe Rechenleistung bei minimalen Abstrahlungen zu garantieren.
˘
Windows 98SE/ME/XP und Macintosh OS X kompatibel. Die empfohlene Betriebstemperatur reicht
von – 25 °C bis + 80°C und die Lebensdauer beträgt bis zu 1 500
Steckzyklen.
363ei0907
˘ Link zu Yamaichi
SUPERHELL
5 mm 40 cd weiss
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07.09.2007 14:48:02 Uhr
PBs
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15:31 Uhr
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PRODUKTE
USB-Netzwerklösung
USB-Server-Adapter
Der USB Server Adapter von Atech für USB 1.1
und 2.0 bietet einen USB-Eingang und vier
weitere USB-Schnittstellen und 10/100 Ethernet. Er kann mit DHCP oder einer fest eingestellten IP Adresse arbeiten. Damit erhalten
die angeschlossenen USB-Geräte volle Netzwerkfähigkeit: z. B. Printer, Scanner, Card Reader, USB Stick usw.
Das komplette
Stromversorgungsprogramm:
˘
infoDIRECT
465ei1007
˘ Link zu Atech-Europa
Programmierbare Labornetzgeräte
Erste optimierte Debug-Tools
Für Infineons XC2300-Familie
Für Infineons skalare
XC2300-Mikrocontroller-Familie präsentiert pls Programmierbare Logik & Systeme als erster Hersteller
ein komplettes Set optimierter Debug-Tools für die
16/32-Bit-MCUs. Die modulare komponentenbasierte Universal Debug
Engine (UDE) 2.0.12 und die Gerätefamilie
Universal Access Device 2 (UAD2) wurden
von Infineon bereits im Vorfeld der Markteinführung für den Test der ersten XC2300Bausteine sowie die Bereitstellung von Softwaretreibern und Beispielanwendungen
genutzt.
Bis zu 66 MHz Systemtakt, eine Befehlsausführungszeit von minimal 15 ns,bis zu 576 KByte On-chip-FLASH-Speicher und maximal
50 KByte On-chip-RAM prädestinieren die
ersten Bausteine der neuen XC2300MCU-Familie für anspruchsvolle Safety-Elek-
tronik-Applikationen insbesondere in Bereichen wie
Automotive Airbag und
Power-Steering. Neben ihrer Echtzeitfähigkeit zeichnet
die Bausteine vor allem
die Vielfalt an integrierten
Schnittstellen und Peripherieeinheiten aus. Zu den besonderen Merkmalen zählen unter anderem gepufferte SPIKanäle, für Safety-Anwendungen optimierte
redundante A/D-Konverter, mehrere CANPorts, PWM-fähige Capture/Compare- Einheiten,Timer, Real-time-Clock, und ein Watchdog. Als Kommunikationskanal zum Target
stehen dem Anwender JTAG-, CAN-Bus- und
serielle Schnittstellen zur Verfügung.
˘
infoDIRECT
464ei1007
˘ Link zu pls
1 μA Stromaufnahme
Zero-Crossover-OPV
TI hat mit dem OPA369 den „weltweit sparsamsten Zero-Crossover-Operationsverstärker“ vorgestellt. Christoph Gromann von TI:
„Dank der besonderen Architektur mit nur
einer Eingangsstufe erzielt der Baustein Railto-Rail-Performance ohne Eingangsverzerrung.Damit löst er ein häufiges Designproblem:
Die Offsetverzerrung, die durch eine Veränderung der Gleichtaktspannung entsteht –
eine Schwierigkeit, die bei NiederspannungsRail-to-Rail-Anwendungen oft auftritt.“ Mit
einem Ruhestrom von 1 μA, einem SC70-Ge-
häuse sowie einer minimalen
Betriebsspannung von nur 1,8 V vereinfacht der OPA369 das Design in batteriebetriebenen tragbaren Anwendungen.
Die Offsetspannung beträgt 750 μV,die Gleichtaktunterdrückung 100 dB,während das Rauschen bei 120 nV/√Hz liegt.
˘
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Leistungen 160 W bis 12 kW
Spannungen 16 V bis 12 kV
Ströme 179 mA bis 3.500 A
Von Low-cost bis High-class
μ-Prozessor gesteuert
Flexible Ausgangsstufen
Speicherbare Gerätekonfiguration
Integrierte Sequenz-Funktion
Schnittstellen: Analogbus /
CAN / IEEE / RS232 / USB
Elektronische Gleichstromlasten
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Leistungen 400 W bis 7,2 kW
Spannungen 80 V bis 400 V DC
Ströme 50 A bis 600 A
μ-Prozessor gesteuert
Betriebsmodi CC + CV + CP + CR
Alle Werte gleichzeitig im Display
Für automatische Prüfsysteme
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˘ Link zu Texas Instruments
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593
19.09.2007
15:32 Uhr
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KFZ-ELEKTRONIK
NovaSim FlexRay
Einbindung von FlexRay in die
HiL-Simulationsplattform NovaSim
Für erhöhte Performanceanforderungen und definiertes Echtzeitverhalten kommt in Fahrzeugen bei Neuentwicklungen zunehmend der FlexRay-Bus zum Einsatz. Bei FlexRay ergibt sich im Vergleich zu CAN eine wesentlich höhere Komplexität, die nur durch den Einsatz von entsprechenden Werkzeugen sinnvoll beherrscht werden kann. Dieser Beitrag
beschreibt NovaSim FlexRay, die Einbindung von FlexRay in die NovaSim-Plattform.
Der Grundaufbau der Hardware-in-theLoop-Familie NovaSim von MicroNova beruht auf einer National Instruments Hardware Plattform, in der ein Echtzeitrechner
über einen PXI-Bus mit den verschiedenen I/O-Karten verbunden ist. Die Simulatorbedienung und die Kopplung der Simulationsmodelle mit der Hardware erfolgt
über die Software LabVIEW. Die Kommunikation mit dem Bedien-PC erfolgt über
eine Fast-Ethernet-Verbindung. Die Grundidee der Simulatorfamilie NovaSim besteht darin, soweit wie möglich auf am
Markt verfügbare Standardkomponenten
zurückzugreifen und diese mehrstufig zu
integrieren. Als Hardware-Plattform wird
der PXI-Bus verwendet, der die Kompatibilität zum Compact-PCI-Bus beinhaltet. Alleine für den PXI-Bus werden aktuell 1150
Karten auf dem Markt angeboten. So wurden z. B. in Verbund-HiL Projekten Compact-PCI-Bus basierende Reflective-Memory-Karten für die Rechnerkopplung in
Mehrprozessorsystemen verwendet.
Alle Hardware Standardkomponenten werden von MicroNova mit Automotiv-spezifischen Zusatzkomponenten zu einem Standard HiL-Simulator integriert. Aufgabe ist
hierbei jedoch nicht nur das projektspezifische Engineering. Wichtiger ist vielmehr
der Anstoß einer Produktentwicklung für
nicht verfügbare Hardware Komponenten,
die in HiL-Anwendungen im Antriebs- und
Fahrwerksbereich notwendiger Standardbestandteil sind, außerhalb dieses Umfelds
˘ AUTOR
Franz Dengler, MicroNova
electronic GmbH, Vierkirchen,
und Peter Weber, TZ Mikroelektronik, Göppingen
90
jedoch keine Verwendung finden. Beispiele sind Signalkonditionierungskarten für
die Ausgabe, Lambdasondensignale oder
Systeme für die elektrische Fehlersimulation, die an Anforderungen des Kunden angepasst sind.
zialisierte Hardware-Karten, beinhalten
diese Blocksets neben einer Simulink Integration vor allem die automatisierte Generierung der Restbussimulationen. Die
Python-Schnittstelle zur Testautomation ermöglicht den einfachen Zugriff auf alle
Teilumfänge des HiL-Testsystems.
HiL-Plattform NovaSim Software
Eine besondere Rolle spielt der Einsatz reDie Software folgt dem gleichen Intekonfigurierbarer FPGA Hardware, die über
grationsansatz: Basis ist das LabVIEW
grafische Programmierung mit entspreSoftware Paket mit LabVIEW-Realtime,
chender Funktionalität belegt wird. Die ErLabVIEW-FPGA und Simulation Interfacefassung aller motorspezifischen Signale,
Toolkit. Diese Software ermöglicht es, aus
wie z. B. Zünd- und Einspritzansteuerung,
Simulink-Modellen echtzeitfähigen Code
sowie die zugehörige Generierung der
und zugehörige Bedienoberflächen zu erKurbel-, Nockenwellen- und Klopfsignale
stellen. MicroNova als Systempartner ererfolgt auf der Basis dieser Technologie.
weitert diese Komponenten
Während die Blöcke direkt in Simulink Moum spezifische Blocksets für
delle integriert werdie Schnittstellen zu Autoden können,erfolgt die
motiv-spezifischen Signalen.
projektspezifische AnBei der Kommunikation mit
passung durch ParaStandard-Fahrzeugbussen,
metrierung,wie z. B.die
wie CAN, LIN oder
Vorgabe eines GeberFlexRay,mit einer HiLradprofils. Auch die proBild 1:TZM FlexCard PXI
Ansteuerung über speprietären Busse, wie BSD
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KFZ-ELEKTRONIK
oder SPI,werden mit Blocksets auf FPGA abgebildet.Ohne Hardware Änderungen kann
das HiL-System damit neue Funktionalitäten abbilden und so an zukünftige Anforderungen angepasst werden.Diese hohe Flexibilität der rekonfigurierbaren Hardware
ist Basis für einen zukunftsfähigen Aufbau
der HiL-Simulatoren. Ein effizienter Einsatz
wird jedoch erst mit den Blocksets möglich.
Die Verwendung rekonfigurierbarer FPGA
Hardware zeigt, dass im Zusammenspiel
von Hardware, Systemsoftware, HiL-spezifischen Blocksets und projektspezifischer
Systemkonfiguration die Schnittstellen
so verzahnt sein müssen, dass Anwendungsanforderungen jeweils an der optimalen Stelle der Kette umgesetzt werden
können. Erst dann kommen die Vorteile
einer Verwendung von Standardkomponenten gegenüber proprietären Systemlösungen von einem Lieferanten zur Geltung.Weil hierbei die Standard-Hard- und
-Software eine wichtige Rolle spielt, hat
die Unterstützung des Herstellers National
Bild 2: Bedienoberfläche von FlexConfig
Instruments als Entwicklungspartner große Bedeutung. Trotz offener PXI-Echtzeitarchitektur kommen daher auch vorrangig
diese Hardware Standardkomponenten
zum Einsatz. Die Durchgängigkeit und Vollständigkeit der Hard- und Software Komponenten, sowie die Weiterentwicklung
der HiL-spezifischen Zusatzumfänge auf
Produktniveau waren Vorraussetzung für
den Einsatz dieser HiL-Systeme.
Anforderungen an NovaSim FlexRay
Für die Einbindung von FlexRay in eine
HiL-Plattform sind eine Vielzahl von An-
forderungen zu berücksichtigen. Die Anforderungen sind:
˘ Skalierbarkeit. Restbussimulationen für
aktuelle FlexRay-Konfigurationen können mit einzelnen FlexRay-Karten durchgeführt werden. Zukünftige Konfigurationen erfordern aber den Einsatz
mehrerer FlexRay-Karten in einem System.
˘ Performance. Aktuelle FlexRay-Konfigurationen müssen für die Restbussimulation bis zu 6 000 Bussignale
unterstützen. Daher ist eine hohe Performance der Restbussimulation unabdingbar. Es müssen genügend Reserven
für die eigentliche Simulation verbleiben.
˘ „Ease of use“. Die im Vergleich zu CAN
wesentlich höhere Komplexität erfordert den Einsatz von Werkzeugen, die
eine weitgehend automatische Erstellung einer Simulation erlauben.
˘ Echtzeitfähigkeit. FlexRay erfordert die
Synchronisation mit dem FlexRay-Bus
und eine zum FlexRay-Bus synchro- ˘
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KFZ-ELEKTRONIK
Bild 3: Toolkette für die Erstellung einer Simulation
ne Taskverwaltung. Zum Teil müssen sogar In Cycle Responses durchgeführt
werden.
˘ Unterstützung FIBEX-Format. Das von
ASAM standardisierte FIBEX(Field Bus
Exchange)-Format setzt sich immer mehr
als Standard für die Beschreibung von Busarchitekturen durch. Für FlexRay bildet
FIBEX den Standard. Eine FIBEX-Unterstützung ist deshalb zwingend erforderlich.
˘ Einbindung in MATLAB/Simulink. MATLAB/Simulink ist der Standard für Simulationen in der Automobilindustrie.
Somit ist die FlexRay-Einbindung in MATLAB/Simulink deshalb zwingend erforderlich.
˘ Unterstützung herstellerspezifischer Erweiterungen. Der aktuelle FIBEX-Standard hat noch Lücken, so dass zur Zeit
herstellerspezifische Erweiterungen wie
Alive-Counter in den Botschaften und anwenderspezfische Prüfsummen unterstützt werden müssen.
FlexRay-Hardware für NovaSim
Die Ankopplung des NovaSim HiL-Simulatoren an den FlexRay Bus geschieht über
die PXI-basierte FlexRay Schnittstellenkarte FlexCard PXI (Bild 1) der Firma TZM.
Da TZM seit Gründung des FlexRay-Konsortium an der FlexRay Entwicklung beteiligt ist, kann hier auf einen erfahrenen
Partner für die Integration von FlexRay in
die NovaSim Familie zurückgegriffen werden. Die FlexCard PXI bietet die folgenden
Features:
92
˘ Zwei Startup-fähige FlexRay-Commu-
nication Controller.
TZM zum Einsatz. Hiermit lassen sich alle
Knoten eines kompletten FlexRay Clusters
anzeigen. Das zu testende Steuergerät
kann aus den aufgelisteten Knoten ausgewählt werden. Über die Restbussimulations-Option von FlexConfig kann nun
eine Beschreibungsdatei exportiert werden,
welche alle für den Test des Steuergerätes
im HiL-Simulator relevanten Informationen beinhaltet. Bei den Informationen
handelt es sich um eine Datenbankstruktur in welcher die Zuweisungen von Botschaften und Messagebuffern enthalten
sind. Zusätzlich werden Konfigurationsparameter für die FlexRay Communication Controller auf der FlexCard PXI hinterlegt.Die exportierte Datei wird im Anschluss
von der MicroNova Software NovaFlex weiterverarbeitet,um daraus die Matlab-Blocksets zu generieren.
˘ Updatefähigkeit der FlexRay-Karte.
˘ Steckbare Physical Layer Module.
Software für NovaSim FlexRay
˘ Zuschaltbare Busterminierung.
Die komplette Kommunikation für einen
FlexRay Bus wird in einem FIBEX-File festgelegt. Dieses von ASAM genormte Format
beinhaltet alle für die Erstellung von Software und Simulationen notwendigen Informationen.Aus diesem Format muss es auf
einfachem Wege möglich sein SimulinkBlocksets zu erzeugen, die in einer komplexen Simulink-Simulation verwendet werden können. Bedingt durch die hohe
Komplexität der Kommunikation (mehrere
100 Botschaften,mehrere 1 000 Signale) ist
eine weitgehend automatische Verarbeitung unabdingbar. In Bild 3 ist der Workflow für die Erstellung einer Simulink-Library aus einem FIBEX-File dargestellt.
Die folgenden Schritte werden bei der erstmaligen Erstellung einer Restbussimulation
durchgeführt:
˘ Zuordnung der zu simulierenden Nachrichten zu den FlexRay-Knoten der FlexRay-Karten in FlexConfig. In der Regel
reicht es hier ein Steuergerät auszuwählen das getestet werden soll. Es können aber auch einzelne Nachrichten einzelnen Kommunikationscontrollern
zugeordnet werden. Aus diesem Tool
entstehen zum einen die Initialisierungsfiles für die FlexRay-Karten,zum anderen ein File mit Buffer-Belegungen
und Konfigurationsdaten, welche für
die Erzeugung der Simulink-Blocksets
notwendig sind.
˘ Skalierung.
Treiber für die FlexCard PXI
Die direkte softwareseitige Anbindung der
FlexCard PXI an den NovaSim HiL-Simulator geschieht über den mitgelieferten LabVIEW-Treiber. Die VIs der Treiberbibliothek
wurden speziell für Echtzeitbetrieb entwickelt und ermöglichen den Einsatz der
FlexCard PXI innerhalb des Echtzeitbetriebssystems LabVIEW RT. Im Umfeld des
NovaSim HiL Systems werden die Treiber
VIs im Wesentlichen für die Konfiguration
der Karte (Communication Controller parametrieren, Terminierungswiderstände
einschalten, Kommunikation aufbauen)
und für den Datenverkehr auf Botschaftsniveau verwendet. Eine spätere Extrahierung der Daten auf Signalebene und die
entsprechende Auswertungen bzw. Berechnungen geschehen mit Hilfe der automatisiert generierten MicroNova MatlabSimulink Blocksets.
FIBEX basierte Konfiguration
mit FlexConfig
Um aus den, üblicherweise im FIBEX Format beschriebenen, Netzwerk Daten diejenigen zu extrahieren, die für eine Einbindung von FlexRay in die NovaSim
HiL-Systeme benötigt werden, kommt das
Werkzeug FlexConfig (Bild 2) der Firma
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Seite 93
Incircuit-Funktionstestsysteme,
Adaptionen, Kabeltester,
Präzisions-Mikrodosiersysteme
˘ Mit NovaFlex der MicroNova werden die spezifischen Einstel-
Testsysteme für Incircuit- und Funktionslungen für die Erzeugung der Simulink-Blocksets durchgetest mit hoher Prüfschärfe und Prüftiefe,
führt. Dazu gehören: Definition der Sende- und Empfangspraxisnaher und anwenderfreundlicher
tasks, Konfiguration von zusätzlichen Checksums und
Testprogrammerstellung, über 1900
Testsysteme geliefert
Alive-Countern sowie die Festlegung von zu simulierenden
Botschaften. Aus NovaFlex werden zum einen ein Matlab-File
manuelle und
zur Erzeugung der Simulink-Blocksets, zum anderen alle notpneumatische Adaptionen, Niederhalterwendigen Konfigurationsdateien für die Realtime-Umgebung
systeme für bis zu 800 gefederte Kontaktstifte,
erzeugt.
austauschbare Adapterplatten (Schubladen),
˘ Mit der Ausführung des generierten Matlab-Skripts werden alle
Inlinesysteme
Simulink-Blocksets erzeugt. Diese können einfach in einem Simulink-Modell verwendet werden. Die Simulink-Blöcke können
mikroprozessorgesteuerter Kabel- und Backeinfach durch Drag&Drop aus der erzeugten Bibliothek in ein
planetester bis maximal 192 Kanäle, auch
Simulink-Modell übernommen werden. Die erzeugten SimuStand-alone-Betrieb, inkl. Software
link-Blöcke führen alle notwendigen Anpassungen wie z. B.
Skalierungen automatisch durch. Zusätzlich wird ein SimuPräzisions-Mikrodosiersystem dosiert exakt zwilink-Modell erzeugt, das alle Tasks mit allen konfigurierten
schen 20 nl und 50 ml, einstellbare DosiergeSignalen beinhaltet.
schwindigkeit, kalibrierfähig, RS232-SchnittstelIst bereits eine komplexe Restbussimulation von Hand erzeugt worle, robustes Metallgehäuse
den (d. h. Signale wurden mit Elementen im Simulink-Modell
verbunden), so ist die Vorgehensweise ähnlich. In diesem Fall
wird durch das generierte Skript wie vorher eine Simulink-Bibliothek erstellt. Abweichend hiervon wird jedoch anstelle der Erzeugung eines neuen Simulink-Basis-Modells das von Hand erBergstr. 33 D-86911 Diessen Tel. 08196/934100 Fax 7005
stellte Modell modifiziert.Vorhandene Signale werden angepasst
E-Mail: [email protected] http://www.reinhardt-testsystem.de
(z. B. Skalierung),nicht mehr vorhandene Signale gelöscht und neue
Signale im Modell eingetragen. Alle diese Änderungen werden in
Wir stellen aus: Productronica 2007 Halle A1, Stand 581
entsprechenden Log-Dateien protokolliert. Somit können Änderungen einfach eingebracht und kontrolliert werden.
Eine besondere Herausforderung stellt die Integration der mit dem
_EI_40_48063.indd 1
06.09.2007 16:55:43 U
FlexRay-Bus gekoppelten Echtzeittasks dar. Die Konfiguration
dieser Tasks wird von NovaSim sowohl statisch zur Konfigurationszeit als auch dynamisch zur Laufzeit unterstützt. In der statischen Konfiguration werden die Empfangszeiten für Frames, die
Bearbeitungszeiten für Rechentasks und die Sendezeiten für
Frames festgelegt. Dazu werden einzelne Signale Tasks zugeDatenkommunikation im Automobil
ordnet und daraus die Sende- und Empfangszeiten bestimmt. Da
die Laufzeit von Anwendungscode nicht im Voraus bestimmt
Marscholik/Subke
werden kann, wird von NovaSim eine Überwachung der Deadlines
Datenkommunikation im
Automobil
zur Laufzeit durchgeführt. Werden durch Fehlkonfiguration von
Grundlagen, Bussysteme, ProtoTasks oder durch zu lange Laufzeiten Constraints der Tasks verkolle und Anwendungen
letzt, so wird dies sowohl in den Ausgängen von Simulink-Blöcken,
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315
19.09.2007
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KFZ-ELEKTRONIK
Konzepte und Technologien
USB im Auto
Jetzt gibt es einen USB-Steckverbinder, der auch die strengen
Automotive-Anforderungen erfüllt. Es handelt sich dabei um
ein Verbindungssystem, das ausgereifte Automobilkomponenten mit einem speziellen auswechselbaren USB-Adapter
kombiniert, so dass auch eine Umrüstung auf weitere Anschlussvarianten leicht möglich ist.
In den letzten zehn Jahren hat eine rasante Entwicklung der Integration von Kommunikationstechnik in alle Klassen von Automobilen stattgefunden. Aus Autoradios
wurden „Head-Units“, die eine Vielzahl von
Anwendungen und Funktionseinheiten wie
z. B. DVD/CD-Spieler, Navigationssysteme,
Kameras, Monitore und Telefon-Freisprechanlagen zentral koordinieren müssen.
Zunehmend entsteht parallel der Bedarf,
auf dem Markt erhältliche Consumer-Geräte wie Laptop, iPod, Mobiltelefon, MP3Player oder Memory-Stick im Auto nutzen
zu können. Als ein Standardübertragungsprotokoll kristallisiert sich hier zunehmend der USB (Universal Serial Bus)
heraus.
Was liegt also näher, als diesen universell
einsetzbaren Bus auch im Automobil zu implementieren? Besonders auf dem Gebiet
der Verbindungstechnik wie Steckverbindern und Datenleitungen kann man hierbei auf ein großes Angebot aus der Industrie zurückgreifen.
Dieses sieht auf dem ersten Blick einfach
und schnell realisierbar aus, erweist sich
aber in der Praxis als teilweise riskant und
aufwendig. Bei ersten heutigen USB-Applikationen im Automobil, wurden Stecker
und Leitungen nachgerüstet, die oftmals
nicht für die harten Anforderungen im Automobil entwickelt sind.
Der einfachste Weg muss hier nicht immer
der erfolgreichste sein. Lose verlegte Kabel, offene Leitungsenden und vor allem
schlecht geschirmte Anbindungen von Zusatzgeräten,können die elektromagnetische
˘ AUTOR
Andreas Engel arbeitet bei
Tyco Electronics
94
Verschmutzung des Autoinnenraumes wesentlich erhöhen. Zusätzlich gibt es noch einige weitere Randbedingungen zu beachten, die speziell im Automobil vorgegeben
sind und auf langjähriger Erfahrung im Serieneinsatz beruhen.
Als weitere Kriterien wären dabei die doch
recht scharfen Umweltanforderungen zu
nennen.Die entsprechenden Komponenten
müssen unter anderem auch unter Temperaturbelastung, Schwingungsbelastung,
Feuchtigkeit, Schadgasen und mechanischem Stress einwandfrei funktionieren.
Diese Anforderungen gelten im Automobil
zudem noch für eine Lebensdauer von in der
Regel 15-20 Jahren. Zusätzlich ist natürlich
diese Funktionalität auch immer mit dem
Namen des Automobilherstellers verbunden. Hier falsch gesetzte Prioritäten, die
entsprechende Qualitätsprobleme nach
sich ziehen, können auch zu einem Imageverlust führen, denn der Kunde möchte
auch bei Zusatzfunktionen gute Qualität.
Ein ganz wichtiger Punkt ist die Steckzyklenfestigkeit für einen entsprechenden
USB Steckverbinder.Während viele Geräte
wie Mobiltelefone, Computer usw. alle 2-3
Jahre erneuert werden, kalkulieren wir für
einen USB- Anschluss im Auto etwa 20 000
Steckungen über die gesamte Lebensdauer von etwa 20 Jahren. Hinzu kommt, dass
die Schnittstellen in einigen Jahren sicherlich wieder kleiner werden könnten. Der
Einsatz von USB-Mini- oder USB-MicroAnschlüssen ist sicher nur eine Frage der Zeit.
Tyco Electronics stellt diesbezüglich ein
umfassendes Produktkonzept dem Markt
zur Verfügung, das durch den Einsatz von
voll automobiltauglich Steckverbindern
und Leitungen in Kombination mit einem
flexibel auswechselbaren USB-Adapter gekennzeichnet ist.
Grundlegende Aspekte
Bei der Entwicklung eines hochfrequenztauglichen und gleichzeitig automobilgerechten Steckverbindersystems stehen Präzision, mechanische Robustheit und
allgemein die Einsatzfähigkeit unter harten Umweltbedingungen im Vordergrund,
aber folgende Eigenschaften sind ebenfalls wichtig, um eine störungsfreie Datenübertragung symmetrischer elektrischer Signale mit hoher Frequenz über
Leitungen und Stecker zu gewährleisten:
˘ Gleichmäßige Impedanz an jeder Stelle des Übertragungsystems
˘ Geringe dielektrische Verluste durch die
Isolationswerkstoffe
˘ Gute niederohmige Kontaktierung im
Steckverbinder
˘ Homogene Verdrillung der Signaladernpaare
˘ Flächige Auflage der Schirmung
Bild 1: 4-poligiger geschirmter Steckverbinder auf
Basis MQS (Micro Quadlock) von Tyco Electronics
Bild 2: USB- Verbindungskonzept von Tyco Electronics/USB-Adapter mit Leitungsanschluss
315
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KFZ-ELEKTRONIK
Tabelle 1: Testübersicht nach SAE/USCAR-30 Draft/08-2006
Bei den oben genannten Gesichtspunkten
wird deutlich, dass hier bestimmte Forderungen nicht ohne weiteres zu erfüllen
sind, und sich zum Teil auch Zielkonflikte
ergeben können. Als ein sehr wichtiger Aspekt ist hierbei die Auswahl des Kontaktsystems zu bewerten. Hier heißt es, über
die gesamte Lebensdauer hinweg eine
sehr gute Kontaktierung zu gewährleisten. Dabei geht es sowohl um einen niedrigen ohmschen Kontaktwiderstand, als
auch um die Impedanz und deren Homogenität im Steckbereich von Buchsen- und
Stiftkontakten.
Daher wählte Tyco Electronics das Kontaktsystem MQS (Micro Quadlock) für die
Anwendung zur Datenübertragung aus.
Dieses System hat sich seit Jahren in vielen verschiedenen Automobilen bewährt
und ist mit einem symmetrischen Steckeraufbau auch prinzipiell gut zur Datenübertragung geeignet (Bild 1).
Das gesamte Steckverbindersystem wird
hierbei geschirmt ausgeführt. Damit ist
eine stabile Impedanz des Steckbereiches
gewährleistet, und andererseits werden
die hohen Anforderungen der EMV-Stabilität (Einstrahlung, Abstrahlung) im Auto
erfüllt.
Steckerkonzepte zur AutomobilIntegration von USB
Fast jedes moderne Consumer-Gerät verfügt heute über eine USB-Schnittstelle des
Standards Typ A, Typ B oder Mini-USB. Ein
nicht zu unterschätzendes Risiko bei der
Nutzung dieser Schnittstellen im Auto ist
allerdings die Zuverlässigkeit des Stecksystems bei regelmäßigem wiederholtem
Stecken über Jahre hinweg. Ausgehend
von einer im Mittel dreimaligen Benutzung im Auto pro Tag, bedeutet dies zirka
1 000 Steckzyklen pro Jahr bzw. 20 000
bei in der Regel zwanzig Jahren Nutzungsdauer eines Fahrzeuges! Dies zeigt die
enormen Anforderungen, die hier an die
mechanische und elektrische Stabilität
dieser Schnittstelle gestellt werden.
Flexibel anwendbar, je nach angeschlossenem Gerät, sind auch die verschiedenen
USB-Schnittstellentypen (Standard A/B,
Mini). Ebenso ist der für den Fahrer ergonomischste Einbauort auszuwählen.Aus der
Platzierung des Steckanschlusses können
sich schließlich unterschiedliche Belastungen, z. B. hinsichtlich des Vibrationsverhaltens ergeben.
Tyco Electronics hat aus den genannten
Gründen ein flexibles Verbindungssystem
entwickelt, das alle diese Anforderungen
gut abdeckt und auch zukünftige Umrüstungen ermöglicht. Kernstück der Entwicklung ist ein leicht auswechselbares
USB-Interface, das auch USB-Adapter genannt wird. Die Auswechslung geschieht
nach dem jeweiligen Bedarf, z. B. einmal pro
Jahr. Dieser USB- Adapter (siehe Bild 2
rechts) kontaktiert nach außen zum jeweiligen Consumer-Gerät und nach innen
auf ein MQS-Steckersystem.
Die weitere Signalführung im Auto erfolgt
durch eine geschirmte USB-Leitung bis
zum jeweiligen USB-Steuergerät, z. B. einer
„Head Unit“. Der Anschluss an und im Auto
ist nach einschlägigen Automotive-Standards getestet. Komplett geschirmt ausgeführt genügt er auch dem USB-HighSpeed-Standard für 480 Mbit/s. Die
Impedanzstabilität und die EMV-Tauglichkeit ist so von der USB-Schnittstelle
bis zum Steuergerät sichergestellt.
Der vierpolige Geräteanschluss zur „Head
Unit“ ist baugleich mit dem MQS-Gerätestecker. Der sehr leicht und kostengünstig
nach vorne wechselbare USB-Adapter lässt
sich in Zukunft auch auf andere Schnittstellen wie zum Beispiel Mini-USB umrüsten.
zeigt die absolvierten Tests im Überblick.
Besonders hervorzuheben ist hierbei die Herausforderung der Kombination aus Steckzykenbelastung und anschließenden Umwelttest. Die USCAR-30 fordert hier eine
kombinierte Prüfung und trägt damit auf
der einen Seite den Anforderungen auf
der „Consumerseite“, als auch auf der „Automotiveseite“ Rechnung. Eine Auswechslung des USB-Adapters ist somit nur
alle 5 000 Steckzyklen und damit etwa
alle fünf Jahre notwendig.
Entscheidend für die Qualität der Verbindungstechnik ist aber auch die EMV-Performance. Um diese nachzuweisen wurden
die Komponenten nach einschlägigen EMVNormen unter USB-Betrieb erfolgreich getestet. Dabei zeigten die neuen Komponenten sehr gute Ergebnisse.
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HIGH TECH TOYS – WAS ENTWICKLER AUCH INTERESSIERT !
Husqvarna AutomowerTM 230 AC: Der Roboter unter den Rasenmähern
Verschafft dem Entwickler
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Der Automower 230 ACX macht beides, Mähen und Laden, vollautomatisch und kann für Flächen bis zu 3.000 m2
eingesetzt werden. Muss die Batterie aufgeladen werden, erkennt es der Roboter, sucht die Ladestation, lädt sich
automatisch auf und setzt danach das Mähen fort.
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(Typ: N-/P Kanal MOSFET)
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DSP56F807)
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DC-Motor, 40 W
Verbindung zur Benutzerschnittstelle
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2,2 Ah / 18 V
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Husqvarna AUTOMOWER mähen, anstatt dies selbst zu tun. Sie werden nicht
nur immer einen gut gepflegten Rasen
haben, sondern auch 40 Stunden zusätzliche Freizeit im Jahr. Herzstück des
71 cm x 55 cm x 30 cm (l x b x h) messenden Automower 230 ACX (Bild 1) ist die
Bild 1
˘ AUTOR
Siegfried W. Best,
Redaktion
96
Bild 2
Radmotor (2 Stck / Bürstenloser DC-Motor/10,5 W / 0,7 A(IN)
Bild 3
Elektronik (Bilder 2 und 3) mit dem 16bit-Digital Signalcontroller DSC 56F807
von freescale.
Der digitale Signalcontroller 56F807 gehört zur 56800 Core-Familie und kombiniert die Leistung eines DSP mit der
Funktionalität eines Mikrocontrollers sowie mit leistungsfähiger Peripherie. Im
Automower 230 ACX übernimmt der DSC
u. a. die Steuerung der Verfahrwege in
einem hauptsächlich unregelmäßigen Muster. Der Arbeitsbereich des Roboters
wird durch ein im
Boden verlegtes
Begrenzungskabel (Bild 4)
bestimmt, das
von der Ladestation (blau in
Bild 4) aus mit einer Frequenz
zwischen 170 … 220 kHz gespeist wird
(Bild 3). Die Festlegung der Frequenz erfolgt über eine Tastatur (Bild 5) in Form
eines PIN-Codes. Der Automower arbeitet dann nur auf dieser Frequenz, das
stellt eine Art von Diebstahlschutz dar.
Zwei Schleifensensoren (LW-Spulen)
nehmen das Signal des Begrenzungskabels auf, es wird verstärkt und an den
ADC des DSC geleitet. Der DSC übernimmt die Auswertung und steuert
entsprechend den Roboter über unterschiedliche Drehzahlen der beiden Radmotoren. Die Ansteuerung der Radmotoren erfolgt über N- und P-Kanal-MOSFETs in Brückenschaltung. Der
Neigungssensor erkennt die Lage des
Technische Daten /Merkmale des
Husqvarna Automower 230 ACX:
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Länge 71 cm, Breite 55 cm, Höhe 30 cm
Gewicht:
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230 V / 24 V
Arbeitsdauer:
40 … 60 min mit einer Ladung
(125 m2/Std.)
Ladedauer:
45 … 60 min
Stromverbrauch: Max. 20 kWh/Monat bei einem
Arbeitsbereich von 3 000 m2
Geräuschemissionen: Gemessene Schallleistung
63 dB(A), garantiert 69 dB(A)
Mähen
Mähsystem:
Schnitthöhe:
Schnittbreite:
Arbeitsleistung:
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2 … 6 cm einstellbar
22 cm
3 000 m2 ± 20 %
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Automowers und löst z. B. den Stopp des
Mähmessers aus oder veranlasst bei
Steigungen eine Bogenfahrt zur Reduzierung der Steigung.
Die Stromversorgung des Roboters erfolgt mittels NiMH-Akkus, die Ladeschaltung befindet sich auf der Hauptplatine,
die über Kontakte am Roboter von der
Ladestation mit 24 V gespeist wird. Erkennt die Monitorschaltung eine zu geringe Batteriespannung, gibt sie dem
DSC ein Signal, das den Roboter zur Ladestation führt. Damit der Roboter auf
kürzestem Weg zur Ladestation gelangt
und nicht dem Begrenzungskabel auf
der ganzen Länge folgen muss, ist ein
zusätzliches Suchkabel vorgesehen, das
ebenfalls an der Ladestation angeschlossen wird, mit einer anderen Frequenz im
kHz-Bereich arbeitet und dem Roboter
den kürzesten Weg zur Ladestation
zeigt. Die Programmierung und Bedienung des Roboters erfolgt mittels Tastatur und Display (Bild 5a).
Eine ausführliche Beschreibung über die
Funktion des Automowers, seine Programmierung, die Bedienung usw.
finden Sie in der Bedienungsanleitung, die Sie über unseren infoDIRECT-Service
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Impressum
19.09.2007
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IMPRESSUM
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38. Jahrgang
ISSN 0174-5522
REDAKTION
Dipl.-Ing. Siegfried W. Best, Chefredakteur (sb) (v.i.S.d.P.),
(Analog/Mixed-Signal ICs, Diskrete HL, Optoelektronik,
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Dipl.-Ing. Hans Jaschinski, stellv. Chefredakteur (jj),
(Messtechnik, Stromversorgung, Elektromechanik,
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Druck:
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97204 Höchberg
Diana Bönning (Assistenz),
Tel: 06221/489-206,
Erscheinungsweise: 10 Ausgaben jährlich
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Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 36
vom 01.10.2006
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Firmenverzeichnis
A ACTRON AG, Parsdorf
61
Aeroflex Test Solutions – Instruments
Division, USA-Plainview (NY)
64
Agilent Technologies,
NL-Amstelveen
4.US, 51, 86
alfatec, Rednitzhembach
31
AMS Technologies, Planegg
55
Analog Devices, München 18, 20, 52
Analog Devices, USA-Wilmington,
MA 01887
2.US
Atech-Europe GmbH, Wedel
89
B Beta-Layout GmbH, Aarbergen 7, 87
C Cadence Design Systems GmbH,
Feldkirchen
32, 34
Channel, Esslingen
3
CIRCUIT DESIGN GmbH, München 40
Cirrus Logic, Herrsching
21
Continental, Nürnberg
14
D Data Translation,
Bietigheim-Bissingen
85
dataTec Messtechnik, Reutlingen 87
Decision Computer, Lienen
48
Delphi, Wuppertal
14
Digi-Key, USA-Thief River Falls
8
Display Elektronik, Nidda
61
Dold & Söhne, Furtwangen
11
E E-A Elektro-Automatik, Viersen
89
EBV Elektronik, Poing
5, 6
ELECTRONIC ASSEMBLY, Gräfelfing 53
Endrich, Nagold
50
F First Components GmbH,
München
55
Framos Electronic Vertrieb, Pullach
bei München
57, 58
Freescale, USA-Austin, TX
10
Fujitsu Microelectronics Europe
GmbH, NL-Hoofddorp
16
98
Redaktion / Anzeige
G Galaxis Showtechnik GmbH,
Neuötting/Alzgern
40
Gleichmann Electronics GmbH,
Erkrath
61
Globes Elektronik GmbH & Co KG,
Heilbronn
50
GlobTek, USA-Northvale
29
Glyn GmbH & Co.KG, Idstein
88
GMC-I Gossen Metrawatt,
Nürnberg
65
H HARTING, Minden
48
Hilscher, Hattersheim
12,13,14,15,33,37,39
Husqvarna Deutschland GmbH,
Gochsheim
96
HY-LINE Computer Components,
Unterhaching
46
HY-LINE Power Components,
Unterhaching
27
I Icron® Technologies Corporation,
CN-Burnaby, BC
46
Inova Semiconductors GmbH,
München
16
IPextreme Inc., USA-Campbell, CA 32
IQPC Gesellschaft für Management
Konferenzen mbH,Berlin
7
Isabellenhütte Heusler, Dillenburg 49
J Johnson Controls, Burscheid
14
K Keithley Instruments GmbH,
Germering
85
Kingbright Electronic, Issum
59
Kniel, Karlsruhe
46,47
Kunze Folien, Oberhaching
43
L LDS Test & Measurement,
Ismaning
63
Linear Technology,
Ismaning
Titelseite, 22
M Meilhaus Electronic, Puchheim 62, 67
MENTOR, Erkrath
43
Mentor Graphics, München
32
MES Electronic Connect,
Villingen-Schwenningen
95
Metallux AG, Korb
87
method park Software AG,
Erlangen
7
MEV Elektronik Service GmbH,
Hilter
20, 48
MicroNova electronic GmbH,
Vierkirchen
90
Microtune GmbH & Co. KG,
Ingolstadt
11
MIPS Technologies, Inc.,
USA-Mountain View, CA
32
Mitsubishi Electric, Ratingen
23
MKU – Metrofunk Kabel Union,
Berlin
86
Municom GmbH, Traunstein
50
N NATIONAL INSTRUMENTS,
München
83
National Semiconductor GmbH,
Fürstenfeldbruck
20
NEC Electronics Europe GmbH,
Düsseldorf
12, 19
Neumüller Elektronik GmbH,
Markt Schwaben
55
Novaled AG, Dresden
56
NXP Semiconductors,
NL-Eindhoven
42, 49
O Obtronic, Süßen
18
ODU Automotive, Mühldorf
91
On Semiconductor Germany GmbH,
München
13
Osram Opto Semiconductors
GmbH&Co.KG, Regensburg
61
P Panasonic Electric Works,
Holzkirchen
10
PCE Power Control Electronic,
Dietmannsried
Beilage
Phoenix Contact GmbH & Co. KG,
Blomberg
20
pls GmbH, Lauta
89
R Rauscher GmbH, Olching
61
reikotronic, Köln
16
Reinhardt System- und
Messelectronic, Diessen
93
Rittal GmbH & Co.KG, Herborn
88
Rood Technology, Nördlingen
30
S S&P Dienstleistungen,
Kirchheim/Teck
45
Schulz-Electronic GmbH,
Baden-Baden
30, 87
Schuricht Distrelec, Bremen 17,19,21
Schurter, Endingen
41
setron GmbH, Braunschweig
21
Siemens VDO, Eschborn
14
Sloan, CH-Basel
55
T team magnetics, Nufringen
7
Telcona, Sinsheim
88
Telemeter Electronic GmbH,
Donauwörth
49
Texas Instruments Deutschland,
Freising
36, 89
Toshiba Electronics Europe GmbH,
Düsseldorf
26, 55
TRACO ELECTRONIC, Ismaning
25
Tyco Electronics AMP GmbH, Langen 94
TZ Mikroelektronik, Göppingen
90
V Vector Informatik GmbH, Stuttgart 19
W Wayne Kerr Europe GmbH, Hemer 86
Y Yamaichi Electronics, München
88
Z ZVEI e.V., Frankfurt
17, 19, 21
Medizintechnik
Dank modernster Elektronik noch
präziser und sicherer
Deutschland ist nach den Vereinigten Staaten und
Japan der drittgrößte Produzent von Medizintechnik
weltweit. Medizintechnik ohne Elektronik ist heute
undenkbar und so gibt es in Deutschland 1600 Zulieferfirmen für die Medizinelektronik mit Komponenten
für den Einsatz in Lebenserhaltungssystemen, bildgebenden Diagnosegeräten, Analysatoren, US-Geräten,
Herzschrittmachern, usw.
Zur ComPaMED vom 14.-16.11.2007 in Düsseldorf
erscheint in elektronik industrie ein Sonderreport, der
einen Überblick über wesentliche Komponenten wie
Sensoren, Stromversorgungen, Displays, ICs, Gehäuse,
Steckverbinder usw. für die Medizinelektronik gibt.
Erscheinungstermin:
7. November 07
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Hüthig GmbH & Co. KG
Im Weiher 10
69121 Heidelberg
Tel. 0 62 21/489-363
Fax: 0 62 21/489-482
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03 09 2007
11:57:34
04.09.2007
17:01:13
Uhr
FlexRay/CAN/LIN Signale erfassen & dekodieren
Gewinnen Sie mehr „Einsicht“ in Ihre komplexen Automotive-Designs
Die Agilent Mixed Signal Oszilloskope (MSOs) der Serien 6000
und 8000 zeigen Ihnen sofort alle Signaldetails an, um sie
anschließend tiefer zu analysieren.
Mit den Oszilloskopen der Serie 6000 & 8000 können Sie jetzt
6000er Familie
analoge, digitale und serielle Signale in Echtzeit erfassen. Dabei
Infiniium 8000er Familie
kann die Triggerung über eine Kombination analoger und/oder
Mixed Signal Oszilloskope von Agilent
6000er Familie
Infiniium 8000er Familie
digitaler Eingangskanäle erfolgen. Sie können diese analogen
Wellenformen, digitale Pattern und serielle Datenströme auf
einem einzigen Display anzeigen und ihr Zusammenspiel mittels
2-4 Kanäle, 100MHz – 1GHz Bandbreite
Analog
4 Kanäle, 600MHz – 1GHz Bandbreite
Hochauflösende XGA-Anzeige mit 256 Helligkeitsstufen
Bis zu 100.000 Signale/Sek.
Digital
eines einzigen Instruments analysieren.
Komplexe Analysefunktionen (z.B. Jitter)
16 zeitkorrelierte Logikkanäle
Der jederzeit zur Verfügung stehende, tiefe und reaktions-
Triggerung auf Bitmuster und gemischte Signale
schnelle MegaZoom-Speicher (bis zu 128 Mpts) erfasst
Zugriff auf interne FPGA Signale (Dynamic Probing)
Seriell
USB, I2C, SPI, FlexRay/CAN/LIN Triggerung,
Hardware-beschleunigte Dekodierung
I2C, SPI, CAN Dekodierung,
GbE/Ethernet Applikation
bis zu 8Mpts tiefer
MegaZoom Speicher
bis zu 128 Mpts tiefer
MegaZoom Speicher
Wellenformen mit höherer Auflösung und über längere
Zeitabschnitte. Sie werden nie wieder in Ihrem Design ein
kritisches Detail übersehen.
Weitere Informationen sowie eine Produktdemo erhalten Sie unter:
Deutschland: 01805 24 6333 (0,14 Euro/Min.)
Österreich: 0820 87 44 11
Schweiz:
0800 80 53 53
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den Serien 6000 & 8000 von Agilent finden Sie unter:
©Agilent Technologies, Inc. 2007
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