04/2015 D 19067 · April 2015 · Einzelpreis 19,00 € · www.elektronik-industrie.de Was Entwickler wissen müssen HF/MIKROWELLEN Vorteile von GaN in HF- und Mikrowellenanwendungen nutzen 34 MEDIZINELEKTRONIK Die richtige CPU-Architektur für Medical-Anwendungen auswählen 44 AKTOREN Sechs verschiedene Servocontroller mit einheitlicher Funktionalität 56 VISA ODER IVI Optimaler Gerätetreiber für PXI-Hardware 12 An ze ige Editorial kühlen schützen verbinden EDITORIAL Designgehäuse von Dr.-Ing. Achim Leitner Drei Seelen wohnen, ach... W enn es um Medizinelektronik geht, droht jedem Entwickler eine Dreifachrolle: Wir alle sind potenzielle Patienten sowie Beitragszahler in einer Krankenkasse. Mit der Perspektive ändert sich auch manche Bewertung: Während Entwickler und Patient auf aktuelle und leistungsfähige Diagnostik und Therapie hoffen, sperrt sich der Beitragszahler gegen steigende Ausgaben. Die Zulassungsverfahren spalten Entwickler, die jede Zulassung als kostspielige Bürokratie erleben, und Patienten, die von jedem Medizinprodukt maximal Sicherheit erwarten. Und eigentlich auch geprüfte Wirksamkeit. In genau diese Richtung stößt ein Gesetzesentwurf, den der Bundestag am 5. März in erster Lesung beraten hat: Das GKVVersorgungsstärkungsgesetz steht erwartungsgemäß in der Kritik, allerdings fokussiert die Diskussion vor allem die Versorgungslage im ländlichen Raum. Der Entwurf sieht aber auch ein systematisches Verfahren zur Methodenbewertung durch den Gemeinsamen Bundesausschuss vor. Krankenhäuser, die eine neue Methode erbringen wollen, werden zur Teilnahme an Erprobungsstudien verpflichtet. Das alles klingt zunächst nach weiteren Kosten für die Studien und kann nur dann Geld sparen, wenn es unnötige Entwicklungen von vornherein verhindert. In dieser Logik wiederum schwingt die Gefahr mit, Innovationen im Keim zu ersticken. Genau davor warnt der Fachverband Medizintechnik beim Industrieverband Spectaris. Deren Leiter Marcus Kuhlmann mahnt zu Augenmaß: „Die Ausgestaltung der Nutzenbewertung [...] hat großen Einfluss auf die Rahmenbedingungen der Hersteller für Forschung, Entwicklung und Vertrieb. Es ist daher von größter Bedeutung, dass die gesetzlichen Regelungen Verfahren ermöglichen, die praxistauglich und verlässlich sind [...], mit Augenmaß.“ • Mehrwert durch modernes Design • Funktioneller Gehäuseaufbau • Stoßfeste Kunststoffabdeckungen • Integrierte Dichtungen und Standfüße • Beschriftung mittels Sieb- und digitalem Eloxaldruck, Gravuren und YAG-Laser • Spezielle Anfertigungen, Farben und Bearbeitungen nach Kundenwunsch Einfacher wird die Welt für die Entwickler damit kaum. Für den technischen Teil des Berufsbildes gibt die MedizinelektronikRubrik in dieser Ausgabe ab Seite 42 viele Tipps und Hinweise. Für die Rahmenbedingungen ist die Politik zuständig – die sich hoffentlich gut beraten lässt. [email protected] 42 Mehr erfahren Sie hier: www.fischerelektronik.de Fischer Elektronik GmbH & Co. KG Transkranielle Ultraschalldiagnostik in der Medizintechnik Wissenstransfer aus der Industrie www.elektronik-industrie.de Nottebohmstraße 28 D-58511 Lüdenscheid Telefon +49 (0) 23 51 43 5-0 Telefax +49 (0) 23 51 4 57 54 E-mail [email protected] www.facebook.com/fischerelektronik Wir stellen aus: PCIM in Nürnberg 19. - 21. 05. 2015 Halle 9, Stand 611 April 2015 12 MÄRKTE + TECHNOLOGIEN 06 08 Top 5 08 10 News und Meldungen RF- und Wireless-Technologietag Trends, Herausforderungen und Lösungen im Zeichen des IoT Fachartikel des Jahres In eigener Sache: Für diese Themen interessiert sich die Entwickler-Gemeinde 24 28 32 VISA oder IVI Auswahl des optimalen Gerätetreibers für PXI-Hardware 20 Von der Theorie zur Praxis Prüfstand für 5G Massive MIMO 42 Mobiles Diagnosegerät kann Leben retten Ultraschalltechnik für die Schlaganfalldiagnostik 44 Altbewährt oder brandaktuell Welche CPU-Architektur ist die richtige? 47 Highlight Melexis 48 Golfsport als Trendsetter Entwicklungen in der Wearable-IoT-Technik 52 Vibrationsarm und leise auf den Zahn gefühlt DC-Kleinstmotoren für eine schmerzfreie Zahnwurzelbehandlung Vorteile von GaN in HF- und Mikrowellenanwendungen L-Band-Galliumnitrid-Transistor 36 Effizienter wandeln Breitbandige analoge Eingangsstufe mit schnellem CT-Delta/Sigma-ADC 54 HF/EMV-Kamerasystem Grafische Echtzeitvisualisierung von HF-Emissionen Power+Board-Bundles Laborgeprüfte NetzteilMainboard-Kombination 55 Highlights Intersil, ADL Embedded Solutions 40 Drahtlose Nachrichtentechnik Tipps zur Auswahl von PXI-Testgeräten Highlights Alldaq, Hacker Datentechnik, Rosenkranz Elektronik, Göpel Electronic MEDIZINELEKTRONIK 34 MODULARE MESSTECHNIK 16 Symbiose dezentraler Messtechnik X-Link-Technologie verbindet M-CAN-Module und EthernetX-Module über einen Bus HF-/MIKROWELLENTECHNIK COVERSTORY 12 USB auf dem Weg zu einem universellen Einsatz Modulare Messgeräte in Kombination mit PC und Software Medical 44 4 Welche CPU-Architektur ist die richtige? Setzt man bei medizinischen Geräten auf brandneue CPU-Architekturen oder sollte der Entwickler lieber auf das bereits altbewährte Design zurückgreifen? elektronik industrie 04/2015 www.elektronik-industrie.de PCB-Prototypen & kleine Serien 56 00 AKTOREN 56 Gelungene Familienpolitik Servocontroller mit einheitlicher Funktionalität 59 Highlights WEG, Trinamic, Physik Instrumente, Freescale Semiconductor, Rohm Semiconductor, Microsemi, Nanotec, Elmo Motion, BEI Kimco Magnetics 63 Neue Produkte RUBRIKEN 03 Editorial Drei Seelen wohnen, ach... 66 66 Impressum Inserenten-/Unternehmensverzeichnis Pünktlich oder kostenlos in allen Eilservices Gratis Perfekt kombiniert: Ergänzend zum gedruckten Heft finden Sie alle Informationen sowie viele weitere Fachartikel, News und Produkte auf unserem Online-Portal. www.elektronik-industrie.de Edelstahl SMD-Schablone bei jeder Prototyp-Bestellung inklusive PCB-POOL® ist eine eingetragene Marke der www.pcb-pool.com Märkte + Technologien Märkte + Technologien Top 5 Top-FIVE Hier präsentiert die Redaktion der elektronik industrie jeden Monat die Top 5 Artikel, News und Produkte der Elektronik-Entwicklung: Die Leser der Webseite www.all-electronics.de haben diese Inhalte im vergangenen Monat am häufigsten aufgerufen. Wer sich für weitere Informationen interessiert, gibt auf diesem Portal die infoDIREKT-Kennziffer (zum Beispiel 599ei0412) in das Suchfeld ein. Übrigens finden Sie auf unserer Internetseite die Inhalte der elektronik industrie seit dem Jahr 1999. Um immer auf dem Laufenden zu sein, abonnieren Sie unseren Newsletter unter www.all-electronics.de.de. Artikel 1 Suche nach der idealen Retrofitlampe 257ejl0215 2 Santox-Koffer schützt Tafelreliquiar und Vortragekreuz 3 LED-Sonderleuchten für Prüfaufgaben 4 Rezepte für optimales Schaltnetzteil-Layout 5 Ein Baustein für die Großflächenbeleuchtung der Zukunft 2 EBV vertreibt Samsung LEDs 3 LED-Hersteller Ledora sammelt eine Million 4 BMZ baut Industristandort Deutschland aus 5 Auszeichnung der meist gelesenen Fachartikel in 2014 2 Stabiler RDS(on) über die Temperatur und robust im Betrieb 3 Vergleichstests zwischen IGBTs und MOSFETs 4 Einfacher Umstieg von Kupfer auf optische Kabel 5 DC/DC-Wandler mit 120 W Ausgangsleistung Standby-Lab 240ei0315 Santox 253ejl0215 IPF Electronic 603ei0215 Maxim Integrated 272ejl0215 Cooledge Lighting NEWS 1 Drahtlose Board-to-Board Kommunikation mit 12,5 GBit 652ei0315 IPMS 268ejl0215 EBV Elektronik 247ejl0215 Ledora 650ei0215 BMZ 699ei0315 Eigenbeitrag PRODUKTE 1 6 SiC-MOSFETs: 1200 V / 40 A / 80 mΩ-Typen 622ei0215 elektronik industrie 04/2015 Eurocomp 647ei0315 Eurocomp 633ei0215 Cree 630ei0315 635ei0315 Samtec Ericsson www.elektronik-industrie.de RE 90 J A H CH & E T H G I H T ION INNOVA o 6,- Eur ausgabe Sonder ber 2015 Novem DIE ER ES CH FO LG SG LTM DE R WE ICH TE N AR KT FÜ N D HID DE HR ER UN CH AM PIO NS RMANY GE lität Mit QuaSpitze ie d an MADE IN EN RE, SETZ PIONIE FEZEICHEN U ssenproduktion bis 45 AUSR der Ma 4.0 Von ustrie zu ind TR A LE CON VIRTUELWELT sind die REALle,E Apple & Co r 90 uns Sie mit Feiern re Hüthig re 90 Jah 90 Jah it uns ation m ie S v Feiern ech & Inno iven Hight s r exklu be e d it M rausga Sonde ge: e Aufla mplar 00 Exe .0 0 0 1 Goog Taktgebe neuen _final1.indd 1 e_Dummy 0j_Titelseit hue_9 1925 wagte Verleger Dr. Alfred Hüthig (1900 – 1996) die Gründung eines Fachverlages. Und es wurde eine Erfolgsgeschichte. Dr. Alfred Hüthig machte den nach ihm benannten Verlag zu einem der größten und erfolgreichsten Fachverlage in Deutschland. Seit 1999 ist der Hüthig Verlag Teil der Mediengruppe Süddeutscher Verlag in München. Und auch heute zählt der Hüthig Verlag mit seinem breiten Medien-Portfolio zu den größten Fachinformationsanbietern für Industrie und Elektrohandwerk. Kontakt: [email protected], Tel. +49 (0) 6221 489-238, www.huethig.de 06.08.2014 16:49:22 Märkte + Technologien RF- und Wireless-Technologietag National Instruments und sein Platinum Alliance Partner Noffz Technologies veranstalten am 24. Juni 2015 in Tönisvorst einen Technologietag zum Thema RF- und Wireless-Test. In informativen Technologie- und Anwendervorträgen werden die neuesten Trends im Bereich RF-Chip-Testing, PXI-basierte Messgeräte, Adapterlösungen sowie standardisierte Komplettsysteme vorgestellt. Der parallel stattfindende Workshop bietet zusätzlich die Möglichkeit, mehr über die Vorteile von RF-Messtechnik auf Basis der PXI-Plattform zu erfahren und sich anhand praxis orientierter Übungen mit deren Handhabung vertraut zu machen. Der Bereich RF-Test erfährt durch das Internet der Dinge gerade in Deutschland einen besonders starken Aufschwung. Er ist besonders aus Anwendungen in der Automobilindustrie wie E-Call, Network Access Devices (NADs) und Telematics Control Units (TCUs) sowie aus vielen weiteren Wireless-Schnittstellen, wie beispielsweise in Smart Homes sowie auch im Consumer-Bereich, nicht mehr wegzudenken. Folgende Themenschwerpunkte erwarten die Teilnehmer des RF- und Wireless-Technologietags: •Module Device Test •Communication System Design •RF Manufacturing Test •Multi-DUT RF Test für Cellular- und Connectivity-Anwendungen •Non-Signaling Chip Testing Die begleitende Ausstellung von Noffz, National Instruments und deren Partnerfirmen gewährt einen tiefen Einblick in erfolgreich realisierte Projekte und eingesetzte Technologien. Die Kombination aus Fachvorträgen, Gesprächen und der begleitenden Ausstellung bietet eine einmalige Gelegenheit zum Erfahrungsaustausch und Networking. (ah) n Bild: National Instruments Trends, Herausforderungen und Lösungen im Zeichen des Internets der Dinge Neueste Trends im Bereich RF-Chip-Testing, PXI-basierte Messgeräte, Adapterlösungen sowie standardisierte Komplettsysteme werden auf dem Technologietag vorgestellt. infoDIREKT 697ei0415 Spectrum Systementwicklung Fünf-Milliarden-Dollar-Fusion abgeschlossen Messtechnikspezialist expandiert in die USA Cypress und Spansion haben ihre Fusion abgeschlossen. Die Transaktion erfolgte in einem steuerfreien Aktientausch mit einem Wert von rund fünf Milliarden US-Dollar, wobei das neue Unternehmen den Namen Cypress trägt. T. J. Rodgers, CEO und President von Cypress: „Wir haben die Fusion schneller als Mit der Eröffnung eines eigenen US-Vertriebsbüros erweitert Spectrum Systementwicklung Vertrieb und Support in den USA. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Großhansdorf bei Hamburg hat sich auf den Bereich der High-Speed Digitizer und Generatoren spezialisiert und bietet über 400 modulare Produkte an für die Industriestandards PCIe, LXI und PXI. „Die Wichtigkeit des US-Marktes steigt für uns kontinuierlich an, besonders mit den kürzlich vorgestellten High-EndDigitizer-Produkten. Unsere USKunden sind in der Regel frühzeitig bei neuen Technologien dabei und suchen nach Produkten, die ihnen einen technischen Vorsprung liefern. Modulare Messtechnik-Hardware und -Software benötigt dabei einen guten technischen und anwendungsspezifischen Support“, so Gisela Hassler, Geschäftsführerin von Spectrum Systementwicklung zur Eröffnung des USVertriebsbüros. In den letzten beiden Jahren hat Spectrum eine An- 8 elektronik industrie 04/2015 gedacht abgeschlossen und kommen damit strategisch und finanziell schneller voran, als in der Roadmap geplant. Die neue Cypress ist die weltweite Nummer drei der Chiplieferanten für AutomotiveSpeicher und -MCUs.“ infoDIREKT 390AEL0415 Bild: Spectrum Systementwicklung Cypress und Spansion Philip Gregor, Vice President Sales der Spectrum Instrumentation Corporation. zahl von sehr schnellen und hochauflösenden PCIe-Digitizer-Karten wie die M4i.445x-Serie mit 500 MSamples/s bei 14 Bit Auflösung oder die M4i.223x-Serie mit 5 GSamples/s Abtastrate bei 8 Bit Auflösung auf den Markt gebracht. Das neue US-Vertriebsbüro in Warwick, New York State, bietet lokalen Verkauf, technischen und anwendungsspezifischen Support und ist mit eigenen Demogeräten ausgestattet. infoDIREKT 640ei0415 www.elektronik-industrie.de Bild: Mentor Graphics Märkte + Technologien Cadence und ARM Infineon und Panasonic Strategische Vereinbarung zur IP-Interoperabilität Dual Sourcing für selbstsperrende 600-V-GaN-Leistungsbausteine Cadence Design Systems und ARM melden die Unterzeichnung einer umfassenden IP (Intellectual Property) -Interoperabilitätsvereinbarung. Die mehrjährige Vereinbarung erlaubt einen gegenseitigen Zugriff auf relevante IP-Portfolios der Cadence IP Group und von ARM. Zusätzlich dürfen laut der Vereinbarung beide Unternehmen Testchips mit Cadence-IP und ARM-IP fertigen sowie Entwicklungsplattformen ihren Kunden zur Verfügung stellen. Durch die Möglichkeit des Tests der IP-Interoperabilität von Halbleitern können Cadence und ARM die Leistung und Interoperabilität von SoCs (System-on-Chip) optimieren, während gleichzeitig die Time-toMarket verkürzt wird. Die IP-Interoperabilitätsvereinbarung deckt bestehende und künftige ARM-Cortex-Prozessoren, ARM-Mali-GPUs, ARMCore-Link-System-IP, ARM-Artisan physische IP und ARM-POP-IP sowie Cadence-Design-IP einschließlich Cores für PCI-Express, MIPI, USB, HDMI, Display-Port, Ethernet, analog, DDR/LPDDR PHY und mehrere andere Speicherchip- und Speicherprotokolle ab. Infineon Technologies und die Panasonic Corporation haben eine Vereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung von Galliumnitrid-Bausteinen (GaN) unterzeichnet. Diese basieren auf der selbstsperrenden GaN-auf-Silizium-Transistorstruktur von Panasonic, die in ein oberflächenmontierbares SMD-Gehäuse von Infineon integriert wird. In diesem Zusammenhang hat Panasonic eine Lizenz für die selbstsperrende GaN-Transistorstruktur an Infineon vergeben. Beide Unternehmen können nun auf der Grundlage dieser Vereinbarung hochleistungsfähige GaN-Bausteine herstellen. Kunden profitieren damit von zwei möglichen Lieferquellen für GaN-Leistungsschalter in einem kompatiblen Gehäuse. Diese Möglichkeit gab es bislang für keinen anderen GaN-on-Silicon-Baustein. Die beiden Partner haben sich darauf verständigt, keine weiteren Vertragsdetails zu veröffentlichen. Muster eines Bausteins mit 600 V und 70 mΩ in einem DSOGehäuse (Dual Small Outline) wurden erstmalig im März auf der Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC) vorgestellt. infoDIREKT infoDIREKT 643ei0415 641ei0415 Mentor Graphics und EDMD Solutions 389-Millionen-Deal Vertriebsabkommen über Elektronikdesignund Analyseprodukte unterzeichnet Microsemi will Vitesse Semiconductor für 5,28 US-Dollar pro Aktie kaufen Mentor Graphics und EDMD Solutions, ein Mitglied der CADCAM Group, haben ein Distributionsabkommen geschlossen. Gemäß der Vereinbarung wird EDMD Solutions die Leiterplattendesign-, Leistungselektronik- und Mechanik-Analyseprodukte von Mentor Graphics in der Region vertreiben. Die Kunden von EDMD erhalten mit diesen Produkten Tools für die Entwicklung von Leiterplatten, Hochleistungsanalyse, Überprüfung der Design-for-Manufacturability (DFM) von Leiterplatten sowie die thermische Analyse. Sie haben damit Zugriff auf Funktionen, die die Produktqualität verbessern, die Kosten senken sowie kürzere Designzyklen ermöglichen. Die Software ergänzt die bestehende PLM-Produktpalette (Product-Lifecycle-Management) der CADCAM Group um einen voll integrierten Elektronik- und Mechanikdesignprozess. Die Microsemi Corporation, ein führender Anbieter von Halbleiterlösungen, gab heute bekannt, dass sie Vitesse Semiconductor für 389 Millionen US-Dollar erwerben will. Die amerikanische Vitesse hat sich auf High-Performance-Ethernet-Chips konzentriert. Das Gebot von 5,28 US-Dollar pro Aktie durch ein Barangebot entspricht einem Aufschlag von 36 % zum Vitesse-Schlusskurs am 17. März beziehungsweise 32 % gegenüber dem 30-Tage-Durchschnitt der Schlusskurse. Im Vertrag enthalten ist aber auch eine Go-Shop-Klausel: Wenn sich binnen 45 Tagen noch ein anderer Käufer findet, der mehr zahlen will, kann dieser zuschlagen. Microsemi hat im Jahr 2014 etwa 27 % des Umsatzes über Einnahmen im Bereich Verteidigung und Sicherheit generiert. Vitesse hingegen liefert Produkte für eine Reihe von Netzwerkausrüster wie Alcatel-Lucent, Cisco Systems, Ericsson und Hewlett-Packard. Beide Unternehmen haben ihren Firmensitz in Kalifornien (USA). Die Deutsche Bank unterstützt Vitesse auf seinem Go-Shop-Verfahren, während die Bank of America Merrill Lynch Microsemi die Fremdfinanzierung für diesen Erwerb bietet. infoDIREKT infoDIREKT 642ei0415 100ei0415 Elektronikgehäuse 6,2 mm Baubreite - höchste Funktionalität! Das kompakte Elektronikgehäuse KS 4460 von DOLD bietet höchste Funktionalität bei geringstem Platzbedarf und Installationsaufwand im Schaltschrank. Durch spezielle Aussparungen wurde die Einbauhöhe für elektronische Bauteile auf 5,1 mm maximiert. Ein durchgängiges Gehäusesystem ermöglicht dem Entwickler eine beliebige Anreihung von Modulen in Verbindung mit dem Tragschienenbus-System. Das unverwechselbare Gehäuse gestattet ein Maximum an Design- und Beschriftungsmöglichkeiten. 13.-17.04.2015, Hannover Halle 11, Stand C36 Vorteile Bauelemente bis zu 5,1 mm Höhe verwendbar Mehr Spielraum für Design, 4850 mm2 Leiterplattenfläche Schnelle Montage der Gehäuseteile durch Verrasten 8 Schraubanschlüsse, wahlweise Federkraftanschlüsse Verschiedene Einbaulagen der Leiterplatten möglich E. DOLD & SÖHNE KG • Postfach 1251 • D-78114 Furtwangen Besuchen Sie uns ! • Te l e f o n 0 7 7 2 3 6 5 4 0 • Fax 07723 654356 Unsere Erfahrung. Ihre Sicherheit. • gv-ver [email protected] • w w w. d o l d . c o m Märkte + Technologien Bilder: Alfred Vollmer V.l.n.r.: Frauke Meinel und Birgit Gulden (Kunze Folien), Frank Henning (Hüthig), Bianca Aichinger (Recom), Achim Leitner (Hüthig), Christina Richter (Linear Technology) und Thomas Stief (J+G Werbegesellschaft). Fachartikel des Jahres In eigener Sache: Für diese Themen interessiert sich die Entwickler-Gemeinde Im Rahmen einer kleinen Feier überreichte der Hüthig-Verlag die begehrten Trophäen „Fachartikel des Jahres“ an die Preisträger von Kunze Folien, Linear Technology und Recom Power. Die Beiträge wurden von den LeAutor: Dr. Achim Leitner sern des Online-Portals www.all-electronics.de im Jahr 2014 am häufigsten aufgerufen. W elches Thema, welches Produkt und welche Technologie interessiert die ElektronikEntwickler derzeit? Als Verlag könnte man seine Leser befragen, die Marktforschung bemühen, oder einen Blick in die Web-Statistiken werfen. Genau das hat 1 10 der Hüthig-Verlag gemacht und per Google Analytics untersucht, welche drei Fachartikel aus der Elektronik-Entwicklung im Jahr 2014 auf all-electronics.de am häufigsten abgerufen und gelesen wurden. Das Webportal vereint die Themen und Beiträge der fünf Fachzeitschrif- 2 elektronik industrie 04/2015 ten Elektronik Industrie, Elektronik Journal (beide Elektronik-Entwicklung), Productronic (Elektronik-Fertigung), IEE (Automatisierung) und Automobil-Elektronik. Das Portal richtet sich thematisch auch an genau diesen Zielgruppen aus und enthält unter anderem die komplet- 3 www.elektronik-industrie.de ten Inhalte der Fachzeitschriften. Entsprechend waren alle drei ausgezeichneten Fachartikel neben dem Portal auch in einer der Zeitschriften veröffentlicht. Stellvertretend für den US-Amerikaner Tony Armstrong nahmen Christina Richter (Inside Sales bei Linear Technology in München) und Thomas Stief (J+G Werbegesellschaft) den Preis entgegen (Bild 2). Platz 3 Auf dem dritten Rang landete Reinhard Zimmermann von Recom mit seinem Beitrag „LED dimmen mit dem Dali-Bus“. Online zu finden ist er unter der InfoDirekt-Nummer 206ejl0214; gedruckt erschien er im Elektronik-Journal 02/2014 auf Seite 36. Er widmet sich der Frage, wie man dimmbare LED-Treiber und die passenden Dimmer in der LED-Beleuchtung kombiniert. Eine mögliche Lösung besteht in der Installation eines Dali-Bussystems. Damit lassen sich einzelne Räume komfortabler steuern und schalten. Außerdem ist das System recht einfach in eine bestehende Verkabelung integrierbar. Den Preis nahm Bianca Aichinger entgegen (Bild 3), sie ist ProduktmarketingManager bei Recom Power in Gmunden, Österreich. Recom meldete den Erfolg auch auf seiner Facebook-Seite. Platz 2 Die Silbermedaille gebührt Tony Armstrong von Linear Technology mit dem Artikel „Steckerlose Batterieladung“. Online führt der Info-Direkt-Code 501ei0414, abgedruckt wurde er in der ElektronikIndustrie 04/2014, Seite 46. Es gibt Industrie- und Medizinprodukte, in denen die drahtlose Ladetechnik über 1 cm ein „must have“ in der Entwicklung ist. Bis heute gab es für den Entwickler einige Grenzen, die eine Realisierung und deren Erfolg verhinderten. Mit dem LTC4120 von Linear Technology ändert sich das. Dieser IC, der als Empfänger bis zu 1,2 cm für Ladezwecke überbrücken kann, ist eine einfache und effiziente Lösung. Er könnte die Stecker aus den Geräten verbannen. Platz 1 Mir den meisten Online-Lesern konnte sich Kunze Folien den erste Platz sichern. Wolfgang Reitberger-Kunze klärt in seinem Artikel auf über „Der Mythos vom unkomplizierten LED-Wärmemanagement“. Die Info-Direkt-Nummer dazu lautet 501ejl0214. Der Beitrag erschien, wie der Drittplatzierte auch, in der ElektronikJournal-Ausgabe 02/2014 (Seite 62). Das Wärmemanagement beginnt beim Verständnis der realen Temperaturverhältnisse in der Sperrschicht im Halbleiter, nicht nur an den Lötpunkten, und geht weiter zur Auswahl eines geeigneten Thermal-Interface-Materials (TIM). Der Beitrag gibt das entsprechende mathematischphysikalische Rüstzeug und vergleicht die verfügbaren Materialien, um die Abwärme aus der LED gezielt abzuführen und die Lichtquelle länger strahlen zu lassen. Den Preis nahmen Frauke Meinel (Prokuristin, Personal & Rechnungswesen) und Birgit Gulden (Marketing und Corporate Design) von Kunze Folien entgegen (Bild 1). Der Autor selbst war am Tag der Preisverleihung zwar erkrankt, feierte kurz darauf den Erfolg aber gemeinsam mit seinen Kollegen am Standort Oberhaching (nahe München; Bild 4). ■ Autor Dr. Achim Leitner Chefredakteur all-electronics.de infoDIREKT 699ei0315 2: Den zweiten Preis überreichten Frank Henning und Achim Leitner an Christina Richter (Linear Technology) und Thomas Stief. 3: Die Auszeichnung für Platz drei nahm Bianca Aichinger für Recom Power entgegen. www.elektronik-industrie.de Mehr Möglichkeiten durch energieautarke Funkschalter Keine Kabel, keine Batterie – der energieautarke Funkschalter von Cherry lässt sich direkt in Netze der Industrie und Gebäudetechnik integrieren. Nutzen Sie diese Energieunabhängigkeit und überzeugen Sie sich von seinen vielen Vorteilen. www.cherryswitches.com [email protected] Tel. +49 9643 18-0 1: Frank Henning und Achim Leitner gratulieren Birgit Gulden und Frauke Meinel von Kunze Folien zum ersten Platz. 4 UNSER ZEICHEN FÜR UNABHÄNGIGKEIT 4: Burkhard Kunze und Wolfgang ReitbergerKunze feiern mit den Kollgen von Kunze Folien den ersten Platz beim „Fachartikel des Jahres“. Bilder: Pickering Interfaces Modulare Messtechnik Coverstory VISA oder IVI Auswahl des optimalen Gerätetreibers für PXI-Hardware Wichtiges Element eines typischen Testsystems sind Gerätetreiber zur Ansteuerung der Hardware. Sie bilden die Ebene, die die Programmierumgebung mit der Hardware des Testsystems verbindet. Bei PXI ist es gemäß der Spezifikation des PXI-Standards ein VISA-Treiber. Also ist für jedes PXI-Modul ein solcher Treiber verfügbar. Demnach sollte hier keine Wahl zu treffen sein, oder doch? Ja und nein, lautet die salomonische Antwort. Autor: Alan Hume M ess- und Stimulus-Hardware, Schaltsystemeinheit, Verkabelung, eventuell eine Adapterschnittstelle, Prüflingsspannungsversorgung, externer PC oder alternativ ein Embedded-Controller, sowie die Programmierumgebung sind die wesentlichen Komponenten eines typischen Testsystems. Jede Komponente wird aufgrund von vorgegebenen Anforderungen wie Prüf- 12 elektronik industrie 04/2015 parameter, Abmessungen, Testdurchsatz und Budget ausgewählt. In dieser Liste fehlt jedoch als wichtiges Element der Gerätetreiber zur Ansteuerung der Hardware. Die IVI-Foundation hat einen intelligenteren Gerätetreiberstandard definiert, den viele Hersteller von PXI-Instrumenten und Schaltlösungen zusätzlich zum obligatorischen VISA-Layer (Virtual Instrument www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik Coverstory Eck-DATEN Auf den folgenden Seiten wird der IVI-Treiber (Interchangeable Virtual Instrument) beschrieben und erläutert, wie er sich vom Standard-VISA-Treiber unterscheidet. Der Leser wird in die Lage versetzt, auf Basis seiner Anwendung eine fundierte Entscheidung zu treffen. Software Architecture) unterstützen. Für zahlreiche Awendungen bietet der IVI-Treiber Vorteile. Wie soll man also die Entscheidung treffen? Unter den meisten Betriebssystemen, einschließlich Windows, kann der Benutzer nicht direkt mit der Hardware, sondern nur über einen dafür speziell entwickelten Treiber kommunizieren. Der Kernel-Treiber bietet einen Low-Level-Hardwarezugriff im KernelSpace und eine Schnittstelle im User-Space. Er verfügt lediglich über eine sehr rudimentäre Low-LevelSchnittstelle. Ein weiteres Modul, das Application Programming Interface (API) baut auf dem Kernel auf und stellt eine Schnittstelle bereit, die dieses spezielle Modul besser steuern kann. Komplexere APIs bauen auf der Low-Level-Ebene auf und bieten besonders zweckmäßige Schnittstellen an, um zusätzliche Eigenschaften und Erweiterungen bereitzustellen. Besonders zweckmäßige Schnittstellen Ein Anwendungsprogramm kann über eine der verfügbaren APIs auf die Hardware zugreifen. Die Auswahl hängt von verschiedenen Faktoren wie Programmierumgebung, Kompatibilitätsanforderungen oder persönlichen Vorlieben ab. Bild 1 zeigt eine typische Auswahl möglicher Alternativen, von der Low-Level-Programmierung auf Basis der Schnittstelle des Kernel-Treibers bis zu APIs höherer Ebenen, die eine zunehmend bessere Modellierung der Funktionalität der speziellen Hardware-Module bieten. VISA ist ein Kernel-Treiber, der die Steuerung der Hardware und das Management der Ressourcen bereitstellt. Diese Low-Level- Schnittstelle bietet nur rudimentäre I/O-Funktionalität zur Steuerung des Hardware-Moduls. Auf dieser Ebene kann die Modulsteuerung sehr komplex sein und umfassende Kenntnisse über die Hardware erfordern. Nahezu jeder Hersteller bietet eine Low-Level-API, die das spezielle Fachwissen über das Hardware-Modul abstrahiert und dadurch die Programmieraufgabe erleichtert. Viele Hersteller stellen auch einen IVI-Treiber bereit (IVI steht für Interchangeable Virtual Instrument). Dieser bietet eine Higher-Level-API, die auf dem Low-Level-Treiber aufsetzt und typischerweise der Branchen-Standardfunktionalität für den Modultyp entspricht. Es können mehr als die oben illustrierten Ebenen beteiligt sein. In vielen Fällen gibt es einen Satz von www.elektronik-industrie.de Non-VISA-Treibern. Steht VISA, wegen Betriebssystem- oder Lizenzeinschränkungen nicht zur Verfügung, ist dies sehr hilfreich. VISA liegt nur bei einer beschränkten Anzahl von Linux-Distributionen vor, sodass der Anwender gezwungen ist, auf eine alternative Kernel-Schnittstelle zuzugreifen. Der PXI-Standard fordert einen VISA-Schnittstellentreiber. Viele PXI-Module sind jedoch mit einer Vielzahl verschiedenster Treiber ausgestattet, sodass der Anwender den Treiber auswählen muss, der am besten zu seiner Applikation passt. Zunehmend stehen IVI-Treiber zur Verfügung. Ausgelegt ist dieser Treiber-Standard speziell auf Austauschbarkeit und er ist für bestimmte Softwarewerkzeuge zwingend erforderlich wie zum Beispiel bei der Switch-Executive von National Instruments. Dieses Tool bedient nur Module, die über einen IVI-Switch-Class-Treiber verfügen. In einigen Fällen haben die Anwender die Möglichkeit, beim Entwurf eines Systems auf die Verwendung von VISA zu verzichten. In diesem Fall ist es wichtig, sich beim Hersteller zu erkundigen, ob ein geeigneter Treiber zur Verfügung steht. Auf Austauschbarkeit ausgelegt Ursprünglich von der VXI-Plug-and-Play-SystemAlliance entwickelt, wird der VISA-Standard inzwischen von der IVI-Foundation gepflegt. Das Ziel des Standards besteht darin, eine Möglichkeit zu definieren, Instrumenten-Treiber zu entwickeln, die eine hohe Interoperabilität zwischen Modulen verschiedener Hersteller aufweisen. Der PXI-Standard befürwortet die Verwendung des VISA-Standards. Zu seinen maßgeblichen Eigenschaften gehören: • Der Standard erlaubt es, unterschiedliche Treiber von verschiedenen Herstellern konfliktfrei auf demselben PXI-System zu installieren. • Um die Interoperabilität sicherzustellen, wird ein VISA-I/O-Layer für alle I/O-Funktionen eingesetzt. • Es ist definiert, wie die Treiber geschrieben werden. Bild 1: Dargestellt sind die verschiedenen Programmierebenen von APIs. Application Program Higher Level API User space Lower Level API Kernel Drive Kernel space Hardware 1 elektronik industrie 04/2015 13 Modulare Messtechnik Coverstory User IVI Driver Bild 2: Der IVI-Treiber reproduziert aus der IVI-3.1-Spezifikation. IVI Specific Driver Bild 3: Anwendung des spezifischen, Klassen-kompatiblen IVI-Treibers, reproduziert aus der IVI-3.1Spezifikation. GUI Application Program IVI Class-Compliant Specific Driver IVI ClassDriver 3 IVI Class Driver IVI Custom Specific Driver IVI Configuration Store IVI Class-Compliant Specific Driver 2 Function Calls •Ein Treiber, der die VISA-Spezifikation einhält, Tabelle: Differenzierungsmerkmale von IVI-Klassen-Treibern. verwendet definierte Datentypen sowie definierte Funktionsnamen. •Er verkürzt den Einarbeitungsprozess in neue Instrumente und somit die Zeit, ein Testsystem zu entwickeln. Der IVI-Standard wird von der IVI-Foundation gepflegt. Ziel des IVI-Standards ist es, einen hohen Grad der Austauschbarkeit und eine Instrumentensimulation bereitzustellen. IVI unterstützt sämtliche wichtigen Plattformen wie PXI, AXIe und GPIB. Da sich IVI auf höherer Ebene befindet, die einen LowLevel-Treiber für den Zugriff auf die Hardware verwendet, kann ihr Einsatz gegenüber anderen Treibern zu einer geringfügig niedrigeren Geschwindigkeit führen. Die genannten Zielsetzungen der IVI-Foundation dienen dazu, die Austauschbarkeit der Hardware zu verbessern, durch: •Vereinfachung der Aufgabe, ein Instrument durch ein ähnliches Instrument zu ersetzen. •Die Anwendungssoftware weiter zu nutzen, falls Instrumente nicht mehr verfügbar sein sollten. •Vereinfachung der Wiederverwendung von Programmcode von Designvalidierung bis Produktion. IVI-Klassentreiber Spezifischer, klassenkompatibler IVI-Treiber Kundenspezifischer IVI-Treiber Inhärente Fähigkeiten Inhärente Fähigkeiten Inhärente Fähigkeiten Grundlegende Klassenfähigkeiten Grundlegende Klassenfähigkeiten Klassenerweiternde Fähigkeiten Herstellerdefinierte, instrumentenspezifische Funktionsfähigkeiten 14 elektronik industrie 04/2015 Herstellerdefinierte, instrumentenspezifische Funktionsfähigkeiten GUI Access Die Qualität verbessert sich durch die Einführung von Richtlinien für den Test und die Verifizierung von Treibern. Eine Verbesserung der Interoperabilität ist möglich durch: •Bereitstellung eines strukturellen Rahmens, der es Anwendern ermöglicht, Software von verschiedenen Lieferanten einfach zu integrieren. •Bereitstellung eines standardisierten Zugriffs auf Treiberfunktionalitäten wie Range-Checking und State-Caching. •Simulation von Instrumenten, um Software-Entwicklung auch dann zu ermöglichen, wenn die Hardware (noch) nicht verfügbar ist. •Umsetzung konsistenter Instrumentensteuerungen in populären Programmierumgebungen. Wie auch VISA, bietet IVI eine Möglichkeit, die Treiberentwicklung zu standardisieren, jedoch geht IVI weit über die Möglichkeiten von VISA hinaus. Die IVI-Spezifikationen beinhalten mehrere Instrumenten-Klassen-Definitionen. Jede Klasse verfügt über eine Standard-Programmierschnittstelle, einschließlich Funktionsnamen und Datentypen. Durch den richtigen Einsatz von IVI-Klassen-Treibern kann ein Anwender ein hardwareunabhängiges System entwickeln, das heißt Instrumente lassen sich sehr leicht durch ähnliche Instrumente anderer Hersteller ersetzen, ohne dass der Code des Anwenderprogramms umgeschrieben werden müsste. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels sind folgende Klassen spezifiziert: •IVI-4.1: IviScope Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für Oszilloskope). IVI-4.2: IviDmm Class Specification (Diese Spezi• fikation definiert die IVI-Klasse für Digitalmultimeter). •IVI-4.3: IviFgen Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für Funktionsgeneratoren). www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik Coverstory •IVI-4.4: IviDCPwr Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für DC-Spannungsversorgungen). •IVI-4.5: IviACPwr Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für AC-Spannungsversorgungen). •IVI-4.6: IviSwtch Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für Schalter). •IVI-4.7: IviPwrMeter Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für HF-Leistungsmesser). •IVI-4.8: IviSpecAn Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI Klasse für Spektrumanalysatoren). •IVI-4.10: IviRFSigGen Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für HF-Signalgeneratoren). •IVI-4.12: IviCounter Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für Zähler/Zeitgeber). •IVI-4.13: IviDownconverter Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für Abwärts-Frequenzumsetzer). •IVI-4.14: IviUpconverter Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für AufwärtsFrequenzumsetzer). •IVI-4.15: IviDigitizer Class Specification (Diese Spezifikation definiert die IVI-Klasse für FrequenzDigitalisierer). Bei der Klassenspezifizierung sollte nicht vergessen werden, dass die Klassendefinition keine anbieterspezifischen Eigenschaften beinhalten kann, sondern lediglich die Grundfunktionalität der Instrumentenklasse. Ebenso sind Leistungsunterschiede wie Genauigkeit oder die Geschwindigkeit hier nicht berücksichtigt. Für die Praxis ist es wichtig, sich die Konsequenzen eines Wechsels von einem Modul auf das eines anderen Herstellers bewusst zu machen, dass sich diese unter Umständen nicht exakt identisch verhalten. IVI-Treiber beinhalten eine integrierte Simulationsfähigkeit. Mittels dieser Simulation lassen sich Anwendungen entwickeln, ohne, dass das Instrument tatsächlich vorhanden ist. Die Entwicklung kann beginnen, bevor die Instrumente vorhanden sind oder wenn sie noch bei anderen Anwendungen genutzt werden. wie sie zwischen den Mitgliedern der IVI-Foundation vereinbart worden sind. Eigenschaften, die ein spezieller Lieferant anbietet und die nicht notwendigerweise bei Modulen anderer Lieferanten gegeben sind, beinhaltet ein spezifischer IVI-Treiber (IVI Specific driver). Untergruppen der IVI Specific Driver bilden die spezifischen, Klassen-kompatiblen IVI-Treiber (IVI Custom Specific Driver). Ein IVIClass-Compliant-Specific-Driver bietet sowohl die Klassen-Funktionalität, als auch eine zusätzliche Lieferanten-spezifische Funktionalität. Fähigkeiten zur Klassenerweiterung Die meisten Spezifikationen enthalten optionale Fähigkeiten zur Klassenerweiterung wie die ScannerFunktions-Gruppe in IviSwtch. Da sie optional sind, ist nicht sichergestellt, dass alle Lieferanten diese Fähigkeiten bieten. Ein Großteil der IVI-Treiber fällt in die Gruppe der spezifischen, Klassen-kompatiblen IVI-Treiber (IVI Class-Compliant Specific Driver). Das hat zur Bedeutung, dass der Treiber Klassenkompatibel ist, jedoch noch über zusätzliche Funktionalitäten verfügt, die über die Klassen-Definition hinaus gehen. Weiterhin ist es möglich, die Treiber mit einem C-, einem COM- oder einem .NET-Interface auszustatten. Die meisten Entwicklungsumgebungen können auf einen Treiber mit C-Interface zugreifen, viele nutzen ein COM-Interface, wohingegen nur wenige Entwicklungsumgebungen das .NET-Interface unterstützen. Der IVI-Konfigurationsspeicher Beim IVI-Treibermodell kommt dem IVI-Configuration-Store eine zentrale Rolle zu. Das Diagramm zeigt die Beziehungen verschiedener Software-Elemente im Rahmen der Nutzung des IVI-Systems. Beim IVI-Konfigurationsspeicher handelt es sich um eine XML-Datei, welche die Definitionen und die Beziehung zwischen verschiedenen Aspekten eines Moduls und seiner Software-Treiber enthält. Das IVISoftwaresystem bietet die Möglichkeit, über einen Treiber auf den Speicher zuzugreifen. Um auf den IVI-Konfigurationsspeicher zugreifen und diesen manipulieren zu können, stehen spezielle Werkzeuge wie zum Beispiel der Measurement- und-Automation-Explorer (MAX) von National Instruments zur Verfügung. (ah) n IVI-Treiberarchitektur Ein IVI-Treiber hat inhärente Fähigkeiten implementiert, die im Dokument IVI-3. Inherent Capabilities Specificaton definiert sind. Dabei kommt es nicht darauf an, ob er auch einer Klassenspezifikation entspricht. Ein IVI-Klassentreiber ist eine allgemeine, abstrakte Klasse, die die grundlegenden Eigenschaften von Instrumenten dieser Klasse definiert, www.elektronik-industrie.de Autor Alan Hume Software Manager bei Pickering Interfaces. infoDIREKT 604ei0415 elektronik industrie 04/2015 15 Modulare Messtechnik Tipps für HF- Prüfplätze Bilder: Firma V - Fotolia.com 7 Drahtlose Nachrichtentechnik Tipps zur Auswahl von PXI-Testgeräten Neue Mehrwege- und Multifunktionsgeräte erfordern große Übertragungsbandbreiten, komplexe Modulationsverfahren und mehrere Sende- und Empfangsketten. Das erhöht die Komplexität ganz wesentlich und steigert die Anforderungen an die Tests zur Validierung der Produktfunktion. Der Artikel beschreibt einige der typischen Herausforderungen beim HF-Gerätetest. Autorin: Nancy Sumida E inen vereinfachten typischen Produktionstest-Prüfplatz für Leistungsverstärker (Power Amplifier, PA) zeigt Bild 1. Dieser Prüfplatz ermöglicht eine schnelle Entscheidung, ob der Prüfling die Modulationsspezifikation bei einem bestimmten Leistungspegel erfüllt (Device Under Test, DUT). Ein VektorSignalgenerator (VSG) ist mit dem Prüfling über eine Schalt- und Signalaufbereitungs-Einheit verkabelt. Mit zunehmender Komplexität der Leistungsverstärker, etwa um mehrere Betriebsmodi zu unterstützen, gestaltet sich die Messung auf- 16 elektronik industrie 04/2015 grund zusätzlicher Schalt- und Signalaufbereitungsstufen schwieriger. Reduzierung der Testzeiten Senkt man die Testzeit um nur wenige Millisekunden, kann dies die Kosten massiv senken. Dürfen die Tests an Mehrwege-Geräten bei der Entwurfsvalidierung Stunden oder gar Tage dauern, zählt im Produktionstest jede Sekunde. In einem typischen Prüfplatz ist auch die benötigte Zeit, um den Signalgenerator so einzustellen, dass die modulierte Eingangsleistung des Prüflings den erwünschten Ausgangs- pegel ergibt, wichtig. Der dazu übliche Servo-Test nutzt eine Regelschleife, um den finalen Gewinn des Leistungsverstärkers zu bestimmen. Hat der Signalanalysator den Ausgangspegel des Prüflings gemessen, errechnet sich die neue Ausgangsleistung aus der Differenz zwischen gemessener und erwünschter Leistung. Der Signalgenerator wird dann so eingestellt, dass eine korrekte Ausgangsleistung des Prüflings sichergestellt ist. Erst wenn der Ausgang des Prüflings den richtigen Pegel liefert, dürfen die spezifizierten Parameter getestet werden. Die Zeit zur www.elektronik-industrie.de Senkt man die Testzeiten um nur wenige Millisekunden, kann dies bereits die Kosten massiv senken. Die folgenden sieben Tipps helfen dem Anwender, seine Entwicklung zu beschleunigen, den Testdurchsatz zu steigern und die Testkosten zu senken. TIPP 1: Gute Modulationseigenschaften auch bei hohen Ausgangsleistungen des Signalgenerators liefern dem Prüfling ein Signal bestmöglicher Qualität. Viele Leistungsverstärker erfordern, dass das digital modulierte Eingangssignal des Prüflings einen Leistungspegel von 0 Eck-DATEN www.elektronik-industrie.de Kompakte 100W & 135W AC/DC Netzteile Platzsparende 3“ x 2“ (100W) oder 4“ x 2“ (135W bzw 150W mit Lüfter) 250VAC / 2 MOPP (8mm / 8mm) <100µA Ableitstrom (B, BF konform) Universelle Eingangsspannung (85-264VAC / 120-370VDC) -25°C bis +85°C, bis 5000m Höhe Aktive PFC >0.95 ErP-konform (Standby < 0.3W) UL/IEC/EN 60601 3rd Ed und CE R JAH E Ge Steigende Komplexität von HF-Komponenten in Geräten der drahtlosen Nachrichtentechnik erfordert mehr Funktionalität bei gleichzeitig niedrigen Entwurfs- und Fertigungskosten. Die Wahl der Testgeräte-Hardund Software kann Leistung und Effizienz des Entwicklungsprozesses und Fertigungskosten für Wireless-Produkte beeinflussen. Sieben Tipps sollen den Teams in Entwurfsvalidierung und Produktionstest bei der Wahl von Hard- und Software helfen, um die Entwicklung zu beschleunigen, den Testdurchsatz zu steigern und die Testkosten zu senken. Lüfterlose Netzteile für Medizintechnik mit 2 MOPP w 5 g Ratschläge zur Auswahl modularer Testgeräte bis +5 dBm aufweist. Um alle Verluste sicher zu kompensieren empfiehlt sich ein Signalgenerator, der Ausgangspegel von mindestens +15 dBm liefern kann. Bild 3 zeigt die Messung des NachbarkanalLeistungsverhältnisses (Adjacent Channel Power Ratio, ACPR) mit hohen Ausgangsleistungspegeln eines PXIe-Vektorsignalgenerators (VSG) mit sehr guten Modulationseigenschaften. Bei +10 dBm ist wenig oder keine Abschwächung des ACPR sichtbar und bei +15 dBm liegt der Wert immer noch bei 60 dBc. Moderne PXIe-VSGs können digital modulierte Signale mit bis zu +19 dBm Ausgangsleistung und ±0,4 dB Pegelgenauigkeit liefern. Im Ergebnis ist das ein Signal bestmöglicher Qualität am Prüfling. TIPP 2: Instrumente mit hoher Messgeschwindigkeit reduzieren die Testzeit und senken die Testkosten. Ein Signalgenerator mit kurzer Einstellzeit für Frequenz und Amplitude ermöglicht den schnellen Abgleich der modulierten Eingangsleistung, um die gewünschte Ausgangsleistung des Prüflings zu erreichen. Lässt sich der Ausgangspegel des Signalgenerators nicht mittels „List-Mode“ vorbestimmen, verringert das schnelle Umschalten von Frequenz und Amplitude – gemeinsam mit sehr guten Spezifikationen für Linearität, Wiederholgenauigkeit und Auflösung – wesentlich die Zeit zur Annäherung an die korrekte Ausgangsleistung. Ein Signalanalysator, der Tests auf NachbarkanalLeistungsverhältnis (ACPR), Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude, EVM) und Harmonische schnell und genau ausführen sowie in kurzer Zeit zwischen unterschiedlichen Messungen umschalten kann, garantiert, dass die Genauigkeit nicht der Geschwindigkeit geopfert wird. Leistungsmessungen mit modernen PXIe-Vektor-Signalanalysatoren (VSA) werden in Echtzeit erfasst und als einzelner Messwert an das Applikationspro- un Justierung des Signalgenerators kann ein großer Beitrag zur gesamten Testzeit sein und die Testkosten steigern. Moderne Wireless-Entwicklungen implementieren Mehrfachantennen-Techniken wie Carrier Aggregation (CA) und Multiple Input Multiple Output (MIMO), um Datendurchsatz und Zellenkapazität zu steigern. Oft erfordert der Test dieser Designs mehrere Signalgeneratoren und/ oder -analysatoren zur Simulation und Analyse (Bild 2). Um simultanes Demodulieren und Analysieren mehrerer Datenströme in einem so komplexen Testaufbau zu ermöglichen, sind MehrkanalSynchronisierung und neue Messverfahren unumgänglich. ährleist WE POWER YOUR PRODUCTS www.recom-electronic.com Modulare Messtechnik PA Signalgenerator RF Switching/ Signal Conditioning RF In Bilder: Keysight Technologies RF In I/Q-Wellenformerzeugung gramm übergeben. Im steuernden PC ist eine Berechnung nicht mehr erforderlich. Solche VSA ermöglichen Erfassungszeiten von 10 μs bis 1 ms. Kombiniert mit der hohen Umschaltgeschwindigkeit für die Leistungspegel des PXIe-VSG kann die Schrittzeit für einen ServoschleifenLeistungstest unter 1 ms liegen. Der erwünschte Ausgangssignalpegel wird schneller erreicht und der Prüfdurchsatz wird gesteigert. TIPP 3: Eine flexible Plattform stellt verschiedene Geräte für das Testen über den gesamten Lebenszyklus bereit. DUT RF Out PA RF Switching/ Signal Conditioning RF Out Bild 1: Vereinfachtes Blockdiagramm eines HF-Leistungsverstärker-Prüfplatzes. In der Entwurfs- oder Validierungsphase des Produktentwicklungszyklus könnte eine Untersuchung des Verhaltens des HF-Gerätes außerhalb der Nennbandbreite erforderlich sein. Alle Harmonischen oder Störsignale, die das Gerät erzeugt, können die Qualität des Ausgangssignals beeinflussen. Solche „Out-Of-Band“-Signale führen teilweise zu Interferenzen im Drahtlosnetzwerk und zu Problemen mit der Normenkonformität. Der Einsatz von Signalgeneratoren mit höheren Frequenzbereichen zur Messung dieser Störsignale ist Signalgenerator Signalanalysator Vektorsignalanalyse-Software bereits in einem frühen Entwicklungsstadium sehr hilfreich. Unterstützt das Gerät beispielsweise die LTE-Bänder 40/41, möchte der Entwickler eventuell einen Signalanalysator, der auch Harmonische bis 8,1 GHz oder bis 19 GHz erfassen kann. Sobald das Produkt in die Fertigung geht, reicht ein kostengünstigeres Gerät mit niedrigerem Frequenzbereich. TIPP 4: Testgeräte mit identischer Software von der Entwicklung bis zur Fertigung garantieren konsistente und zuverlässige Validierung der Ergebnisse. RF In/Out Software erzeugt mehrkanalige Wellenform Signalgenerator Software zur Analyse von mehrkanaligen Vektorsignalen Signalanalysator Signalanalysator 18 elektronik industrie 04/2015 MIMO-DUT (Device under Test) Bild 2: Blockdiagramm eines MIMO-Prüfplatzes. www.elektronik-industrie.de WCDMA UL ACPR ACPR [dBc] TYPISCH RIGOL: HIGH-END PERFORMANCE LOW-END PREIS Andere PXI Source 10 MHz Offset Andere PXI Source 5 MHz Offset PXIe VSG 10 MHz Offset PXIe VSG 5 MHz Offset Output Power [dBm] Beim Einsatz von Labor- und PXI-Instrumenten für den Komponententest sichert einheitliche Software mit identischen Messalgorithmen und -verfahren konsistente und zuverlässige Ergebnisse. So lassen sich beispielsweise Messungen mit Laborgeräten schnell auf PXI-Instrumenten in einer Produktionstest-Umgebung validieren. Die Verfügbarkeit derselben Programmierbefehle und eine konsistente Benutzeroberfläche reduzieren die Testentwicklungszeit. TIPP 5: Testgeräte mit garantierten Spezifikationen ermöglichen eine bessere Integrität der Messungen. Mangelhafte Messintegrität kann zu Ausreißern oder „falschen Fehlern“ am Prüfling führen, die Reparaturkosten steigern und verursachen höhere FertigungsGesamtkosten. Kalibrierung hat unmittelbaren Einfluss auf die Qualität der Messungen und sichert die Spezifikationen eines Instruments. PXI-Instrumente lassen sich auf der Ebene einzelner Module oder als Kombination mehrerer Module zu einem Gerät, etwa einem PXIe-VSA, kalibrieren. Werden ausschließlich einzelne Module kalibriert, ist es schwierig, Spezifikationen auf Instrumenten-Ebene zu garantieren. Daher sollte das gewählte Testgerät Kalibrierroutinen auf Instrumenten-Ebene bieten. TIPP 6: Eine Testplattform mit minimalen Systemausfallzeiten wählen. Supportqualität und kurze Reparaturzyklen sind weitere kritische Faktoren. Ungeplante Wartungen oder Gerätefehler in der Produktion oder während kritischer Phasen in der Entwicklung sind unter www.elektronik-industrie.de Bild 3: Nachbarkanal-Leistungsverhältnis (ACPR) gemessen bei hoher Ausgangsleistung. Umständen sehr kostspielig. Schon ein einziges Testsystem, das unerwartet zum Reparaturfall wird, kann verheerende Folgen für die Liefertreue haben. Hinzu kommen Kosten für Reparaturen, Neukalibrierung nach der Reparatur und erneute Integration ins Testsystem. Man sollte sicherstellen, dass das gewählte Gerät eine hohe statistische Verfügbarkeit (Mean Time Between Failures, MTBF), kurze Reparaturzyklen und lange Gewährleistungsfristen aufweist. TIPP 7: Eine Testplattfom sollte auf zukünftige Anforderungen skalierbar sein. Die Bandbreiten in der drahtlosen Nachrichtentechnik steigen kontinuierlich, Testsysteme müssen immer neuen Standards und Ansprüchen gerecht werden. Die Wahl einer PXI- oder AXIe-Plattform, die mit dieser Entwicklung Schritt hält, hilft beim Aufbau eines zukunftssicheren Testsystems. Eine Aktualisierungsmöglichkeit der Hardware mithilfe von Lizenzcodes als „Licence Key Upgrades“ ermöglicht es dem Anwender seine Instrumente lange auf dem neuesten Stand zu halten. Stellen Sie sicher, dass sich Ihre Geräte aktualisieren lassen, wenn sich Testanforderungen ändern. (hgh) ■ Autorin • 4 freie Steckplätze und bis zu 256 Kanäle • 20 CH differentielle MultiplexerUmschaltkarte • 32 CH differentieller Multiplexer (2- oder 4-Leiter) • 64 CH single-ended Multiplexer • 20 CH differentielle Spgs.-Eingänge, 4x Stromeingänge • Multifunktionskarte mit 32x DIO’s, 4x Totalizer, 4x DAC • 4x8 Matrix-Karte • DCV, DCI, ACV, ACI, 2WR, 4WR, Periode, Frequenz, Temperatur-Thermoelemente, RTD • Scanning Speed bis zu 250 CH/sec. • Schnittstellen USB, LAN (LXI), RS232, GPIB, … • Inklusive PC Ultra Acquire Software • Optional: MCPS (MultiChannelProjektSoftware) von CAD Computer zur Automatisierung Weitere Spezifikationen und aktuelle Preise finden Sie unter: http://www.rigol.eu/products/data-acquisition/ m300-system/m301 Nancy Sumida Keysight Technologies. infoDIREKT Flexibles, erweiterbares, leistungsstarkes DAQ (Multimeter/Multiplexer) M301 Data-Logger-System (6 ½ stelligem DMM) 611ei0415 RIGOL Technologies EU GmbH Telefon +49 89 8941895-0 [email protected] www.rigol.eu Modulare Messtechnik Von der Theorie zur Praxis Prüfstand für 5G Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) Mit dem NI Massive MIMO Application Framework können Forscher MIMO-Prüfsysteme mit 128 Antennen erstellen. Die Systemdesignsoftware Labview und die SDR-Plattform (Software-Defined Radio) NI USRP RIO versetzt sie in die Lage, zügig Prototypen von großen Antennensystemen zu entwickeln, dank eines vereinfachten Entwicklungsprozesses für FPGA-basierte Logik und optimierter Verteilung der Verarbeitung. Autor: Erik Luther unter Annahme der Kanalreziprozität. Diese ermöglicht die Verwendung von Kanalstatusinformationen, die von Uplink-Piloten erhalten wurden, im Downlink-Precoder. Weitere Herausforderungen sind die Skalierung von Datenbussen und -schnittstellen um mindestens eine Größenordnung sowie die verteilte Synchronisation vieler unabhängiger RF-Transceiver. Für diese Herausforderungen bei Timing, Verarbeitung und Datenerfassung ist die Prototypenerstellung von größter Bedeutung. Damit Forscher die Theorie validieren können, müssen sie den Übergang von der Theorie zum Prüfstand bewältigen. Werden dafür reale Signalverläufe in realen Szenarien verwendet, lassen sich Prototypen erstellen, mit denen die Machbarkeit und Marktfähigkeit von Massive MIMO ermittelt werden kann. 1 Bilder: National Instruments Kurzbeschreibung des Prototyps für Massive MIMO Bild 1: Der Massive-MIMO-Prüfstand (Multiple Input, Multiple Output) an der Universität Lund in Schweden basiert auf USRP RIO (a) mit einem benutzerdefinierten kreuzpolarisierten Array aus Patch-Antennen. D ie nächste Generation von Wireless-Datennetzwerken, die sogenannte fünfte Generation oder 5G, muss Hindernisse bei heutigen Kommunikationssystemen aus dem Weg räumen, etwa in Bezug auf die Netzwerkzuverlässigkeit, Erreichbarkeit, Energieeffizienz und Latenz. Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) ist ein vielversprechender Kandidat für die 5G-Technologie, denn es ermöglicht eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung der Wireless-Datenübertragung und höhere Zuverlässigkeit der drahtlosen Verbindungen, indem es an der Basis-Transceiver-Station (BTS) mehr als 64 Antennen verwendet. Die BTS-Architektur aktueller Standards nutzt maximal acht Antennen in einer in Segmente aufgeteilten Topologie. Massive MIMO reduziert mit hunderten von Antennenelementen die gestreute Leistung, indem die Energie mithilfe von Vorcodierungstechniken auf die mobilen Endgeräte gerichtet wird. Dadurch reduzieren sich die gestreute Leistung, und die Interferenzen mit anderen Nutzern. Die vielen Antennenelemente bei Massive MIMO bringen allerdings neue Herausforderungen mit sich. So benötigen die anspruchsvollen Datennetzwerke auf Basis von LTE oder LTEAdvanced einen Overhead, der proportional zur Anzahl der Antennen ist. Massive MIMO verwaltet Overhead für viele Antennen mithilfe von Zeitduplex zwischen Uplink und Downlink 20 elektronik industrie 04/2015 Zu einer kompletten Massive-MIMO-Anwendung gehören Hardund Software, die zum Erstellen eines vielseitigen, flexiblen und gut skalierbaren Massive-MIMO-Prüfstands nötig sind. Dieser ist zur echtzeitfähigen Kommunikation über Funkbänder in beide Richtungen in der Lage und stellt den Forschern die für sie interessanten Bandbreiten zur Verfügung. Dank der NI-SDRs (Software-Defined Radios) und der Systemdesignsoftware Labview ermöglicht die Modularität des MIMO-Systems eine Erweiterung bis hin zu einem Massive-MIMO-System mit 128 Antennen. Die flexible Hardware erlaubt die Verwendung in anderen Konfigurationen, wenn sich die Anforderungen an die WirelessForschung weiterentwickeln. Professoren der Universität Lund haben zusammen mit NI und dem NI Massive MIMO Application Framework das weltgrößte MIMO-System entwickelt. Es nutzt 50 USRP-RIO-SDRs und realisiert eine Konfiguration mit 100 Antennen. Unter Verwendung von SDR-Konzepten entwickelten sie die Systemsoftware und Bitübertragungsschicht mithilfe einer LTE-ähnlichen Bitübertragungsschicht und Zeitduplex für den mobilen Zugang. Massive MIMO für Mobilfunkanwendungen besteht aus der BTS und Endgeräten beziehungsweise mobilen Anwendern. Eck-Daten Der Artikel demonstriert eine mögliche Option zum Erstellen eines Massive-MIMO-Systems für die 5G-Forschung. Die Infrastruktur von PCI Express erfüllt die Anforderungen an den Durchsatz, die zum Übertragen und Sammeln von I/Q-Signalen mit mehr als 15,7 GB/s an Uplink und Downlink notwendig sind. Eine ausführlichere Version dieses Artikels finden Sie auf unserer Homepage www.all-electronics.de, am einfachsten unter der infoDIREKT-Nummer. www.elektronik-industrie.de Bild 2: Flex-RIOModul PXIe-7976R. 2 Allerdings weicht es insofern von der konventionellen Topologie ab, als dass eine große Zahl von BTS-Antennen für die simultane Kommunikation mit mehreren Endgeräten vorgesehen ist. Im von NI und der Universität Lund entwickelten System nutzt die BTS zehn Antennenelemente der Basisstation pro Endgerät, sodass zehn Anwender gleichzeitig mit voller Bandbreite Zugriff auf die Basisstation mit 100 Antennen haben. In einem Massive-MIMO-System überträgt ein Satz Endgeräte gleichzeitig einen orthogonalen Pilotsatz an die TransceiverStation. Die von BTS empfangenen Uplink-Piloten können dann der Berechnung der Kanalmatrix dienen. Im Zeitabschnitt für den Downlink wird diese Kanalberechnung verwendet, um einen Precoder für die Downlink-Signale zu berechnen. Im Idealfall führt das dazu, dass jeder mobile Anwender einen störungsfreien Kanal mit der für ihn bestimmten Nachricht empfängt. Obwohl mit dieser Architektur viele Konfigurationen möglich sind, unterstützt das Massive MIMO Application Framework bis zu 10 MHz Echtzeitbandbreite, die von 64 bis 128 Antennen skaliert und mit mehreren unabhängigen Endgeräten genutzt werden kann. Das verwendete LTE-ähnliche Protokoll bedient sich einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) mit 2048 Punkten und eines Slots von 0,5 ms. Der Zeitabschnitt von 0,5 ms gewährleistet die ausreichende Kanalkohärenz und ermöglicht die Kanalreziprozität in mobilen Testszenarien. Seit über 15 Jahren entwickeln wir toleranzausgleichende B to B-Steckverbinder. Und Sie kennen uns noch nicht? IRISO Electronics ist international einer der führenden Hersteller auf dem Gebiet der Board to Board-Steckverbinder. Als weltweit agierendes Unternehmen entwickeln und produzieren wir mit über 4.000 Mitarbeitern seit 1966 qualitativ hochwertige Bild 3: USRP-RIOHardware. Steckverbinder-Sortimente. 3 Wann lernen wir uns kennen? FPC/FFC · Compression · B to B · LED · Socket Pin Header · Interface I/O · Optical Fiber ESD Protective · Small Terminal 4 Bild 4: PXIe1085-Chassis mit 18 Steckplätzen. IRISO ELECTRONICS EUROPE GMBH Zettachring 10 · D-70567 Stuttgart www.elektronik-industrie.de Tel.: +49 (0) 7 11 - 45 10 49 -0 [email protected] · www.iriso.de Modulare Messtechnik Bild 5: Octoclock-G-Modul. 5 Die Entwicklung eines Massive-MIMO-Systems setzt vier Schlüsselattribute voraus: •Flexible SDRs, die RF-Signale erfassen und übertragen, •präzise Zeit- und Frequenzsynchronisation der Radio Heads, •durchsatzstarker deterministischer Bus zum Übertragen und Speichern großer Datenmengen, •Hochleistungsverarbeitung für die Ausführung der Bitübertragungsschicht und Media Access Control (MAC) zur Erfüllung der Anforderungen an die Echtzeitleistung. Das NI Massive MIMO Application Framework umfasst SDRs, Module zur Taktverteilung, durchsatzstarke PXI-Systeme sowie Labview und bietet eine robuste, deterministische Forschungsplattform für die Prototypenerstellung. Software-Defined Radio USRP Das SDR USRP RIO bietet einen integrierten 2×2-MIMO-Transceiver und einen leistungsstarken Kintex-7-FPGA für die schnellere Basisbandverarbeitung in einem 0,5-HE-Gehäuse für die Rackmontage. Es wird über ein kabelgebundenes x4-PCIExpress-Modul an den Host-Controller angebunden und bietet Daten-Streaming bis zu 800 MByte/s zum Desktop oder zum PXI-Express-Host-Computer. USRP RIO basiert auf der Labview RIO Architecture, welche die offene Systemdesignsoftware Labview mit Hochleistungs-Hardware kombiniert und die Entwicklung dadurch erheblich vereinfacht. Die enge Integration von Hard- und Software mindert Schwierigkeiten bei der Systemintegration. Obwohl die NI-Software für das Application Framework komplett in Labview geschrieben wurde, kann auch IP aus anderen Programmiersprachen integriert werden. Das Massive MIMO Application Framework nutzt PXIe-1085, ein PXI-Chassis mit 18 Steckplätzen, das mit der PCI-ExpressTechnologie der 2. Generation an jedem Steckplatz für durchsatzstarke Anwendungen mit niedriger Latenz sorgt. Eine Bandbreite von 4 GByte/s pro Steckplatz und eine Systembandbreite von 12 GByte/s bietet das Chassis. Mehrere PXI-Chassis können für Systeme mit höherer Kanalanzahl in verketteter oder sternförmiger Konfiguration kombiniert werden. Das Massive MIMO Application Framework ergänzt den PXIFormfaktor mit Flex-RIO-FPGA-Modulen um flexible, leistungsstarke Verarbeitungsmodule, die mit dem Labview FPGA Module programmierbar sind. Das Flex-RIO-FPGA-Modul PXIe-7976R kann im Stand-alone-Betrieb laufen und stellt einen großen und anpassbaren Kintex-7-FPGA (410T) mit x8-PCI-Express-Busschnittstelle der 2. Generation für die Anbindung an die PXIExpress-Backplane bereit. Viele Flex-RIO-Adaptermodule im Steckformat ermöglichen es, die I/O-Funktionalität der Plattform um Hochleistungs-RF-Transceiver, Basisband-A/D- und -D/AWandler sowie Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O zu erweitern. Octoclock, das Modul für die Taktverteilung über acht Kanäle, von Ettus Research, ermöglicht Frequenz- und Zeitsynchronisation für bis zu acht USRP-Geräte, indem es eine externe Referenz von 10 MHz und ein Signal mit einem Puls pro Sekunde (PPS) verstärkt, acht Mal splittet und über Leiterbahnen mit abgestimmter Länge überträgt. Octoclock-G ergänzt mithilfe eines integrierten GPS-getakteten Oszillators (GPSDO) eine interne Zeit- und Frequenzreferenz. Ein Schalter auf dem Frontpanel ermöglicht dem Anwender, zwischen dem internen GPSDO und einer extern bereitgestellten Referenz zu wählen. Labview bietet eine integrierte Werkzeugkette zur Verwaltung von Hard- und Softwaredetails auf Systemebene, zum Darstellen von Systeminformationen auf einer Benutzeroberfläche, zum Entwickeln von Programmcode für Universalprozessoren, Echtzeitanwendungen und FPGAs sowie zum Verteilen von Programmcode auf einem Forschungsprüfstand. Mit Labview können Anwender auch andere Programmiersprachen integrieren. Hard- und Software wird in einem Projekt verwaltet, sodass der Forscher Programmcode auf alle Verarbeitungselemente verteilen und Prüfszenarien mit einer Umgebung ausführen kann. Die Elemente der Hard- und Softwareplattform bilden gemeinsam einen Prüfstand, der sich von einigen wenigen bis hin zu 128 synchronisierten Antennen skalieren lässt. Das 128-Antennen-System umfasst 64 zweikanalige USRP-RIO-Geräte, die mit vier PXI-Chassis in einer sternförmigen Architektur verbunden sind. Mit den FPGA-Prozessoren und einem PXI-Controller Bild 6: Ein Labview-Projekt und Labview FPGA. 6 22 elektronik industrie 04/2015 www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik Bild 7: Daten- und Verarbeitungsdiagramm von Massive MIMO. 7 sammelt das Master-Chassis auf Basis eines Quadcore-Prozessors Intel i7-Daten für die zentralisierte Verarbeitung. In Bild 7 nutzt der Master das Chassis PXIe-1085 als Hauptknoten zur Datensammlung und als Echtzeit-Engine für die Signalverarbeitung. Es stellt 17 Steckplätze für I/O-Geräte, Timing- und Synchronisationsmodule, Flex-RIO-FPGA-Karten für die Echtzeit-Signalverarbeitung sowie für Erweiterungsmodule zur Anbindung an „Sub“-Chassis zur Verfügung. Eine Massive-MIMO-BTS mit 128 Antennen erfordert einen sehr hohen Datendurchsatz, um I/Q-Signalevauf 128 Kanälen in Echtzeit zu sammeln und zu verarbeiten. PXIe-1085 ist dafür gut geeignet, da es die x8-PCI-Schnittstelle der 2. Generation unterstützt und jeweils einen Durchsatz bis zu 3,2 GByte/s ermöglicht. Sehr hoher Datendurchsatz Im Steckplatz 1 des Master-Chassis agiert der Controller PXIe8135 RT beziehungsweise der Embedded-Computer als zentraler Systemcontroller. Der PXIe-8135 RT umfasst einen Intel-Corei7-3610QE-Prozessor mit 2,3 GHz (bis zu 3,3 GHz im SingleCore-Turbo-Boost-Modus). Vier Schnittstellenmodule des Typs PXIe-8384 (Steckplatz 1 bis 4) beherbergt das Master-Chassis, um das Chassis Sub_n mit dem Master-System zu verbinden. Die Verbindung zwischen den Chassis geschieht über MXI und über x8-PCI-Express der 2. Generation. So stehen zwischen dem Master und jedem Sub-Knoten bis zu 3,2 GByte/s zur Verfügung. Weiterhin umfasst das System bis zu acht Flex-RIO-FPGAModule des Typs PXIe-7976R, um die Echtzeitanforderungen an die Signalverarbeitung im Massive-MIMO-System abzudecken. Die genannten Steckplätze liefern eine Beispielkonfiguration, in der die FPGAs kaskadiert werden können, um die Datenverarbeitung von jedem der Sub-Knoten zu unterstützen. Alle FlexRIO-Module können über die Backplane Daten untereinander und mit allen USRP-RIO-Geräten austauschen. Dabei beträgt die Latenz nur 5 ms und der Durchsatz bis zu 3 GByte/s. Timing und Synchronisation sind wichtige Aspekte aller Systeme, die eine große Anzahl von Funkgeräten einsetzen; daher sind sie in einem MassiveMIMO-System kritisch. Das BTSSystem teilt einen gemeinsamen 10-MHz-Referenztakt und einen digitalen Trigger zum Starten der Erfassung oder Erzeugung auf jedem Funkgerät, sodass die Synchronisation auf dem gesamten System gewährleistet wird. Das Timing- und Synchronisationsmodul PXIe-6674T mit OCXO befindet sich im Steckplatz 10 des Master-Chassis. Es erzeugt einen äußerst stabilen und präzisen 10-MHz-Referenztakt (Genauigkeit 50 ppb) und liefert einen digitalen Trigger für die Synchronisation der Geräte mit dem Octoclock-G-Master-Modul für die Taktverteilung. Das Octoclock-G liefert und puffert die 10-MHzReferenz (MCLK) und den Trigger (MTrig) an die OctoclockModule 1 bis 8, welche die USRP-RIO-Geräte versorgen. Softwarearchitektur der BTS Die Software für das Application Framework der Basisstation ist dafür konzipiert, bestimmte Systemparameter zu erzielen. Dazu wird die Verarbeitung der OFDM-Bitübertragungsschicht auf die FPGAs in den USRP-RIO-Geräten und die Verarbeitung der MIMO-Bitübertragungsschicht auf die FPGAs im PXI-MasterChassis verteilt. MAC-Funktionen höherer Ebene werden auf dem Intel-basierten Universalprozessor im PXI-Controller ausgeführt. Diese Systemarchitektur ermöglicht die Verarbeitung großer Datenmengen mit der für die Aufrechterhaltung der Kanalreziprozität nötigen niedrigen Latenz. Parameter für die Vorcodierung überträgt der Empfänger direkt an den Transmitter. Beginnend bei der Antenne erfolgt die Verarbeitung der OFDMBitübertragungsschicht auf dem FPGA, sodass die rechenintensivste Verarbeitung nah an der Antenne stattfindet. Ergebnisse der Berechnungen werden in der IP im MIMO-Empfänger kombiniert, wo die Kanalinformationen für Anwender und Subcarrier aufgeschlüsselt werden. Die berechneten Kanalparameter werden zum MIMO-TX-Block übertragen, zur Vorcodierung. So steht die Energie für die Rückverbindung an den einzelnen Anwender zur Verfügung. Obwohl einige Aspekte des MAC auf dem FPGA implementiert sind, findet der Großteil mit weiterer, höherer Verarbeitung auf dem Universalprozessor statt. (ah) n Autor Erik Luther, Senior Product Marketing Manager, RF and SDR bei NI. infoDIREKT 612ei0415 Modulare Messtechnik 1 2 USB auf dem Weg zu einem universellen Einsatz Modulare Messgeräte in Kombination mit PC und Software Durch preiswerte und ausreichend schnelle, abgesetzte Schnittstellen wie USB und Ethernet sind Lösungen mit modularen Messgeräten in Kombination mit PC und Software möglich geworden. Die Messtechnik (I/O-Kanäle, Wandlung und so weiter) befindet sich hier auf einem Modul, das zum Beispiel per USB extern an den PC angeschlossen wird. Die Möglichkeiten dieser Messgeräte veranschaulicht ein Beispiel mit Meilhaus-USB-Messgeräten. B ei USB-Messgeräten gibt die Hardware den Rahmen vor, die Software bestimmt, zum Beispiel als virtuelles Instrument, das Benutzerinterface und die Funktionen. USBMessgeräte sind sowohl von der Software als auch von der Hardware so ausgelegt, dass sie ein klassisches Messinstrument (Oszilloskope, Multimeter und weitere) nachbilden und ersetzen. Immer mehr wird dabei die Flexibilität dieses Konzepts genutzt und mehrere Funktionen integriert. Per Software-Updates besteht zudem die Möglichkeit, Funktionen nachzurüsten oder zu verbessern, das System veraltet also nicht so schnell. Eck-DATEN PC-USB-Oszilloskope haben sich als ernstzunehmende Alternative zu Benchtop-Geräten etabliert, I/O-Boxen wie die Redlabs können in einfacheren Applikationen durchaus Messkarten ersetzen. Aber auch im industriellen Echtzeit-Bereich lassen sich Geräte einsetzen, die eine eigene Prozessor-Intelligenz und neben USB noch viele weitere Schnittstellen zur Anbindung an den PC bieten. In der Kombination aus USBMessgerät, PC und Software ergeben sich viele Möglichkeiten. 24 elektronik industrie 04/2015 Die Leistung solcher PC-Modular-Instrumente, beispielsweise aktueller Oszilloskope, steht den Benchtop-Geräten bis zu einer gewissen Leistungsklasse in nichts mehr nach. So ist es letztendlich den persönlichen Präferenzen des Anwenders überlassen, ob er die Haptik eines Benchtop-Gerätes oder die modulare PC-Lösung bevorzugt. Vor allem die Übertragungsgeschwindigkeit der USB-Verbindung bestimmt die Grenzen dieser durch Software dominierten Lösungen. Da die Daten zur Darstellung am PC erst per USB übertragen werden müssen, ergeben sich hier Einschränkungen. Dank immer schnelleren Schnittstellen wie USB 3.0 nähern sich die Gerätetypen in der Leistung zunehmend einander an. Einfache USB-I/O-Boxen Einfache USB-I/O-Boxen bieten I/O-Kanäle für allgemeine Anwendungen. Sie stellen sozusagen die nächste Generation der Messkarte dar, extern über USB abgesetzt. Daher sind die Eingänge meistens wie bei Messkarten für Spannungen in den gängigen Bereichen ±10 oder ±5 V ausgelegt. Für den Anschluss von Sensoren ist die Signalanpassung für Temperatursensoren zum www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik 3 4 Teil schon integriert oder extern erweiterbar. Wie bei den Messkarten vereinen die USB-I/O-Boxen oft Analogeingänge und -ausgänge sowie digitale Steuerkanäle in einem Produkt. Bekannte Vertreter dieser Kategorie sind die Serien Labjack oder Redlab von Meilhaus Electronic. Die neusten Modelle der Redlab-Modul-Serie sind Redlab-201 und Redlab-204. Bei einer Abmessung von 118 × 83 × 29 mm³ bieten die kleinen Messboxen acht symmetrische Analogeingänge mit einem Bereich von ±10 V und einer Abtastrate von 100 kSamples/s (Redlab-201) oder 500 kSamples/s (Redlab-204) bei einer Auflösung von 12 Bit. Ein externer Triggereingang sowie ein A/D-Timer-Ausgang für eine Synchronisierung stehen zur Verfügung. Acht TTL-DigitalI/O-Kanäle sind bitweise als Ein- oder Ausgänge programmierbar. Ein 32-Bit-Ereigniszähler mit maximal 1 MHz rundet die Funktionen ab. Die Signale werden über Schraubklemmen angeschlossen. Mit dem PC werden die Module über USB 2.0 verbunden. Zum Software-Umfang gehört Tracer DAQ für das Erfassen und Anzeigen. Es ist nicht erforderlich, selbst zu programmieren. Zudem gehört auch die Universal-Library mit Treibern und Beispielen für gängige Entwicklungsumgebungen unter Windows/.NET dazu. USB-Datenlogger Datenlogger – kurz Logger, Recorder oder auch Linienschreiber – sind Geräte, die in Intervallen über eine bestimmte Zeit hinweg Messwerte aufnehmen und aufzeichnen. Diese Messwerte lassen sich dann zum Beispiel in einem Diagramm über die Zeit darstellen, ähnlich wie bei einem Linienschreiber. Eine der einfachsten Anwendungen ist die Langzeitmessung und Aufzeichnung von Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit. Im Idealfall umfasst der Datenlogger sämtliche Komponenten für das Messen, Aufzeichnen und Speichern der Daten, und zum Teil auch den Sensor mit der Signalanpassung. Diese Geräte arbeiten stand-alone und werden über USB lediglich konfiguriert und ausgelesen. Viele Hersteller bezeichnen jedoch die Messvorrichtung alleine schon als Datenlogger, wenn zum Beispiel der PC oder Laptop www.elektronik-industrie.de Bild 1: Das USB-Messlabor Labjack T7 mit zusätzlichem LAN/WLAN. Bild 2: Die kompakten USB-Datenlogger von Pico arbeiten in Kombination mit einem PC und der Software. Bild 3: USB-Messmodule der Serie Redlab-20x arbeiten nach der Konfiguration autonom. Bild 4: Die aktuelle Version des kompakten Pocketscopes bietet verbesserte Leistungsdaten. per Software die Aufzeichnung der Daten übernimmt. So bietet Meilhaus Electronic USB-Datenlogger von Pico, die in Kombination mit einem PC und der Software arbeiten. Sie erfassen zum Beispiel Temperaturen von angeschlossenen Thermoelementen. Andere Modelle, wie Geräte aus der Redlab-Serie, arbeiten nach der Konfiguration über USB autonom und legen die erfassten Daten auf einer Speicherkarte ab, die dann über USB ausgelesen wird. Die Datenlogger-Serie ME-Xpert schließlich, die als Komplettgerät oder OEM-Karte erhältlich ist, erweitert das Prinzip des reinen Datenloggers: Neben dem Aufzeichnen der Daten ermöglichen diese Geräte dank zusätzlicher Digitalkanäle und Prozessoreigenintelligenz unter anderem auch noch eine Reaktion auf die Messwerte, unabhängig vom PC. USB-Oszilloskope als Alternative zu Benchtop-Geräten PC-USB-Oszilloskope haben sich mittlerweile als ernstzunehmende Alternative zu Benchtop-Geräten in den unterschiedlichen Leistungsklassen etabliert. Meilhaus stellte bereits im Jahr 2002 die erste Version des USB-Oszilloskops Pocketscope vor. Die aktuelle Version dieses kompakten Geräts kostet 378 Euro (zuzüglich Mehrwertsteuer) und bietet verbesserte Leistungsdaten: So erreicht das Scope jetzt Bandbreiten bis 5 MHz (Pocketscope 1 bisher 250 kHz) und Abtastraten bis 60 MSamples/s (bisher 1 MSample/s). Übernommen wurde das Gehäuse sowie die drei elektronik industrie 04/2015 25 Bilder: Meilhaus Electronic Modulare Messtechnik bis zu 200 MHz, zwei oder vier analogen Kanälen und 16 digiBNC-Buchsen für Kanal A und B und ein umschaltbarer Triggertalen Kanälen bei den Mixed-Signal-Modellen (MSO) sowie Eingang oder Kompensationsausgang. Die maximale EingangsSpeichern von 64 bis 512 MSamples ausgestattet sind. Sie bieten spannung beträgt ±50 V. Durch die mitgelieferte Software für eine Echtzeitabtastrate von bis zu 1 GSamples/s und verfügen Windows kann das Pocketscope 2 als Oszilloskop, Datenlogger, über eine USB-3.0-Schnittstelle und einen Spektrumanalysator sowie als Volt- und integrierten Generator für anwenderdefiFrequenzmeter arbeiten. An den PC oder Die Hardware gibt den nierte Wellenformen (AWG). Der 512- Laptop wird das Gerät über USB 2.0 (fullRahmen vor, die SoftMSamples-Pufferspeicher lässt sich segspeed) angeschlossen. Es ist 116 × 30 × 100 mentieren, um bis zu 10.000 einzelne Welmm³ groß und wiegt ohne Kabel 160 g. ware bestimmt das lenformsegmente aus 50.000 Abtastungen Bezüglich Leistung erweitert die CleBenutzerinterface und zu erfassen, wobei die Rückstellzeit zwiverscope-Serie, die modulare PC-Oszildie Funktionen. schen den einzelnen Segmenten weniger loskope für USB oder Ethernet/LAN als 1 µs beträgt. Weiterhin kann man das umfasst, die Pocketscopes nach oben. Je Oszilloskop so konfigurieren, dass es bei jedem Paket triggert nach Modell beträgt die Auflösung 10, 12 oder 14 Bit bei und die Lücken, die nicht von Interesse sind, überspringt. 100 MSamples/s Abtastrate und einer Bandbreite von 100 MHz. Durch die nachrüstbaren Optionen sind die Geräte sehr flexibel. So können acht Digitaleingänge für den Mixed-Signal-Betrieb Zahlreiche erweiterte Funktionen ergänzt werden. Serienmäßig bieten die Oszilloskope zahlreiche erweiterte FunkEine neue Option ist der isolierte Signalgenerator CS701. Wahltionen wie die serielle Entschlüsselung von Bussignalen, Masweise lässt sich der Generator nachrüsten oder ab Werk integkengrenzprüfungen, Rechenkanäle und leistungsstarke Filter rieren. Der Signal-Generator erzeugt Sinus-, Rechteck- und Dreiund sie verfügen über einen Spektrumanalysator. Zu den erweiecksignale. In 10-mV-Schritten zwischen 0 und 4 V (Spitzeterten Triggern zählen Impulsbreite, Intervall, Fenster, FensterSpitze) kann die Amplitude variieren. Der Offset ist in 10-mVimpulsbreite, Ebenen- und Fensteraussetzer, Runt-Impuls, variSchritten zwischen -4 und +4 V einstellbar und der Generator able Hysterese und Logik. Für einen geringen Jitter, hohe Genaukann FSK- und PSK-moduliert werden. Außerdem sind Frequenzigkeit und eine Spannungsauflösung von einem LSB sorgt die Sweeps möglich, die für Transfer-Response-Messungen mit dem vollständig digitale Triggerung. MSO-Modelle (Mixed-SignalSpektrumanalysator im Cleverscope synchonisiert werden könOszilloskop) kombinieren diese Trigger mit Flanken- und Musnen. Der Frequenzbereich des Generators beträgt 0 bis 65 MHz tertriggern an den digitalen Eingängen. mit 14 Bit Auflösung. Mit maximal 4096 Samples bei 167,772 MHz Zum weiteren Funktionsumfang zählen Farb-Persistenzmodi, Abtastrate oder 4096 Samples bei 838,860 kHz Abtastrate arbeiautomatische Messungen mit Statistik, programmierbare Alartet die Erzeugung von Arbiträrsignalen. Bis 300 Veff, Class III me und die Entschlüsselung von I2C-, UART/RS232-, SPI-, CANBus-, LIN-, Flexray- und I 2S-Signalen. Ein schneller Persistenzreicht die Isolation des Generators. Das obere Ende des Leistungsbereichs markieren die Oszillomodus bietet eine Aktualisierungsrate von 100.000 Wellenformen skope der Picoscope-Serie 3000D, die mit einer Bandbreite von pro Sekunde, wobei für die Rechenkanäle jetzt auch konfigurierbare Filter verfügbar sind. Ein kostenloses Software Development Kit (SDK) ermöglicht die Steuerung der Oszilloskope über Industriestandard-Anwendungen und -Programmiersprachen. Beispielprogramme in C, C++, Excel, Labview und Matlab enthält das SDK und es kann mit jeder Programmiersprache eingesetzt werden, die C-Aufrufkonventionen unterstützt. Picoscope-Software und SDK sind mit Microsoft Windows XP bis Windows 8 kompatibel, Beta-Versionen gibt es für Linux und Mac OS X. Beta-Treiber sind für das ARM-basierte Beaglebone Black und Raspberry Pi verfügbar. USB-Automotive-Oszilloskope 5 Bild 5: Das Pico-8-Kanal-USB-Scope. 26 elektronik industrie 04/2015 Speziell für den Einsatz in der Automobilelektronik eignen sich die Automotive Picoscopes. Erhältlich sind sie als Zweikanalversion 4225 oder Vierkanalmodell 4425. CANund Flexray-Signale erfasst das Picoscope www.elektronik-industrie.de 4425 mit bis zu 400 Millionen Abtastungen pro Sekunde. Intermittierende Probleme bleiben durch die Kombination eines 250 Millionen Messwerte tiefen Speichers pro Kanal und umfangreichen Triggerfunktionen nicht mehr unentdeckt. Leistungsfähige Zoom-Funktionen ermöglichen hohe Geschwindigkeiten und lange Datenerfassungszeiten. Das Modell 4425 besitzt einen Eingangsspannungsbereich von ±200 V, um steigende Einspritzdüsenspannungen direkt zu messen, ohne dafür Abschwächer einsetzen zu müssen. Wie bei allen Modellen der 4000-Serie werden die Signale mit 12 Bit Auflösung im Normalmodus und 16 Bit im EnhancedModus mit einem Fehler von ±1 % aufgenommen. Unabhängig voneinander schwebende Eingänge, die man sich als vier separate Einkanal-Oszilloskope in einem Gehäuse vorstellen kann, teilen sich alle dieselbe Zeitbasis und die Steuerfunktionen. Das bedeutet, dass alle Eingänge im differenziellen Modus genutzt werden können (zum Beispiel CAN-H- und CAN-L-Signale), oder über nicht geerdete Komponenten wie 12-V-Einspritzdüsen oder für den Test des Spannungsabfalls mit einem einzigen Ausgang eingesetzt werden können. Mit Connectdetect besitzt das Modell 4425 eine Funktion, die feststellt, ob man an schwierig zu erreichenden Orten auch eine gute Verbindung zwischen Messgerät und Prüfling erreicht hat. Dazu wird der Zustand der Verbindung auf dem Bildschirm und an der Front angezeigt. Das Zweikanalmodell 4225 hat den gleichen Speicher und Leistungsfähigkeit wie das Vierkanalmodell aber geringere Kosten und eignet sich damit auch für Werkstätten mit begrenztem Budget. Internationale Messe und Konferenz für Leistungselektronik, Intelligente Antriebstechnik, Erneuerbare Energie und Energiemanagement Nürnberg, 19. – 21.05.2015 Mehr Power für Elektronik – PCIM Europe! Basismodelle der USB-Scopes Die Modelle der Picoscope-2000A-Serie runden die PicoscopeOszilloskope leistungsmäßig nach unten ab. Sie haben eine Abtastrate von 1 GSamples/s, einen einstellbaren Analog-Offset über den gesamten Eingangsbereich hinweg und ein schnelles USBStreaming mit bis zu 1 MSamples/s zur Erfassung von Wellenformen mit bis zu 100 Millionen Abtastungen. Als Standard-Signalgenerator mit programmierbarem SweepModus oder als voll funktionaler Generator für anwenderdefinierte Wellenformen mit 12 Bit und 20 MSamples/s lässt sich die integrierte Signalquelle verwenden. Unter anderem bieten die kompakten Zweikanal-Oszilloskope einen FFT-Spektrumanalysator, einen segmentierten Speicher für bis zu 48.000 Abtastungen bei schnellen Aufzeichnungen, Rechenkanäle, automatische Messungen, eine Persistenzanzeige in Farbe, erweiterte digitale Triggerung, Maskengrenzprüfungen und serielle Entschlüsselung (CAN-Bus, LIN-Bus, Flexray, SPI, I 2C, I 2S, UART). Im Lieferumfang ist ein kostenloses SDK mit Beispielcodes enthalten, mit dem es möglich ist, eigene Anwendungen in Sprachen wie C, Microsoft Visual Basic, National Instruments Labview und Mathworks Matlab zu entwickeln. Pico Technology liefert kostenfreie Software-Aktualisierungen. (ah) ■ Ihr Marktplatz für Leistungselektronik Der Artikel beruht auf Unterlagen von Meilhaus Electronic. infoDIREKT 603ei0415 Weitere Informationen unter +49 711 61946-0 [email protected] oder pcim-europe.com Modulare Messtechnik Symbiose dezentraler Messtechnik X-Link-Technologie verbindet M-CAN-Module und Ethernet-X-Module über einen Bus Mit der X-Link-Technologie steht Anwendern ein multifunktionales und dezentrales, automotive-taugliches Messsystem zur Verfügung. Damit ist es gelungen, schnelle Ethernet-Messtechnik mit bewährter CAN-BusMesstechnik zeitsynchron über nur einen Bus zu verbinden und die Daten über die Standard-Ethernet-Schnittstelle des Rechners zu erfassen. Um eine komfortable Konfiguration und Messdatenanalyse vorzunehmen, Autor: Harry Störzer bietet sich neben der Software IPEmotion auch das Ipetronik IPEaddon Inca 5 für Inca an. Anwendungsbeispiel der X-Link-Technologie mit IPEmotion. O ptimierte und immer schnellere Entwicklungsprozesse erfordern intelligente und flexible Messsysteme, die sich in kürzester Zeit an unterschiedliche Messapplikationen anpassen lassen. Je nach Anwendung sind zusätzliche, schnelle Messkanäle bis 40 kHz pro Kanal gefordert, kombiniert mit Standardmesstechnik bis zu 1 kHz pro Kanal. Dabei sollte die Systemlösung ebenso einfach konfigurierbar sein wie das bestehende System. Zeitsynchronität vorausgesetzt, möchten Anwender einen Workflow beibehalten und sich nicht in neue Softwarepakete einarbeiten. Naheliegend wäre es, einen industriellen Ethernet-Bus automotive-tauglich zu machen. Markt- Eck-Daten Beim X-Link-System ist es dem Hersteller Ipetronik gelungen, bestehende Messtechnik mit zukünftigen Technologien im Sinne der Anwender zu kombinieren: Ob als Erweiterung, Integration oder als Basis für ein Neusystem – X-Link sorgt nicht nur für einfaches, flexibles und wirtschaftliches Messen, sondern deckt schon jetzt mögliche Investitionen für zukünftige Messapplikationen ab. 28 elektronik industrie 04/2015 analysen zeigten jedoch, dass sich diese Bussysteme dafür nur bedingt eignen. Die Gründe dafür liegen in der eingeschränkten Kanalabtastrate oder der eingeschränkten Bandbreite sowie in der Tatsache, dass sich einzelne Geräte nicht konfigurieren lassen und die meisten Anwender ihre bereits vorhandenen Messkomponenten im neuen System weiterverwenden möchten. Auf Standards setzen Der neue Ipetronik-Systembus ist kein proprietäres Bussystem, sondern vereint allgemeingültige Standards wie Ethernet, CAN, IEEE1588 und XCP, die sich in der Automobilindustrie bereits seit Jahren bewähren. Mit der X-Link-Technologie steht dem Anwender ein dezentrales, automotive-taugliches Messsystem zur Verfügung. Es ist gelungen, schnelle Ethernet-Messtechnik mit bewährter und erprobter CAN-Bus-Messtechnik über nur einen Bus zeitsynchron zu verbinden und die Daten über die Standard-Ethernet-Schnittstelle des Rechners zu erfassen. Durch die Symbiose der beiden Bussysteme in Verbindung mit IPEmotion als Softwarekomplettlösung oder als Erweiterung bestehender Motorapplikationssysteme (Inca, A2L) ist einfaches und www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik Anwendungsbeispiel der X-Link-Technologie mit einer Fremdsoftware. wirtschaftliches Messen möglich. Da es nur eine Kabelverbindung gibt, sind keine zusätzlichen Hardwareschnittstellen erforderlich, was eine schnelle, einfache und flexible Handhabung ermöglicht. Mindestens eine der folgenden vier Forderungen sollte erfüllt sein, wenn das Messsystem in ein bestehendes System integriert wird oder als Basis eines neuen Systems dient: •Software IPEmotion: Sie stellt die gesamte Kette an Softwareapplikationen zur Verfügung, von der Konfiguration unterschiedlicher Systeme über die Messwerterfassung und -darstellung bis hin zur Analyse und zum Datenexport an Fremdapplikationen. •Software Inca – IPEaddon Inca 5.0: Je nach Applikation existieren bereits über Jahre hinweg entwickelte Messschaltpläne, umfangreiche Konfigurationen sowie Prozesse, die sich bei der Fahrzeugentwicklung und -erprobung bewährt haben. Anwender setzen auf gängige und anerkannte Softwaretools, über die sich beispielsweise parallel Steuergeräte bedienen und verstellen lassen. Zeitsynchroner Zugriff über eine ES593 auf ETK sowie direktes Tunneling über ES593 sind möglich. •Steuergeräte-Applikationssoftware: Das X-Link-System unterstützt auch das Standard-XCPonEthernet-Protokoll und bietet die Möglichkeit, die Module über ein Standard-A2L-File zu erfassen. Hier findet der gleiche Workflow statt, da dieselben Tools wie für die Steuergeräteprogrammierung zum Einsatz kommen. Das Messsystem verhält sich genau wie ein Steuergerät. Eckwerte der X-Link-Technologie • Abtastrate X-Modul pro Kanal: aktuell 40 kHz • Abtastrate CAN-Modul pro Kanal: bis zu 2 kHz • Synchronität der X-Geräte: < 400 ns • Synchronität der CAN-Bus-Module in der X-Link-Kette: 1 ms • Summenabtastrate CAN-Module: bis 26 kHz • Summenabtastrate Gesamtsystem: bis 2,56 MSamples • Übertragung der Messdaten via Ethernet per XCP-on-Ethernet UDP/IP • Bis zu 40 X-Geräte pro System • Übertragung der Messdaten über Ethernet inklusive 32-Bit-Zeitstempel • X-Link per IEEE1588 synchronisiert • X-Geräte zukünftig auch als reine CAN-Module einsetzbar • X-Geräte mit parallelem CAN-Bus zum Datenmonitoring (10 Hz), zum Beispiel über IPEhub2, oder zur einfachen Anbindung eines Monitorings an die Prüfstandsoftware. Anwendernutzen des X-Link-Systems Konfiguration unter IPEmotion. • Keine Einarbeitungszeit, da bekannte Softwarepakete einschließlich der Steuergerät-Applikationssoftware direkt unterstützt werden. • Investitionssicherheit, da die X-Module sowohl als Ergänzung als auch als Ersatz für CAN-Module zur aktuellen Verwendung in CAN-Bus-Applikationen dienen können. • CAN-Bus-Fallback, etwa wenn am Prüfstand nur ein CAN-Interface beziehungsweise eine Applikation zur Verfügung steht. • Bestehende M-CAN-Module lassen sich im X-Link-System wie gewohnt weiterverwenden. • Spezielle Interfaces sowie CAN-Karte, Ethernetschnittstelle und Ethernet-Master sind nicht erforderlich. • CAN-Monitoring bringt zusätzliche Sicherheit und Funktionalität, besonders in Verbindung mit IPEhub2. Konfiguration unter Inca mit IPEaddon Inca 5. www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 04/2015 29 Modulare Messtechnik Anwendungsbeispiel der X-Link-Technologie über ein ES593-Steuergerät. • Investitionssicherheit: Oftmals verfügen Anwender über ein erprobtes Messsystem auf CAN-Bus-Basis, das der Zulieferer pflegt und ausbaut. Die Toolchain hat sich hardware- und softwareseitig bewährt und soll weiterhin bestehen bleiben. Standards als Voraussetzung für X-Link Da für die X-Link-Technologie kein proprietäres System entwickelt wurde, sind keine zusätzlichen Hardwareschnittstellen erforderlich, um die Ethernet- mit der CAN-Bus-Messtechnik über nur einen Bus zeitsynchron zu verbinden. Die Systemlösung setzt auf in der Automobilindustrie bewährte Standards auf: • CAN: Seit Jahrzehnten ist CAN als Standard etabliert und weit verbreitet. Spezielle Treiber sind nicht notwendig. Während eine einfache, genormte Beschreibung über CANdb erfolgt, ist ein direkter Anschluss von CAN-Bus-Modulen an alle bekannten Messsoftwarepakete oder an den Prüfstand möglich. • Ethernet: Ethernet hat nicht nur eine um den Faktor 50 höhere Performance als CAN, sondern auch eine hohe Marktakzeptanz in der Industrie. Ferner ist es im Automotive-Bereich zunehmend im Einsatz. Standardmäßig stehen bereits Protokolle wie TCP/IP, FTP, HTTP, DHCP, WLAN sowie die Internetanbindung zur Verfügung. Für das Ethernet ist keine zusätzliche Hardware für den PC oder das Notebook erforderlich. Daisy Chaining ist hierbei ohne Einschränkungen durchführbar. • IEEE1588: Die präzise Zeitinformation ist besonders bei dezentral verteilten Systemen äußerst wichtig. Mit dem in der IEEE1588 definierten Precision Time Protocol (PTP) lassen sich über das dezentrale System verteilte Systemuhren auf eine Genauigkeit von circa 1 µs synchronisieren. Durch den bei Ipetronik entwiAbstrate/ Kanal IPEmotion Inca X-Plug-In 40 kHz IPEaddon Inca 5 CANape (DAIO) DIAdem (DAC-XCPTreiber) Einsatz und Nutzen der X-Link-Systemlösung Über den Multiplattformtreiber steht neben IPEmotion und dem X-Plug-in zusätzlich das IPEaddon Inca 5 für Inca zur Konfiguration und Messdatenanalyse zur Verfügung. Das universelle Konzept des Treibers ermöglicht weitere Third-Party-Softwareapplikationen, die mit der gleichen Funktionalität und Performance ausgestattet werden können. Durch den Multiplattformtreiber lassen sich die Grenzen des Standard-XCP-Protokolls (maximal 10 kHz pro Kanal) aufheben (Tabelle 1). In der typischen Applikation mit Inca wird über ein ES593Steuergerät über die ETK-Schnittstelle appliziert, während sich Prüfstand/SW (mit SGSchnittstelle) 40 kHz A2L 10 kHz 10 kHz 10 kHz 10 kHz 10 kHz CANdb 2 kHz 2 kHz 2 kHz 2 kHz 2 kHz Ipetronik Multiplattformtreiber XCP Standard (XCPonEthernet) Tabelle 1: Abtastraten pro Kanal bei verschiedenen Softwareapplikationen. 30 ckelten Multiplattformtreiber steht eine universelle Basis für die unterschiedlichen Softwareplattformen bereit. • XCP: Seit Jahren als Standard in der Kommunikation von Steuergeräten in der Automobilindustrie bewährt und ausgereift, steht mit XCP ein universelles Interface bereit, über das sich vollkommen unabhängig von speziellen Treibern genormte Messdaten abgreifen lassen. Das Messgerät verhält sich wie ein Steuergerät. In IPEmotion erzeugte A2L-Files holen die Messdaten als genormte Datenpakete über DAQ-Listen ab. Damit ist eine einfache und universelle Anbindung an Applikationssoftwarepakete wie Inca, Canape, Diadem oder ATI-Vision sichergestellt. Durch die intelligente Verknüpfung dieser Standards setzen Anwender auf eine Hardwareplattform auf, die je nach verwendeter Softwareapplikation bis zu 40 kHz Kanalabtastrate zur Verfügung stellt. Gleichzeitig lässt sich die bereits bestehende Ipetronik-CAN-Bus-Messtechnik im System mit verwenden. elektronik industrie 04/2015 Mx-Sens2 mit acht schnellen Analog-Messeingängen. www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik Tabelle 2: Überblick über die CAN- und X-Module. CAN-Module M-Thermo µ-Thermo M-RTD M-Sens X-Bus-Module Voltage M-Thermo2 HV SIM-STG CANpressure Sx-STG Mx-SENS M-CNT Multi DAQ High Iso DAQ Applikation Treiber IPEmotion IPE-Multiplattformtreiber (PTP) Inca 7.1 IPE Addon Inca 5 Beschreibungsdatei A2L CANape Vector-Daio-Treiber Diadem NI-Ethernet-Treiber Inca < 7.1 Beschreibungsdatei CANdb CANape X X Diadem X X Inca < 7.1 X X Zukünftig: X = X-Geräte im CAN-Mode. Bilder und Tabellen: Ipetronik Sx-STG-Modul zur Messdatenerfassung mit bis zu 40 kHz pro Kanal. parallel unterschiedliche physikalische Messgrößen zeitsynchron erfassen lassen. Mithilfe des IPEaddon Inca 5 können Awender dies effizient und schnell realisieren. Selbst die Besonderheiten der Hybrid- und Elektroantriebstechnologie sind durch die Hochvoltmodule abgedeckt. Es ergeben sich damit vielfältige Kombinationsmöglichkeiten und Vorteile: • Ein System für das Automotive-Umfeld. • Eine Software-Toolchain für schnelle und Standard-CAN-BusMesstechnik. • Die Einbindung der Module in bestehende Softwareapplikationen. • Die X-Geräte sind auch als CAN-Teilnehmer nutzbar. • Die X-Geräte verfügen über CAN-Monitoring. • Eine sehr flexible Softwareanbindung je nach Erfordernissen über den Multiplattformtreiber oder über die StandardBeschreibungsdateien A2L und CANdb. Aktuell stehen die X-Geräte Mx-Sens2 und Sx-STG mit einer Abtastrate von bis zu 40 kHz pro Kanal zur Verfügung. In der nächsten Ausbaustufe soll Mx-SENS2 wesentlich höheren Abtastraten gerecht werden. Durch den eingesetzten Multiplattformtreiber können diese Abtastraten in Softwarepaketen zum Einsatz kommen, für die ein entsprechender Treiber zur Verfügung steht. Aufgrund genormter Schnittstellen beziehungsweise Treiber kann das System an jedem PC oder Notebook und künftig am Prüfstand oder Datenloggern eingesetzt werden. (ah) ■ Autor Harry Störzer Abteilungsleiter Applikation/Support bei Ipetronik. infoDIREKT 601ei0415 Prototypen für 3D-Schaltungsträger Neue Funktionalität durch räumlich angelegte Leiterbahnen auf Kunststoffkörpern (MID). Der LPKF ProtoLaser 3D ermöglicht Entwicklern eine schnelle und flexible Herstellung von 3DPrototypen mit elektronischer Funktion. Erfahren Sie mehr unter: www.lpkf.de/protolaser3d Hannover Messe: 13. – 17.04.2015, Halle 17, Stand E63 SMT in Nürnberg: 05. – 07.05.2015, Halle 7, Stand 144 www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 04/2015 31 Modulare Messtechnik TABLET-OSZILLOSKOP Die Tablet-Oszilloskope der T-Book-Serie des chinesischen Herstellers Micsig (Vertrieb: Alldaq) sind weltweit die ersten ihrer Art. Damit hält das intuitive und durchgängige Touch-Bedienkonzept, wie wir es aus der Tablet-Welt kennen, Einzug im Bereich der Digital-Speicheroszilloskope: Bei den Tablet-Oszilloskopen der T-BookSerie können sämtliche Funktionen durch Wischen und Tippen bedient werden, außer der Einschalttaste gibt es keine Knöpfe mehr. Das große 10,1-Zoll-Display gewährleistet eine klare und übersichtliche Darstellung. Mit den kompakten Abmessungen und einem Gewicht von 1,8 kg hat diese Serie auch auf kleinen Labortischen Platz. Das LED-Display mit widerstandsfähiger Glasoberfläche und kapazitivem Touchscreen hat eine Auflösung von 1024 × 600 Pixeln. Mit einer Waveform Capture Rate von bis zu 250.000 wfms/s (Standard-Modelle) beziehungsweise 500.000 wfms/s (A- Modelle) verkürzt sich die Blindzeit gegenüber der Anzeigezeit erheblich. Erhältlich sind die Modelle als Varianten mit zwei oder vier Kanälen, mit 100/150/200 MHz Bandbreite und einer Echtzeit-Abtastrate von 1 GSample/s (Standard-Modelle) oder 2 GSamples/s (A-Modelle). Die Speichererweiterung auf 90 Mpts und die XY-Funktion zur Darstellung von Lissajous-Figuren ist bei Alldaq stets vorinstalliert. Aus 31 automatischen Messmodi kann der Anwender wählen wie Periode, Frequenz, Anstiegszeit, Abfallzeit, positive Pulsweite, negative Pulsweite, positives Tastverhältnis, negatives Tastverhältnis, positiver Overshoot, negativer Overshoot, Maximalwert, Minimalwert, Delay-Trigger, Peak-to-Peak, Effektivwert, Cycle-Effektivwert, Mittelwert, Cycle-Mittelwert, Amplitude, Burstdauer, High-Pegel, Low-Pegel und einges mehr. Cursor-Messungen sind ebenso möglich wie FFT-Analyse; als Fenster-Funktionen Bild: Alldaq Intuitives und durchgängiges Touch-Bedienkonzept Bei den Tablet-Oszilloskopen der T-Book-Serie können sämtliche Funktionen durch Wischen und Tippen bedient werden. stehen Rechteck, Hamming, Hanning und Blackman-Harris zur Verfügung. Am USB-Host-Anschluss (Typ A) kann ein externer USB-Speicherstick, eine Maus oder der mitgelieferte USB-Abgleich-Stick für Tastköpfe angeschlossen werden. Ein USB-Device-Anschluss (Typ Mini-B), ein Masseanschluss und der Anschluss für die Stromversorgung (+12 V DC) befinden sich auf der rechten Seite des Gerätes. Der Akku mit einer Kapazität von 13.000 mAh reicht für eine Betriebsdauer von sieben Stunden. (ah) ■ infoDIREKT 667ei0415 BUS- UND LOGIK ANALYSATOR Analyse serieller Bussysteme Bild: Hac technik ker Daten Die Travel-Bus-Module von Hacker Datentechnik sind kombinierte 200-MHz-Busund Logikanalysatoren in einem Modul und ausgelegt für die Analyse serieller Bussysteme wie I²C, I²S, MDIO, PMBus, PWM, LIN, SMBus, SPI, RS232, RS422, RS485, USB1.1, CAN und Profibus. Mithilfe der direkten High-Speed-USB3.0- 32 elektronik industrie 04/2015 Übertragung benötigen die Module keinen internen Analysespeicher sondern arbeiten direkt in das RAM des PCs. Damit bieten sie einerseits die Möglichkeit der Langzeitanalyse und andererseits ein sehr günstiges Preis-/Leistungsverhältnis. Analysedaten lassen sich gleichzeitig in digitaler (Real-Time Data) und in grafi- Die Travel-Bus-Module sind kombinierte Bus und Logikanalysatoren für die Analyse von seriellen BusSystemen. scher Form (Waveform Display) darstellen. Der Travel-Bus TB1016B ist zusätzlich mit einem Trigger-In/Out-Stack-Connector ausgestattet und lässt sich in Verbindung mit einem Travel-Scope-Oszilloskop zu einem Multi-Signal-Oszilloskop erweitern. Ebenfalls über den USB-Port erfolgt die Stromversorgung und gewährleistet eine mobile und kompakte Lösung. Die Travel-Bus-Software wurde von Acute zur Vermeidung unnötiger Prozessorbelastung des PCs größtenteils als Firmware in die Module integriert. Je nach Modell sind diese für 199 Euro (+ MwSt.) oder 399 Euro (+ MwSt.) erhältlich. Der Lieferumfang ist komplett inklusive USB3.0-Kabel, Messleitungen und Prüfspitzen. (ah) ■ infoDIREKT 673ei0415 www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik Vek torsignalgenerator Hohe Ausgangspegel und spektrale Reinheit Auch aus zweiter Hand bietet der Vektorsignalgenerator N5182A MXG die Merkmale, die für Tests in der Zukunft wesentlich sind. Bild: Rosenkranz Elektronik Zugeschnitten auf den Einsatz in der Produktion von Mobilfunkkommunikationsgeräten und von Komponenten für die drahtlose Kommunikation bietet der von Rosenkranz Elektronik als Second-HandGerät vertriebene Vektorsignalgenerator N5182A MXG in einem 19-Zoll-Einschub mit nur 2 HE eine gute Kombination aus hohem Ausgangspegel und Signalreinheit. Zu den technischen Merkmalen zählen der breite Frequenzbereich von 100 kHz bis 6 GHz und ein hoher Ausgangspegel von >+23 dBm bis 3 GHz unter Einsatz eines schnell schaltenden elektronischen Abschwächers. Bemerkenswert ist der W-CDMA-Dynamikbereich von ≤ -73 dBc bei einem Ausgangspegel von +5 dBm. Im List-Mode bietet der Signalgenerator schnelles gleichzeitiges Umschalten von Frequenz, Amplitude und Wellenform. Die Modulations- und Sweepmöglichkeiten sind umfangreich: AM, FM, øM und Impulse, ASK, FSK, MSK, PSK, QAM sowie Digital-Step- und List-SweepMode, in dem man eigene Sweeps defi- nieren kann. Zu den Möglichkeiten der Basisbandgeneration und Signalkreation gehört eine 100 MHz interne I/Q-Basis bandgeneration mit Echtzeitequalizer für gute EVM-Performance. Des Weiteren bis zu 64 MSample Playback-Speicher und Speicher für bis zu 800 MSample. Das Gerät kann Referenzsignale erzeugen wie LTE, HSPA+, WiMAX, W-CDMA, WLAN, DVB-H, DAB, MATLAB. Die Kombination mit flexiblen Signal-Kreations-Tools wie Signal-Studio-Software und dem niedrigen ACLR (-73 dBc bei +5 dBm für ein Carrier-W-CDMA) macht den MXG zu einer einfach einzusetzenden Lösung. Folgende Möglichkeiten umfasst die Basisbandgeneration zusammen mit dem N5106A PXB Basisbandgenerator und Kanalemulator: Multi-Channel, Digital I/O, MIMO Fading und RF zu RF Fading. Zum Schnittstellenangebot gehören 100BaseT LAN, LXI Class-B, USB 2.0, GPIB, SCPI und IVI-COM-Treiber. Der Signalgenerator ist rückwärtskompatibel mit ESG-, PSG-, 8648-Signalgeneratoren und anderer Hersteller. Mit skalierbarer HF- und Basisband-Leistung erfüllt er alle Anforderungen an einen schnellen und präzisen Test von HF-Geräten und Komponenten. Der Vektorsignalgenerator N5182A ist bei Keysight noch gelistet für 29.699 Euro. Rosenkranz bietet das Gerät aus zweiter Hand, aber erster Wahl, zu einem Preis ab 12.998 Euro an. (ah) n infoDIREKT 668ei0415 Boundary Scan TAP-Transceiver im Rack-Format Sichere Datenübertragungen Durch 16 parallele Test Access Ports (TAP) ermöglicht der Scanflex TAP-Transceiver im 19-Zoll-Rack-Format von Göpel Electronic das Testen und Programmieren von mehreren Units Under Test (UUT). Sowohl in der Produktionslinie, als auch bei Applikationen mit größeren Distanzen zum Target wie zum Beispiel beim HASS/HALTStresstests lässt sich das platz- und stromsparende SFX-TAP16/G-RM-FXT einset- Bild: Göpel www.elektronik-industrie.de zen. Der TAP-Transceiver bildet das Systeminterface zur UUT und wird von einem zentralen Scanflex-Controller angesteuert. Externe Testköpfe, welche eine sichere Signalübertragung bei Entfernungen von bis zu 4 m möglich macht, nutzt die 19-Zoll-Version mit 16 TAPs. Durch die moderne Architektur werden sämtliche Technologien zum Embedded System Access (ESA) unterstützt. Mithilfe dieses Boundary Scan TAPTransceiver im RackFormat bietet sichere Datenübertragungen und steigert Produktionseffektivität. Verfahrens lassen sich Produktionstests, Flash-Programmierung und PLD ohne Einsatz von Nadeln oder Proben realisieren. Entwickelt wurde das SFX-TAP16/GRM-FXT speziell für sogenannte GangApplikationen. Bei dieser Methode werden mehrere UUTs gleichzeitig getestet oder programmiert. Dadurch lassen sich mit nur einem System der Produktionsdurchsatz steigern und Investitionskosten in der Massenproduktion senken. Der TAP-Transceiver ist flexibel anpassbar an nahezu jede Umgebung und Anwendung. Darüber hinaus ist es möglich, unterschiedliche Test- und Programmierstrategien des Embedded System Access frei zu kombinieren. (ah) n infoDIREKT 672ei0415 elektronik industrie 04/2015 33 HF-/Mikrowellentechnik Durchschlagsspannung Betrieb bei hohen Spannungen Temperaturtoleranz Blaue GaN-LED Materialeigenschaften von GaN Verlustleistung Höhere Impedanz Leistungsdichte Vorteile für HF- und Mikrowellensysteme Größere Leistung Größere Bandbreite Höhere Effizienz Geringere Größe Vorteile von GaN in HFund Mikrowellenanwendungen L-Band-Galliumnitrid-Transistor Der GaN-auf-SiC-Transistor von Macom mit einer Spitzenleistung von 650 W bietet hohe Autor: Doug Carlson Verstärkungsleistung, Effizienz und Robustheit von 1,2 bis 1,4 GHz. G aN ist ein III-V-Halbleitermaterial, das über physikalische Eigenschaften verfügt, die in HF- und Mikrowellenanwendungen Vorteile gegenüber älteren Technologien wie GaAs und LDMOS bieten. Zu diesen Eigenschaften gehören die große Energiebandlücke, eine hohe elektrische Feldstärke, eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine erhöhte Sättigungsgeschwindigkeit. Die große Energiebandlücke von GaN wurde auf kommerziellen Märkten erstmals für die Massenproduktion von blauen Leuchtdioden (LED) genutzt, die bis dahin Der MAGX001214-650L00 ist ein mit Gold beschichteter, vorangepasster GaN-auf-SiliziumcarbidTransistor. 34 elektronik industrie 04/2015 nur Licht im roten und gelben Spektrum ausstrahlen konnten. In Flachbildschirmen, Verkehrssignalanlagen und bei der Fahrzeugbeleuchtung haben diese hellen, blauen Dioden schnell eine große Bandbreite neuer Anwendungen für sich erschlossen. Vorteile von GaN Auf ähnliche Weise bieten die wesentlichen Materialeigenschaften von GaN wichtige Leistungsvorteile für HF- und Mikrowellenanwendungen. Auf der einen Seite ermöglichen die sehr hohe Temperaturtoleranz und die erhöhte Leistungsdichte von GaN technische Konzepte, die sich für leistungsfähigere und räumlich kleinere Lösungen in HF- und Mikrowellenanwendungen anbieten. Zusätzlich dazu schaffen die höhere elektrische Feldstärke und die erheblich größeren Durchschlagsspannungen die Voraussetzung für den Betrieb bei größeren Spannungen, wodurch sich die Impedanzfehlanpassung in Hochleistungsschaltungen reduziert, was im Gegenzug zu einem verbesserten Schaltungsdesign für eine gesteigerte Leistungseffizienz und Lösungen mit größerer Bandbreite führt. www.elektronik-industrie.de HF-/Mikrowellentechnik Die Vorteile von GaN als Wide-Bandgap-Halbleiter in HF- und Mikrowellenanwendungen werden zunehmend erkannt und in der HF- und Mikrowellenindustrie wird GaN in verstärktem Maße für kommerzielle Anwendungen übernommen. Höhere Effizienz, größere Bandbreite, höhere Leistung und Lösungen mit weniger Platzbedarf eröffnen neue Anwendungen. Neueste Ergänzung im GaN-auf-SiC- und Si-Portfolio von Macom ist der L-Band-GaN-Transistor MAGX-001214-650L00. Dieser mit Gold beschichtete, vorangepasste GaN-auf-Siliziumcarbid-Transistor ist für impulsgesteuerte L-Band-Radaranwendungen optimiert. Parameter Einheiten MAGX-001214-650L00 Frequenz MHz 1200-1400 Pout (min.) W 650 Verstärkung dB 19,5 Effizienz % 60 Impuls µs 300 Tastverhältnis % 10 Impulsabfall db 0,3 Bilder und Tabelle: Macom Eck-Daten Typische Leistungsmerkmale des GaN-auf-SiC-Transistors von Macom. Bei Radarsystemen der nächsten Generation kommen die Systemvorteile von GaN deutlich zum Tragen. Entwickler von Radarsystemen müssen Funktionalität und Leistung steigern und die Größe verringern. Radarsysteme der nächsten Generation sollen mehrere Aufgaben erfüllen, wie Radarerkennung, elektronisches Stören und Kommunikation. Die größere Bandbreite von GaN-Lösungen wird für neue Systeme entscheidend sein, um die geforderte Mehrzweckfunktionalität zu erreichen. Höhere Leistung und bessere Effizienz bei geringerem Platzbedarf werden ebenfalls wichtige Faktoren sein. Macom bietet eine große Bandbreite gepulster und linearer HF-GaN-Leistungstransistoren an: diskrete Geräte, Module und Substratträger, ausgelegt auf einen Betriebsbereich von Gleichspannung bis hin zu 3,5 GHz. Macom verfügt über mehr als 60 Jahre Erfahrung in Standard- und maßgeschneiderten Lösungen mit bipolaren MOSFET- und GaN-Technologien. GaN-auf-Siliziumcarbid-Produkte (SiC-Produkte), die als Transistoren und Substrathalter angeboten werden, verwenden einen 0,5-MikronHEMT-Prozess und weisen bei Leistung, Verstärkung, Verstärkungskonstanz, Effizienz und Robustheit über hohe Betriebsbandbreiten gute Leistungsfähigkeit im HF-Bereich auf. Der MAGX-001214-650L00 ist ein mit Gold beschichteter, vorangepasster GaN-auf-Siliziumcarbid-Transistor, optimiert für impulsgesteuerte L-Band-Radaranwendungen. Er garantiert eine Spitzenleistung von 650 W mit einer Verstärkung von 19,5 dB und einer Effizienz von 60 %. Auch weist er eine hohe Durchschlagspannung auf, die einen zuverlässigen und stabilen Betrieb bei 50 V bei größeren Lastfehlanpassungen erlaubt. Das Bauelement wurde als Hochleistungseinheit mit Keramikflansch her- Es gibt Spezialisten und Generalisten. Ich brauche beides in einem. Da rief ich Elektrosil an. www.elektronik-industrie.de gestellt und strengen Eignungs- und Zuverlässigkeitstests unterzogen. Innerhalb des Frequenzbereichs von 1200 bis 1400 MHz arbeitet der Transistor mit einer mittleren Betriebsdauer bis zum Ausfall (MTTF) von 5,3 × 106 Stunden (T J < 200 °C). Vorteile in zivilen Radaranwendungen Einer der Hauptvorteile des neuen GaN-Leistungstransistors ist die hohe Leistung in einem einzelnen Transistor. L-Band-Radarsysteme können tausende von Watt Pulsleistung erfordern. Erreichen lässt sich diese Leistung durch die Kombination mehrerer Leistungstransistoren zu einer Hochleistungsendstufe. Die hohe Leistung des neuen L-Band-GaN-Produkts ermöglicht es, die Größe der Lösung zu verringern, da für die Endstufe weniger Transistoren verwendet werden. Weiterhin reduziert die höhere Leistungsfähigkeit die Vorstufenanforderungen der Endstufe, was die Anzahl der Komponenten und die erforderliche Leistung verringert. Die hohe Effizienz mindert den Gesamtstromverbrauch und der Betrieb bei 50 V und die höhere VSWR-Toleranz verbessern die Systemeffizienz durch Vorspannungsvorteile bei höherer Spannung ohne dabei Schäden zu riskieren, da GaN eine höhere Durchschlagspannung aufweist. (ah) n Autor Doug Carlson Vice President of Strategy bei Macom. infoDIREKT610ei0415 Komplexe Aufgabe, extreme Anforderungen, kleine Serie? Wir stehen für individuell optimierte elektronische Systemkomponenten und elektromechanische Baugruppen aus einer Hand. www.elektrosil.com elektronik industrie 04/2015 35 Bild: xiaoliangge - Fotolia.com HF-/Mikrowellentechnik Effizenter wandeln Breitbandige analoge Eingangsstufe mit schnellem CT-Delta/Sigma-ADC Continuous-Time-Delta/Sigma-Wandler gelten seit Jahren als erste Wahl, wenn es um die Analog/Digital-Architektur geht, zumindest für Bereiche wie Audio oder Mobilfunk-HF-Eingangsstufen. Sie lassen sich gut integrieren, brauchen wenig Energie und helfen, Probleme auf Systemebene zu lösen. Bisher eigneten sie sich nur für relativ niedrige Frequenzen/Bandbreiten und geringen Dynamikbereich. Neue Bausteine heben diese Autor: Gabriele Manganaro Grenzen nun auf. C ontinuous-Time-Delta/Sigma-Wandler (CT-DS-ADC) sind zwar bei Entwicklern beliebt, eigneten sich bisher aber nur für relativ niedrige Frequenzen, kleine Bandbreiten und geringe Dynamikbereiche. Als Mainstream-Lösung für Anwendungen mit hoher Leistungsfähigkeit und hohen Frequenzen sind daher leistungsfähige Nyquist-Rate-Wandler üblich, etwa Pipeline- und SAR-ADCs (Successive Approximation). Analog Devices hat nun viele der technologischen Ein- 36 elektronik industrie 04/2015 Eck-Daten Dank einiger Innovationen in der IC-Technologie bietet Analog Devices heute auch Continuous-Time-Delta/Sigma-Wandler an, die eine große Dynamik und hohe Taktraten kombinieren. Mit dem AD6676 lassen sich Kommunikationsinfrastrukturen und Messsysteme aufbauen. Sie profitieren auch vom stabilen Betrieb bei starken In- und Out-of-BandInterferenzen. www.elektronik-industrie.de PCB-Steckverbinder Mixer Treiberverstärker AntiAliasingFilter Ob für Board-to-Board- oder Cable-toBoard-Verbindungen – Rosenberger bietet ein umfangreiches Spektrum an Koaxial-PCB-Steckverbindern in innovativen Serien wie SMP, Mini-SMP, P-SMP, Longwipe-SMP, Multiport Mini-Coax, FMC oder Micro-HF, aber auch in Standard-Serien wie SMA, QMA oder SMB. Nyquist-RateWandler a) Mixer ContinuousTime-Delta/ Sigma-Wandler Bilder: Analog Devices b) Bild 1: Eine klassische heterodyne Empfangssignalkette für ein Kommunikationssystem, implementiert mit (a) einem herkömmlichen Konzept mit Nyquist-Rate-Switched-Capacitor-ADC und (b) mit einem ContinuousTime-Delta/Sigma-ADC. schränkungen überwunden: neue, schnelle ADCs auf CT-DSBasis erreichen eine wesentlich höhere Leistung sowie Stabilität bei starken Interferenzen. Außerdem lassen sich Frequenzverläufe programmieren, womit sich in Systemen für die MobilfunkInfrastruktur und einigen hochleistungsfähigen MesstechnikAnwendungen eine Reihe wichtiger Probleme hinsichtlich der Signalverarbeitung lösen lassen. Zum besseren Verständnis stelle man sich zum Beispiel eine klassische heterodyne Empfangssignalkette für ein Kommunikationssystem vor (Bild 1). Ein herkömmliches Konzept mit einem schnellen Switched-Capacitor-A/D-Wandler zeigt Bild 1a. Hier muss das vom Mischer erzeugte ZF-Signal gepuffert und eventuell auch mit einem Treiberverstärker angehoben werden. Der Nyquist-ADC benötigt einen Antialiasing-Filter (AAF), der meist mit einem Oberflächenwellenfilter (Surface Acustic Wave, www.elektronik-industrie.de Die Vorteile sind vielfältig: – sehr kleine Abmessungen – minimale Board-to-Board-Abstände – axialer und radialer Toleranzausgleich – ausgezeichnete Übertragungsqualität bei Surface Mount-Steckverbindern Rosenberger sorgt für optimale PCBVerbindungen – maßgeschneiderte Footprints und Layoutempfehlungen gehören zu unserem Service. Exploring New Directions Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG Hauptstraße 1, 83413 Fridolng, Germany Phone + 49 (0)8684 18-0 Fax + 49 (0)8684 18-499 [email protected] www.rosenberger.com elektronik industrie 04/2015 37 HF-/Mikrowellentechnik SAW) oder einem mehrpoligen diskreten SMD-Filter implementiert wird. Abschließend erreicht das gewünschte ZF-Funksignal den ADC. Das Ausgangssignal mit der hohen Abtastrate fs (wobei fs/2 wesentlich größer als die Träger/ZF-Frequenz ist) wird mithilfe eines für die Kommunikation entwickelten ASICs weiter verarbeitet, eventuell noch gefiltert und auf das Basisband heruntergewandelt. Die gleiche Verarbeitungskette vereinfacht sich mit einem CT-DS (Bild 1b). Der CT-DS weist einen resistiven Eingang auf, der direkt vom Mischer getrieben werden kann und ohne Treiberverstärker auskommt. Darüber hinaus enthält der innere Core des CT-DS einen CT-Analogfilter, der die AAF-Funktion ausführt. Somit kommt man ohne den eingangsseitigen diskreten SAW/SMD-Filter aus. Ferner kann der CT-DS eine Bandpassfilterfrequenzcharakteristik aufweisen (Bild 2 zeigt ein Beispiel tatsächlicher Messungen), die sich um die gewünschte ZF-Eingangsfrequenz zentrieren lässt und eine signifikante Dämpfung außerhalb des Frequenzbands (Out-of-Band) aufweist. Ein solches Durchlassband wird überabgetastet, digitalisiert, digital gefiltert (Dezimationfilter) und hinunter auf das Basisband gemischt, bevor es mit einer wesentlich niedrigeren Datenrate (und mit geringerem Energieverbrauch) als im Fall von Bild 1a an das DSP/ASIC gelangt. Vorteile der Architektur Die oben beschriebene Vereinfachung auf Systemebene ist das direkte Ergebnis grundsätzlicher Architekturunterschiede zwischen CT DS und anderen schnellen ADC-Architekturen. Die Vorzüge dieser Vereinfachung sind wesentlich. Der in Bild 1a dargestellte Verstärker kann eine mit dem ADC selbst vergleichbare Leistung aufnehmen, wobei er meist das Grundrauschen der Signalkette zusätzlich negativ beeinträchtigt. Üblicherweise kann der AAF in Bild 1a nicht einfach integriert werden. Bei jeder ZF-Wahl (und jedem Frequenzplan) muss der Entwickler ein geeignetes Filter und eine spezifische Signalkettenimplementierung wählen. Erfahrene Systementwickler wissen sehr gut, dass die Implementierung des Filters sehr zeitintensiv sein kann. Denn mit unterschiedlichen Bauteilen mit identischer Filterfunktion kann sich eine sehr unterschiedliche Linearität ergeben. Zurückzuführen ist dies auf das nichtlineare Zusammenspiel mit dem Eingangsschaltkreis des Nyquist-ADC. Im Gegensatz dazu wird in Bild 1b, wo der AAF-Filter fehlt und der eingangsseitige Abtastschaltkreis durch den resistiven Eingang des CT-DS ersetzt wird, die Filterfunktion durch den CT-DS ausgeführt. Das Frequenzverhalten des CT-DS hat Analog Devices digital programmierbar ausgeführt. Daher können Entwickler den gleichen CT-DS in mehreren Signalketten verwenden und digital auf die gewünschte Frequenz und Bandbreite abstimmen. Darüber hinaus vereinfacht und verkürzt dies die Plattformentwicklung. In Summe erreicht die Signalkette in Bild 1b die gleiche Funktion und Leistungsfähigkeit mit geringerem Energieverbrauch sowie einem kleineren Formfaktor wie in Bild 1a. Implementierung Eine Implementierung dieser Technologie findet man im AD6676 von Analog Devices (Bild 3). Es handelt sich dabei um ein integriertes ZF-Digitalisierungs-Subsystem mit eingebettetem, abstimmbarem CT-DS. Dieses Bauteil weist einen sehr hohen Dynamikbereich auf und bietet Funktionen wie digitale Filterung, Abwärtswandlung (Down-Conversion), eine Möglichkeit der automatischen Anpassung der Verstärkung (AGC, Automatic Gain Control), integrierte Taktsynthesizer und eine serielle Ausgangsschnittstelle nach JESD204B. Die Mittenfrequenz (ZF) des Durchlassbands lässt sich digital zwischen 70 und 450 MHz abstimmen. Die Bandbreite ist mit variierender spektraler InBand-Rauschdichte zwischen 20 und 160 MHz programmierbar. Aufgrund seiner Leistungsfähigkeit, entsprechend den Werten im Datenblatt, eignet sich dieses Bauteil für breitbandige Mobilfunk-Infrastrukturen und Repeater sowie für Punkt-zu-PunktMicrowave-Equipment, Spektrumanalysatoren, Kommunikationsmessgeräte und viele weitere Anwendungen. Info-KASTEN Reale Messwerte eines schnellen Continuous-Time-Delta/Sigma-Wandler Die Rauschbandbreite in Bild 2 beträgt 366,2 kHz. Der DS führt eine Frequenzformung des Wandlungs-Quantisierungsrauschens durch, sodass es gering ausfällt (höherer Dynamikbereich) und innerhalb des relevanten Durchlassbands liegt (während seine Leistung außerhalb des Bandes höher ist). Die Kerbe (Notch) der Bandpass-Frequenz charakteristik ist im oberen Plot klar sichtbar (zentriert um 1 GHz und 75 MHz breit). Die überlagerte rot gestrichelte Linie repräsentiert die korrespondierende Signalübertragungscharakteristik mit sichtbarer Flachheit weit über das gewünschte Eingangsband. Der untere Plot zeigt ein vergrößert dargestelltes Detail des 75 MHz breiten In-Bands. Letzteres wird anschließend digital und mit sehr hoher Selektivität gefiltert und hinunter auf das Basisband gewandelt, bevor es an den Ausgang des CT DS zurückgeführt wird. Dabei wird der Inhalt außerhalb des relevanten Bandes (Out-of-Band) – einschließlich des höheren Grundrauschens, der Verzerrungen außerhalb des Bandes sowie der Out-of-Band-Blocker rechts und links des 75 MHz breiten Bandes – unterdrückt. 38 elektronik industrie 04/2015 - Bild 2: Experimentell digitalisierter Ausgang (blaue Kurve) eines Bandpass-CT-DS mit einer eingangsseitigen 1-GHz-Schwingung, einer auf 75 MHz eingestellten Bandbreite, zentriert um 1 GHz. www.elektronik-industrie.de HF-/Mikrowellentechnik Bild 3: Das Blockschaltbild des AD6676 zeigt ein integriertes ZF-Digitalisierungs-Subsystem mit eingebettetem, abstimmbarem CT-DS. Schlussbemerkung Mit dem Einsatz von Continuous-Time-Delta/Sigma-Wandlern können Entwickler die Signalkette vereinfachen und die Performance optimieren sowie die Flexibilität bei der Systementwicklung erhöhen und den Entwicklungsaufwand reduzieren. Dank ihrer Vorteile haben sich diese Architekturen in vielen Anwendungen etabliert, bei denen ein geringer Energieverbrauch und Mobilität im Vordergrund stehen. Dank einiger Innovationen in der IC-Technologie können CT-DS jetzt auch die hohen Anforderungen erfüllen, die an ADCs für Kommunikationsinfrastrukturen und Messsysteme bezüglich hoher dynamischer Leistungsfähigkeit gestellt werden. Hierbei bleibt der stabile Betrieb auch bei starken In- und Out-of-Band-Interferenzen erhalten. Ein ZF-Subsystem mit eingebettetem schnellem CT-DS mit programmierbarer Mittenfrequenz (ZF) in Kombination mit digitalem Downsampling, nachfolgender angepasster Filterstufe und anderen integrierten Funktionen ergibt eine sehr flexible und leistungsstarke Lösung für Software-Radio-Applikationen. Ferner vereinfacht sich die Entwicklung auf Systemebene bei zugleich höherer Flexibilität und Leistungsfähigkeit der Signalkette. Zusätzlich lassen sich beim Einsatz von CT-DS Signalaufbereitungsblöcke, welche bei Mainstream-ADC-Technologie verlangt werden, einsparen. (lei) ■ Autor Gabriele Manganaro Engineering Director, High Speed Data Converters bei Analog Devices in Norwood, Massachusetts. infoDIREKT Neueste 3DTechnologie aus dem Hause Conrad Ideales Profigerät „Made in Germany“ Großer Druckraum (T x B x H) 230 x 245 x 200 mm Erweiterbar zu funktionaler Gravier-/Fräslösung Renkforce 3D-Drucker RF1000 Explore the Future www.conrad.biz/future * Made in Germany – entwickelt durch das Conrad Technology Centrum, ab € 1.259,66 zzgl. MwSt. 701ei0415 HF-/Mikrowellentechnik HF/EMV-Kamerasystem Grafische Echtzeitvisualisierung von HF-Emissionen Das HF/EMV-Kamerasystem Spectran RF View von Aaronia besteht pro „Pixel“ aus einer komplexen Messeinheit. Diese setzt sich aus einem Spektrum-Analysator der SpectranRSA-Serie und einer angeschlossenen isotropen Breitband-Antenne zusammen, die per Netzwerk an einen zentralen Server angeschlossen werden. Bild: Aaronia Das HF/EMV-Kamera system Spectran RF View ermöglicht grafische Echtzeitvisualisierung von HF-Emissionen und EMV-Messungen. B eim HF/EMV-Kamerasystem Spectran RF View sind die Antennen in gleichem Abstand in einem X/Y-Raster angeordnet und die Messdaten (Pegel und/oder Frequenz) auf einer „Schachbrett-Darstellung“ auf dem Server wiedergegeben. Dabei repräsentiert jedes Feld des Schachbrettes eine Mess-einheit. Aus 64 Messeinheiten entsteht so zum Beispiel eine HF-Kamera mit 8 × 8 Punkten, was einer Auflösung von 64 Pixeln entspricht. Diese recht gering anmutende Auflösung ermöglicht aber bereits erstaunlich detaillierte Vermessungen von Antennen-Ausbreitungs-Charakteristika oder die grafische Darstellung der Emissionsausbreitung von Testgeräten bei einer EMV-Messung. So spart man erheblich an Messzeit und erhält eine sehr detailreiche Information über das Ausbreitungsverhalten aller Emissionen. Das System lässt sich beliebig skalieren, um sehr viel höhere Auflösungen zu erreichen und es ist bereits erfolgreich bei einem füh- 40 elektronik industrie 04/2015 renden Telekommunikationsanbieter für Forschung und Produkt-Evaluierung im Einsatz. Ein 32-PixelSystem, mit einer Bandbreite von 6 GHz gibt es bereits für unter 100.000 Euro. Versionen mit bis zu 20 GHz Bandbreite sind, gegen Aufpreis, ebenfalls erhältlich. Auch eine Echtzeitversion, basierend auf der neuesten Spectran-V5-Echtzeit-Spektrum-Analysator-Generation, ist demnächst am Markt verfügbar. Geplant ist zudem die Erweiterung auf ein 3D- Kamera-System mit einer zusätzlichen Z-Achse, um noch komplexere Informationen zu erhalten. Der Hardwareaufwand skaliert sich dann entsprechend. So würden für einen Kubus von 6 × 6 × 6 Antennen bereits 216 komplette Messeinheiten benötigt. (ah) n Der Text basiert auf Unterlagen von Aaronia. infoDIREKT620ei0415 www.elektronik-industrie.de RF- und MikrowellenMesstechnik neu definiert Modulare Hardware und offene Software Erhöhen Sie Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität Ihrer Testanwendungen im RF- und Mikrowellenbereich mit der modularen Hardware und der offenen Software von National Instruments. Im Gegensatz zu traditionellen Messgeräten, die aufgrund des technologischen Fortschritts schnell veraltet sind, setzen Sie mit der Systemdesignsoftware NI LabVIEW und NI-PXI-Hardware die aktuellsten Technologien bei PC-Bussen, Prozessoren und FPGAs ein. » ni.com/redefine RF-Standards auf einen Blick – Poster jetzt kostenfrei bestellen: ni.com/rf-poster © 2015 | National Instruments, NI, ni.com und LabVIEW sind Marken der National Instruments Corporation. WIRELESS-TECHNOLOGIEN National Instruments unterstützt zahlreiche Wireless-Standards, darunter: LTE 802.11a/b/g/n/ac WCDMA/HSPA/HSPA+ GSM/EDGE CDMA2000/EV-DO Bluetooth Medizinelektronik Mobiles Diagnosegerät kann Leben retten Ultraschalltechnik für die Schlaganfalldiagnostik Kommt es zu einem Schlaganfall, ist die exakte und schnelle Diagnose entscheidend, ob der Patient überlebt und ob möglicherweise Folgeschäden bleiben. Mit einem neuartigen mobilen Diagnosegerät lässt sich bereits im Rettungswagen die Autorin: Judith Balfanz Entscheidung für die richtige Therapie fällen. E in Schlaganfall wird durch Störungen der Blutversorgung des Gehirns verursacht und zählt zu den häufigsten Erkrankungen in Deutschland. Derzeit ist jedoch eine frühzeitige, differenzierte Diagnose des Schlaganfalls am Notfallort oder im Rettungswagen nicht möglich. Die Diagnostik ist bisher nur durch die klinische Bildgebung, vor allem durch Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) möglich. Diese Untersuchungsmethoden sind zeitaufwendig, teuer und vor allem an den festen Standort der diagnostischen Anlage gebunden. Mit einer mobilen Lösung können Helfer schneller über die richtige Behandlung entscheiden, sodass sich nicht nur Folgeschäden bei Überlebenden verringern lassen, sondern in der Konsequenz auch erhebliche Einsparungen von Behandlungs- und Pflegekosten zu erreichen sind. Eck-Daten Der Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache in Deutschland und oftmals Auslöser für mittlere und schwere Behinderungen. Für das Überleben und die Genesungschancen des Patienten ist daher die exakte Diagnose eines Schlaganfalls entscheidend. Mit einer Technologieentwicklung von Sonovum und mit Unterstützung von Exceet Electronics ist zukünftig eine sichere und schnelle Differenzierung zwischen einem Hirninfarkt und einer Hirnblutung möglich. Diagnoseproblem beim Schlaganfall 42 elektronik industrie 04/2015 Schlaganfall – die richtige Diagnose ist entscheidend. Bild: Sonovum AG / Naeblys fotolia Trotz intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit in den letzten Jahrzehnten steht die Schlaganfalldiagnostik vor großen Herausforderungen hinsichtlich einer eindeutigen und vor allem einer schnellen Diagnose gegenüber. Zur genauen Diagnose eines Schlaganfalls führen Ärzte in der Regel zeitaufwendige neurologische und internistische Untersuchungen des Kopfes mittels CT oder MRT durch, denn bevor eine Therapie beginnt, muss geklärt werden, ob die Ursache des Schlaganfalls ein Hirninfarkt, das heißt ein Gefäßverschluss im Gehirn, oder eine Hirnblutung ist. Eine sichere Differenzierung ist absolut entscheidend für die Heilungschancen des Patienten. Im Falle eines Hirninfarktes muss innerhalb eines Zeitfensters von vier bis fünf Stunden nach Gefäßverschluss eine medikamentöse Behandlung erfolgen, um das Blutgerinnsel aufzulösen und den Erfolg der Therapie zu gewährleisten. Bei einer Hirnblutung www.elektronik-industrie.de Medizinelektronik hingegen kommt für die Behandlung nur ein neurochirurgischer Eingriff zur Entfernung der Blutung in Frage. Diesen Aufwand und das enge Zeitfenster gilt es zu optimieren. Auf der Basis bewährter Ultraschalltechnik aus der Industrie hat Sonovum einen mathematischen Lösungsansatz entwickelt, der mithilfe von Exceet Electronics nun in die Elektronik umgesetzt wird. In der Industrie dient Ultraschalltechnik schon seit Langem als nicht bildgebende Methode zur Klassifizierung von Substanzen. Eine der häufigsten Anwendungen ist die Überwachung von Prozessen, vor allem in der Bio- und Petrochemie und in der Pharmazie, wobei die Anwendung sogenannter akustischer Interferometer weitverbreitet ist. Mobiles Schlaganfalldiagnosegerät. Dieses Verfahren und die daraus gewonnenen Messdaten macht sich das Entwicklerteam zunutze und überträgt diese mit der neu entwickelten Technologie erstmals auf die transkranielle Ultraschalldiagnostik in der Medizintechnik. Verwendet wird ein multifrequentes Ultraschallsignal, das sich mit physiologischen Parametern wie Herzschlag, Blutdruck, Sauerstoffsättigung in einer charakteristischen Weise verändert. Die Auswertung der Messdaten erfolgt mithilfe hochpräziser mathematischer Methoden, sodass der Arzt dadurch ein klares Resultat erhält, das er – anders als beim bildgebenden Ultraschall – auch ohne Spezialausbildung interpretieren kann. Es lässt sich so ohne Zeitverzögerung bereits am Notfallort feststellen, ob der Zustand eines Patienten instabil wird. Als weiteren Anwendungsfall können Anästhesisten mithilfe dieser Technologie während eines medizinischen Eingriffes das Gehirn des Patienten in Echtzeit beobachten. Bei auftretenden bedrohlichen Veränderungen kann der Arzt deutlich früher darauf reagieren, was die Sicherheit für den Patienten erhöht. „Die Transmissions-Ultraschalldiagnostik lässt präzise Rückschlüsse auf Zustand und Veränderungen des Hirngewebes zu. Mit der neuen Technologie will unser Entwicklerteam die bestehende Lücke in der Frühphase der Schlaganfalldiagnostik schließen und eine sinnvolle Ergänzung zu bildgebenden Verfahren wie MRT und CT schaffen. Dieses mobile Diagnosegerät gestattet es dem Arzt, schon vor der Einlieferung des Patienten in die Klinik schnell und zuverlässig zwischen den Schlaganfallformen zu unterscheiden und zeitnah die entsprechende Therapie einzuleiten“, erläutert Miroslaw Wrobel, CTO von Sonovum. Der Aufgabenschwerpunkt von Exceet Electronics liegt in der Entwicklung der Elektronik und der serienreifen Herstellung eines solchen neuartigen Diagnosegerätes, das sowohl mobil in Rettungswagen als auch stationär in der Klinik zum Einsatz kommen www.elektronik-industrie.de Bild: Sonovum Multifrequentes Ultraschallsignal kann. Mit der mobilen Lösung können Helfer schneller über die richtige Behandlung entscheiden und dazu beitragen, dass Folgeschäden bei Überlebenden verringert und in der Konsequenz erhebliche Einsparungen von Behandlungs- und Pflegekosten erreicht werden. Im Krankenhaus kann das SchlaganfallDiagnosegerät halbmobil – insbesondere auf Intensivstationen – zum Einsatz kommen. Hier ist zudem eine Integration in die lokalen Datennetze möglich. Sonovum strebt mit Unterstützung von Exceet noch in 2015 das Zulassungsverfahren und die Produkteinführung für das neue Diagnosesystem an. In einem weiteren Anwendungsfeld arbeiten die Entwickler daran, die neuentwickelte Technologie im Sinne eines neurologischen Monitorings, vergleichbar mit einem EKG im Gehirn, nutzbar zu machen. Ein derartiges kontinuierliches Patientenüberwachungssystem würde es erlauben, beispielsweise bei Patienten auf der Intensivstation bisher nicht identifizierte, sogenannte „stumme“ Schlaganfälle, rechtzeitig zu erkennen. (pet/ah) n Autorin Judith Balfanz Editorial Director der Exceet Group AG. infoDIREKT608ei0415 elektronik industrie 04/2015 43 Medizinelektronik Altbewährt oder brandaktuell Welche CPU-Architektur ist die Richtige? Bild: 123rf.com/Kirill Makarov Setzt man beim Entwicklungsstart von medizinischen Geräten auf brandneue CPU-Architekturen oder sollte der Entwickler lieber auf das bereits altbewährte Design zurückgreifen? Es gibt hier einige Aspekte, die beachtet werden müssen, um nicht letztendlich festzustelAutor: Konrad Zöpf len, die falsche Entscheidung getroffen zu haben. Ä ltere Medizingeräte sind meist noch mit sehr vielen diskreten Bauteilen und mit Ansammlungen von Logik-ICs aufgebaut. Unter Berücksichtigung der in der Medizin gestellten Anforderungen war die Entwicklung von Geräten meist sehr teuer 44 elektronik industrie 04/2015 und die Herstellkosten hoch. Zudem war der Platzbedarf, um Schaltungen zu realisieren, enorm groß. Durch die immer bessere Integrationsmöglichkeit von Funktionen in die CPU lassen sich heute viele Anforderungen oft ohne Zusatzaufwand umsetzen. Medizingeräteentwicklungen haben hinsichtlich der sehr aufwendigen und kostspieligen Zulassungen äußerst hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Langzeitverfügbarkeit der eingesetzten Komponenten. Gerade der CPU-Markt hat mittlerweile eine rasante Fahrt aufgenomwww.elektronik-industrie.de Optimal Effizient Ihr KleinserienSpezialist in der Elektronikfertigung Eck-DATEN Brandneue CPU-Architekturen oder altbewährtes Design? Ein Experte aus dem Hause TQ-Systems liefert hilfreiche Argumente für die Entscheidungsfindung und kommt zu folgendem Schluss: Durch die richtige Auswahl von bereits bewährten und langzeitverfügbaren CPU-Architekturen, die als Entwicklungsgrundlage für medizinische Anwendungen prädestiniert sind, wird nicht nur Entwicklungszeit eingespart, sondern es kann auch meist auf eine zuverlässige und ausgereifte Softwareunterstützung aufgesetzt werden. Letztendlich wird das Entwicklungsrisiko deutlich minimiert und bringt einen entscheidenden Vorteil. men. Jedes Jahr locken die CPU-Hersteller mit neuen und kostengünstigeren CPUVarianten. Diese werden durch die Weiterentwicklung der CPU-Cores sowie durch neue Fertigungstechnologien immer leistungsfähiger, sparsamer im Energieverbrauch und bieten zudem eine Vielzahl von Schnittstellen, die bei der Umsetzung der geplanten Applikation immer noch besser unterstützen. Zudem erleichtern Multicoresysteme, die immer häufiger zum Einsatz kommen, die Skalierbarkeit der Rechenleistung. Faktor. Bei neuen Technologien locken in erster Linie die vom Hersteller positiv dargestellten neuen Eigenschaften, die der Entwickler gerne nutzen möchte. Die hohe Integration der CPUs verspricht auch auf den ersten Blick einen schnellen und dadurch kostengünstigen Entwicklungsverlauf. Gerade der Einkauf und das Management sind davon oft sehr beindruckt. Ein weiterer Punkt ist der günstigere Preis der neuen CPU-Technologie, der die Einschätzung, die richtige Auswahl getroffen zu haben, noch unterstützt. Hinzu kommt noch das Argument, dass eine neu auf den Markt gekommene CPU länger verfügbar ist als eine CPU, die bereits ein bis zwei Jahre auf dem Markt ist. Meistens vergehen bei Entwicklungen zwei Jahre bis ein Produkt zur Serienreife gelangt. Bei einer CPU, die sich bei Entwicklungsbeginn bereits zwei Jahre auf dem Markt befindet, sind beim Serienstart also bereits vier Jahre vergangen. Für gewöhnlich kommen dann bereits die ersten BauteilAbkündigungen. Sonderkabelkonfektion Muster und Kleinserien ab 1 Stück Was oft vergessen wird Oft vergessen die Anwender bei der Auswahlbetrachtung jedoch wesentliche FakZuverlässig und langzeitverfügbar toren: Dazu zählt, dass neue Technologien nicht immer positiv für den EntwicklungsDiese Faktoren empfinden auch Entwickverlauf sind. Häufig berücksichtigen sie ler von Medizingeräten zunächst als posinicht, dass neue CPUs durch die steigentiv bei der Auswahl der CPU, um den sich de Komplexität mit „Kinderkrankheiten“ ändernden Anforderungen des Marktes behaftet sind. Bis gerecht zu werden. alle Fehler bekannt Zeitdruck, KostenoptiNeue Technologien sind, vergeht meist mierung des Designs wirken sich nicht bis zu einem Jahr, und erweiterter Funkimmer nur positiv in dem sich Enttionsumfangs gehören wickler auf Besonzu den größten Herauf den Entwickderheiten, die es ausforderungen jedes lungsverlauf aus. beim Design mit Entwicklers, der nach einer neuen CPU zunehmend härteren zu berücksichtigen gilt, einstellen können. Vorgaben des Produktmanagements ein Dies bringt ein nicht vernachlässigbares Gerät entwickeln soll. Zudem müssen die Risiko für ein Redesign mit sich. Geräte, gleichgültig, ob sie für stationäre Ein wichtiger Faktor ist auch die zu den oder mobile Anwendungen gedacht sind, Prozessoren angebotene Software. Als auch immer energieeffizienter werden. Anwender einer kostenoptimierten Entwicklung geht man davon aus, dass die Punkte, die es zu beachten gilt angebotenen Schnittstellen auch von verIm Wesentlichen gibt es mehrere Punkte, schiedenen Betriebssystemen je nach die man beachten sollte. Zu Beginn einer Anwendungsfall unterstützt werden. Da Entwicklung ist das zunächst der zeitliche www.elektronik-industrie.de www.richter-pforzheim.de Bestückung · Kabel · Spulen Leiterplattenbestückung ab 1 Stück DIN ISO 9001 u. DIN ISO 13485 Sonderspulen Körper- und Luftspulen, Printtrafos ab 1 Stück M. Richter GmbH & Co.KG Freiburger Str. 3 · 75179 Pforzheim Tel. 0 72 31/77 88 1- 20 Fax 0 72 31/77 88 1- 49 www.richter-Pforzheim.de [email protected] Bild: TQ Medizinelektronik Mit dem TQMa335L hat TQ ein kleines rechenleistungsstarkes Minimodul realisiert, das direkt mit dem Basisboard verlötet werden kann. Es basiert auf der ARM-Prozessorfamilie AM335x von Texas Instruments. die meisten CPU-Errata mit einem Software-Workaround gefixt werden, vergeht meist auch hier noch einiges an Zeit. Bis die Software die Hardware in einem angemessenen Umfang unterstützt, kann man in Abhängigkeit der Komplexität mit bis zu einem Jahr rechnen. auswahl lässt sich hier wertvolle Entwicklungszeit einsparen. Der Einsatz von Modulen spart nicht nur Entwicklungskosten, sondern minimiert auch deutlich das Risiko. CPU-Module sind in der Regel ausreichend qualifiziert und stellen dem Anwender eine stabile Basis bei Hard- und Software zur Verfügung. Hoher Entwicklungsaufwand Da die Stückzahlen bei Medizingeräten für gewöhnlich nicht an die von Consumer-Stückzahlen heranreichen, ist die individuelle Entwicklung jedes Systems aufwendig. Entwicklungskosten können bei einer falschen Entscheidung durch nicht geplante Redesigns und höhere Softwarekosten auf ein Mehrfaches des ursprünglich veranschlagten Wertes steigen. Dies geht dann nicht nur zu Lasten des Produkterfolges, sondern verzögert weiterhin den Markteintritt und beschert Umsatzeinbußen. Bei der Auswahl der CPU sollte man daher insbesondere darauf achten, dass diese langzeitverfügbar ist. Je länger eine CPU verfügbar ist, desto besser ist auch die Unterstützung der Software bezogen auf die Hardware. Bei der richtigen Vor- 46 elektronik industrie 04/2015 Minimales Risiko Meist kann ein neu entwickeltes Modul in verschiedenen Applikationen eingesetzt und das dabei gewonnene Wissen wiederverwendet werden. Somit fällt der Aufwand für den Entwicklungsprozess und die Basisanpassung für die Software im Unternehmen nur einmal an. Entwicklungsingenieure können sich also auf die systemspezifischen Hard- und Softwareanforderungen konzentrieren. rungen bieten die Hersteller den Anwendern ebenfalls Lösungsvorschläge an. Diese versprechen eine schnelle Umsetzbarkeit für den Entwickler. Die Intel-, Power-PC- und ARM-basierenden Modullösungen von TQ machen sich die Vorteile von langzeitverfügbaren Prozessoren zunutze und bieten dem Anwender alle funktionellen ProzessorPins für den schnellen und unkomplizierten Entwicklungseinstieg. Zudem stehen für die Module aller Architekturen verschiedene Softwarelösungen mit einer umfassenden Schnittstellenunterstützung sowie verschiedene Grafiklösungen bereit. Ein ausgereiftes Obsoleszenz-Management von TQ sorgt für die notwendige Langzeitverfügbarkeit aller eingesetzten Systemkomponenten. (ah) n Wissen wiederverwenden Autor Ein Teil der CPU-Hersteller wirbt sogar regelrecht mit Applikationsbeispielen für den Medizinbereich. Hierbei erhält der Anwender Blockdiagramme sowie Application Notes. Für die meisten applikationsspezifischen Schnittstellenanforde- infoDIREKT609ei0415 Konrad Zöpf Produktmanager für ARM- Produkte und Gesamtgeräte bei TQ-Systems. www.elektronik-industrie.de Medizinelektronik MEMS-BASIERTER DRUCKSENSOR Messung des absoluten Drucks in anspruchsvollen Umgebungen Melexis präsentiert zwei neue Drucksensoren, die hohe Empfindlichkeit und Linearität bieten. Die Automotive-qualifizierten (AEC-Q100), diskreten MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical System) MLX90815 und MLX90816 messen den absoluten Druck in anspruchsvollen Umgebungen, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik gegeben sind. Für Drücke zwischen 0 und 30 bar (absolut) eignet sich der MLX90815; der MLX90816 für 30 bis 50 bar (absolut). Die maximale Linearitätsabweichung beider Bausteine beträgt 0,2 % FS. Die Empfindlichkeit des MLX90815 liegt bei 1,5 mV/V/bar; die des MLX90816 bei 0,5 mV/V/bar. Das Sensorelement der beiden MEMSBausteine besteht aus einer piezoresistiven Wheatstone-Brücke, die mit einer mikro- Bild: xis Mele Die Drucksensoren MLX90815 und MLX90816 für anspruchsvolle Umgebungen. bearbeiteten Silizium-Druckmembran verbunden ist. Wird Druck auf die Membran ausgeübt, ergibt sich eine Differenzspannungsänderung über den Ausgängen der Wheatstone-Brücke, wenn eine Vorspannung an den Brückeneingängen anliegt. ZUVERLÄSSIGKEIT DANK BESTER VERBINDUNGEN Durch Sensorschnittstellen-ICs von Melexis können der MLX90815 und der MLX90816 unterstützt werden, um die Aufbereitung des Ausgangssignals durchzuführen. Die Sensoren eignen sich beispielsweise für verschiedene Druckmessungen in Medizintechnik, in Fahrzeugen, sowie für industrielle Prozesssteuerungen. Jeder Sensor bietet einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis +150 °C und garantiert einen stabilen Betrieb unter rauen Umgebungsbedingungen. Direkt in herkömmliche nicht-korrosive/nicht-aggressive Medien oder in ölgefüllte Sensormodule für höhere Robustheit lassen sich die Bausteine verbauen. (ah) ■ infoDIREKT 677ei0415 TECHNOLOGIEN, DIE LEBEN RETTEN HIGH-END VERBINDUNGEN FÜR MEDIZINISCHE APPLIKATIONEN Für medizinische Applikationen sind Zuverlässigkeit und höchster Ausfallschutz sprichwörtlich lebensnotwendig. Genau dafür hat ODU die richtigen Verbindungen, die selbst den strengen Vorgaben der Medizintechnik standhalten – unter anderem für Systeme wie Herz-Lungen-Maschinen, mobile EKG-Geräte, OP-Tischsysteme oder MRT-Anlagen. Dazu bietet ODU auch umfassenden Service für die komplette Konfektionierung – wir liefern Ihnen das komplette System aus einer Hand. extrem hohe Steckzyklen autoklavierbar absolut kontaktsicher zuverlässig sicher berührgeschützt MEDIZINTECHNIK MESS- UND PRÜFTECHNIK MILITÄR- UND SICHERHEITSTECHNIK INDUSTRIEELEKTRONIK ENERGIETECHNIK geschirmt FAHRZEUGTECHNIK www.odu.de www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 04/2015 47 Medizinelektronik Als Armband: USA = 42 % Europa = 36 % Am Schuh befestigt: In die Kleidung eingenäht: USA = 20 % Europa = 12 % USA = 19 % Europa = 15 % Bild 1: In Europa und den USA gilt das Verbraucherinteresse hauptsächlich den sensorbestückten Wearables in Armbandform. Golfsport als Trendsetter Entwicklungen in der Wearable-IoT-Technik Marktindikatoren zeigen eindeutig eine Bereitschaft der Konsumenten für Wearable-Produkte in Armbandform sowie das Zusammenwachsen mit dem Internet of Things (IoT). Welche Trends sind vor diesem Hintergrund für Wearables zu erwarten? Überraschenderweise liefert ausgerechnet der Golfsport eine einzigartige Perspektive der Trends in der Wearable-IoT-TechAutor: Damian Anzaldo nologie für die kommenden drei bis fünf Jahre. D Bilder: monicaodo - Fotolia.com ie Zahl der Golfspieler beläuft sich weltweit auf rund 80 Millionen. Im Jahr 2016 wird Golf zu einer offiziellen olympischen Sportart mit internationaler Beteiligung. Abgesehen davon ist Golf ein gutes Fallbeispiel zur Vorhersage der Trends im Bereich der Wearable-Produkte, denn das Marktpotenzial ist riesig, die Konsumenten verteilen sich über die ganze Welt und außerdem sind Golfer begeisterte Nutzer von Armband-Wearables. Die Popularität von GPS-Golfuhren wie in Bild 2 zeigt deutlich die Aufgeschlossenheit der Golfspieler für Wearable-Produkte. Kennt man sich mit den wichtigsten Merkmalen dieser Sportart aus, kann dies wertvolle Einblicke in die Trends auf dem Gebiet der Wearable-Technik liefern. Im Golfsport gilt es viele sensori- Bild 2: Fitness-Uhren zählen zu den populären Wearables für den Consumer-Markt. 48 elektronik industrie 04/2015 sche Eingangsinformationen zu analysieren. Dementsprechend ist die Integration analoger Sensoren ein wichtiger Trend im Bereich der GPS-Golfuhren. Sensoren können dem Golfspieler nämlich Informationen über die Umgebungsbedingungen und die Schwungmechanik geben, womit sich die Leistung verbessern lässt. Die Umgebungsbedingungen wiederum beeinflussen die Flugbahn des Balls, die Schlaggenauigkeit und das Kontrollieren der Schlagdistanz. Zu den relevanten Umgebungsparametern gehören die Lufttemperatur, die Windrichtung, die Windgeschwindigkeit und die Höhe sowie Bodenerhebungen und die Entfernung. Verbessern lässt sich die Schwungmechanik im Golf, wenn Daten über das Tempo, das Timing und die Kraft des Eck-Daten Eine jüngst von Forrester Research herausgegebene Erhebung ergab, dass 36 % der europäischen Konsumenten an einem Sensorarmband interessiert sind. Darüber hinaus prognostiziert eine Marktstudie von IHS Technology für Wearable-Produkte eine durchschnittliche jährliche Zuwachsrate von 18 % über einen Zeitraum von sechs Jahren auf einen Stand von 135 Millionen Stück im Jahr 2019. Dem Cisco VNI Report des Jahres 2014 zum mobilen Daten-Traffic schließlich ist zu entnehmen, dass es bis zum Jahr 2018 nahezu 177 Millionen WearableProdukte mit Internetverbindung geben wird. www.elektronik-industrie.de Medizinelektronik Laufweite Spielfeld Energiebedarf 20 20 2000 15 5,5 km 10 www.elektronik-industrie.de 5 15 18 Löcher 10 5 1500 2000 kcal 500 1000 elektronik industrie 04/2015 49 Medizinelektronik Schwungs vorliegen. Erfasst werden die Schwungdaten durch die Verarbeitung von mehreren Freiheitsgraden mithilfe von MEMS-Initialsensoren. Nicht zuletzt sind die Sensoren nützlich, um die körperliche Verfassung eines Spielers zu überwachen. Golfsport wird unter freiem Himmel bei mäßig kalter bis sehr warmer Witterung betrieben. Da man ihn zu Fuß ausüben kann, ist er eine gesunde Tätigkeit. Die Bewältigung einer Golfrunde über 18 Löcher entspricht in etwa einem 5,5-kmLauf und verbrennt bis zu 2000 kcal. Für den engagierten Fußgänger sind Kraft und Ausdauer die Voraussetzungen für ein gutes Abschneiden. Dementsprechend sind Sensorinformationen über die Exposition des Körpers gegenüber den Elementen und über die körperliche Verfassung wichtige Eigenschaften für ein Wearable-Produkt. Beispiele für nützliche physiologische Parameter sind die Herzfrequenz, die Körpertemperatur und der Wasserhaushalt. Ein kontinuierlich arbeitender Herzfrequenz-Monitor auf Basis der Photoplethysmografie und unter Verwendung von reflektiven optischen Sensoren kann Golfspieler vor Ermüdung oder Überanstrengung warnen. GPS-Sportuhren: Trend zur Sensorintegration mit hoher Dichte Ausgestattet mit diesen wichtigen Einsichten in entscheidende Attribute dieser Sportart lassen sich die folgenden Trends für GPS-Sportuhren umreißen: •Integration von Arrays physiologischer Sensoren •Integration von Umgebungssensor-Arrays •Integration von Power-Management-Funktionen •Integration der Cloud-Anbindung IOT Sport Wearable Trends Integration Trend Physiological Sensors Sensor Feature Benefit Optical Reflectance Continuous heart rate monitor, pulse oximetry Optimize exercise intensity, high altidue O2 saturation, alert/prevent over exertion Biopotential Electrode Galvanic skin response Hydration level, alert/prevent dehydration Resistance Temperature Detector Core and skin temperature Alert/prevent heat stroke 9-Axis sensor fusion, 6 Degrees-of-Freedom (DOF) Golf swing training metrics (tempo, strength), activity tracker, orientation, motion Pressure Altimeter Compensate golf ball travel distance, track/monitor altitude performance Sun screen reminder, alert/prevent sun overexposure MEMS Gyroscope MEMS Accelerometer Magnetometer Environmental Sensors Integration Trend Power Management Cloud Connectivity Infrared Light Photo Detector Ultraviolet radiation monitor Visible Light Photo Detector Ambient light sensing Optimize display backlight setting Resistance Temperature Detector Ambient temperature Compensate golf ball travel distance Application Feature Benefit Power SoC Efficient DC-DC conversion Battery Management Accurate fuel gauge, charging Energy Harvesting Ambient energy conversion Extend operating time, optimize battery capacity, device miniaturization Bluetooth Wireless connectivity Universal Serial Bus Wired connectivity Global Navigation Location and ranging elektronik industrie 04/2015 Bild 3: Die Analogintegration spielt eine zentrale Rolle für ein Wearable in Form einer Sport-Armbanduhr, die mit IoT-Konnektivität und einer ganzen Palette von Sensorfunktionen aufwartet. Die Tabelle unten fasst die technischen Trends, die Produktfeatures und die Benutzervorteile von IoT-Wearables für den Sport zusammen. Hervorzuheben ist der Trend zur Sensorintegration mit hoher Dichte. Dieser auf dem Gebiet der Sport-Wearables bestehende Trend wird nach analogen Halbleiter-Lösungen verlangen, die in der Lage sind, analoge Signale aus der realen Welt (zum Beispiel Temperatur, Licht, Herzfrequenz, Bewegung und Lage) exakt zu erfassen und zu interpretieren. Darüber hinaus erwarten die Konsumenten, dass ein Gerät möglichst lange mit einer Akkuladung auskommt. Eine GPSGolfuhr etwa muss mit einer extrem geringen Stromaufnahme und präzisem Batteriemanagement arbeiten, um auf eine kontinuierliche Nutzungsdauer von zehn Stunden im AktivitätsModus und 30 Wochen im Armbanduhr-Modus zu kommen. Der bei Wearable-Produkten bestehende Trend zu immer kompakteren, leichteren und komfortablen Bauformen verlangt nach höchst energieeffizienten und hochintegrierten analogen Halbleiterlösungen, die nur ein Minimum an Fläche benötigen. Die zahlreichen analogen Funktionen eines typisch nur 5 cm × 5 cm × 1,5 cm messenden GPS-Wearables für den Sportbereich sind in Bild 3 zu sehen. Unternehmen wie Maxim Integrated stellen sich auf die Analogintegrations-Anforderungen der nächsten Generation ein, damit die Konsumenten ihr Spiel mithilfe von Wearable-IoTInnovationen verbessern können. Deshalb kann man wohl davon ausgehen, dass in Zukunft gesündere Golfer noch mehr Spaß am Spiel haben und dabei gleichzeitig bessere Ergebnisse erzielen werden. (ah) n Autor Damian Anzaldo Principal Member of Technical Staff – Field Applications bei Maxim Integrated. Acess content, share content Accurate distance measurement Tabelle: Dicht gepackte Sensorintegration ist ein entscheidender technologischer Trend für die nächste Generation von IoT-Wearables für den Sport. 50 Bild: Maxim Integrated MEMS-Initialsensoren infoDIREKT 613ei0415 www.elektronik-industrie.de ss Datacomm en ion t a k i Appl sie run g + m Ko s Bu in e en Mess Prüfen po ne ti ma o t Au nte kElektroni Fertigung n Embedded Das Elektronik-Portal mit Zukunft all for you Komponenten Systeme Applikationen Besuchen Sie www.all-electronics.de Hüthig GmbH Im Weiher 10, D-69121 Heidelberg Tel. 0 62 21/489-0, Fax: 0 62 21/489-482 www.all-electronics.de Medizinelektronik Vibrationsarm und leise auf den Zahn gefühlt DC-Kleinstmotoren für eine schmerzfreie Zahnwurzelbehandlung Neue Erkenntnisse, Techniken und Systeme sorgen mittlerweile dafür, dass sich heute auch schwierige Zahnwurzelbehandlungen erfolgreich und mit möglichst geringer Patienten belastung durchführen lassen. Dazu leistet die moderne Antriebstechnik mit DC-Kleinstan Autoren: Guiseppe Viggiani, Ellen-Christine Reiff trieben einen wichtigen Beitrag. U nter Endodontie oder Endodontologie versteht man einen Teilbereich der Zahnheilkunde. Mit am häufigsten sind Behandlungen des Wurzelkanals, die bei entzündeter Pulpa (Zahnnerv) den Zahn erhalten sollen und den Patienten möglichst lange Zeit schmerzfrei machen. Der Zahnarzt entfernt unter Betäubung den Nerv, reinigt den Wurzelkanal und verschließt ihn anschließend mit einer Füllung. Eine erfolgreiche Behandlung der Zahnwurzel erfordert enormes Fachwissen, eine spezielle technische Ausstattung, beson- dere Instrumente und Materialien, viel Zeit und sehr viel Fingerspitzengefühl vom behandelnden Zahnarzt. Das Pulpagewebe muss dabei vollständig aus den Wurzelkanälen entfernt werden, Eck-Daten Der Artikel beschreibt die besonderen Anforderungen, die ein DCKleinstmotor für den Einsatz in einem Endo-Motorsystem für die Zahnwurzelbehandlung erfüllen muss. Bild: Nouvag Hat sich ein Zahn tief entzündet, hilft oft nur noch eine Wurzelbehandlung. 52 elektronik industrie 04/2015 www.elektronik-industrie.de Medizinelektronik Bild: Nouvag Der TCM-Endo ist ein sehr kompaktes und benutzerfreundliches Gerät für die Endondontie. ebenso wie Keime und nekrotisches Material. Die Kanalwände gilt es zudem gleichmäßig zu bearbeiten, ohne Formveränderung und ohne übermäßige Schwächung der Wurzel, damit die Füllung möglichst lange hält. Laufen diese Arbeitsschritte optimal ab, lassen sich Zähne erhalten, die vor noch nicht allzu langer Zeit entfernt werden mussten. Das Endo-Motorsystem TCM Endo R11, entwickelt von dem schweizerischen Unternehmen Nouvag, erleichtert dem Zahnarzt die sorgfältige Reinigung und Bearbeitung des Wurzelkanals. Im Prinzip besteht das System aus drei Komponenten: der Steuereinheit, die auf einem übersichtlichen Display dem behandelnden Arzt alle wichtigen Informationen anzeigt, einem Fußpedal, das als An- und Ausschalter fungiert und dem Handteil. Letzteres setzt sich zusammen aus dem Handstück mit der Antriebseinheit und einem davon angetriebenen Winkelstück mit auswechselbaren Feilen, das ein ergonomisches Arbeiten auch an eher unzugänglichen Stellen ermöglicht. Klein, leistungsstark und laufruhig Ein geeigneter Antrieb für das Handstück musste zum einen über kompakte Abmessungen sowie ein Drehmoment von 1 bis 5 mNm im Drehzahlbereich von 60 bis 500 min-1 verfügen. Um ein präzises und konzentriertes Arbeiten zu ermöglichen und weder Arzt noch Patient unangenehmen Motor- und Getriebegeräuschen während der Behandlung auszusetzen, war ein vibrationsarmer und leiser Betrieb ebenfalls gefordert. Da der Zahnarzt in der Mundhöhle agiert, übertragen sich Schall und Vibrationen direkt in den Gehörgang und sind für den Patienten besonders deutlich zu hören und oft auch noch mit negativen Assoziationen verknüpft. Geringes Trägheitsmoment, rastmomentfreier Lauf Der Rotor dieser DC-Kleinstantriebe ist nicht auf einen Eisenkern gewickelt, sondern er besteht aus einer freitragenden, in Schrägwicklung hergestellten Kupferspule. Dieser als Glockenanker bezeichnete Rotor wiegt deshalb wenig, hat ein sehr geringes Trägheitsmoment und einen rastmomentfreien Lauf. Dadurch bieten die Motoren hohe Dynamik und präzisen Gleichlauf. Bei Motoren mit kleiner Leistung haben sich die Edelmetall-Kommutierungssysteme zudem wegen ihres geringen Übergangswiderstands bewährt. Dank ihrer linearen Charakteristik lassen sich die DC-Kleinstmotoren einfach regeln, und die entsprechende Ansteuerung ließ sich gut in die Steuerung des Systems integrieren. Von diesen Eigenschaften können Anwender auch in vielen anderen Anwendungen profitieren. Die Kleinstmotoren stehen mit Durchmessern von 6 bis 22 mm zur Verfügung und werden ergänzt durch eine umfangreiche Auswahl an Standardkomponenten wie hochauflösende Encoder, Präzisionsgetriebe und Steuerungen. Für besondere Anforderungen lassen sie sich zudem modifizieren. (pet/ah) n Autoren Der edelmetallkommutierte DCKleinstmotor ist äußerst laufruhig. Guiseppe Viggiani Area Sales Manager CH bei Faulhaber Minimotor. Ellen-Christine Reiff Mitarbeiterin im Redaktionsbüro Stutensee. Bild: Faulhaber www.elektronik-industrie.de Als besonders geeignet für dieses Einsatzfeld erwiesen sich DC-Kleinstmotoren von Faulhaber dank ihrer Laufruhe. Die eingesetzten DC-Kleinstantriebe der Baureihe 1524 sind bei einem Durchmesser von 15 mm lediglich 24 mm lang und ließen sich dadurch gut in das Handstück des Endo-Systems integrieren. Aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte haben die Motoren ein Gewicht von nur 18 g. Der Motor wurde mit einem zweistufigen, sehr laufruhigen Stirnradgetriebe kombiniert, das ein Untersetzungsverhältnis von 11,9:1 aufweist und zusammen mit dem Motor eine nur 33 mm lange Antriebseinheit ergibt. infoDIREKT606ei0415 elektronik industrie 04/2015 53 Bild : Bi cke r El ekt ron ik Medizinelektronik Eine normgerechte Stromversorgung ist Grundlage für eine erfolgreiche Zulassung des Medizingerätes und essenziell für den Schutz des Bedienpersonals. Power+Board-Bundles Laborgeprüfte Netzteil-Mainboard-Kombination Bicker Elektronik erweitert sein Power+Board-Programm um zwei Mainboard-Hersteller. Neben den Industrie-Mainboards von Fujitsu aus deutscher Fertigung stehen nun auch Bundles mit Embedded-Mainboards von ASRock und Perfectron zur Verfügung. D as skalierbare Mainboard-Portfolio von Bicker umfasst nun vier Formfaktoren: 3,5-Zoll-ECX, mITX, µATX und ATX. Zudem erweitert Bicker sein Lieferprogramm um zahlreiche Zubehör-Produkte wie Embedded-Prozessoren, Industrie-RAM und Massenspeicher sowie Embedded-Module, Mini PCIe-Erweiterungskarten, Kühlkörper und Lüfter. Im Rahmen umfangreicher Tests im hauseigenen Labor werden die Industrie- und Medizin-Netzteile in Verbindung mit ausgewählten Mainboards umfassend geprüft, um sicherzustellen, dass die jeweiligen Kombinationen gut zusammen passen. Normalerweise müssen Entwickler von Embedded- und IPC-Systemen sehr viel Zeit in die Auswahl einer zuverlässigen NetzteilMainboard-Kombination und die anschließenden Testläufe investieren. Mit den bereits getesteten Power+Board-Bundles erhalten sie eine zuverlässige und langzeitverfügbare Lösung aus einer Hand, mit der sie Zeit und Kosten sparen. Auf der Website www.bicker.de ist beim jeweiligen Mainboard eine Testmatrix mit Netzteil-Empfehlungen hinterlegt. Testreports können die Entwickler für jede getestete Power+Board-Kombination anfordern. Unter anderem wird bei den Laborprüfungen auf Basis des „Power Supply Design Guide“ das Einschaltverhalten und Start-Up-Timing aller Ausgangsspannungen, die Einschaltstrom-Kennlinie, die Performance im Idle-Mode und unter Burn-In-Bedingungen analysiert und dokumentiert. Zudem wird das Systemverhalten bei statischer und dynamischer Nennbeziehungsweise Maximallast geprüft. Insbesondere stark schwankende Lasten, verursacht durch das Mainboard selbst oder andere Systemkomponenten, haben einen starken Einfluss auf die Stabilität der Ausgangsspannungen eines Netzteiles. 54 elektronik industrie 04/2015 Bei medizinisch-elektrischen Geräten sind die normativen Anforderungen an die Sicherheit in Form der IEC/EN 60601-1 3rd Edition sowie an das EMV-Verhalten (IEC/EN 60601-1-2) besonders differenziert und umfangreich. Eine normgerechte Stromversorgung ist Grundlage für eine Zulassung des Medizingerätes sowie essenziell für den Schutz von Bedienpersonal (Means of Operator Protection MOOP) und Patient (Means of Patient Protection MOPP). Selbst im Fehlerfall muss dieser Schutz gewährleistet sein und kann nur durch Zusatzmaßnahmen erreicht werden: Die vorgeschriebenen Abstände zwischen Leitern und elektrischen Komponenten (Luft- und Kriechstrecken) sind bei MOPP um bis zu 60 Prozent größer als bei MOOP. Bei medizinischen Netzteilen nach IEC/EN 60601-1 ist eine doppelte Isolierung (2 × MOPP) zwischen Primär- und Sekundärkreis mit einer Durchschlagfestigkeit von 4 kVAC gefordert. Bei Medizin-Netzteilen müssen beide eingangsseitigen ACNetzzuleitungen (AC Phase / AC Neutral) mit einer Feinsicherung gegen Überlast und Kurzschluss abgesichert werden. Wegen der größeren Abstände und der zusätzlichen Isolationsmaßnahmen fallen medizinische Netzteile für Applikationen im Patientenumfeld physikalisch etwas größer aus als Standardnetzteile. Gleichzeitig müssen medizinische Schaltnetzteile in verschiedensten Bauformen immer kleiner und effizienter werden. Heute lassen sich Wirkungsgrade mit über 90 % erreichen. (ah) n Der Artikel beruht auf Presseunterlagen von Bicker Elektronik. infoDIREKT 621ei0415 www.elektronik-industrie.de Medizinelektronik Für schnelles Schalten von Point-of-Load-Wandlern Der synchrone Buck-/Abwärts-Schaltregler ISL8002B von Intersil stellt mit 2,7 bis 5,5 V Eingangsspannung bis zu 2 A Dauerstrom am Ausgang bereit. Seine 2 MHz Schaltfrequenz sorgen für ein sehr gutes Transientenverhalten, und die Hauptfunktionen – programmierbarer Soft-Start, Ausgangs-Tracking und Sequenzierung von FPGAs und Mikroprozessoren – erhöhen die Systemzuverlässigkeit für Pointof-Load-Wandler unter anderem in medizinischen Geräten, der Netzwerktechnik und der Instrumentierung. Zu den neuen Funktionen des ISL8002B zählen zum Beispiel das Tracking des Ausgangs und die Ablaufsteuerung (Sequenzierung) von FPGAs und MPUs, die ein richtiges Hoch- und Herunterfahren empfindlicher Versorgungsschienen gewähr- leistet. Die Ausgangsschienen sind konfigurierbar für zufällige, ratiometrische oder sequenzielle Einstellungen, um sicherzustellen, dass die internen ESD-Dioden der FPGAs oder MPUs nicht vorgespannt (biased) sind oder bei ansteigenden beziehungsweise abfallenden Ausgängen überlastet werden. Die Unterspannungsabschaltung des Reglers und weitere Schutz-/Stabilisierungsfunktionen (Überspannung, Überstrom, Unterspannung, negativer Strom, Übertemperatur und Kurzschluss) schützen das System vor Schäden, wenn unerwünschte elektrische Störungen auftreten. Und der einzigartige Schutz vor negativen Strömen verhindert Schaltversagen. Durch integrierte High-Side-PMOS- und LowSide-NMOS-MOSFETs mit niedrigem Bild: Intersil Synchroner Abwärtsregler Der synchrone Abwärtsregler ISL8002B mit Ausgangs-Tracking und Sequenzierung ist unter anderem geeignet für medizinische Geräte. RDS(on) erübrigt der Regler einen BootstrapKondensator und eine Diode. Sein hoher Wirkungsgrad erlaubt den Einsatz kleiner Induktivitäten, was den Platzbedarf der Leiterplatte weiter verringert. Mit 2 mm × 2 mm ist die Gehäusegröße des Reglers sehr kompakt. (ah) n infoDIREKT 676ei0415 PCIe /104-Single-Board-Computer SBC auf Basis der dritten Generation von Intel-Core-i7-3517UE-Prozessoren Bild: ADL Emb e dded Solu tions SBC, basierend auf Intels Core-i73517UE-Prozessor der dritten Generation in Verbindung mit dem QM67-PCH-Chipsatz. ADL Embedded Solutions bietet mit dem ADLQM67PC-3517UE eine LowPower-Erweiterung seiner PCIe/104-Single-Board-Computer (SBC) der ADLQM67PC-Familie an. Der SBC basiert auf Intels Core-i7-3517UE-Prozessor der dritten Generation in Verbindung mit dem QM67-PCH-Chipsatz. Die dritte Pro zessorgeneration integriert Intels HD4000-Grafikeinheit mit AVX2-Befehlssatz (Advanced Vector Extensions) sowie den Speichercontrollerfunktionen des traditionellen GMCH. Mit 1,7 GHz getaktet, hat www.elektronik-industrie.de der i7-3517UE-Prozessor eine geringe Leistungsaufnahme (Thermal Design Power, TDP) von 17 W. Weiterhin verfügt er über einen digitalen 16-Bit-I/O-Port, separate VGA-, LVDS,- HDMI- und DisplayPort-Schnittstellen sowie über einen Arbeitsspeicher mit bis zu 8 GByte DDR31066/1333-DRAM. Darüber hinaus zeichnet er sich durch ein breites Schnittstellenangebot aus. Dazu gehören acht USB 2.0-, zwei RS232-COM- und zwei bootfähige Ethernet-LAN-Ports mit 10/100/1000 MBit/s. Hinzu kommen Anschlüsse für PS/2-Tastatur und -Maus, ein 7.1-KanalHD-Audio-Interface mit SPDIF-Ein-/Ausgängen, analoger Line-in/Line-out sowie ein Bottom-Stacking-Typ-1-PCIe/104- V2.01-Bus mit einem Durchsatz von 5 GT/s (Gigatransfers/Sekunde). Weitere technische Merkmale sind ein Hardware-Monitor mit API, ADL, SST (System Sensor Technology) und Watchdog-Timer. Der 115 × 96 mm2 große SBC wird mit einer Versorgungsspannung von 5, 12 oder 5 V suspensed betrieben. Er läuft unter Microsoft-Betriebssystemen wie Windows XP, Windows XPe, Windows 7, Compact Embedded Support und Linux. Im Standardtemperaturbereich von -25 bis +75 °C arbeitet er. Erhältlich ist auch eine Version für den Temperaturbereich von -40 bis +85 °C. Geeignet ist der SBC für robuste Anwendungen, bei denen hohe Prozessorleistung mit geringem Batterie- oder Stromverbrauch entscheidend sind. Durch seine guten Grafikkfunktionen ist er auch prädestiniert für tragbare Medizingeräte der nächsten Generation. (ah) n infoDIREKT 678ei0415 elektronik industrie 04/2015 55 Aktoren Gelungene Familienpolitik Servocontroller mit einheitlicher Funktionalität Sechs verschiedene Servocontroller mit einheitlicher Funktionalität bildet die Escon-Familie von Maxon. Sie unterscheiden sich durch Leistung, Abmessungen und Anschlusstechnik und zeichnen sich durch hohe Benutzerfreundlichkeit und ein breites AnwendungsAutorin: Anja Schütz spektrum aus. Vorkonfektioniertes Kabel für die Inbetriebnahme. D ie kompakten, leistungsstarken 4-Quadranten-PWM-Servocontroller der Escon-Familie sind für die effiziente Ansteuerung von permanentmagneterregten, bürstenbehafteten DCund BLDC-Motoren (bürstenlose DC-Motoren) mit Hall-Sensoren bis etwa 700 W ausgelegt. Sie verfü- Eck-Daten Für mobile und verbrauchsoptimierte Anwendungen bieten die Escon-Servo controller mit ihrem sehr hohen Wirkungsgrad von 95 % gute Voraussetzungen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche. Für den Betrieb sind keine zusätzlichen externen Filter oder Motordrosseln notwendig und für die Inbetriebnahme stehen vorkonfektionierte Kabel als Zubehör zur Verfügung. Der Einsatztemperaturbereich erstreckt sich von -30 bis +81 °C. 56 elektronik industrie 04/2015 gen über sehr gute Reglereigenschaften und besitzen einen schnellen digitalen Stromregler mit großer Bandbreite für eine gute Motorstrom-/Drehmomentkontrolle. Driftfreies und dynamisches Drehzahlverhalten erlaubt einen Drehzahlbereich zwischen 0 und 150.000 min-1. Aus der hohen Abtastrate für den Motorstrom und die Drehzahl resultiert die hohe Bandbreite von Strom- und Drehzahlregler. 53,6 kHz beträgt die Abtastrate für den Motorstrom, das heißt, der Stromregler wird im Zeitraster von 18,6 µs gerechnet, was bis zu fünf Mal schneller als bei herkömmlichen Kontrollersystemen ist. Die Abtastrate für die Drehzahl beträgt 5,36 kHz, das bedeutet Tachospannung oder Inkrementalgeberzähler werden etwa alle 186 µs erfasst. Im Ergebnis bewirken www.elektronik-industrie.de Aktoren diese schnellen Abtastzeiten geringe Phasenverschiebungen im Strom- beziehungsweise Drehzahlreglerkreis, was letztlich diese hohe Bandbreite ermöglicht. Umfangreiche Funktionalitäten mit frei konfigurierbaren digitalen und analogen Ein- und Ausgängen bieten die Escon-Servocontroller und sie sind für dynamische Antriebslösungen mit hohen Anforderungen gut auf Maxon-Motoren abgestimmt. Sie können in diversen Betriebsmodi (Drehzahlregler, Drehzahlsteller, Stromregler) betrieben werden. Die Ansteuerung erfolgt über einen analogen Sollwert, der mittels analoger Spannung, externem oder internem Potentiometer, einem Fixwert oder mittels PWM-Signal mit variablem Tastverhältnis vorgegeben werden kann. Weitere Funktionalitäten sind beispielsweise die drehrichtungsabhängige Freigabe (Enable) oder Sperrung (Disable) der Endstufe oder das Beschleunigen und Abbremsen mittels definierter Drehzahlrampe. Durch einen digitalen Inkremental-Encoder (2-Kanal mit/ohne Line-Driver), einen DC-Tacho oder ohne Geber (I×R-Kompensation) lässt sich die Drehzahl regeln. Die kompakten, leistungsstarken 4-Quadranten-PWM-Servocontroller der Escon-Familie. Diagnose-Werkzeug für Inbetriebnahme und bei Störungen Über eine USB-Schnittstelle wird der Servocontroller mit dem PC verbunden und mittels der grafischen Benutzeroberfläche Escon Studio einfach parametriert. Eine Vielzahl von Funktionen und bedienerfreundliche Assistenten sowie ein automatisches Verfahren zur Abstimmung der Regler helfen während der Inbetriebnahme und bei der Konfiguration der Ein- und Ausgänge, Überwachung, Datenaufzeichnung und Diagnose. In einer Betriebsart nicht benötigte Eingaben werden nicht extra abgefragt. Das Resultat der Zuweisungen und die Verdrahtung des Escon-Controllers lassen sich speichern und als Diagramm ausgegeben. Escon Studio kann auch vom separat erhältlichen Escon-USB-Stick installiert werden. 1/3 Anzeige Analysieren und Optimieren mit COMSOL Multiphysics® JETZT VERFÜGBAR: APPLICATION BUILDER & COMSOL SERVER™ Besuchen Sie comsol.de/release/5.0 © Copyright 2014-2015 COMSOL Aktoren Tiefpass Zweipunktglied 1 Ts + 1 X Y G (s) Die Software ermöglicht es, Probleme bei der Inbetriebnahme und bei Störungen aufzudecken und zu untersuchen. Das Diagnose-Werkzeug schlägt automatisch ein geeignetes Vorgehen zur Lösung des Problems vor. Es analysiert Controller, Motor, Drehzahlgeber sowie Sensoren zum Detektieren der Rotorposition. Besonders nützlich bei der Inbetriebnahme ist die intelligente Überprüfung der Verdrahtung zwischen Controller und Motor. Vertauschte Signalleitungen und verwechselte Motorleitungen werden erkannt und vom Diagnosewerkzeug mit Korrekturvorschlägen beantwortet. Damit lassen sich auch Motoren mit unbekannten Daten und Anschlussbelegungen zuverlässig ohne zeitraubende Experimente an die Escon-Controller anschließen. Systemidentifikation und Parameterberechnung durch Autotuning Inbetriebnahme und Parametrierung der Reglerparameter gestalten sich häufig schwierig, da in der Praxis ein A-priori-Wissen über die Parameter des Systems, wie beispielsweise Massen, Reibungen und weitere meist nicht vorhanden ist. Eine rechnerische Bestimmung der Reglerparameter ist damit entweder nicht möglich, oder umständlich und zeitaufwendig. Um Umfangreiche Funktiodiese Problematik zu überwinden, bietet sich eine über Escon nalitäten mit frei konfiStudio geführte Inbetriebnahgurierbaren digitalen me an. Für den Stromregler Ein- und Ausgängen. werden die Stromreglerparameter ermittelt und für den Drehzahlregler anschließend die Drehzahlreglerparameter automatisch bestimmt. Dieses Autotuning ist ein modellbasiertes Selbsteinstellverfahren, das in den zwei Hauptschritten Identifikation des Systems und Berechnung der Reglerparameter erfolgt. Im Frequenzbereich findet die Systemidentifikation statt. Ein Dauerschwingungsverfahren ermittelt den Frequenzgang der Strecke. Ein in den Regelkreis eingefügtes Zweipunktglied regt den nichtlinearen Regelkreis, bei geeigneter Wahl der Parameter, zu chrakteristischen Eigenschwingungen an. Die Grundschwingungen am Eingang X und am Ausgang Y der Strecke werden gemessen. Deren Verhältnis nach Betrag und Phase liefert einen Punkt des elektronik industrie 04/2015 Bilder: Maxon Motor 1 Schleife zur Erzeugung der Dauerschwingung. 58 Strecke gesuchten Frequenzgangs. Ein adaptiver Algorithmus stellt die Verstärkung des Zweipunktgliedes automatisch so ein, dass eine stationäre Dauerschwingung am Ausgang der Strecke Y eine bestimmte Amplitude erreicht. Stellt man die Zeitkonstante T des Tiefpasses passend ein, dann wird auch die Phasenverzögerung des Systems eingestellt. Mit Änderungen von Verstärkung und der Zeitkonstanten lassen sich verschiedene charakteristische Frequenzen vorgeben. Dadurch erhält man weitere Werte nach Betrag und Phase für die Rekonstruktion des Frequenzganges der Strecke. Aus der so berechneten Übertragungsfunktion der Strecke lassen sich die Reglerparameter zum Beispiel nach der Methode der Polvorgabe berechnen. Per Knopfdruck kann man die passenden Regelparameter bestimmen. Die in der Praxis gewonnenen Erfahrungen zeigen, dass dieses automatische Einstellverfahren auch bei sehr unterschiedlichen Streckeneigenschaften zuverlässig die passenden Reglerparameter liefert. Dazu kann der Anwender die Reglerparameter je nach Anforderung als „soft“ oder „hard“ parametrieren. Die Einstellung soft führt zu einem langsamen jedoch gut gedämpften Regelverhalten. Im Gegensatz dazu führt die Einstellung hard zu einem wenig gedämpften aber schnellen Einschwingvorgang auf den Sollwert. Schutz gegen Überspannung Um sich gegen Überstrom, Übertemperatur, Unterund Überspannung, Spannungstransienten und Kurzschluss in der Motorleitung zu schützen, verfügen die Escon-Servocontroller von Maxon Motor über diverse Schutzbeschaltungen. Ebenso haben sie geschützte digitale Ein- und Ausgänge sowie eine einstellbare Strombegrenzung zum Schutz von Motor und Last. Der Motorstrom und die Ist-Drehzahl der Motorwelle lassen sich mittels einer analogen Ausgangsspannung überwachen. (ah/pet) ■ Autorin Anja Schütz Redakteurin bei Maxon Motor. infoDIREKT 607ei0415 www.elektronik-industrie.de Aktoren Asynchronmotoren betreiben Der dezentral konzipierte Frequenzum richter MW500 von WEG ist für den Betrieb von Asynchronmotoren in einem Leistungsbereich von 0,75 bis 7,5 kW aus gelegt und kommt für Netzspannungen von 380 bis 400 V in drei Baugrößen (A: 1,1 bis 1,5 kW, B: 2,2 bis 4 kW und C: 5,5 bis 7,5 kW) beziehungsweise für 200 bis 240 V in einer Baugröße A von 0,75 bis 1,1 kW auf den Markt. Die besonders robuste Gehäuseausaus führung in Schutzart IP66 beziehungswei se in Nema 4X erlaubt es, den Frequenz umrichter direkt auf dem Motorklemm kastenrahmen oder mittels Adapterplatte an der Wand anzubringen. Damit kann der Anwender den MW500 nahe dem zu regelnden Motor installieren. Motor zuleitung und Schaltschrank sind somit überflüssig. Der MW500 unterstützt sowohl Span nungsvektorregelung (VVW) als auch U/f. Auch eine hohe Überlast von 150 % für 60 s kann das Gerät alle zehn Minuten tragen und in Umgebungstemperaturen Bild: WEG Umrichter zur Motor- und Wandmontage Der dezentral konzipierte Frequenzumrichter MW500 von WEG ist für den Betrieb von Asynchronmotoren in einem Leistungsbereich von 0,75 bis 7,5 kW ausgelegt. bis 40 °C (Wandmontage) beziehungswei se 50 C (Motormontage) eingesetzt wer den. In der Standardversion verfügt der MW500 über einen PID-Prozessregler und eine integrierte SPS mit zahlreichen Pro grammierfunktionen. Im Gerät ist bereits ein EMV-Filter gemäß EN 61800-3 integ riert, Ausführungen für die Kategorien C2 und C3 sind optional. Auch ein analoges Drehzahlsollwert-Potentiometer ist im Umrichter enthalten, mit dessen Hilfe sich die Drehzahl eines Asynchronmotors ohne die Notwendigkeit eines Bedienfelds regeln lässt. Wenn gewünscht, können Anwender das Gerät jedoch über ein optionales in tegriertes Bedienfeld (HMI) – auch als Ausführung mit Fernbedienung erhältlich – intuitiv bedienen. Drei LEDs auf der Oberseite des Umrichters zeigen die Zu stände Betriebsbereit, Alarm und Fehler farblich an. Darüber hinaus lässt sich op tional auch noch ein Netztrennschalter für eine einfache und sichere Wartung ein bauen. Eine spezielle Lackierung schützt die Elektronikplatinen des Frequenzum richters MW-500 vor Staub, Feuchtigkeit und Chemikalien. Der Umrichter ist cULund CE-zertifiziert. (ah) n infoDIREKT 658ei0415 Mit 3-Phasen-Gate-Treiber und B6-Powermodul Kompakter Servo-Treiber-Chipsatz Bild: Trinamic Die B6-Brücken von Bosch passen zu der BLDC-, PMSM-Gate-Treiber Familie von Trinamic. Die Kombination eines Gate-Treibers von Trinamic und einer B6-Brücke von Bosch ist ein Paket für industrielle BLDC- und PMSM-Antriebe bis 1,5 kW. Der TMC 6130-Treiber und der Brückenbaustein MB0413A bilden zusammen ein Paket für www.elektronik-industrie.de Motorleistungen bis 1,5 kW bei einer Versorgungsspan nung von 24 V f ü r a l le Anwendungen, in denen die verfügbare Leiterbahnfläche limitiert ist und zum einen eine gute Entwärmung sowie eine geringe Verlustleistung gefordert sind. Während diskret aufgebaute B6- Endstufen dieser Leistungsklasse erheb liche Kosten bei der Montage der Ent wärmung verursachen, können die Multi chip-Power-Packages von Bosch einfach maschinell bestückt werden und im Nach gang durch die großen thermischen Kon taktflächen über einen rückseitig auf der Platine montierbaren Kühlkörper oder auch direkt über die Gehäuseflächen zuverlässig gekühlt werden. Kurze Leiterbahnlängen zu den Gates und gut abgestimmte Gate-Treiber ermög lichen Designs mit deutlich niedrigerer elektromagnetischer Abstrahlung als mit diskreten Endstufen und ersparen so auf wändige EMV-Schutzbeschaltung. Um ein schnelles Design-In zu ermög lichen, liefert Trinamic ein Evaluations-Kit mit Desktop-Software zur Suche und Optimierung der Parameter. (rao) n infoDIREKT 200ei0415 elektronik industrie 04/2015 59 Aktoren Linearversteller Präzise Positionierung für 13 und 26 mm Stellweg ysik : Ph Bild Die Verstellerserie Q-545 von Physik Instrumente vereint hohe Kraft, kleine Bauform und präzise Positionierung für 13 und 26 mm Stellweg. Das Antriebsprinzip der Linearversteller beruht dabei auf den kompakten piezoelektrischen Trägheitsantrieben. Bei nur 45 mm Breite erreichen die Linearversteller eine Kombination von Kraft und Positioniergenauigkeit, die mit konventionellen Antriebsprinzipien wie DC- oder Schrittmotoren nicht möglich ist. Die Halte- beziehungsweise maximale Vortriebskraft liegt bei 8 N, die maximale Geschwindigkeit beträgt 10 mm/s. Da der Piezomotor im Stillstand selbsthemmend ist, muss er nicht bestromt werden und erwärmt sich nicht. In seinem kompakten Bauraum enthält der Q-545 Präzisionskomponenten wie Kreuzrollenführungen mit Käfigzwangssteuerung, die eine hohe Ablaufgenauigkeit von ±50 µrad bei 13 mm Stellweg ermöglichen. Für den geregelten Betrieb sind die Versteller mit einem optischen Linearencoder ausgestattet, der eine Auflösung von 1 nm erreicht. Das Längenmesssystem ist wie der Motor zentral zwischen den Führungen angeordnet. Das ermöglicht eine parallaxefreie Positionsmessung. In Kombination mit dem piezoelektrischen Trägheitsantrieb lassen sich so kleinste Schrittweiten von wenigen Nanometern stabil und wiederholbar erzielen. Optional ist die Q-545-Serie auch für Vakuumbedingungen bis 10-9 hPa erhältlich. Die Positionsregelung der Q-545-Serie ist auf schnelle Punkt-zu-Punkt-Bewegungen ausgelegt. Sie erfolgt über den Motion Controller E-871. Über eine USBoder RS-232-Schnittstelle wird die Steuerung digital angesprochen und besitzt zahlreiche Parameter zur optionalen Optimierung des Einschwingverhaltens. Aufgrund ihrer Vernetzbarkeit lassen sich bis zu 16 Achsen gleichzeitig über eine Com- nte e rum Inst Die kompakte Verstellerserie Q-545 ermöglicht eine hohe Ablaufgenauigkeit von ±50 µrad bei 13 mm Stellweg. puterschnittstelle ansteuern. Die schnelle Inbetriebnahme und Systemkonfiguration erfolgt über das im Lieferumfang enthaltene Programm PIMikromove. Eine Implementierung in bereits bestehende Umgebungen ist über Labview-Treiber und DLLs möglich. Für einen ungeregelten Betrieb steht die Treiberelektronik E-870 zur Verfügung. Diese Treiberelektronik ist ebenfalls speziell auf die Anforderungen von Trägheitsantrieben abgestimmt. Eine Endstufe kann in einem Gerät bis zu vier Kanäle seriell ansteuern, wodurch auch die Anschaffungskosten sehr gering gehalten werden können. (ah) n infoDIREKT 664ei0415 MCU-Familie der K inetis-V-Baureihe Designverbesserungen bei digitalen Motorsteuerungen Die Kinetis-KV5x-Mikrocontroller-Familie von Freescale Semiconductor nutzt das Leistungspotenzial des ARM Cortex-M7- Kerns und ermöglicht Designverbesserungen bei digitalen Motorsteuerungen. Der Umstieg auf Systeme mit digitaler Steuerung und sicheren Netzwerkfunktionen eröffnet große Chancen für Energieeinsparung. Im Kinetis-Mikrocontroller KV5x integriert finden sich ein IEEE-1588-EthernetController, ein Kryptografiebeschleuniger mit Zufallsgenerator und eine Memory Protection Unit. Da Motoren oft in sicherheitskritischen Umgebungen wie Prozesssteuerungen in der industriellen Fertigung eingesetzt werden, können Entwickler mit 60 elektronik industrie 04/2015 solchen Funktionen neue Dienste über die Infrastruktur des IoT implementieren, gleichzeitig Systeme aber gegen fehlerhafte Eingangssignale schützen, die zu ungewünschten Betriebszuständen führen könnten. Im Herzen der KV5x-Produkte ist ein 240-MHz-ARM-Cortex-M7-Kern mit Single-Precision-Floating-Point Unit. Der Programmcode wird aus einem bis zu 1 MByte großen, auf dem Chip integrierten Flashspeicher über eine 256 Bit breite Schnittstelle abgearbeitet, um CPU-Wait states zu minimieren. 128 kByte DTCMSpeicher (Data Tightly Coupled Memory) und 64 kByte ITCM-Speicher (Instruction TCM) sorgen für eine leistungsstarke und deterministische Verarbeit ung und gewährleisten sehr gute Echtzeitreaktionen auf Motorgeschwindigkeit und Positionsdetektion. Mit vier 12-Bit-Hochgeschwindigkeits-A/Ds, von denen jeder 5 MSample/s bewältigen kann, kann die Kinetis KV5x MCU-Familie voll asynchrone Drehstrom-Motorsteuerungen mit zwei dezidierten A/Ds und acht PWM-Kanälen pro Motor unterstützen. Zwei E-FlexPWMs mit je zwölf Kanälen erlauben eine Auflösung von 312 ps für die Ansteuerung von bis zu acht Leistungsstufen in Halbbrückenkonfiguration in Leistungswandleranwendungen. (ah) n infoDIREKT 662ei0415 www.elektronik-industrie.de Aktoren Power-Module Die IPM-Familie (Intelligent Power Module) von Rohm Semiconductor für energieeffiziente Antriebs- und WechselrichterAnwendungen besteht auf IGBT-basierten, für den Low- oder High-Speed-Betrieb optimierten Modulen sowie aus MOSFETbasierten IPMs, in denen der proprietäre Super-Junction-MOSFET von Rohm mit niedrigem Einschaltwiderstand zum Einsatz kommt. Entwickler von weißer Ware und Industriemotoren erhalten hierdurch eine Vielzahl kosteneffizienter Designoptionen. Die Palette umfasst 600-V-IGBTIPMs für 10, 15 und 20 A. Anwendungen mit eingebauten Antrieben verlangen nach Kompaktheit, einem hohen Integrationsgrad und Zuverlässigkeit. Darüber hinaus wird Langlebigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen erwartet. Diese hochfunktionale IPMSerie vereint mehrere Bauelemente wie etwa Gatetreiber, Bootstrap-Dioden, IGBTs beziehungsweise MOSFETs, Frei- laufdioden sowie verschiedene Schutzfunktionen in einem einzigen kompakten HSDIP25-Gehäuse. Mit einer ganzen Reihe von proprietären Technologien und Materialverbesserungen bieten die Bauelemente Eigenschaften, die die Stromüber wachung ermöglichen und der Wärmeableitung und dem zuverlässigen Betrieb zugutekommen. Bei erhöhter Nennleistung werden die Verluste deutlich verringert, und dies bei niedriger ebenso wie bei hoher Ausgangsleistung. Dank ihrer SOI-Technologie (Siliconon-Isolator) zeichnen sich die Module durch erhöhte Hochspannungsfestigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen Leckstrom sowie Latch-up-Schutz aus. Außerdem enthalten die ICs eine umfassende Ausstattung an Schutzfunktionen wie etwa eine Strombegrenzung für die Bootstrap-Diode, einen Unterspannungsschutz für die potenzialfreie Stromversorgung, einen Fehlerausgang, eine Bild: Rohm Hochleistungsfähige Schalt-Anwendungen für Antriebe und Wechselrichter Die IPM-Familie für Antriebs- und WechselrichterAnwendungen bietet viele Designoptionen. Übertemperatur-Abschaltung und einen Kurzschlussschutz. Zudem verfügen die IGBT-Versionen über eine Freilaufdiode, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Designer haben die Wahl zwischen verschiedenen Konfigurationen mit integriertem IGBT oder MOSFET. (ah) n infoDIREKT 660ei0415 IP-suite und referenzdesign Vereinfachte Motorsteuerungsentwicklungen Das Smartfusion2-SoC-FPGA-Entwicklungskit von Microsemi zur Steuerung zweiachsiger Motoren wird sofort einsatzfähig geliefert. Zum Lieferumfang gehören ein kompaktes Evaluation Board (Hardware), Zugang zu Microsemis verschlüsselter Motor-Control-IP und eine Lizenz der Libero Gold Edition (Software) zum unmittelbaren Beginn der Entwicklungsarbeiten. Das Kit beinhaltet eine modulare Smartfusion2-SoC-FPGA-Tochterkarte, die den Anwendern die einfache Partitionierung ihrer Motorsteuerungslösung für ausschließlich auf Hardware oder auf Hardware/Software basierenden Implementierungen ermöglicht. Dabei kommen die modulare Motorsteuerungs-IP-Suite und die ARM Cortex M3 MCU in Smartfusion2 zum Einsatz. www.elektronik-industrie.de Gut geeignet ist das Starterkit für Kunden, die eine skalierbare mehrachsige Motorsteuerung sowie eine höhere Leistungsfähigkeit als ein MCU/DSP-basiertes Kit brauchen und noch zusätzliche Systemfunktionen in ein FPGA integrieren müssen. Mit dem Entwicklungskit erhalten Anwender eine flexible Entwicklungsplattform zum Skalieren von Motor/Bewegungssteuerungslösungen für Standardund Premium-AC-Antriebe sowie für kundenspezifische Schritt-/Servomotor applikationen. Smartfusion2 mit Microsemis Motorsteuerungs-IP ermöglicht es, die CPU/ DSP-Verarbeitung in das FPGA auszulagern, um dadurch ein schnelleres Parallel Processing zu erreichen. Die modulare IP-Suite im FPGA erlaubt es, entweder zwei BLDC/Schrittmotorkanäle mit dem Motorsteuerungskit zu treiben (während die IP bis auf sechs Achsen skalierbar ist) oder die Motor-Leistungsfähigkeit auf 30.000 Umdrehungen pro Minute (min-1) anzuheben. Die internationale Energieagenur IEA schätzt den Energieverbrauch von Elektro motoren auf einen Anteil von über 45 % der gesamten elektrischen Energie. Vor diesem Hintergrund ist es besonders vorteilhaft, dass SoC-FPGAs Smartfusion2 den Energieverbrauch aller Bauteile um über 50 % senken und die statische Leistungsaufnahme gegenüber SRAM-basierten FPGAs um das Zehnfache reduzieren können. (ah) n infoDIREKT 661ei0415 elektronik industrie 04/2015 61 Aktoren Für Schrit t- und BLDC-Motoren bis zu 70 W Dauerleistung Flexibel einsetzbare Steuerung für EC-Motoren Speziell für kleine Schritt- und BLDCMotoren mit bis zu 70 W Dauerleistung ist die Steuerung CL3-E von Nanotec konzipiert. Als offene Platine mit einer Größe von nur 40 mm × 60 mm eignet sie sich sehr für den Einsatz in der Laborautomatisierung, da sie eine breite Anzahl von Anwendungen mit verschiedensten Motoren und Schnittstellen abdeckt. Das reicht von Open-Loop-Schrittmotoren, die autonom auf digitale Eingänge reagieren, bis hin zu hochdynamischen BLDC-Motoren mit Encoder, die über das CAN-Netzwerk interpoliert angesteuert werden. Auch die neuentwickelte sensorlose Closed-Loop-A nsteuerung von Schrittmotoren wird unterstützt. Mit einer Betriebsspannung von 12 bis 24 V und 3 ec not : Na Bild Die Steuerung CL3-E ist für kleine Schritt- und BLDC-Motoren mit bis zu 70 W Dauerleistung konzipiert. A Nennstrom sowie 6 A Spitzenstrom ist diese kostengünstige Platine sehr gut geeignet für Miniatur-BLDC-Motoren und Schrittmotoren bis Baugröße Nema 23. Die CL3-E ist über USB, CANopen oder RS232- beziehungsweise RS485-Schnittstellen ansteuerbar und verfügt über fünf Sehr gute Wärmeableitung durch beweglichen Magneten 4 kW starker Nano-Servo-Drive 62 elektronik industrie 04/2015 infoDIREKT 674ei0415 Miniatur-Voice-Coil-Aktor Kleiner Servo-Drive mit 200 % Effizienzsteigerung Mit nur 18 Gramm und weniger als 13 cm³ liefert der Nano-Servo-Drive Gold Twitter von Elmo Motion bis zu 4000 W Nennleistung, bei Nennströmen bis 50 A und Versorgungsspannungen bis 196 VDC. Die Kommunikation erfolgt über EtherCAToder CANopen-Schnittstellen in Echtzeit und erlaubt einen Mehrachsbetrieb. Zudem entspricht der Antrieb allen internationalen Standards in Bezug auf EMV und funktionale Sicherheit (STO). Die Effizienz konnte um 200 % gesteigert, die Größe um 75 % verringert und die Leistungsdichte um 400 % erhöht werden. Aufgrund seiner Robustheit ist es möglich, den Servo-Drive auf, neben oder im Motor, sowie auf sich bewegenden Lasten, zu montieren. So lässt sich hohe ServoPerformance sicherstellen sowie enorme Kosten für Hardware und Verkabelung einsparen. Er harmoniert mit jedem Servomotor, kann in Strom-, Geschwindigkeits- und allen Modi von Lageregelung betrieben werden, für Single-, Dual-Loop- Digitaleingänge, zwei Analogeingänge sowie drei Digitalausgänge. Zusätzlich ist es möglich, in der Programmiersprache NanoJ erstellte Ablaufprogramme direkt im Motorcontroller auszuführen. Die Programme werden über das Echtzeitbetriebssystem in 1-ms-Zyklen mit den digitalen Ein- und Ausgängen sowie den über den Feldbus empfangenen Anweisungen synchronisiert. So lassen sich einfache Applikationen ohne übergeordnete Steuerung realisieren, außerdem entlastet dies bei komplexen Anwendungen die übergeordnete Steuerung und verringert die Buslast. (ah) n und Gantry-Applikationen. Dabei werden alle gängigen Gebersysteme unterstützt. Der Gold Twitter Nano-Servo-Drive ist für den Einsatz in komplexen Applikationen prädestiniert, die auf kleinstem Raum hohe Regelungsgüte benötigen. Mit einer Größe von 35 × 30 × 12,8 mm passt der Antrieb auch in den kleinsten Bauraum, selbst mit ungünstiger Entwärmung, da der Servo-Drive mit der Fasst (Fast and Soft Switching Technology) -Schalttechnologie von Elmo ausgestattet ist, die einen Wirkungsgrad >99 % ermöglicht. (ah) n Der kleine und dennoch leistungsstarke lineare Voice-Coil-Aktor (VCA) Modell LAH04-10-000A L ergänzt das umfassende Portfolio an Magnetaktoren mit Gehäuse in den Größen von 9,52 bis 60,95 mm Außendurchmesser von BEI Kimco Magnetics. Alle Aktoren dieses Portfolios bieten Kunden eine Vielzahl an Hubwegen und Spitzenkräften an, Spezifikationen lassen sich zudem auf vielerlei Art anpassen. Eine Spitzenkraft von nahezu 1,8 N bei einem Außendurchmesser von lediglich 9,52 mm erreicht der Aktor. Mit einem Gesamtgewicht von 10,5 g erzeugt er bei einem Hubweg von 4 mm eine Kraft, die mehr als dem 20-fachen seines Gewichts entspricht. Seine geringe Größe und seine Bauart mit Gehäuse ermöglichen eine einfache Montage in größenkritischen Anwendungen. Durch seinen beweglichen Magneten bietet er zudem eine sehr gute Wärmeableitung. Da sich der Magnet bewegt, während die Spule fest bleibt, kann die von der Spulenbaugruppe erzeugte Wärme effektiv abgeleitet werden. Die gute Wärmeableitung und der Wegfall von beweglichen Drähten machen diesen VCA zu einer geeigneten Lösung für Anwendungen mit hohem Lastspiel. Alle systembedingten Vorteile der Voice-Coil-Technologie wie den Direktantrieb, hysteresefreien Betrieb und hochpräzise Bewegunge bieten diese Voice-Coil-Aktorenn. Zu den weiteren Vorteilen der Technologie zählen eine hohe Beschleunigung, der Wegfall von Schaltvorgängen und eine ausgezeichnete Auflösung. infoDIREKT 665ei0415 infoDIREKT 679ei0415 o Bild: Elm Mit nur 18 Gramm und weniger als 13 cm³ liefert der Nano-Servoantrieb Gold Twitter von Elmo bis zu 4000 W Nennleistung. www.elektronik-industrie.de Neue Produkte D-Sub-Hauben und Steckverbinder Schnelle und einfache Ver- und Entriegelung Bild: Conec E ine aufwändige Verschraubung der Haube zum Gegenstecker ist nicht mehr nötig. Die Steckverbinder sind mit integrierten, nicht verlierbaren Bolzen ausgestattet. Somit wird eine Langzeitverbindung ohne sich lösende Schrauben hergestellt. Durch den hör- und spürbaren „Klick“, ist eine Verriegelung auch an schlecht einsehbaren Geräteschnittstellen schnell und sicher hergestellt. Verfügbar sind die Snap-Lock-Hauben in schwarzem oder metallisiertem Kunststoff in den Gehäusegrö- infoDIREKT651ei0315 13-Megapixel-CMOS-Bildsensor Schalter für einen Frequenzbereich von 30 bis 6000 MHz Kompakter Chip sorgt für geringere Stromaufnahme Schalter auf Halbleiterbasis haben gegenüber mechanischen Schaltern oft Schwächen bei Isolation, im Frequenzbereich oder der Einfügungsdämpfung. Der Achtfachschalter von Telemeter Electronic vereint Vorteile von elektromechanischen und Pin-Dioden-Schaltern. Der Halbleiterschalter deckt durch seine obere Grenzfrequenz von 6 GHz die gängigsten kommerziellen Funkanwendungen wie GSM, DECT, UMTS, LTE und WLAN (IEEE 802.11a, b, g, h, n und ac) ab und ist auch für Forschungs- und allgemeine Laboranwendungen geeignet. Die besonders hohe Übersprechdämpfung erreicht fast die Werte eines Koaxialrelais. Der Schalter hat Dämpfungswerte von mindestens 75 dB bis 1000 MHz und mindestens 65 dB über 1000 MHz. Bei der Standardausführung sowie beim Modell mit Terminierung beträgt die Einfügedämpfung maximal 3 dB. Bestückt sind die Schalter mit SMA-Anschlüssen. Das VSWR beträgt 1,65 : 1. Sie sind nach MIL-Standard spezifiziert. Toshiba Electronics Europe stellt mit dem T4KB3 einen 13-Megapixel-BSICMOS-Bildsensor (BSI: Backside Illumination) mit einem optischen Format von 1/3,07 Zoll vor. Der Sensor ermöglicht die Videoaufnahme mit einer Bildrate von bis zu 120 fps bei FullHD-Auflösung (1080p). Stromsparende Schaltkreise senken den Energieverbrauch gegenüber dem Vorgängermodell T4K82 um 53 %. Damit verbraucht der Bildsensor nur 200 mW oder weniger bei 30 fps und vollem 13-Megapixel-Bildausgang. Die Bildhelligkeit wird durch einen Aufhell-Modus (Bright Mode) bis zu viermal erhöht. Ausgestattet ist der Sensor mit 8 kBit OTP-Speicher (One Time Programmable). Außerdem lassen sich zwei Objektiv-Shading-Korrektureinstellungen speichern. Dies ermöglicht unterschiedliche Korrekturdaten für den Innen- und Außeneinsatz. Er misst 8,5 mm × 8,5 mm mit Autofokus und 6,7 mm × 6,7 mm mit statischem Fokus. infoDIREKT 650ei0415 Bild: Toshiba Electronics Europe Achtfach-Halbleiterschalter infoDIREKT 652ei0415 Für Baugruppen aus rostfreiem Stahl Schwimmend gelagerte PEM-Einpressmuttern Schwimmend gelagerte PEM-Einpressmuttern für Baugruppen aus rostfreiem Stahl ermöglichen eine einfache Ausrichtung auf Passlöcher und liefern damit mehr Design-Flexibilität bei Anwendungen mit größeren Toleranzen. Die Einpressbefestiger von Penn Engineering lassen sich entweder mit nichtsichernden oder selbstsichernden Gewinden spezifizieren. Sie ermöglichen einen Ausgleich von bis zu 0,38 mm / 0,015 Zoll in alle Richtungen rund um das Zentrum. Das innovative Design der Elemente ermöglicht verbesserte Tragfähigkeit und besseren Halt in einer Baugruppe, da das aufnehmende Gewinde über die ganze Länge des Halteschafts reichen darf. Das Portfolio dieser Einpressbefestiger umfasst nichtsichernde Muttern vom Typ A4 (mit freilaufendem lastführendem Gewinde) und selbstsichernde Muttern vom Typ www.elektronik-industrie.de Bild: Penn Engineering Bild: Telemeter Electronic Conec hat sein Produktportfolio im Bereich der D-Sub-Hauben um Snap-Lock-Varianten ergänzt. Die Hauben sind mit einem Verriegelungssystem ausgestattet, welches eine schnelle Ver- und Entriegelung ermöglicht. ßen 1 bis 5. Je nach Polzahl sind sie mit zwei oder drei Kabelausgängen gerade und seitlich ausgestattet. Durch einen Nachrüstsatz sind auch bestehende Schnittstellen mit einer Snap-Lock-Haube kompatibel. Außerdem ermöglicht dieses System eine Haube-zu-HaubeVerbindung und es ist speziell für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Vibrationsund Schockfestigkeit wie sie zum Beispiel im Bahn- und Transportwesen gegeben sind, ausgelegt. Weitere Anwendungsfelder sind unter anderem die Bereiche Antriebstechnik, Gehäuse-Geräteanschluss, Kommunikationstechnik sowie die Steuerungstechnik. LA4 (mit sichernden Gewinde). Die verpressten Elemente gewähren ein zuverlässiges Trageverhalten in rostfreiem Stahlblech mit Stärken ab 0,97 mm / 0,038 Zoll und Härtewerten von maximal HRB 88 auf der Rockwell-B-Skala. Beide Typen sind in Gewindegröße M3 bis M5 beziehungsweise #4-40 bis #10-32 erhältlich. Die PEM-Einpressmuttern lassen sich einfach in entsprechend dimensionierte Löcher mithilfe einer Pemserter-Presse oder anderen Standardwerkzeugen installieren, die ausreichend Einpresskraft aufbringen. Dabei verankern sich die Einpressmuttern permanent in Position, wobei die dem Befestiger gegenüberliegende Seite bündig bleibt. Damit werden sie zu einem festen Bestandteil der Baugruppe aus rostfreiem Stahl. Weiterhin weisen sie ein wiederverwendbares und lastführendes Gewinde zur Aufnahme von passenden Bauteilen auf und sie verfügen weiterhin über eine hohe Drehmoment- und Ausdrückfestigkeit. infoDIREKT 258ei0115 elektronik industrie 04/2015 63 Neue Produkte Thermischer Schutz für Lithium-Akkus Rücksetzbarer TCO-Baustein mit flachem Gehäuse Bild: EKF Bild: TE Circuit Protection stein (Polymeric Positive Temperature Coefficient). In Batterieanwendungen bietet er einen rücksetzbaren Übertemperaturschutz, der den Akku abschaltet, wenn eine Störung erkannt wird. Ist die Störung beseitigt, setzt sich der Baustein automatisch zurück. Die MHP-TAM-Serie deckt verschiedene Öffnungstemperaturen in einem Bereich von 72 bis 90 °C (typisch) ab, die sich für den Batteriemarkt eignen. Sie sind zudem als Niederstromvariante (ungefähr 6 A bei 25 °C) oder als Hochstromversion (ungefähr 15 A bei 25 °C) erhältlich. infoDIREKT 654ei0415 Flacher und leichter 21,5-Zoll-Panel-PC 2 A / 5,5 V für FPGA-PoL-Anwendungen Industriesystem mit 10-Punkt-Multitouch Eine besonders kompakte synchrone-Abwärts-Schaltregler-Lösung mit 2 A / 5,5 V speziell für den Einsatz in FPGA-PoL-Anwendungen (Point-ofLoad) führt SE Spezial-Electronic mit dem Sync Buck Regulatur ISL8002B von Intersil im Programm. Output Tracking und Sequencing ermöglichen einen sicheren Start-up und Shut-down in empfindlichen Multi-Rail-Systemen. Um zu gewährleisten, dass die internen ESD-Dioden der FPGAs oder MPUs nicht vorgespannt oder während ansteigendem und abfallendem Output überlastet werden, sind die Ausgänge der Bausteine in die Betriebsmodi „ratiometric-start-up“, „coincidental voltage tracking“ und „output sequencing“ konfigurierbar. Die Unterspannungs-Abschaltung des ISL8002B und zahlreiche weitere Schutz-/Stabilisierungs-Funktionen hinsichtlich Überspannung, Über- und Unterstrom, negativem Strom, Übertemperatur und Kurzschluss schützen das System beim Auftreten eines unerwünschten elektrischen Störereignisses zuverlässig vor Schäden. Dank des sehr guten Transientenverhaltens und des hohen Integrationsgrades benötigt die komplette synchrone DC/ DC-Abwärtsregler-Lösung weniger als 65 mm² Montagefläche. Plug-In Electronic bringt mit dem dünnen und sehr kompakten Panel-PC MTC-2021 ein Industriesystem auf dem Markt, dass sich durch sein 21,5 Zoll großes Projected-Capacitive-Multitouch-Display mit 10-Punkt-Multitouch auszeichnet, welches auch mit Handschuhen zu bedienen ist. Dieser lüfterlose All-in-One-Panel-PC ist mit einem Full-HD-Display mit 1920 × 1080 Bildpunkten und im 16:9-Format ausgestattet und wird von einem verlustarmen Hochleistungs-IntelAtom-Quad-Core-E3845 als CPU betrieben. Die reichhaltigen Schnittstellen sind unter anderem zwei GBit-Ethernet-LAN, drei USB, sechs COM und acht GPIO mit einem optionalen 3G/4G/GPS/GPRS/Wi-Fi/ Bluetooth-Modul. Der Betriebstemperaturbereich von 0 bis +50 °C, der weite Eingangsspannungsbereich von 9 bis 28 VDC, die kratzfeste Displayoberfläche (7 H) sowie die Ablesbarkeit in hellem Sonnenlicht befähigen den Panel-PC für den Einsatz in besonders rauen industriellen Umgebungen und auch im Außenbereich. Zusätzlich schützt die nach Schutzart IP65 ausgelegte Frontblende des Rechners sein Innenleben vor Spritzwasser sowie Schmutz und Staub. Bild: Plug-In Kompakter synchroner Abwärtsregler infoDIREKT 655ei0415 infoDIREKT 651ei0415 Peripheriekarte für PICMG-Compact-PCI-Serial Neu im Vertrieb von Nova Elektronik XMC-Modulträger SMD-Polymerkondensatoren von Teapo Mit dem SK2-Session stellt EKF eine Peripheriekarte für PICMG-CompactPCI-Serial-Systeme vor, die als Träger für ein Mezzanine-Modul nach dem XMC-Standard dient. XMC-Module sind definiert durch die ANSI/VITA-Spezifikation 42 und gelten als Nachfolger der bekannten PMC-Module. Bei identischen Abmessungen verfügen XMC-Module jedoch über das PCI-Express-Interface. Der SK2-Session verfügt über einen 4-Lane 5-Gbps-PCI-Express-Redriver für optimale PCIe-Gen2-Signalintegrität. In jedem PCIe-x1-versorgten Steckplatz einer Compact-PCI-Serial-Backplane läuft die Karte. Abhängig vom eingesetzten XMC-Modul wird für optimalen Durchsatz der Einsatz des SK2-Session in einem PCIex4-Slot empfohlen (zum Beispiel Compact-PCI-Serial Fat Pipe Slot). Die SMD-Polymerkondensator-Serien VB (Low Profile) und VS (lange Lebensdauer, niedriger ESR) des taiwanesischen Herstellers Teapo gibt es mit Werten von 39 bis 1200 µF und 2,5 bis 25 V Lebensdauern von 2000 oder 5000 Stunden bei 105 °C Lebensdauer. Der Distributor Nova Elektronik hat die Produkte ab Lager lieferbar, ebenso das Entwicklerkit CSP-01. Fortschrittliche Applikationen stellen steigende Anforderungen an die Komponenten, zum Beispiel exzellente elektrische und thermische Belastbarkeit, lange Lebensdauer, hohe Leitfähigkeit, niedriger ESR, extreme Temperaturen, geringe Erwärmung durch einen kleinen Innenwiderstand, geringe Verlustleistung, Nennkapazität unabhängig von Spannung und Temperatur. Genau für diese Aufgaben hat Teapo seine neuen SMD-Polymer kondensatoren optimiert. infoDIREKT 653ei0415 64 elektronik industrie 04/2015 Bild: Nova Elektronik Bild: SE Spezial-Electronic Die MHP-TAM-Bausteine von TE Circuit Protection besitzen ein sehr flaches Gehäuse (5,8 mm × 3,85 mm × 1,15 mm maximal) und sind für eine hohe Betriebsspannung von 9 VDC ausgelegt. Möglich sind zwei Strombelastbarkeiten sowie mehreren Abschalttemperaturen. Der thermisch aktivierbare Mikrobaustein (TAM) ist eine platzsparende Thermosicherung (TCO), die Entwicklern dabei hilft, die steigenden Anforderungen hinsichtlich der Spitzenströme bei Verbraucherprodukten zu erfüllen. Unter Verwendung der Metall-Hybrid-PPTC-Technologie (MHP) vereint der MHP-TAM-Baustein einen Bimetallschutz in Parallelschaltung mit einem PPTC-Bau- infoDIREKT 751ei0415 www.elektronik-industrie.de Dynamische Regelkreis-Kompensation 600-V-GaN-Transistor 50-A-PoL-Gleichspannungswandler Effiziente Wechselrichter bis zu 3 kW Die aus digital geregelten 50-A-PoL-Gleichspannungswandlern (Point-ofLoad) bestehende Serie OKDx-T/50 von Murata Power Solutions können aus einem nur 30,85 × 20,0 × 8,2 mm3 messenden Modul 50 A beziehungsweise 165 W bereitstellen. Die Wandler sind in drei verschiedenen Gehäuseformaten lieferbar und lassen sich mit PMBus-Befehlen konfigurieren und überwachen. In ihrem Footprint entsprechen die PoLWandler der von Murata im September vorgestellten 40-A-Serie OKDxT/40, weisen aber eine um 25 % höhere Leistungsdichte auf. Zusätzlich zu den Features der 40-A-Serie zeichnet sich die neue Reihe durch eine dynamische Regelkreiskompensation aus. Das nichtlineare Einschwingverhalten reduziert die Ansprechzeit und die Abweichung der Ausgangsspannung. Der 600-V-GaN-Transistor (Galliumnitrid) TPH3205WS von Transphorm mit niedrigem R(on) und Quiet-Tab-Anschlusskonfiguration ermöglicht sehr effiziente Wechselrichter bis zu 3 kW und Stromversorgungen, die ohne parallele Transistoren auskommen. In einem TO-247-Gehäuse verfügt der Transistor über einen On-Widerstand von 63 mΩ, die maximale Strombelastbarkeit beträgt 34 A. Er nutzt das Quiet-Tab-Anschlusskonzept, das elektromagnetische Störungen bei hohen Anstiegsgeschwindigkeiten (dv/dt) reduziert, um geringe Schaltverluste und einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb in Netzteil- und Wechselrichterschaltungen zu ermöglichen. Der Baustein erweitert das EZ-GaN-Produktportfolio, das nun PV-Wechselrichter mit Leistungsstufen von einigen 100 W bis zu mehreren kW unterstützt. infoDIREKT Bild: Transphorm Bild: Murata Power Solutions Neue Produkte infoDIREKT 642ei0115 656ei0415 Digitaler PWM/PFM-Universal-PMIC Programmierbare Power-Technologie und vier Ausgänge 125 °C. Er liefert programmierbare LDO-Spannungen von 3,3, 2,8, 2,5 oder 1,8 V und 5-GPIOKonfigurationen für eine schnelle Systemintegration zum Beispiel für Fehlermeldungen oder die Sequenzsteuerung. Wie der XRP7724 bietet er einen Einfacheingang für 4,75 bis 5,5 V sowie 5,5 bis 25 V und vier Ausgänge für 0,6 bis 5,5 V. Es ist ein Abwärtsschaltregler-Controller für Schaltfrequenzen von 105 kHz bis 1,23 MHz mit integrierten Gatetreibern und Zweifach-LDOAusgängen. An einem LDO sind vier Spannungswerte einstellbar. Er bietet Systemmonitoring, dynamische Steuerung und die Konfiguration mittels I2C-Interface. infoDIREKT 657ei0415 Performance-Oszilloskop Investition Tektronix zeigt 70-GHz-Echtzeit-Oszilloskop Neue SMT-Linie Beim Asynchronous Time Interleaving (ATI) getauften Ansatz laufen die kompletten Eingangssignale durch zwei parallele und zeitversetzte Signalketten, statt sie einen hoch- und einen tieffrequenten Anteile aufzusplitten. Allein dadurch erhöht sich der Rauschabstand um 3 dB. Das nun vorgestellte DPO70000SX erreicht eine Abtastrate von 200 GSample/s mit einer Auflösung von 5 ps/Messpunkt und erfasst damit Bandbreiten bis 70 GHz mit einer Anstiegszeit unter 6 ps. Die Empfindlichkeit reicht von 100 mVFS bis 300 mVFS. Als vertikales Rauschen verzeichnet das Datenblatt 0,75 % bei 300 mVFS, das Jitter-Rauschen liegt bei 100 fs. Die effektive Auflösung ENOB (Effective Number of Bits) beträgt mehr als 4,8 Bit bei mehr als 200 mVFS und ist bei 100 mVFS immer noch besser als 4,2 Bit. Als Rauschabstand werden 34 dB angegeben. Trotz der aufwändigen Signalverarbeitung bleibt die Baugröße mit 3 HE im 19-ZollFormat sehr kompakt. Es ist zwar ein Display integriert, für die eigentliche Messarbeit empfiehlt Tektronix aber einen externen Monitor, Maus und Tastatur, oder den hauseigenen USB-Controller. Damit kann das Oszilloskop selbst näher am Testobjekt bleiben, was kürzere Kabellängen ermöglicht. Das Gerät lässt sich sogar kopfüber aufstellen: Dann liegen die Anschlüsse beider Oszilloskope sehr nahe beieinander, um mehrkanalige Messungen zu verbessern. Weitere Details sind in der Online-Fassung zu lesen und in der kommenden Ausgabe „Messtechnik + Sensorik“ unserer Schwesterzeitschrift elektronik journal. Der Fertigungsdienstleister Abatec hat 1,7 Millionen Euro in eine neue SMT-Linie im österreichischen Mariapfarr (Salzburg) investiert. Damit kann das Unternehmen nun Bauteile in den Größen von 0,3 × 0,15 mm2 (03015m) bis 200 × 125 × 25 mm3 realisieren. Durch die Kennzeichnung an den Bauteilgurten lassen sich alle Bauteile der jeweiligen Baugruppe zweifelsfrei zuordnen: Die Rüst- oder Nachrüstverifizierung erfolgt softwareüberwacht – das soll Fehlbestückungen und -rüstung ausschließen. Was Ende 2013 mit dem Austausch des ReflowLötofens (Typ: Rehm VXP+ 734) begann, findet zwei Jahre später durch die Installation von drei weiteren Bestückungsautomaten (Typen: ASM Siplace SX1) seine Fortsetzung und voraussichtlich im Jahr 2016 mit der Inbetriebnahme eines Lötpastendruckers sein vorläufiges Ende. Wesentliche Vorteile der neuen SMT-Linie sind unter anderem die deutlich bessere Bestückungsleistung (Benchmark-Leistung 56.000 BE/h), kaum Stillstandzeiten durch schnelle Vorrüstung und optimierte Rüstwechsel, die Selbstkalibrierung der Feeder und die optimale Austaktung der Bestückungsautomaten durch hochflexible Bestückköpfe. Der neue Reflow-Ofen weist eine hohe Prozessstabilität auf und kann, falls erforderlich, die exakte Stickstoffzufuhr der Lötung unter definierter Rest-Stauerstoff-Atmosphäre regeln. infoDIREKT www.elektronik-industrie.de 702ei0415 Bild: Abatec Bild: Tektronix Der von Eurocomp vertriebene Universal-PMIC XRP77128 verwendet die programmierbare Power-Technologie von Exar und bietet gegenüber dem XRP7724 zusätzliche Merkmale. Dazu gehören ein DrMOS-Ausgang (optional) zur Ansteuerung von DrMOSFETs, eine verbesserte Regelung der Ausgangsspannungen auf ±12,5 mV über den Betriebsspannungsbereich von -40 bis infoDIREKT 101ei0415 elektronik industrie 04/2015 65 Verzeichnisse/Impressum Inserenten Beta LAYOUT 5 COMSOL57 Conrad39 Digi-Key Titelseite, 2. US Dold9 Elektrosil35 Fischer3 Iriso21 LPKF31 Mesago PCIM 27 Mouser 4. US MTS8 41 National Instruments ODU47 PickeringTitelseite RECOM17 Richter45 Rigol19 Rosenberger37 ZF Friedrichshafen 11 Eurocomp65 Exar65 Exceet Electronics 42 Faulhaber52 Freescale Semiconductor 60 Göpel Electronic 33 32 Hacker Datentechnik Infineon Technologies 9 55, 64 Intersil Ipetronik28 Keysight Technologies 16 Kunze Folien 10 Labjack24 10 Linear Technology Macom34 Maxim Integrated 48 Maxon Motor 56 Meilhaus Electronic 24 Melexis47 9 Mentor Graphics Microsemi 9, 61 Micsig32 Murata Power Solutions 65 Nanotec62 8, 20 National Instruments Noffz Technologies 8 Nouvag52 Nova Elektronik 64 Panasonic Corporation 9 Penn Engineering 63 Physik Instrumente 60 12 Pickering Interfaces Pico Technology 24 Plug-In Electronic 64 Recom Power 10 Rehm65 Rohm Semiconductor 61 33 Rosenkranz Elektronik SE Spezial-Electronic 64 Sonovum42 Spansion8 Spectrum Systementwicklung 8 Teapo64 TE Circuit Protection 64 Tektronix65 Telemeter Electronic 63 Toshiba Electronics Europe 63 TQ-Systems44 Transphorm65 Trinamic59 Vitesse9 WEG59 Unternehmen Aaronia40 Abatec65 ADL Embedded Solutions 55 Alldaq32 Analog Devices 36 ARM9 ASM65 BEI Kimco Magnetics 62 54 Bicker Elektronik Bosch59 Cadence9 Cleverscope24 Conec63 Cypress8 EDMD Solutions 9 EKF64 Elmo Motion 62 Ettus Research 20 Impressum www.elektronik-industrie.de IHRE KONTAKTE: Neu Abonnement- und Leserservice: 46. Jahrgang Tel: +49 (0) 8191/125-777, Fax: -799 ISSN 0174-5522 Redaktion: Tel: +49 (0) 8191 125-830, Fax: -141 Anzeigen: Tel: +49 (0) 6221 489-363, Fax: -482 REDAKTION Chefredakteur: Dipl.-Ing. Hans Jaschinski (jj) (v.i.S.d.P.) Tel: +49 (0) 8191 125-830, E-Mail: [email protected] Redaktion: Dipl.-Ing. Andrea Hackbarth (ah) Tel: +49 (0) 8191 125-243, E-Mail: [email protected] Jennifer Cathrin Kallweit, Volontärin (jck) Tel: +49 (0) 8191 125-145, E-Mail: [email protected] Dr.-Ing. Achim Leitner (lei) Tel: +49 (0) 8191 125-403, E-Mail: [email protected] Dipl.-Techn. Red. Ina Susanne Rao (rao) Tel: +49 (0) 8191 125-494, E-Mail: [email protected] Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av) Tel: +49 (0) 8191 125-206, E-Mail: [email protected] Freie Mitarbeiter: Hans-Georg Hinzen (hgh), Kurt Peteler (pet) Office Manager und Sonderdruckservice: Waltraud Müller, Tel: +49 (0) 8191 125-408 E-Mail: [email protected] AnzeigeN Anzeigenleitung: Frank Henning, Tel: +49 (0) 6221 489-363 E-Mail: [email protected] Anzeigendisposition: Angelika Scheffler, Tel: +49 (0) 6221 489-392 E-Mail: [email protected] Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 44 vom 01.10.2014 Vertrieb Vertriebsleitung: Hermann Weixler Abonnement: http://www.elektronik-industrie.de/abo/ 66 elektronik industrie 04/2015 Jahresabonnement (inkl. Versandkosten) Inland € 178,69 Ausland € 193,67; Einzelheft € 19,00 zzgl. Versandkosten. Der Studentenrabatt beträgt 35 % Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt. Kündigungsfrist: Jederzeit mit einer Frist von 4 Wochen zum Monatsende. 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B. die Darstellung im Rahmen von Internet- und Online-Dienstleistungen, CD-ROM, CD und DVD und der Datenbanknutzung und das Recht, die vorgenannten Nutzungsrechte auf Dritte zu übertragen, d. h. Nachdruckrechte einzuräumen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen und dergleichen in dieser Zeitschrift berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zur Annahme, dass solche Namen im Sinne des Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen. Mit Namen oder Zeichen des Verfassers gekennzeichnete Beiträge stellen nicht unbedingt die Meinung der Redaktion dar. Es gelten die allgemeinen Geschäftsbedingungen für Autorenbeiträge. 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