07/2015 D 19067 · Juli 2015 · Einzelpreis 19,00 € · www.elektronik-industrie.de Was Entwickler wissen müssen STROMVERSORGUNGEN Das Lastsprungverhalten von Schaltnetzteilen exakt vorhersagen 20 AKTIVE BAUELEMENTE Echtzeit-Ethernet-Switch mit Fido5000-Baustein von Innovasic 30 OPTOELEKTRONIK Sharp integriert die Steuerelektronik in die LED für eine bessere Farbwiedergabe 38 AUSGANGSVERFOLGUNG UND SEQUENZIERUNG FPGA-Zuverlässigkeit erhöhen 12 e g zei An Editorial kühlen schützen verbinden EDITORIAL Runde Kühlkörper für die Leuchtenindustrie von Dr.-Ing. Achim Leitner Leuchtende Vorbilder D er Super Bowl XLIX war der 49. Super Bowl insgesamt seit Beginn seiner Austragung zwischen American Football League (AFL) und National Football League (NFL) und die 45. Auflage des Endspiels um die Meisterschaft zwischen der National Football Conference (NFC) und der American Football Conference (AFC): So nüchtern beginnt der Wikipedia-Eintrag über die 2015er-Ausführung des wohl weltweit größten Sportspektakels. Längst haben nicht nur die US-Amerikaner den Event für sich entdeckt. Wer sich nicht für American Football interessiert, wird vielleicht vom bombastischen Pausenprogramm angelockt: Bei Bruno Mars und den Red Hot Chili Peppers hatte die Übertragung noch mehr Zuschauer als beim eigentlichen Wettkampf. Sogar die TV-Spots beim Super Bowl sind legendär: Die Fernsehstationen erlösen hier Rekordbeträge, und die Werbetreibenden legen sich richtig kreativ ins Zeug. Dank ihrer Kurzfilmqualitäten kursieren viele Spots vorab schon online und regen zum Schmunzeln, Nachdenken und vielleicht sogar zum Kaufen an. Doch auch im Stadion muss die Technik stimmen. Wie unser Beitrag auf Seite 42 zeigt, konnte Ephesus Lighting gemeinsam mit Cree mit der Umstellung auf LEDLicht beeindruckende Einsparungen bei den Energiekosten erzielen. Die Entwickler profitieren auch davon, dass Leuchtdioden ohne Aufwärmphase auskommen und sich jederzeit ein- und ausschalten lassen. Ein weiterer Vorteil: das moderne Licht wirft weniger Schatten, was den Zuschauern im Stadion und am heimischen HD-TV zugutekommt. • Kombinierte Dreh-Fräsmaschinen zur Herstellung konischer Kühlkörperprofile • Thermische Analyse kundenspezifischer Entwärmungskonzepte • Individuelle mechanische Bearbeitungen angepasst auf Ihre Applikation Binnen weniger Tage hat sich übrigens der Sharp-Beitrag zu natürlicherem Licht aus LEDs (Seite 6 und 38) in seiner OnlineFassung auf Platz 1 der Abrufzahlen vorgekämpft: Das belegt, wie vorbildlich Entwickler und Lichtdesigner sich heute um das Thema Lichtqualität kümmern, auch ohne dass ihnen ein weltweites Millionenpublikum auf die Finger guckt... [email protected] 42 Von 1,24 Millionen auf 310.000 Watt senkt das neue Beleuchtungssystem den Energieverbrauch im University of Phoenix Stadium. www.elektronik-industrie.de Mehr erfahren Sie hier: www.fischerelektronik.de Fischer Elektronik GmbH & Co. KG 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: LED Professional in Bregenz 22. - 24. 09. 2015 Stand A 16 Juli 2015 12 märkte + technologien 0 6 07 08 Top 5 10 Zehn Jahre Intel Software Conference Code the Future News und Meldungen ZVEI Trendanalyse bis 2019 Weltweiter Mikroelektronikmarkt 20 24 16 26Batteriesimulator Simulation von Akkus mit Stromversorgungen im Zwei-Quadranten-Betrieb FPGA-Zuverlässigkeit erhöhen Ausgangsverfolgung und Sequenzierung Nahe an der Last Point-of-Load-Wandler mit hohem Wirkungsgrad 19Highlights Linear Technology, Hy-Line Power Components Rückspeisefähige Quellen/Senken Energiekosten in Labor und Testumfeld senken Highlights Bicker Elektronik, Powerbox aktive bauelemente 30 33 38 Samsung Electronics, Beck 42 Von High-Power und Highlights Super Bowl 2015 dank LED-Technologie in neuem Glanz 46 Attraktives Modell Einfach anzuwendender Konstantstromtreiber-IC für LEDs modulare messtechnik IC-Haus 50 In guter Nachbarschaft FPGA mit hoher Integration, Leistung und Sicherheit 53Highlights 50 4 Schnellere Maschinenentwicklung Testen mit Hardware-in-the-Loop, PXI und Labview-FPGA-Modulen Adlink Technology, Data Translation 54 HiL-Test Natürlicheres Licht aus LEDs Leuchtdiode mit einstellbarer Farbtemperatur 41Highlights Zertifizierter Multiprotokoll-Switch Echtzeit-Ethernet-Baustein unterstützt alle industriellen Protokolle 32Highlight Den Energiebedarf im Blick Die Leistungsgrenzen von ARM Cortex-M-Prozessoren erweitern optoelektronik Recom, Emtron 29 stromversorgungen 34 23Highlight coverstory 12 Niedrige Gesamtkosten bei hoher Performance Prognose des Lastsprungverhaltens von Schaltnetzteilen Streben nach dem Unmöglichen Null Fehler in der Leiterplatten herstellung 57Highlights Spectrum, Alldaq Da geht die Post ab Was hat eine Briefsortier anlage mit moderner Messund Prüftechnik zu tun? Aus Entwicklersicht sehr viel, schließlich brauchen sie ausgefeilte Hardwarein-the-Loop-Testsysteme. elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de Flex-Prototypen & kleine Serien 38 RUBRIKEN 03 Editorial Leuchtende Vorbilder 58 Highlights W+P Products, Seifert Elektronik, CTX Thermal Solutions, Microsemi 60 62 63 Neue Produkte 64 Reverse Engineering KW-SDR mit Preselektor und Soundkarte 66 66 Impressum Literatur Gewinnspiele Ineltek Inserenten-/Firmenverzeichnis NEU 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 Flexible Leiterplatten: Günstige Preise dank Pool-Produktion Online kalkulierbar • Made in Germany PCB-POOL® ist eine eingetragene Marke der www.pcb-pool.com Märkte + Technologien 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 Leuchtdiode mit einstellbarer Farbtemperatur 311ei0715 2 Motherboards von Fujitsu in Robotersteuerung 3 High-Speed-WLAN mit 60 GHz ist im Kommen 4 Embedded-Gerät mit Wi-Fi-Anbindung für das IoT 5 Kleine bürstenlose DC-Motoren per 8-Bit-MCU steuern 2 Aavid kauft die Kunze Folien GmbH 3 Timing-Analyse-Lösungen für eingebettete Echtzeitsysteme 4 40 % aller Embedded-Projekte sind verspätet 5 Gesellschafterwechsel bei Repro Elektronik 2 2,4-GHz-Keramikantenne mit 1,0 × 0,5 × 0,5 mm3 3 Gehäuselösungen für den direkten Einbau von Leiterplatten 4 Steckverbindersystem nach Baukastenprinzip 5 Einfacher Aufbau von Mini-ITX-Systemen Sharp Electronics 601ejl0515Fujitsu 503ejl0515Digi-Key 702ejl0515 Hy-Line Computer Components 703ejl0515Microchip NEWS 1 Jetzt also doch: Intel kauft Altera 705ei0615 Intel, Altera 704ei0615 Kunze Folien 110ejl0515Symtavision 716ejl0515Grammatech 110ei0715 Haug, Repro PRODUKTE 1 6 OLED-Entwicklungskits als Arduino-Shield 705ejl0515Densitron elektronik industrie 07/2015 650ei0715 SE Spezial-Electronic 114ejl0515Heitec 105ejl0515ODU 113ejl0515Advantech www.elektronik-industrie.de Märkte + Technologien TQ vergibt Award DISTRIBUTIONSVEREINBARUNG Obsolescence Management SE Spezial-Electronic vertreibt Kurz-Controller Bild: SE Spezial-Electronic Ein breites Spektrum industrieller und medizinischer Embedded-Applikationen decken die pinkompatiblen ARM-CortexM4-, A8- und A9-basierenden EmbeddedPanel-Controller (EPC) von Kurz Industrie-Elektronik ab, die SE Spezial-Electronic neu in ihr Vertriebsprogramm aufgenommen hat. Für Standalone- oder RTOS-Anwendungen eignet sich das mit einem TM4C129x-SoC von TI ausgestattete, optional mit zusätzlichem Flash und SDR AM bestückbare CPU-Modul EPC25. Mit ihm lassen sich Displays mit einer Diagonale von bis zu 17,8 cm (7 Zoll) flüssig ansteuern. Zudem stehen für die Programmierung umfangreiche Funktionsbibliotheken und Demoanwendungen zur Verfügung. Ein AM335x-SoC, das komplette Powermanagement, zusätzliches DDR3-SDRAM und NAND-Flash sowie einen Micro-SDSlot vereint das EPC35 auf 70 × 40 mm 2 Grundfläche. Das CPU-Modul wurde von Kurz Industrie-Elektronik vor allem im Hinblick auf eine möglichst einfache und kostengünstige Realisierung industrieller EchtzeitBussysteme entwickelt. Um die Möglichkeiten des AM335x vollständig ausnutzen zu können, stehen alle I/O-Signale sinnvoll gruppiert am 230-poligen MXMSteckverbinder des Moduls zur Verfügung. Derzeitiges Spitzenmodell ist das mit TQ-Systems hat elf Lieferanten und Herstellern den Obsolescence Management Award verliehen. Diese Auszeichnung vergibt TQ in diesem Jahr zum zweiten Mal. Die Preisträger zeichnen sich laut dem Unternehmen durch ihr proaktives Handeln im Umfeld von Bauteil-Abkündigungen aus und leisten damit einen wertvollen Beitrag, die Langzeitverfügbarkeit von komplexen Produkten sicherzustellen. Der TQ Obsolescence Award für besonders gute Unterstützung im Jahr 2014/2015 ging an EBV, Linear Technology, TTI, Geyer Electronic, Channel Microelectronic, Ecomal, Würth, Silica, PK Components, Petermann-Technik und Avnet Memec. infoDIREKT 112ei0715 EPC45 ist das derzeitige Spitzenmodul von Kurz Industrie-Elektronik. Embedded-Systems-Schulungskurse einem Cortex-A9-basierenden AM437xSoC bestückte EPC45-Modul, das sich unter anderem durch zusätzliche GPIOs und ADCs, ein Quad-SPI, zwei GBitEthernet-, zwei CAN- und fünf UARTPorts sowie zwei Kameraeingänge auszeichnet. Dank der vier Coprozessoren des Industrial-Communications-Subsystems (PRU-ICSS) können Schnittstellenprotokolle in Software implementiert und so zusätzliche FPGAs oder ASICs eingespart werden. Die PRU-Cores lassen sich auch für Signalverarbeitung, Messwerterfassung und Regelungsaufgaben nutzen. Die untereinander pinkompatiblen EPCFamilien sind für -40 bis +85 °C ausgelegt und auch für den mobilen Einsatz in Fahrzeugen geeignet. Für EPC35 und EPC45 sind Linux-BSPs verfügbar. (ah) ■ Embedded-Systems-Ingenieure und Softwareentwickler können sich ab November dieses Jahres mit einer Teilnahme an Lehrgängenweiterbilden, die ihnen bei der Realisierung sicherer und zuverlässiger Produkte helfen sollen. Die Barr Group gab Pläne bekannt, ihre Embedded-Systems-Schulungskurse erstmals auch international anzubieten, und zwar in München. Das Unternehmen hat sich auf anbieterneutrale Schulungskurse im Embedded-Systems-Bereich spezialisiert. Den Schwerpunkt bildet dabei die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Software für eine Vielzahl von Branchen, darunter die Sparten Automotive, Medizintechnik, Rüstung, Industrie, Consumer und Internet of Things. Die Kursteilnehmer profitieren dabei von der Praxiserfahrung und dem Branchenwissen der Instruktoren im Elektronikdesign, in der Softwareentwicklung sowie in der Computersicherheit. Gleichzeitig erlernen die Teilnehmer das Erstellen qualitativ hochwertiger Software, das Eliminieren von Firmware-Defekten und die Anwendung von Best Practices mit dem Ziel, ihre Embedded-Systeme sicher zu machen. infoDIREKT infoDIREKT 691ei0615 Jetzt auch in Deutschland Ausgangsverfolgung und Ablaufsteuerung für FPGAs & MPUs Der hoch integrierte und einfach einsetzbare synchrone Abwärtsschaltregler ISL8002B ist ein kompletter DC/DC-Wandler für anspruchsvollste Systeme. Er liefert dauerhaft bis zu 2 A Ausgangsstrom bei einer Eingangsspannung von 2,7 bis 5,5 V. • 2 MHz Schaltfrequenz für bestes Transientenverhalten • Programmierbarer Soft-Start • Kompaktes 2 mm x 2 mm, 8-Pin-TDFN-Gehäuse • Robuste Schutz- und Stabilitätsfunktionen intersil.com/products/isl8002b 111ei0715 Märkte + Technologien ZVEI Trendanalyse bis 2019 Weltweiter Mikroelektronikmarkt Der ZVEI hat in München seine Trendanalyse bis 2019 bekanntgegeben. So informiert der Verband über ein sehr gutes Wachstum in 2014. Für 2019 prognostiziert der ZVEI mehr Anteile Asiens am Mikroelektronikmarkt (59 % der Gesamtmarktanteile) und dass Autorin: Jennifer Kallweit China dabei eine zentrale Rolle spielt. Trend 4: Regionale Verschiebung Ausblick – Regionen Marktanteilsentwicklung Vergleich 2009 – 2014 – 2019 (gleitende 3-Monatsdurchschnitte) 60% Asien/Pazifik incl. China 40% 2009: 226 Mrd. Dollar 2014: 336 Mrd. Dollar 2019: 400 Mrd. Dollar Europa Japan 10% Bilder: ZVEI Welt Amerika p Europa Japan China Rest Asien Amerika 20% 0% 1986 mittleres jährliches Wachstum: China 1990 1995 2000 2005 200 2009 2014 2019 236 194 150 120 100 69 50 38 0 München, 2015/06/17 Folie 12 S Regionale Verschiebung Die Marktanteile haben sich seit 1986 stark verschoben, so waren bis 2000 Japan und Amerika die Nummer eins. Seit 2000 ist Asien am stärksten gewachsen, während alle anderen Regionen Marktanteile verloren, und verbraucht nun etwa 57 % der Produktion. Ein weiterer Rückgang von Europa und Japan ist auch 2008 zu sehen. Zur gleichen Zeit aber stockten Amerika und Asien wieder auf. China allein ist heute größtes Abnehmerland für Halbleiter und hat einen Marktanteil in 2014 von 27,3 %. Die Entwicklung wird deutlicher, wenn man China getrennt betrachtet: China ist nicht nur größer als Amerika, Japan und Europa sondern inzwischen auch vergleichbar mit dem Rest von Asien und dem Pazifik, denn der hat in den letzten Jahren nicht mehr zugenommen und zeigte erstmals 2013 wieder einen leichten Anstieg. Europas und Deutschlands Anteil am Welt-Halbleitermarkt in 2014 sind leicht rückläufig. Amerika und der Rest von Asien konnten hingegen Marktanteile gewinnen. China und 111 92 85 Amerika eit seinem Tiefpunkt im Jahr 2009 hat sich der Mikroelektronikmarkt wieder stabilisiert, berichtet der ZVEI über die aktuelle Situation auf dem Weltmarkt. Nach einem leichten Rückgang in 2012 und einer Erholung in 2013 verzeichnete der Mikroelektronik-Weltmarkt in 2014 ein sehr gutes Wachstum. Dabei teilen sich die meisten Anteile des Marktes die Logik (reine Digitalbausteine) mit 27,3 % und die seit 1995 mit am wenigsten gewachsenen Speicher mit 23,6 %. Bei letzterem fand in den letzten vier Jahren eine Konsolidierung statt. Seit sich Samsung, Micron, SK Hynix und Toshiba die Marktanteile für DRAM und Flash-Speicher teilen, ist der Preis konstant geblieben (seit 2012). elektronik industrie 07/2015 2014-19 3,6% 4,1% 3,0% , % 0,5% 3,9% 4,1% 2010 Die Marktanteile haben sich seit 1986 stark verschoben, bis 2000 waren Japan und Amerika Nr. 1 Se Seitt 2000 000 ist st Asien se a am stä stärksten ste gewachsen ge ac se u und d verbraucht e b auc t nun u et etwa a5 57 Prozent o e t de der Produktion odu t o Betrachtet dieweiterer Marktanteile in der Perspektive, dann sind Seitman 2008 stetig Rückgang von Europa undregionalen Japan, Amerika und Asien steigend ist inzwischen größtes Abnehmerland für Halbleiter, Marktanteil 27 Prozent in 2014 Amerika China undallein Japan seit dem Jahr 2000 nicht mehr Nummer 1. Dr. Ulrich Schaefer Fachverband 23 – ECS 2009-14 8,2% 12,5% 4,6% , % -1,9% 10,5% 10,2% Milliarden Do ollar pro Jahrr Weltumsatz: 30% 8 250 50% 30 38 43 Europa 38 35 36 Japan 55 Asien Chi China Asiens Anteil am Mikroelektronikmarkt wird 2019 mit 236 Mrd. Dollar 59 Prozent betragen, wobei China mit 111 Mrd. Dollar allein 28 Prozent halten wird Hier zu sehen sind die Trends von 2009 und 2014 sowie der Ausblick bis Amerikas Anteil wird auf 21 Prozent anwachsen, mit einem Marktvolumen von 85 Mrd. Dollar 2019 nach Europas Regionen und imMrd.Vergleich. Anteil wird bei 43 Dollar (11 Prozent) und Japans bei 36 Mrd. Dollar (9 Prozent) liegen Dr. Ulrich Schaefer Fachverband 23 – ECS München, 2015/06/17 Folie 18 Japan sind zurückgegangen, was der ZVEI weitgehend in der Verlagerung in andere asiatische Länder begründet sieht. Ausblick Asiens Anteil am Elektronikmarkt wird 2019 mit 236 Milliarden US-Dollar 59 % betragen, wobei China mit 111 Milliarden allein 28 % halten wird. Amerikas Anteil wird auf 21 % wachsen und somit ein Marktvolumen von 85 Milliarden US-Dollar betragen. Europas Anteil wird bei 43 Milliarden US-Dollar und 11 % liegen und Japan wird 2019 mit 36 Milliarden Dollar und 9 % Marktanteil das Schlusslicht bilden. Von 2014 auf 2019 rechnet der ZVEI damit, dass der Pro-Kopf-Verbrauch in allen Ländern weiter ansteigen wird. Dabei liegt Japan mit 274 US-Dollar pro Kopf in 2014 schon an der Spitze und wird es laut ZVEI-Marktexperte Dr. Ulrich Schaefer auch weiterhin bleiben – obwohl schon von den 299 Dollar pro Kopf in 2009 ein Rückgang zu verzeichnen ist. Deutlich geringer mit einem Verbrauch von 51 Dollar pro Kopf lag Amerika (Nord-, Mittel- und Südamerika) an zweiter Stelle. Die USA als solche lag 2014 noch bei 198 Dollar pro Kopf. Europa (EMEA) bildet das Schlusslicht mit einem Verbrauch von Eck-Daten Weltweit bleiben die Segmente Kommunikation, Computer und Unterhaltung am wichtigsten. In Deutschland gewinnen die Themen Automotive und Industrie an Bedeutung. Im Pro-Kopf-Verbrauch liegt Japan in 2014 mit 274 Dollar mit Abstand ganz vorn. Laut dem ZVEI wird Asien bis 2019 59 % der Anteile am Mikroelektronikmarkt haben, wovon allein China 28 % halten wird. www.elektronik-industrie.de 19 Dollar pro Kopf, obwohl in Deutschland der Verbrauch pro Kopf bei 179 Dollar lag. Obwohl fast ein Drittel aller Halbleiter in China verbraucht werden, liegt der Pro-Kopf-Bedarf (noch) unter dem der Europäischen Union (70 Dollar), obwohl Schaefer davon ausgeht, dass sich das bis 2019 ändern wird. IM EINZELNEN DAS GESAMTE SEHEN. Halbleiter-Marktsegment Zukunftsperspektiven für die Entwicklung und Fertigung innovativer Elektronik. Seit 1955 sind die drei großen Player im Halbleitersegment Computer, Unterhaltung und Kommunikation. Am meisten seit 1955 gewachsen sind die Segmente Kommunikation (um etwa 43 %) und Automotive (um etwa 51 %). Automotive ist in Deutschland von 2000 bis 2014 um 89 % gewachsen (weltweit 205 %). Auch ein großes Thema in Deutschland ist der Industriebereich, der im gleichen Zeitraum 50 % zulegte (weltweit 133 %). Die Konsumelektronik hat sich in Deutschland halbiert und die Kommunikation ging auf rund ein Fünftel zurück. „Die USA beherrschen die Halbleiterproduktion allein, vollkommen und zunehmend“, äußerte sich Dr. Ulrich Schaefer zur Länderveteilung nach Firmensitz. Mit der EU als Einheit sind die Firmen aus lediglich fünf Ländern (USA, Südkorea, Japan, EU und Taiwan) maßgeblich an der Herstellung beteiligt und machen zusammen mehr als 99 % der Weltproduktion aus. Dabei sind die japanischen Firmen auf den dritten Platz zurückgefallen. Betrachtet man die Top Ten der Halbleiterfirmen (gemessen am Umsatz) weltweit seit 1955, so entdeckt man immer wieder einen Namen: Texas Instruments. Seit 1955 war TI nur zweimal nicht unter den Top Five. Mittlerweile steht Intel seit 1995 auf dem ersten Platz gefolgt von Samsung und Qualcomm. Jetzt Ticket kaufen oder Gutschein einlösen! productronica.com/tickets Halbleiterproduktion Insgesamt zählte der ZVEI eine Weltproduktionskapazität (Waferstarts pro Monat und normiert auf 200-mm-Wafer) in 2014 21,1 Millionen Wafer – das sind mit einem Wachstum von 3 % jährlich 3,1 Millionen mehr als noch 2009. In der Länderverteilung, die für die Produktion nach Standorten der Wafer-Fabs (Front-End-Fertigung, inklusive Foundries) aufgestellt wurde, steht Japan nach wie vor auf Platz 1 – mit zum Teil veralteten Fabs. Chinas Anteil ist mit 12,4 % deutlich fremdbestimmt, wobei der Anteil der chinesischen Firmen unter 1 % liegt. Die EU ist mit 9,6 % auf dem 6. Platz (Deutschland mit 3,2 % auf Rang 7). Firmen aus den USA produzieren relativ wenig zu Hause. Für 2019 erwartet der Verband einen Anstieg der Weltproduktionskapazität um weitere 2,1 Millionen Wafer, wobei der Aufbau neuer Kapazitäten überwiegend in Asien stattfindet. Taiwan soll Japan als Nummer 1 ablösen. Europa wird weiterhin Anteile verlieren, Amerika bleibt konstant. Obwohl japanische Firmen neue Fabs in Japan planen wird ein deutlicher Rückgang des japanischen Anteils zu verzeichnen sein. ■ Autorin Jennifer Kallweit Volontärin beim Hüthig-Verlag. Weltleitmesse für Entwicklung und Fertigung von Elektronik. 40 Jahre Innovation. infoDIREKT www.elektronik-industrie.de 103ei0715 10. – 13. November 2015 Messe München www.productronica.com Märkte + Technologien Zehn Jahre Intel Software Conference straktion. Reinders ging auf die Unterschiede der Prozessoren der nächsten Generation ein (Codename Knights Landing) und verglich Intel Xeon und Intel Xeon Phi. Ob man sich für Xeon mit wenigen, aber leistungsfähigen Kernen, oder für Xeon Phi mit vielen, jedoch weniger leistungsfähigen Kernen entscheidet, hängt von der Applikation ab. Intel bietet für beide dieselben Programmiermodelle, Sprachen, Optimierungen und Tools. Code the Future Vom 13. bis 15. April 2015 fand in Sevilla die 10. EMEA Intel Software Conference statt, die unter dem Motto „Code the future“ die derzeitigen Autor: Siegfried W. Best Trends in Hard- und Software beleuchtete. Bild: Intel Trends bei Softwareentwicklern Xeon oder Xeon Phi? Nimmt man wenige leistungsfähige Kerne oder viele weniger leistungsfähige Kerne? Intel bietet für beide dieselben Programmiermodelle, Sprachen, Optimierungen und Tools. J Eine wichtige Rolle spielt Parallel Studio XE mit optimierten Compilern, umfangreichen Bibliotheken, Werkzeugen für die Performance-Analyse, Vektorisierung sowie Threading und Debugging. Alle Standards der Programmiersprachen verfügen jetzt über Parallelverarbeitung. OpenMP wird zusammen mit C und Fortran angewendet und ist in HPC weit verbreitet. Intel TBB und Cilk Plus dagegen kommen mit C++ zum Einsatz, der am meisten verbreiteten Parallelisierungsab- ames Reinders, Director and Chief Evangelist, gab einen Überblick über das Portfolio und hob die bedeutende Rolle von Intel bei High Performance Computing hervor. Intel sieht sich als führender Unterstützer von Industriestandards wie C, C++, Fortran, OpenMP, MPI und TBB (Threadign Bulding Blocks). Die Firma bietet Skalierbarkeit und Konsistenz für Many- und Multicore mit denselben Programmiermodellen, Sprachen, Optimierungen und Softwarewerkzeugen. Janel Garvin, CEO von Evans Data, ging auf die Trends bei Softwareentwicklern ein und sprach von 19 Millionen Softwareentwicklern weltweit, wobei bis 2019 ein großer Zuwachs zu erwarten sei und Indien die USA überholen werde. Laut Angaben von Intel gibt es in Deutschland rund 460.000 Softwareentwickler (inklusive der Hobby-Entwickler), in Großbritannien 440.000 und in Russland 890.000. Heinz Bast, Technical Consulting Engineer, stellte die neuen Funktionen der Parallel Studio XE Composer Edition vor, die im 3. Quartal 2015 herauskommen wird. Eck-DATEN Dieser Beitrag ist eine Zusammenfassung der einzelnen Präsentationen der Jubiläumsveranstaltung. Die PDFs einiger Vorträge der 10. Intel Software Conference können die Leser der elektronik industrie über den infoDIREKT-Service herunterladen. _0DL2D_EA_Elektro_EK_04_neu.pdf;S: 1;Format:(185.00 x 90.00 mm);13. Feb 2015 09:57:12 Das neue Power Programm 2015 Programmierbare Labor- und Hochleistungsnetzgeräte (AC/DC) • • • • • • • • • • Leistungen 160 W bis 15 kW (Systeme bis 300 kW) Spannungen 0...16 V bis 0...12000 V Ströme 0...4 A bis 0...510 A (Systeme bis 6000 А) State-of-the-art µ-Prozessor Steuerung (FPGA) Modulare hochisolierte Architektur Flexible Ausgansstufen (Autoranging Output) PV (Solar) Array Simulation Batterie- und Brennstoffzellen Simulation Alarm Management, Nutzerprofile Funktionsgenerator Sinus, Rechteck, Trapez, Rampe, Arbiträr • Für Auftisch, 19“ Integration und Wandmontage • Analog, Ethernet, USB, CAN, Profibus, GPIB u.v.m. • Bediener Software Easypower „lite“ und „pro“ EA-Elektro-Automatik GmbH & Co. KG 10 elektronik industrie 07/2015 Programmierbare Elektronische Lasten (DC) konventionell und mit Netzrückspeisung • Leistungen 400 W bis 10,5 kW (Systeme bis 300 kW) • Spannungen 0...80 V bis 0...1500 V • Ströme 0...25 A bis 0...510 A (Systeme bis 6000 A) • State-of-the-art µ-Prozessor Steuerung (FPGA) • Modulare hochisolierte Architektur • Mit Netzrückspeisung (Eff. >90%) und ENS (optional) • Betriebsmodi CV, CC, CP, CR, Batterietest, MPPT (PV) • Für Photovoltaik (PV) Array, Ultracap, Brennstoffzellen, EV-Motoren • Funktionsgenerator Sinus, Rechteck, Trapez, Rampe, Arbiträr • Für Auftisch, 19“ Integration und Wandmontage • Analog, Ethernet, USB, CAN, Profibus, GPIB u.v.m. • Bediener Software Easyload „lite“ und „pro“ Helmholtzstrasse 31- 33 D-41747 Viersen Tel.: +49 (0) 21 62 / 37 850 [email protected] www.elektroautomatik.de Fax: +49 (0) 21 62 / 1 62 30 www.elektronik-industrie.de Bild: S. Best Bild: S. Best Märkte + Technologien James Reinders, Director und Chief Evangelist bei Intel: „Ob man sich für Xeon oder Xeon Phi entscheidet, hängt von der Applikation ab.“ Sehr umfangreich sind die Neuerungen beim Composer, die Technical Consulting Engineer Heinz Bast vorstellte. Das Composer Bundle zeigt Verbesserungen des Compilers, der Libraries, bei den Programmiermodellen und beim Debugger. Heinz Bast ging auf den Status der OpenMP4.0-Implementierung und den OpenMP-4.1-Standard ein sowie auf Merkmale des zukünftigen C++ (postC++11) sowie der Fortran (post-Fortran 2008) -Standards. Weitere neue Merkmale des Compilers sind ein erweiterter Offload-Support der MIC-Architektur und von HD Graphics sowie die Option, den AVX-512-Befehlssatz in künftigen Xeon-Servern und Knights-Landing-Prozessoren zu verwenden. Zu den neuen Merkmalen gehören auch eine verbesserte Steuerung der Schleifen-Transformationen und die Unterstützung der dezimalen FloatingPoint-Operationen in C++. Die HD-Graphik-Architektur ist auf dem Chip integriert und bietet optimiertes 3D-Rendering. Gleichzeitig liefern die Prozessoren dieser Computerarchitektur Single-Precison-Floating-Point-Leistung nahezu im Bereich eines Teraflops. www.elektronik-industrie.de Vectorization Advisor Laurent Duhem, Senior-Applikationsingenieur bei Intel gab eine Vorschau auf den Vectorization Advisor. Er ist Teil der nächsten Intel-Advisor-XE-Version, welche die Software für X86-CPUs/Coprozessoren verbessert, die Vektorisierung vereinfacht und die Speichernutzung ausbaut. Neu sind auch die automatischen Empfehlungen für Code-Änderungen. Wie man mobile und Cross-PlattformApps mit Inde for Native Windows und Android sowie XDK für HTML5 aufbaut, demonstrierte Alex Weggerle, Technical Consulting Ingenieur bei Intel. Inde (Intel Integrated Native Developer Experience) ist eine plattformübergreifende native Toolsuite, die Intel- und ARM-Architektur unterstützt. XDK ist eine Cross-PlattformLösung, die es Entwicklern ermöglicht, HTML5- und Hybride-Apps zu entwickeln und für eine Vielzahl von unterschiedlichen App-Stores Installationspakete zu erzeugen. Alex Weggerle gab ein Update von System Studio 2015 für die Entwicklung auf Systemebene für Embedded-Systeme, Android Apps und IoT. Die Toolsuite hilft Entwicklern, die nächste Generation von energieeffizienten, leistungsfähigen und zuverlässigen Embedded- und mobilen Systemen zu entwickeln. Mit dem Update zu Media Server Studio befasste sich der Vortrag von Ralph de Wargny, Channel Manager EMEA. Herausforderung dabei ist die hohe Auflösung. Die zweite Generation des Tools unterstützt zwölf Execution Units und deckt den Grafikleistungszuwachs von 75 Prozent ab, den es seit 2008 gibt. (ah) ■ Autor Siegfried W. Best Freier Redakteur in Regensburg. infoDIREKT 401ei0715 elektronik industrie 07/2015 11 Stromversorgungen Coverstory FPGA-Zuverlässigkeit erhöhen Ausgangsverfolgung und Sequenzierung Der zunehmende Einsatz von Eingangsspannungsschienen zur PoL-Versorgung (Point-of-Load) von DSPs, ASICs, FPGAs und Mikroprozessoren macht das Stromversorgungsdesign zu einer Herausforderung. Da der Systemleistungsbedarf und die Betriebsfrequenz weiter steigen, müssen Infrastruktur- und Industrieeinrichtungen vor Störungen geschützt werden. Verfälschte Eingänge beim Systemstart können zu einer Blockade Autor: Tu Buii führen, die Zuverlässigkeit beeinträchtigen oder einen Systemausfall verursachen. 12 elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de Stromversorgungen Coverstory D Bilder: Intersil er folgende Beitrag beschreibt verschiedene Möglichkeiten der Ausgangsspannungsverfolgung (Tracking) und Sequenzierung bei FPGAs oder Mikroprozessoren, die ein korrektes Hoch- und Herunterfahren empfindlicher Systeme mit mehreren Versorgungsschienen ermöglichen. Eine ratiometrische und zufällige Einstellung verhindert dabei das Biasing oder die Überlastung der internen ESD-Diode (elektrostatische Entladung) eines FPGA bei steigenden oder fallenden Ausgängen. Damit verbessert sich die Zuverlässigkeit, was entscheidend für die Produktivität und Verfügbarkeit zahlreicher Einrichtungen wie Infrastrukturen und industrielle Fertigungssysteme ist. Bild 1: Blockdiagramm eines FPGA-Eingangs. Systemkonfiguration Bilder: Intersil Bild 1 zeigt einen gängigen Schaltungsaufbau mit einem FPGA. Eck-Daten Zwischen der Eingangsschiene mit höchster Spannung (3,3 V) Integrierte FET-Abwärtsregler wie der ISL8002B ermöglichen eine einund der darauf folgenden Schiene (2,5 V) finden sich Back-tofache Spannungsverfolgung beim sequenzierten Hoch- und Herunterback-ESD-Dioden, die als interne Schutzschaltkreise dienen. fahren von Versorgungsschienen. Fast jede Anforderung hinsichtlich Eine weitere Anordnung von Back-to-back-ESD-Dioden befindet der Spannungsverfolgung lässt sich mit einem der in diesem Artikel sich zwischen der zweiten und dritten (1,8 V) Eingangsschiene. beschriebenen Schaltkreise erfüllen. Angenommen, die Schiene mit der höchsten Eingangsspannung (3,3 V) wird zuerst, also vor allen anderen Schienen, hochtems einem richtigen Softstart unterzogen werden und verhindern gefahren, dann erfolgt ein Pre-Biasing der 2,5-V-Ausgangsschieein Durchleiten der ESD-Dioden. Diese einfache Maßnahme ne auf etwa 1,9 V und der 1,8-V-Schiene auf 1,2 V. Auf ähnliche verbessert die Zuverlässigkeit und vermeidet ein unvorhergeseWeise nimmt die 1,8-V-Schiene ein Pre-Biasing der 2,5- und henes Latch-up der Systemleistung. 3,3-V-Schiene vor, fährt man diese zuerst hoch. In beiden Fällen müssen die ESD-Dioden während des Vorgangs Strom durchleiten. Bild 2 verdeutlicht die Spannungen der 3,3-V-EingangsIntegrierte FET-DC/DC-Wandler schiene und des Signals, das vor der Aktivierung an die Bild 4 zeigt den Schaltkreis eines 2-A-DC/DC-Wandlers mit 2,7 2,5-V-Schiene gesendet wird. Der Ladestrom durch die ESDbis 5,5 V Eingangsspannung. Nur wenige externe Bauteile sind Dioden hängt von der Anstiegsgeschwindigkeit, den Ausgangserforderlich, darunter Widerstände, Kondensatoren und eine kapazitäten der 2,5-V-Schiene und von der Last ab. Das gleiche Induktivität. Der Wandler enthält die KompensationsschaltkreiStart-up-Szenario führt bei der 1,8-V-Schiese und die Leistungs-MOSFETs, um ein ne zu ähnlichen Spannungen. robustes Design, minimale Bauteilanzahl Zuverlässigkeit verJede Stromdurchleitung bei der ESDund einen hohen Wirkungsgrad von bis zu bessern und unvorDiode beeinträchtigt deren Zuverlässigkeit. 95 % zu garantieren. hergesehenes LatchBild 3 veranschaulicht, was mit den 3,3- und Pin 5 des Wandlers bietet Softstart (SS) 2,5-V-Schienen geschieht, wenn die und Ausgangsverfolgung (TR). Aktiviert up der Systemleis2,5-V-Eingangsquelle nicht über ein Preman diesen Anschluss (high), stellt sich die tung vermeiden. Biasing vorgespannt wird. Die internen Softstart-Zeit intern auf 1 ms ein. Mithilfe ESD-Dioden des FPGA werden beim Hochexterner Bauteile lassen sich verschiedene fahren der 2,5-V-Schiene stark belastet. Eine Stromquelle, die Softstart-Szenarien umsetzen. Bild 5 beschreibt, wie sich mit der ein Hochfahren mit Vorspannung unterstützt, verhindert das SS/TR-Funktion eine externe Softstart-Zeit einstellen lässt. Dabei Problem und vermeidet unerwünschtes Blockieren (Latch-up). verändert man einfach den Softstart-Widerstand RSS und SoftAbwärtsregler mit korrekt konfigurierter Ausgangsleistungsverstart-Kondensator CSS. Die entsprechende Beziehung ist in Gleifolgung stellen sicher, dass alle Versorgungsschienen eines Syschung (1) dargestellt: Bild 2: Start-up-Signalform der 3,3-V-Schiene und des Pre-Biasing der 2,5-V-Schiene. www.elektronik-industrie.de Bild 3: Start-up-Signalformen der 3,3- und der 2,5-V-Schienen, wenn die 2,5-V-Eingangsquelle nicht über ein Pre-Biasing vorgespannt wird. elektronik industrie 07/2015 13 Stromversorgungen Coverstory Bild 4: Anwendungsschaltplan für den ISL8002B. Bild 5: Externe Konfiguration der Softstart-Zeit. Bild 6: Ratiometrische Verfolgung Vout1 bis Vout2. Die Softstart-Funktion lässt sich auch zur Verfolgung anderer Ausgänge konfigurieren. Bild 6 zeigt eine ratiometrische Verfolgung von Vout1 bis Vout2 . Zusätzlich lassen sich beide SS/TRAnschlüsse verbinden, um die beiden Ausgangspannungen zu zwingen, gleichzeitig anzusteigen. In ähnlicher Weise verfolgt die Abschaltfunktion die beiden Spannungen gegenseitig ratiometrisch, so bei der Softstart-Zeit in Gleichung 1 wie dargestellt: (1) Eine zufällige Verfolgung lässt sich wie in Bild 7 dargestellt realisieren. Dazu fügt man einen Widerstandsteiler hinzu, der das gleiche Verhältnis wie sein Ausgangsspannungserfassungsteiler in der Rückkopplungsschleife aufweist. Alle Ausgangsspannungen steigen dann mit der gleichen Spannung und Anstiegsgeschwindigkeit entsprechend der Hauptschiene an. Die Schiene mit der höchsten Spannung dient als Vorgabe für alle anderen Ausgänge. Jeder Ausgang teilt sich, sobald er seinen Regelpunkt erreicht. Werden alle Ausgangsschienen geregelt hoch- und heruntergefahren, lässt sich das Durchleiten oder Forward-Biasing der in Bild 1 dargestellten internen ESD-Dioden verhindern. Am wichtigsten 14 elektronik industrie 07/2015 Bild 7: Zufällige Verfolgung von Vout1 auf Vout2. ist, dass diese Technik die Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt sowie einen Latch-up oder einen Systemausfall verhindert. Für beliebig viele Versorgungsschienen Die hier beschriebenen Schaltkreiskonfigurationen sind nicht auf zwei Regler begrenzt. Sie können für jede beliebige Zahl von Versorgungsschienen in einem System dienen. Dafür muss man lediglich alle SS/TR-Anschlüsse für eine ratiometrische Verfolgung miteinander verbinden. Alternativ lässt sich ein Widerstandsteiler zum Einstellen einer zufälligen Verfolgung verwenden. Sowohl die ratiometrische als auch die zufällige Spannungsverfolgung verhindern unnötige Belastungen der ESD-Dioden, was die Gesamtzuverlässigkeit des Systems erhöht. (ah) n Autor Tu Bui Application Engineering Manager bei Intersil. infoDIREKT 600ei0715 www.elektronik-industrie.de ss Datacomm en ion t a k Appli 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 Stromversorgungen Nahe an der Last Point-of-Load-Wandler mit hohem Wirkungsgrad Bilder: CUI Die neue Digital-POL-Serie Novum von CUI erweitert die klassische DC/DC-Abwärtswandler-Topologie mit einer SEPIC-Speisung. Die Module leisten bei Ausgangsspannungen um 1 V Ströme bis zu 90 A und zeichnen sich durch hohen Wirkungsgrad, hohe Stromdichte und eine schnelAutor: Fariborz Musavi le Regelung aus. Bild 1: Blockschaltbild eines synchronen Abwärtswandlers. E in Point-of-Load-Wandler (POL) ist ein DC/DC-Abwärtswandler, der an einer Last eine konstante Spannung bereitstellt, die (fast) unabhängig vom Laststrom ist. Ihr Einsatz steigt rasant, denn FPGAs, ASICs und andere Bausteine mit hochleistungsfähigen Rechenkernen müssen mit immer höheren Strömen bei sinkenden Spannungen versorgt werden. Dabei emfpiehlt es sich, den Wandler räumlich nahe an den Verbraucher zu setzen. Eine höhere Taktfrequenz zur Anhebung der Prozessorgeschwindigkeit führt zu einem proportional ansteigenden Strombedarf, wodurch Leistungsverluste quadratisch zunehmen. Um letztere niedrig zu halten, senken die Entwickler die Versorgungspannung. Das führt im Trend zu immer kleineren Core-Spannungen und im Gegenzug zur Zunahme der Stromkapazität von POL-Wandlern, während die Leistungskapazität gleich bleibt. Kurze Leitungen Müssen niedrige Spannungen und hohe Ströme auf einer Leiterplatte geroutet werden, wirkt sich das negativ auf die Stromversorgungsschaltkreise aus. Große Span- 16 elektronik industrie 07/2015 nungsabfälle, ein höherer Stromverbrauch und breite PCB-Leiterbahnen sind ineffizient und führen schnell zu einer schlechten Ausgangsregelung. Ist der POL-Wandler in der Nähe der Last platziert, lassen sich lange Leitungen zwischen der Stromversorgung und der Last verhindern, wie es in herkömmlichen Versorgungssystemen der Fall ist. Dies Digital DC/DC-Pointof-Load-Module sind eine intelligente Lösung für die Energiesystem optimierung. ermöglicht eine genaue Spannungsversorgung bei gleichzeitiger Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich einer niedrigen Spannung und eines hohen Stroms. Bei der Anordnung des Wandlers in der Nähe der Last verringern sich sowohl Wirkleistungsverluste (durch den ohmschen Anteil der Leitungen bedingte Wärmeentwicklung) als auch Blindleistungsverluste (magnetisches Streufeld um die Leiterbahnen und Umladung der Leitungsinduktivitäten), was letztlich die Dynamik und die Störaussendung (EMI, Electromagnetic Interference) verbessert. Diese Systeme benötigen also hohe Ströme bei verschiedenen niedrigen Versorgungsspannungen. Sie weisen zudem hohe Anforderungen an eine genaue Regelung auf – mit hohen, schnell-dynamischen Strömen. Einschränkungen bei bestehenden POL-Topologien Die gängigste Topologie bei POL-Wandlern ist der synchrone Abwärtswandler. Verglichen mit einem einfachen Abwärtswandler bewirkt ein Austausch der Diode mit einem Low-Side-MOSFET geringere Leistungsverluste und eine einen höheren Wandlungswirkungsgrades. Bild 1 zeigt das Blockschaltbild eines synchronen Abwärtswandlers. Der synchrone Abwärtswandler erfordert jedoch komplexere Treiberschaltkreise zum Steuern beider MOSFET-Schalter. Zudem muss sichergestellt sein, dass beide MOSFETs nicht gleichzeitig eingeschaltet sind, was einen Kurzschluss zwischen Vin und Masse verursachen und zu einem Ausfall führen würde. Dieser Kurzschluss wird auch Kreuzleitung oder Shoot Through genannt. Ein MOSFET anstelle der Diode erlaubt einen Spulenstromfluss in beide Richtungen. Der synchrone Abwärtswandler verbleibt dabei im Continuous-ConductionModus (CCM), im Gegensatz zum Discontinuous-Conduction-Modus (DCM) eines herkömmlichen Abwärtswandlers bei geringer Last. Während ein synchroner Abwärtswandler einen hohen Wirkungsgrad bei hohen Ausgangsströmen erzielt, ist er bei geringen Ausgangsleistungen alles andere als effizient. Ein besserer Gesamtwirkungsgrad sowohl bei geringer Last als auch bei hohen Ausgangsströmen ist daher weiterhin eine Herausforderung künftiger Stromversorgungssysteme. Hohe Regelungsdynamik Derzeitige Topologien stoßen an ihre Grenzen, wenn sie einen hohen dynamischen Strom bei einer genau geregelten Spannung bereitstellen sollen. Beim Einsatz von Abwärtswandlern ist dies ein erhebliches Problem, da bei großen Lasttransienten hohe Ausgangsspannungsänwww.elektronik-industrie.de Eck-DATEN Digital gesteuerte POL-Wandler von CUI basieren auf einem klassischem DC/DCWandler, erweitert um einen Single-EndedPrimary-Inductor-Converter (SEPIC). Mehrere Speicherdrosseln auf einem Kern, kleinere Kondensatoren und der Einsatz von MOSFETs anstelle von Dioden erlauben eine höhere Taktung und bewirken eine schnellere, genauere Ausgangsregelung bei hoher Stromdichte und gleichmäßig hohem Wirkungsgrad. www.elektronik-industrie.de Höher takten ist keine Lösung Da die Bandbreite des Kompensators an die Schaltfrequenz gekoppelt ist, bietet sich als Lösung an, die Schaltfrequenz des Wandlers zu erhöhen. Die frequenzabhängigen Verluste eines Abwärtswandlers (MOSFET-Gate-Verlust, Schaltungsverlust und Kernverluste der Induktivität) würden aber zu einem erheblich schlechteren Wirkungsgrad des Wandlers führen. Physikalische Grenzen bei Halbleiterbausteinen und deren Stromkapazität betreffen ebenfalls die POL-Wandler. Um einen POL-Wandler für höhere Ströme zu entwickeln, müssen Entwickler entweder mehrere MOSFETs parallel schalten oder einen Mehrphasen-Wandler nutzen. Bei beiden Varianten würden sich die Größe und die Bauteilkosten erheblich erhöhen. mit hoher Effizienz Kühlkörper sind Vergangenheit! Drop-in Ersatz für Linearregler oder andere 78er-Schaltregler Geeignet für vollautomatische Bestückungsanlagen Wirkungsgrad bis zu 96% Ausgangsspannungen von 1.5V bis 15V Verschiedene Gehäuseformen erhältlich (SIP3, SMD, Wired, Open-Frame) Keine externen Komponenten nötig Temperaturbereich von -40°C bis +85°C EN 55022 & EN 60601 zertifiziert R JAH E SEPIC-gespeiste Abwärtswandler-Topologie CUI begegnet diesem Problem mit einer neu entwickelten Topologie. Die proprietäre Solus-Power-Topologie vereint einen Single-Ended-Primary-Inductor-Converter (SEPIC) und einen Abwärtswandler zu einem SEPIC-gespeisten Abwärtswandler. Diese patentierte Topologie ist auf die Beschränkungen bestehender POLWandler gerichtet, vor allem bezüglich des Wirkungsgrads und des Transientenver- wä 3 g se beiden Faktoren tragen dazu bei, dass das Kondensator-Entladeintegral wesentlich größer ist als im Idealfall. Ge derungen auftreten. Der Spulenstrom ist nicht imstande, sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Laststrom zu ändern. Der Ausgangskondensator stellt daher während dieser Lasttransienten den erforderlichen Strom für die Last zur Verfügung. Die Ausgangsspannung weicht dabei von ihrer beabsichtigten Nennspannung ab, da sich der Kondensator entlädt. Umgekehrt führt eine schnelle AbwärtsLasttransiente zu einer erhöhten Spannung, die aufgrund der Kondensator-Aufladung entsteht. Aufgrund des Synchronbetriebs bei konstanter Frequenz kann die Steuerug nicht ausreichend schnell reagieren, um den Ladestrom nachzuregeln. Erst beim nächsten Takt kann sie den Steuerschalter erneut ansprechen. Die endliche Bandbreite des linearen Kompensators – die einen Bruchteil der Schaltfrequenz beträgt, um Systemstabilität zu bewahren – verhindert, dass die Steuerspannung mit ausreichender Geschwindigkeit ansteigt. Die- Kompakte Schaltregler un Bild 2: Blockschaltbild eines SEPIC-gespeisten Abwärtswandlers. hrleist WE POWER YOUR PRODUCTS w w w. r e c o m - p o w e r. c o m Stromversorgungen Bild 3: Wirkungsgrad eines SEPIC-gespeisten Abwärtswandlers (60-A-Typ) über Ausgangsstrom. Bild 4: Transientenverhalten bei einer 30-A-Laständerung mit 10 A/µs Anstiegsrate. Ch1 (dunkelblau): Vout, 10 mV/div; Ch2 (hellblau): Iout, 10 A/div. haltens. Bild 2 zeigt das Blockschaltbild eines SEPIC-gespeisten Abwärtswandlers. Ein wesentlicher Aspekt dieser Topologie ist die Verringerung von Leistungsverlusten. Ein höherer Wirkungsgrad wird durch geringere Leitungs- und Schaltverluste an verschiedenen kritischen Punkten innerhalb des Wandlers erzielt. Diese Verbesserungen wirken sich insbesondere bei höheren Schaltfrequenzen aus. Je höher die Schaltfrequenz, desto höher sind Leistungsdichte und Bandbreite des linearen Kompensators bei gleichzeitig verbessertem Transientenverhalten. Kommen im Abwärtswandler- und im Solus-Design die gleichen Schaltbausteine zum Einsatz, erreicht die neue Topologie eine Verringerung der Schaltverluste von über 90 %. Bild 3 zeigt den Wirkungsgrad des Wandlers abhängig vom Ausgangsstrom bei 12 V Ein- und 1 V Ausgangsspannung in einem nicht-isolierten 60-A-POL- 18 elektronik industrie 07/2015 Design. Der maximale Wirkungsgrad beträgt 91,28 % bei 30 A. Gut ausgeregelt Bild 4 zeigt das Transientenverhalten bei 12 V Ein- und 1 V Ausgangsspannung bei einer 30-A-Laständerung (von 15 auf 45 A) mit 10 A/µs Anstiegsrate. Die Spitze-Spitze-Spannungsänderung beträgt 32 mV. Die Speicherkondensatoren der Schaltung bestehen aus zehn 470-µF-PosCAPs ohne zusätzliche Keramikkondensatoren. Der Solus-Wandler kann so mit einer höheren Schaltfrequenz betrieben werden, ohne viel Effizienz einzubüßen. Damit steht eine hohe Leistungsdichte bei vernünftigen Wirkungsgraden zur Verfügung. Da die Topologie einen sehr flachen Verlauf der Wirkungsgradkurve aufweist und ein sehr effizienter Betrieb über einen großen Spannungsbereich möglich ist, lässt sich der Aufwand an Speicherkon- densatoren verringern, was die Gesamtkosten der Stromversorgung reduziert. Der Eingangsstrom des SEPIC-gespeisten Abwärtswandlers ist ein fast geradliniger Gleichstrom mit nur sehr geringer Restwelligkeit. Der Kapazitätswert des Eingangskondensators konnte daher um bis zu 95 % verringert werden. Diese verbesserte Eingangscharakteristik senkt auch elektromagnetische Störaussendungen, die durch die Eingangsstromwelligkeit auftreten. Dazu trägt die Induktivität auf der Eingangsseite des Wandlers bei, die auch die Gefahr von Ausfällen durch Shoot-Through-Ströme verringert. Die Solus-Power-Topologie enthält ein magnetisches Bauelement, einen Steuerschalter und zwei Kommutierungsschalter, die über eine PWM (Pulsweitenmodulation) optimal angesteuert werden. Die magnetische Komponente besteht aus vier induktiv gekoppelten Spulen, die um den gleichen Kern gewickelt sind. Dies stellt wie bei herkömmlichen Abwärtswandlern einen einfachen Aufbau dar. Fazit Moderne Kleinspannungssysteme verlangen immer höhere Ströme bei verschiedenen niedrigen Spannungen und weisen sehr strenge Anforderungen an die Stromregelung auf. Steile Transienten und hohe Ströme mit teilweise über 100 A sind heute keine Seltenheit mehr. Bestehende Topologien stoßen hier zunehmend an ihre Grenzen. POL-Wandler müssen daher eine hohe Leistungsdichte, einen hohen Wirkungsgrad für stromsparende Systeme, eine schnelle Regelung und geringe Störaussendung auf weisen. Die SEPICgespeiste Abwärtswandler-Topologie ist für diese Anforderungen optimiert. Die PMBus-kompatiblen Digital-DC/DC-PoLModule enthalten eine Fülle von PowerManagement-und Monitoring-Funktionen und bietet eine intelligente Lösung für die Energiesystemoptimierung. (jwa) n Autor Fariborz Musavi Director of Engineering im Bereich Novum Advanced Power bei CUI. infoDIREKT 520ei0715 www.elektronik-industrie.de Stromversorgungen Bidirek tionaler Abwärts-/Auf wärts-Supercap-Lader Supercap-Ladebaustein mit Load Balancing Bild: Linear Technology LTC3110 ist auch in einer hochzuverlässigen Version für Betriebstemperaturen bis +150 °C erhältlich. Mit dem LTC3110 präsentiert Linear Technology einen bidirektionalen Abwärts-/ Aufwärts-Supercap-Lader mit programmierbarer Eingangsstrombegrenzung und aktivem Ladungsausgleich für einen oder zwei in Serie geschaltete Supercaps. Der Baustein eignet sich zum sicheren Laden großer Kondensatoren in Akku- oder Supercap-basierenden Notstromversorgungssystemen. Dabei leistet die proprietäre, störemissionsarme Buck-Boost-Topologie das gleiche wie eine Kombination aus Abwärts- und Aufwärts-Schaltregler. Der Wandler verfüg t über die zwei Betriebsarten Backup und Laden. Im Backup-Modus speist die im Supercap gespeicherte Energie den Regler, der am Ausgang eine Systemspannung von 1,71 bis 5,25 V liefert. Der nutzbare Eingangsspannungsbereich reicht von 5,5 bis hinab zu 0,1 V. So lässt sich nahezu die gesamte im Supercap gespeicherte Energie nutzen. Wenn die reguläre Betriebsspannung vorhanden ist, arbeitet der Baustein im Lade-Modus und kann entweder autonom oder auf Befehl hin die Stromflussrichtung umschalten um die Supercaps zu laden und bei Systemen mit zwei Supercaps die Ladung zu balancieren. Sowohl der maximale Eingangsstrom als auch die maximale Kondensatorspannung sind programmierbar. Der mittlere Eingangsstrom ist mit einer Genauigkeit von ±2 % auf den programmierten Wert zwischen 0,125 und 2 A begrenzt. Gleichzeitig erhöht der per Pin wählbare Burst Mode den Leichtlast- DC/DC-Wandler-Module Halb so groß wie vergleichbare Brick-Lösungen Bild: Hy-Line Power Components Aufgrund ihrer Hochfrequenz-Zero-VoltageSwitching-Topologie erreichen DC/DC-Wandler der Baureihe DCM mit Weitbereichseingang von Vicor (Vertrieb: Hy-Line Power Components) einen konstant hohen Wirkungsgrad von bis zu 93 % über den gesamten Eingangsspannungsbereich. Das neuartige Chip-Gehäuse bietet flexible Möglichkeiten der effizienten Wärmeabfuhr von Ober- und Unterseite, was die Umsetzung von bis zu 600 W bei einem Footprint von lediglich 48 × 23 mm2 ermöglicht. Das ist weniger als halb so groß wie vergleichbare Brick-Lösungen. So sind kostengünstige komplexe Stromversorgungslösungen möglich, die sehr gute Stromversorgungsstabilität und -vielfalt von unterschiedlichen ungeregelten Spannungsquellen bis zum Point of Load (PoL) bieten. Bereits lieferbar sind Module mit Eingangsspannungen von 24 bis 300 VDC und Ausgangsspannungen von 5, 12, 13,8, 15, 24, 36 und 48 VDC. Mit Dauerstrom begrenzung, Unter- und Überspannungs-, Überstrom- und Übertemperaturschutz sowie Arbeitstemperaturbereichen bis zu -55 bis +125 °C sind die Wandler sehr betriebssicher, langlebig und robust. Weitere Modelle sollen nach Herstellerangabe folgen. infoDIREKT 203ei0715 Wirkungsgrad und reduziert den StandbyStrom auf nur 40 µA sowie den ShutdownStrom auf weniger als 1 µA. Mit einer festen Schaltfrequenz von 1,2 MHz arbeitet der LTC3110, was den Einsatz sehr kleiner externer Bauelemente ermöglicht. Der Chip ist gegen Übertemperatur geschützt und enthält zwei Spannungsmonitore zum Steuern der Stromrichtung und Beenden des Ladevorgangs sowie einen universellen Komparator mit Open-Collector-Ausgang als Schnittstelle zu einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor. Erhältlich sind Ausführungen im 24-poligen TSSOP und 4 × 4 mm 2 großen QFN-Gehäuse. Dazu kommen E- und I-Versionen für -40 bis +125 °C sowie eine H-Version für Temperaturen bis +150 °C. (mou) n infoDIREKT204ei0715 Bauteile Halbleiter Komponenten & Geräte High Power by MeanWell u w w w. s c h kat.com S C H U K AT Stromversorgungen Matthias Enter - Fotolia.com Niedrige Gesamtkosten bei hoher Performance Prognose des Lastsprungverhaltens von Schaltnetzteilen Die größte Herausforderung für Designingenieure moderner Schaltnetzteile sind neben Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit die Kosten, denn das Design hat möglichst billig zu sein. Der folgende Artikel beschreibt eine Methode, mit der sich das Lastsprungverhalten exakt vorhersagen lässt. Auf dieser Basis können Entwickler eine optimale Kombination aus Ausgangsfilter und Kompensationsnetzwerk finden, die für maximale PerforAutor: Florian Müller mance und größtmögliche Kostenreduzierung sorgt. B ei Schaltnetzteilen darf die Ausgangsspannung trotz sprunghafter Änderungen des Laststroms nur eine geringe, kurzzeitige Regelabweichung aufweisen. Die Änderungsrate der Ausgangsspannung hängt vom Ausgangsfilter und der Bandbreite des Systems ab. Bei der Berechnung der erforderlichen Mindestkapazität kommt es häufig zu Fehlern. Setzt man diese Kapazität zu hoch an, steigen die Gesamtkosten, während sich eine zu geringe Kapazität nachteilig auf die Leistungsfähigkeit auswirkt. Die Regelschleife Viele Fachartikel handeln von den Kompensationstechniken. Diese Methode, die ein stabiles System ermöglicht, ist nahe- Stromquelle und das System zweiter Ordzu unabhängig von der jeweiligen Toponung degeneriert zu einem System erster logie. Kompensiert werden muss das aus Ordnung. Als Ausgangsfilter verbleiben einer Drossel und einem Kondensator dann nur noch der Ausgangskondensator bestehende Ausgangsfilter. Das Ausund der Lastwidergangsfilter verhält stand. sich wie ein System Die Methode, die ein zweiter Ordnung, stabiles System ermögwenn der Regler im Stabiles System licht, ist nahezu unabVoltage Mode und Für ein stabiles Sysim nicht lückenden tem kommt in der hängig von der jeweiliBetrieb (Continuous Regel ein Kompengen Topologie. Conduction Mode – sationsnetzwerk des CCM) arbeitet. Anders ist die Situation Typs II (für den Current Mode) oder des dagegen im Current Mode oder im Typs III (für den Voltage Mode) zum Einlückenden Betrieb (Discontinuous Consatz. Die gesamte offene Regelschleife ist duction Mode – DCM). Der Currentdie Summe aus der Regelschleife der LeisMode-Regler regelt den Drosselstrom. tungsstufe und der Regelschleife der Hierbei wirkt die Induktivität wie eine Leistungsfähigkeit Kosten senken steigern Wirkungsgrad Bild: salita2010 - Fotolia.com erhöhen 20 elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de ENTWICKLUNG PRODUKTION 60 VERTRIEB 40 Gain (G PS_CM(ω(fq))) 20 Gain (G comp_type2(ω(fq))) • AC-Quellen 0 • DC-Quellen Gain (G total_open(ω(fq))) -20 • DC-Quelle/Senke mit Netzrückspeisung Bilder: Texas Instruments -40 -60 10 100 1×104 1×103 1×105 1×10 6 fq Bild 1: Bode-Diagramm der Leistungsstufe (türkis), der Kompensationsschleife (blau) und der gesamten offenen Regelschleife (rot). Kompensation. In erster Linie bestimmt die gesamte offene Regelschleife die Stabilität des Systems. Hier gilt es, die allgemein bekannten Stabilitätskriterien zu erfüllen, wie etwa einen Verstärkungsrand von mindestens 10 dB und eine Phasenreserve von mindestens 45°. Vermessen lässt sich der gesamte offene Regelkreis mit einem Frequency Response Analyzer. Bild 1 zeigt das Bode-Diagramm der Leistungsstufe, der Kompensationsschleife und der gesamten offenen Regelschleife. Diese hat eine zweite, sehr wichtige Funktion: sie reduziert die Ausgangsimpedanz und verbessert so die Performance. Andere Darstellung der gesamten offenen Regelschleife Welche Variable entscheidet aber nun über das Lastsprungverhalten? Es handelt sich hierbei ganz einfach um die Ausgangsimpedanz der geschlossenen Regelschleife, und diese wiederum ist die von der gesamten offenen Regelschleife verminderte Ausgangsimpedanz. Dies bedeutet, dass sich die Ausgangsimpedanz durch die Verstärkung der gesamten offenen Regelschleife verringert. Jede periodische, zeitkontinuierliche Welle lässt sich darlegen als die Summe Eck-DATEN Thema dieses Beitrags ist ein Verfahren, mit dem Entwickler die auf eine stufenförmige Änderung des Laststroms hin entstehenden Über- und Unterschwinger der Ausgangsspannung berechnen können. Mit dieser Methode ist es möglich, die minimale Ausgangskapazität zu berechnen, die hinzugefügt werden muss, um die Designspezifikationen zu erfüllen. www.elektronik-industrie.de aus mehreren sinusförmigen Wellen (Harmonischen) unterschiedlicher Amplitude und Frequenz. Mit der Darstellung der Ausgangsspannung als Fourier-Reihe ist eine sehr gute Näherung des Systemverhaltens möglich. Die gesamte offene Regelschleife des Systems beschreibt Mit der Darstellung der Ausgangsspannung als Fourier-Reihe ist eine gute Näherung des Systemverhaltens möglich. • Elektronische Lasten • Stromversorgungen • Wechselrichter Ob Serienprodukt oder Einzelstück: Wir setzen bedingungslos auf das, was wir unter bester deutscher Ingenieurskunst verstehen, nämlich auf solide Qualität und durchdachte Innovationen! Kontaktieren Sie uns, Sie werden überrascht sein, was Ihnen unsere Produktpalette alles bieten kann! die Fähigkeit, die Harmonischen bis zur Durchtrittsfrequenz auszufiltern. Jede durch eine sprungförmige Änderung des Laststroms bewirkte Änderung der Ausgangsspannung provoziert eine Reaktion der Regelschleife. Die Über- oder Unterschwinger der Ausgangsspannung lassen sich hierbei durch die aufsummierten Harmonischen ausdrücken. Lastsprungverhalten bestimmen Der Regelkreis filtert diese Harmonischen bis zur Bandbreite (Durchtrittsfrequenz fco) aus, sofern die Phasenreserve groß genug ist. Es verbleiben deshalb lediglich die Harmonischen, deren Frequenzen größer als fco sind. Die Summe der verbliebenen Harmonischen legt das Lastsprungverhalten der Ausgangsspannung fest. Aus diesem Grund bestimmt die Ausgangsimpedanz der geschlossenen Regelschleife bei fco das Lastsprungverhalten. Anders ausgedrückt, reduziert die gesamte offene Regelschleife die Ausgangsimpedanz bis zur Bandbreite, wenn die Phasenreserve genügend groß ist. Letzteres aber ist meistens der Fall, da die ET System electronic GmbH Hauptstraße 119 - 121 D - 68804 Altlußheim Telefon: 0 62 05 / 3 94 80 Fax: 0 62 05 / 3 75 60 [email protected] www.et-system.de Stromversorgungen Phasenreserve von 60° ist die Ausgangsimpedanz der offenen Regelschleife gleich der Impedanz der geschlossenen Regelschleife bei fco. Die vereinfachte Formel für den Current Mode lautet: 60 40 Gain (Zout_open(ω(fq))) 20 Gain (G total_open(ω(fq))) 0 Gain (Zout_closed(ω(fq))) -20 Die Voltage-Mode-Regelung -40 -60 10 100 1×103 1×104 1x105 1×10 6 Bild 2: Gesamtverstärkung der offenen Regelschleife (rot), Impedanz der offenen Regelschleife (türkis) und Impedanz der geschlossenen Regelschleife (blau). Phasenreserve schon aus Gründen der Stabilität größer als 45° sein muss. Beträgt die Phasenreserve 60°, ist die Impedanz der offenen Regelschleife gleich der Impedanz der geschlossenen Regelschleife bei fco. Die Impedanz bei fco aber ist entscheidend für die Vorhersage des Lastsprungverhaltens. Die Current-Mode-Regelung Bei der Current-Mode-Regelung verhält sich die Ausganginduktivität wie eine Konstantstromquelle, die den Ausgangsfilterkondensator speist. Das Ausgangsfilter ist dabei erster Ordnung – definiert durch den Ausgangskondensator. Die Impedanz des Ausgangskondensators ergibt sich ganz einfach aus der Serienschaltung des äquivalenten Serienwiderstands (ESR) und aus der äquivalenten Serieninduktivität (ESL). Bild 2 zeigt (in türkis) die offene Impedanz des Ausgangskondensators. „Offen“ heißt in diesem Fall, dass es keine Rückführung gibt und das System ungeregelt ist. Interessant ist hierbei hauptsächlich, wie sich das System bei einer negativen Rückkopplung verhält. Es stellen sich daher merhere Fragen: Wie verändert sich die Impedanz bei einem geregelten System? Was versteht man unter dem Schließen der Regelschleife? Die Übertragungsfunktionen der Leistungsstufe und des Kompensationsnetzwerks vom Typ II ergeben zusammen die gesamte offene Regelschleife des Systems. In einem System mit geschlossener Regelschleife verringert die gesamte offe- 22 elektronik industrie 07/2015 ne Regelschleife die Ausgangsimpedanz bis fco. Die Ausgangsimpedanz bei einer geschlossenen Regelschleife ist gleich der Ausgangsimpedanz bei offener Regel- Interessant ist die Frage, wie sich das System bei einer negativen Rückkopplung verhält. schleife, dividiert durch die Summe aus Eins und der gesamten offenen Schleifenverstärkung. Dabei ist Zout_open die Impedanz der offenen Regelschleife und Gtotal_open ist die Verstärkung der offenen Regelschleife Zur Prognose des Lastsprungverhaltens ist wieder die Ausgangsimpedanz der geschlossenen Regelschleife bei der Bandbreite (fco) erforderlich. Aus diesem Grund liefert die folgende Formel eine äußerst genaue Vorhersage des Lastsprungverhaltens: Cout_min_CM ist die minimal erforderliche Ausgangskapazität, mit der die Spannungswelligkeit bei einer Laststromänderung um ΔIloadstep kleiner als ΔVtransient bleibt. Diese Formel lässt sich vereinfachen, wenn man Keramikkondensatoren mit einem sehr geringen ESR verwendet und die Phasenreserve 60° beträgt. Bei einer Der Ansatz für eine Voltage-Mode-Regelung entspricht dem Ansatz, der bei der Current-Mode-Regelung angewandt wurde. Die Ausgangsimpedanz hängt hierbei von der Induktivität und auch vom Kondensator ab: Die Herleitung der minimal erforderlichen Ausgangskapazität für den Voltage Mode (System zweiter Ordnung) führt zu folgender Gleichung: Die Verwendung der hergeleiteten Gleichungen führt zu sehr präzisen Ergebnissen, und die minimal benötigte Ausgangskapazität zur Einhaltung der Spezifikationen ist damit sehr schnell und exakt berechenbar. Ebenfalls verringern sich die Entwicklungszeit und die Kosten des Designs. Entwicklungszeit verringern Texas Instruments bietet eine Bibliothek mit fast 2000 geprüften TI-Designs an. Viele der darin enthaltenen Designvorschläge sind nach der hier beschriebenen Methode berechnet – beispielsweise für Abwärtswandler (zum Beispiel die Serie TPS54xxx) oder Quasiresonanz-Sperrwandler (zum Beispiel die Serien LM5023 oder UCC28600). Weiterführende Informationen sind unter www.ti.com/powerlab zu finden. (ah) n Autor Florian Müller Power Design Services Group Europe von Texas Instruments, Freising. infoDIREKT 601ei0715 www.elektronik-industrie.de Stromversorgungen Kompak te Netzteile mit hohem Wirkungsgrad Die Netzteile der Serien RACM100 und RACM150 von Recom sind mit zwei unabhängigen Schutzmaßnahmen für maximalen Patientenschutz ausgestattet (2 × MOPP) und erreichen Leistungen von 100 beziehungsweise 135 W ohne Lüfter. RACM150 ist auch als /F-Version mit Lüfter verfügbar und bringt dann 150 W Leistung. Die Geräte in halb-geschlossenen Gehäusen arbeiten mit Versorgungsspannungen von 85 bis 264 VAC und liefern Ausgangsspannungen von 12 bis 48 V DC. Darüber hinaus erreichen die Module einen Wirkungsgrad von bis zu 92 % und lassen sich bei Umgebungstemperaturen zwischen -25 und +80 °C einsetzen. Sie verfügen über sehr gute Regeleigenschaften: Schwankungen im gesamten Eingangs- Bild: Recom Doppelter Patientenschutz Die Netzteile der Serien RACM100 und RACM150 erreichen Leistungen von 100 W beziehungs weise 135 W ohne Lüfter spannungsbereich werden auf weniger als ±0,2 % genau geregelt, Lastschwankungen auf ±0,5 %, wobei keine Grundlast erfor- derlich ist. Die mit 3 Zoll × 2 Zoll (100-W-Version) und 4 Zoll × 2 Zoll (135-W-Version) Grundfläche sehr kompakten Module sind mit 4 kV DC zwischen Ein- und Ausgang und mit 1,5 kV DC zwischen Eingang/Ausgang zu Gehäuse isoliert und erfüllen die Anforderungen für medizinische Anwendungen mit Patientenkontakt. Zertifiziert ist die RACMFamilie nach dem Medizintechnik-Sicherheitsstandard IEC/ES/EN 60601-1 3rd Edition und hat B- und BF-eingestufte Ausgänge mit Ableitströmen von weniger als 100 µA. Die Module entsprechen EN606011-2 und EN55022 Class B und haben fünf Jahre Garantie. (mou) n infoDIREKT 205ei0715 Kleines Kraftpaket 30-W-Bordnetzteil in Miniaturausführung Bild: Emtron Die IRM-30-Serie von Mean Well (Vertrieb: Emtron) arbeitet mit einem weiten Eingangsspannungsbereich von 85 bis 264 VAC und ist in fünf Batterien neuester Lithium-Technologien Entwicklung von BatterieManagementsystemen Ausführungen verfügbar mit 5, 12, 15, 24 oder 48 VDC. Das Print-Netzteil ist 69,5 × 39 × 24 mm3 klein. Mit einem Ruhestromverbrauch < 0,1 W erfüllt es die weltweit gültige Stromsparforderung. Die gesamte Serie ist nach Schutzklasse II konzipiert (kein Schutzleiter). Die eingebauten EMI-Filterkomponenten ermöglichen die Einhaltung der Norm EN 55022 Klasse B. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 90 % und der Betrieb ist zwischen -30 und +70 °C bei Umluft möglich. Diese Baureihe nutzt ein nach UL-Rating 94V-0 klassifiziertes, flammhemmendes Kunststoffgehäuse und ist mit wärmeleitender Silikonvergussmasse verfüllt. Hierdurch wird die Wärme- abfuhr verbessert, die Vibrationsfestigkeit erhöht (bis 5 G) und die Staub- und Feuchtigkeitsbeständigkeit optimiert. Die Schutzfunktionen bestehen aus: Kurzschluss-, Überlast- und Überspannungsschutz. Diese Serie verfügt über Zulassungen und Prüfungen nach UL, CUL, TÜV und CB sowie die CE-Kennzeichnung des Herstellers. Zusätzlich zur Standardausführung zur Printmontage ist das IRM-30 optional in einer Ausführung mit Schraub-Klemmenleiste erhältlich: das IRM-30-ST misst 91 × 39, 5 × 28,5 mm3. Der Hersteller gewährt drei Jahre Garantie. infoDIREKT 705ei0715 Prüfungen und Messungen im eigenen Testlabor z.B. nach UN 38.3 und IEC 62133 DYNAMIS Batterien GmbH Brühlstraße 15 78465 Dettingen/Konstanz Tel. 07533 93669-0 [email protected] www.dynamis-batterien.de Stromversorgungen Rückspeisefähige Quellen/Senken Energiekosten in Labor und Testumfeld senken Mit den rückspeisefähigen Quellen/Senken von ET System Electronic lassen sich die Energiekosten in Laboren und Testfeldern um bis zu 96 % senken. Die neu überarbeitete kompakte Baureihe im 19-Zoll-Einschubsystem bietet bis 30 kW in 9 HE und lässt Autorin: Andrea Hackbarth sich bis zu einer Gesamtleistung von 210 kW parallel schalten. einen Leistungsbereich von 5 bis 30 kW. Eine einfache Leistungssteigerung erlaubt das modulare Konzept, denn die Geräte ermöglichen den Master-Slave-Betrieb in parallelen, seriellen, Matrix- oder MultiLoad-Konfigurationen und können bis zu einer Gesamtleistung von 210 kW parallel geschaltet werden. Ohne weitere Investitionen er: Bild ET tem Sys c Ele nic tro Die kompakte Gerätelinie Lab/HPR bietet bis zu 30 kW in einem Gehäuse mit nur 9 HE. M it der Gerätelinie Lab/HPR bietet das Unternehmen seinen Kunden eine Baureihe von rückspeisefähigen Quellen/Senken an, die sich zum Beispiel für den Test von Fahrzeugenergiesystemen, die Batteriesimulation und -prüfung, den Test von Umrichtern und die Prüfung von DCMotoren eignen. Die volldigitalen Geräte basieren auf einem 3-Level-NPC-Schaltungskonzept, das einen sehr hohen Wirkungsgrad und eine schnelle Regeldyna- 24 elektronik industrie 07/2015 mik über den gesamten Leistungsbereich garantieren. Die rückspeisefähigen Quellen/Senken weisen einen kontinuierlichen Übergang von der Netzspeisung zur Netzrückspeisung sowie eine schnelle Dynamik als Quelle (<1 bis 3 ms) und als Senke (<1 bis 3 ms) auf. Auch die Restwelligkeit ist gering und liegt bei Quelle und Senke unter 0,1 %. Je nach Ausführung haben die luftselbstgekühlten Geräte maximale Ausgangsspannungen von 60 bis 1500 V und Die Quellen/Senken verfügen über Funktionen wie konstante Spannung, konstanter Strom oder konstante Leistung und bieten dazu ein automatisches und schnelles Crossover sowie eine Modus-Anzeige und eine Simulation des Innenwiderstands. Weiterhin erlaubt die Scriptsteuerung über SD-Karte oder digitale Schnittstelle die Programmierung beliebiger Abläufe und Ausgangskennlinien. In einem einstellbaren Intervall lassen sich die aktuellen Betriebswerte auf die Speicherkarte schreiben, sodass in Verbindung mit der Scriptsteuerung der Aufbau eines unabhängigen Standalone-Prüfplatzes ohne weitere Investitionen möglich ist. Zur Ausstattung der Geräte gehören intelligente Überwachungsfunktionen, Eck-Daten Die volldigitalen Quellen/Senken der Gerätelinien Lab/SL und Lab/HPR von ET System Electronic basieren auf einem 3-Level-NPCSchaltungskonzept, das einen sehr hohen Wirkungsgrad und eine schnelle Regeldynamik über den gesamten Leistungsbereich garantiert. www.elektronik-industrie.de la / [A] Cout / [A] e z i s S E O D ! R E T T A M 500 A Source 2V 10V 60V 30V Ua / [V] Vout / [V] Sink THE NEW (M)WLP LOW PROFILE SERIES - 450A - 500A THE WORLD’S Schon bei niedrigen Spannungen beginnt ein Lab/HPR mit der Rückspeisung. Das sorgt für hohe Energieausbeute und niedrige Kosten. praxiserprobte Steuerungsfunktionen und ein galvanisch getrennter Ausgang. Mit Schnittstellen wie Relais, RS-232, RS-485, IEEE 488, LAN, USB und SD-Karte kann man sie problemlos in unterschiedliche System- und Testumgebungen einbinden. Trotz der hohen Ausgangsleistungen haben es die Entwickler geschafft, die leistungsstarken Geräte in 19-Zoll-Gehäusen mit 9 HE unterzubringen und EMV- sowie Sinusfilter zu integrieren. Mit ihren kompakten Abmessungen und dem geringen Gewicht lassen sich die rückspeisefähigen Quellen/Senken platzsparend in jeden Laboraufbau integrieren. Sehr einfach fernsteuern Die Bedienung erfolgt per Frontpanel auf einem grafischen Display mit intuitiver Menüführung. Je nach Modell ist die Fernbedienung über PC möglich. Auf der AC-Seite bestehen die Geräte aus einem bidirektionalen 3-Phasen-PFC/ Inverter und auf der DC-Seite aus mehreren parallel geschalteten Buck-Boost-Konvertern, die einen bidirektionalen Energiefluss ermöglichen. Die galvanische Trennung wird mit einem in Resonanz arbeitenden DC/DC-Wandler realisiert. Rein digital erfolgen Steuerung und Regelung aller Komponenten, was eine einfache www.elektronik-industrie.de Anpassung an unterschiedliche Lastverhältnisse ermöglicht.Bereits bei sehr niedrigen Speisespannungen erzeugen die Quellen/Senken eine stabile Netzspannung. Der Gesamtwirkungsgrad erreicht im optimalen Arbeitsbereich rund 96 %. Beim Einsatz von rückspeisefähigen Quellen/Senken beschränkt sich der Stromverbrauch auf die Verlustleistung in der Quelle und in der Senke. Bei Prüfaufgaben, die keine Energie in Akkus und anderen Speichern zwischenspeichern, lassen sich somit Testläufe durchführen, die beispielsweise Prüfleistungen von 30 kW aufbringen, während sich der tatsächliche Leistungsbedarf bei einem Gesamtwirkungsgrad von 96 % auf rund 1,2 kW beschränkt. Das hat für die Stromkosten und die Spitzenlast im Netz erfreuliche Konsequenzen: Diese erhöht sich trotz großer elektrischer Prüfleistungen kaum, sodass Unternehmen weiter in günstigen Tarifbereichen bleiben können. ■ SMALLEST 225 WATT POWER SUPPLY (M)WLP225 2 X 4 X 1 INCHES 225 W FORCED COOLING 112.5 W CONVECTIONCOOLED MEDICAL & ITE APPROVALS Autorin Andrea Hackbarth Der Artikel beruht auf Unterlagen von ET System Electronic. infoDIREKT < 0.5 W NO LOAD POWER EFFICIENCY UP TO 94% 605ei0715 www.eospower.com Bild: Rumkugel - Fotolia.com Stromversorgungen Batteriesimulator Simulation von Akkus mit Stromversorgungen im Zwei-Quadranten-Betrieb Stromversorgungen von Keysight Technologies lassen sich im Zwei-Quadranten-Betrieb und mit programmierbarem Innenwiderstand auch anhand von Batteriemodellen als Batteriesimulator verwenden. Das erhöht die Sicherheit bei Tests von Akkugeräten, vermeidet aufwendiges Konditionieren und Autor: Bob Zollo sorgt für bessere Reproduzierbarkeit. I n der modernen mobilen Welt arbeiten immer mehr Geräte mit Akkus unabhängig vom Stromnetz. Dank der Verbesserung von Leistungsdichte und Energiemanagement lassen sich heute selbst stromhungrige Geräte mit autarker Energieversorgung realisieren. Ob Kleingerät mit Energiegewinnung, das allgegenwärtige Smartphone, elektrische Haushalts- und Heimwerkergeräte oder Elektrofahrzeuge: Akkus kommen in allen erdenklichen Größen und Formen vor. Um die Funktion akkubetriebener Geräte in verschiedenen Ladezuständen reproduzierbar nachzuweisen, können sich Ent- wickler bei ihren alltäglichen Messungen nicht auf Akkus als Teststromversorgung stützen. Hierfür wäre eine ganze Reihe Testakkus in verschiedenen Ladungszuständen erforderlich. Wurde ein Testakku für eine Messung eingesetzt, muss er anschließend neu konditioniert werden, damit gleiche Ausgangsbedingungen für weitere Messungen gegeben sind. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig, benötigt eine umfangreiche Testperipherie und erreicht eine schlechte Reproduzierbarkeit. Der Einsatz eines programmierbaren Akkus, bekannt unter dem Begriff Akku- oder Batteriesimulator, verringert im Vergleich Bild 1: Das Advanced Power System (APS) von Keysight ist eine Familie von 24 Gleichstromversorgungen, die Akkus bis zu 160 V und 200 A bei 1000 W (oben) oder 2000 W (unten) simulieren können. 26 elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de Power! R DC/DC-Wandler für mobile Applikationen Bilder: Keysight Eingang: 24/36V und 72/110V DC Option: Ultra-Weitbereich 14,4 - 154 (Railway) Aktiver Verpolschutz Leistung: 50 Watt Ausgang: 12V / 24V / weitere auf Anfrage Hoher Wirkungsgrad bis 92%, ohne Verguss Optimiertes Kühlkonzept für Kontaktkühlung ON/OFF-Bedienung, Power-fail Signal EN 50155, EN 50121-3-2, EN 61373, EN 45545 Dimension: 95 x 60 x 22,5 mm Bild 2: Die Zwei-Quadranten-Stromversorgung mit programmierbarem Innenwiderstand simuliert einen Akku im Bereich >100 A. zu einem echten Akkumulator die Rüstzeiten, reduziert die Gefahren im Testumfeld und liefert bedeutend besser reproduzierbare Messwerte. e Seri .U GER Sichereres Testen Speziell Li-Ionen-Akkus neueren Datums enthalten eine recht große Energiemenge. Unter normalen Betriebsbedingungen (Temperatur, zulässiger Ladestrom und Entladestrom) lassen sich solche Akkus sicher betreiben. Im Testeinsatz können aber auch unerwartete Bedingungen auftreten. Funktioniert eine Schaltung in der Entwicklungsphase noch nicht wie gewünscht, könnte sie den Akku überladen oder tiefentladen. Schlimmer noch könnte eine Schaltung versagen oder in einen unerwarteten Betriebszustand geraten. Übermäßiger Stromfluss könnte den Akku überhitzen, entzünden und zur Explosion bringen oder zum Auslaufen von Chemikalien führen. So gesehen stellt der Einsatz eines echten Akkus in der Testphase ein erhebliches Sicherheitsproblem dar. Ein Akkusimulator ist gegenüber einem echten Akku erheblich sicherer und führt bei Fehlfunktionen des Testobjekts nicht zu Gefahrensituationen. Akkusimulatoren enthalten elektronische Schutzschaltungen, etwa gegen Überspannung und Überstrom, die die Stromquelle vom Testobjekt trennen können, wenn der Test außer Kontrolle gerät. Bessere Reproduzierbarkeit Jeder Ladezyklus verändert die Eigenschaften eines Akkus und geht zulasten seiner Lebensdauer. Es ist schwierig, den Ladezustand manuell exakt und wiederholbar zu konditionieren. Hierbei wird der Akku zunächst vollständig entladen und dann wie- Eck-DATEN Bei Funktionstests akkubetriebener Geräte bietet ein Batteriesimulator viele Vorteile: Er verringert den Aufwand an Testperipherie, reduziert Rüstzeiten sowie Gefahren im Testumfeld und liefert bedeutend besser reproduzierbare Messwerte als reale Akkus. Hierfür können Stromversorgungen von Keysight Technologies im Zwei-Quadranten-Betrieb und mit programmierbarem Innenwiderstand auch unter Verwendung von Batteriemodellen zum Einsatz kommen. www.elektronik-industrie.de SYKO Gesellschaft für Leistungselektronik mbH Jahnstr. 2, 63533 Mainhausen Tel: +49 6182 9352-0 Fax: -15 www.syko.de / [email protected] absolut wasserdicht MTM Power® - AC/DC-Module für IP67-Anwendungen ... sind absolut wasserdicht – ob in Kontakt mit Spritzwasser, Kondenswasser oder unter Wasser – entsprechend der Schutzart IP 67. Dies wird ermöglicht durch den weltweit einzigartigen THERMOSELEKTIVEN VAKUUMVERGUSS (EP 1 987 708, U.S. Patent No. 8,821,778 B2) und den Anschluss über 7/8"-IP 67-Steckverbinder. • • • • Leistungen 50 W, 75 W, 100 W, 200 W Eingangsbereiche: 90 ... 264 VAC , 100 ... 375 VDC Single- und Dualausgänge VDE und UL/cUL-approbiert www.mtm-power.com [email protected] Stromversorgungen Bild 3: Zur Simulation von Akkus geringer Leistung kann der DC-Leistungsanalysator Keysight N6705B mit den SMU-Modulen der Familie Keysight N6780 zusammengeschaltet werden. Diese Module können Akkus bis 20 V und bis 8 A simulieren. der bis auf einen definierten Ladungszustand (SOC, State of Charge) aufgeladen. Erfolgt dieser Vorgang sehr häufig, kommen schnell viele Ladezyklen zusammen, die den Akku rasch altern lassen. Diese Methode macht es im Endeffekt unmöglich, den genauen physikalischen Zustand eines gealterten Akkus zu bestimmen. Entsprechend unsicher sind die Messergebnisse bei Verwendung eines solchen Akkus. Ein Akkusimulator hingegen eliminiert die Unsicherheit über Ladezustand und Alterung und führt daher im Vergleich zu Messungen an einem realen Akku zu konsistenteren und besser reproduzierbaren Messergebnissen. Stromversorgung simuliert Akkus Ein gewöhnliches Labornetzteil eignet sich nicht für den Einsatz als Akkusimulator, da es mehrere Merkmale eines realen Akkus nicht nachbilden kann. Eine solche Stromversorgung hat folgende Eigenschaften: • Die Impedanz ist konstant niedrig; der Akku-Innenwiderstand variiert abhängig vom SOC. • Diese Stromversorgung liefert kontinuierlich Energie, ein Akku enthält nur eine bestimmte Ladungsmenge. • Sie ist nur eine Stromquelle, ein Akku kann sich auch als Stromsenke verhalten. Bild 1 zeigt eine Zwei-Quadranten-Stromquelle, mit der sich die physikalischen Eigenschaften eines Akkus modellieren lassen. Sowohl die Ausgangsspannung als auch der Innenwiderstand können laufend variiert werden, um den SOC und die Alterung des Akkus zu simulieren. Ohne aufwendige Konditionierung können Zellspannung und Innenwiderstand direkt eingestellt werden. Damit steht sofort ein bestimmter Ladungs- und Alterungszustand des simulierten Akkus für eine Messung zur Verfügung. In einem betriebssicheren Umfeld lassen sich Tests mit Akkus auch unter kritischen Bedingungen wie Überstrom und Kurzschluss, Überspannung, Überladung und Tiefentladung durchführen, die mit einem echten Akku gefährlich wären. 28 elektronik industrie 07/2015 Das Akkumodell Eine komplexe Größe in der Akkusimulation ist der vom Ladezustand abhängige Spannungsverlauf. Der Spannungsverlauf beim Entladen ist eine grundlegende Eigenschaft jedes Akkutyps und hängt stark von Material, Chemikalien und Aufbau des Akkus ab. Ein hochwertiger Akkusimulator erlaubt daher das Laden von Akkumodellen. Mit einer Parameterdatei kann ein herstellerspezifischer Akkutyp geladen werden, wodurch sich der Simulator nach außen wie der echte Akku verhält. Wahlweise kann der Akkusimulator eine Wertetabelle (Lookup Table) laden, die Ausgangsspannungwerte abhängig vom SOC enthält. Die Steuerelektronik des Akkusimulators erfasst, wieviel Ladung aus dem simulierten Akku heraus- und in ihn hineinfließt (Coulomb-Zähler), berechnet daraus den Ladezustand und stellt die Ausgangsspannung entsprechend der Wertetabelle ein. Aber auch ohne eine modellbasierende Steuerung kann ein Akkusimulator ordentlich arbeiten. Da die Änderung der Ausgangsspannung im Allgemeinen langsam erfolgt, kann eine PC-basierende Anwendung ganz einfach die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert programmieren. Diese programmierte Spannung kann dann langsam ansteigen oder abfallen und so den Spannungsanstieg beim Ladevorgang und das langsame Absinken der Spannung beim Entladen simulieren. Alles in allem liefert ein Akkusimulator schneller Messergebnisse, der Einsatz ist sicherer und die Testergebnisse sind genauer als bei Verwendung eines echten Akkus. Die Testperipherie bleibt überschaubar und die zeitaufwendige Akku-Konditionierung entfällt. (jwa) ■ Autor Bob Zollo Produktplaner in der Power and Energy Division von Keysight Technologies, USA. infoDIREKT 521ei0715 www.elektronik-industrie.de Stromversorgungen TISCHNETZTEIL MIT INTERNATIONALER MEDIZINZULASSUNG Ausgeführt in Schutzklasse II (Schutzisolierung ohne PE-Anschluss) versorgt das kompakt aufgebaute Tischnetzteil BET0600M von Bicker Elektronik sowohl Medizin-, Home-Care- und Laborgeräte als auch Mainboards mit Single-VoltageAnschluss zuverlässig und sicher mit Strom. Den internationalen Einsatz ermöglicht ein Weitbereichseingang von 90 bis 264 VAC (50 bis 60 Hz). Dazu kommen die einschlägigen Sicherheitszulassungen für medizinische elektrische Geräte IEC/EN/UL60601-1 3rd Edition sowie CAN/CSA-C22.2 No 60601-1 3rd Edition. Aufgrund der hohen Isolationsspannung von 6964 V DC zwischen Ein- und Ausgang entspricht das robust aufgebaute Schaltnetzteil dem Sicherheitsstandard 2×MOPP für einen optimalen Patientenschutz. Der Berührungsableitstrom (Touch Current) ist mit weniger als 0,1 mA sehr niedrig. Zusätzlichen Schutz für die versorgte Applikation bietet ein standardmäßig integrierter Kurzschluss-, Überspannungsund Überlastschutz mit Abschaltung und automatischem Wiederanlauf. Das 60-W-Gerät eignet sich für den 24/7-Dauerbetrieb. Sein MTBF liegt bei über 863.000 Stunden und die berechnete Kondensator-Lebenszeit bei über acht Jahren (40 °C, 230 VAC, 75 % Last). Ausgelegt ist das Schaltnetzteil für einen Betriebs- Bild: Bicker Robustes 60-W-Tischnetzteil in Schutzklasse II Das kompakte Tischnetzteil BET-0600M lässt sich sehr gut reinigen und desinfizieren. temperaturbereich von -20 bis +60 °C und eine Betriebshöhe von 5000 m. Mit einem Wirkungsgrad von ≥87 % und einem Leerlaufverbrauch von weniger als 0,3 W ist es sehr umweltfreundlich und erfüllt die Vorgaben der Energieeffizienz-Standards ErP und CEC Level V. Erhältlich sind drei Basisvarianten mit geregelten Ausgangsspannungen von 12, 19 oder 24 V. (mou) ■ infoDIREKT 201ei0715 30-W-STECK ERNETZTEIL MIT AUSTAUSCHBAREM AC-ADAPTER Bild: Powerbox Medizinisches 30-W-Steckernetzteil Geräte im häuslichen Einsatz IEC60601- Das 30-W-Steckernetzteil Das 30-W-Steckernetzteil EXM30 von 1-11, Isolationsklasse II sowie die Richtli- EXM30 arbeitet mit einer Powerbox mit austauschbaren AC-AdapNominalleistung von nien RoHS, Reach und WEEE. (mou) tern, Schutzklasse II und IP21-Schutz ■ 36 W und erreicht kurzarbeitet mit einer Nominalleistung von zeitig eine SpitzenleisinfoDIREKT 207ei0715 tung von 45 W. 36 W und erreicht kurzzeitig eine Spitzenleistung von 45 W. Von 85 bis 264 VAC erstreckt sich der Eingangsspannungsbereich, die Professional Power Ausgangsspannungen betragen 12, 15 und 24 V DC. Ein intelligenter Übertemperaturschutz trägt zu einer langen LebensSchaltnetzteile – High reliability Made in Germany dauer, hoher Zuverlässigkeit (440.000 h MTBF) und Betriebssicherheit bei. Der Ableitstrom von unter 10 µA erfüllt die Anforderungen der Klasse CF und für kritische medizinische Anwendungen im klinischen Einsatz. Dazu kommen eine Leerlauf verlustleistung von unter 0,2 W und ein Wirkungsgrad von 88 %. Die Serie erfüllt die Norm für medizinische Netzteile IEC60601-1 Edition 3, die Norm für medizinische inpotron Schaltnetzteile GmbH Kurzlebig. Customized solutions for Industry, Medical and LED Lighting. www.elektronik-industrie.de AC / DC DC-USV DC / DC LED-Netzteile Langlebig. Hebelsteinstraße 5 78247 Hilzingen, Germany Phone +49 7731 9757- 0 E-Mail [email protected] Internet www.inpotron.com Aktive Bauelemente Zertifizierter Multiprotokoll-Switch Echtzeit-Ethernet-Baustein unterstützt alle industriellen Protokolle Die Industrial Ethernet Rap-ID Platform von Innovasic zur einfachen Integration von Echtzeit-Industrial-Ethernet-Funktionalität ist sowohl nach Profinet v2.31 für Class-B- und C-Geräte als auch nach Ethernet/IP CT11 für Beacon-basierende DLR-Geräte zertifiziert. Basis der Plattform ist der neue REM Switch Fido5000 von InnovaAutor: Volker Goller sic, der alle gängigen Industrial-Ethernet-Protokolle unterstützt. L angfristig werden IndustrialEthernet-Protokolle die seriellen Feldbusprotokolle ablösen. Sensor-Feldbusse wie IO-Link oder HART kommen sicherlich noch einige Zeit zum Einsatz. Auf lange Sicht wird Ethernet aber auch in diesen Bereich eindringen. Im Vergleich zu Feldbussen verfügt Ethernet über zahlreiche Vorteile unter anderem bezüglich Flexibilität, Kompatibilität und beim Netzwerkmanagement. Moderne Industrial-Ethernet-Systeme zeichnen sich durch hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit aus. Die industrielle Praxis zeigt, Entwickler bevorzugen in der Regel die freie Wahl des Mikrocontrollers, statt einen reinen Kommunikationscontroller einzusetzen. Zudem wollen sie mit einer Hardware alle gängigen Protokolle abdecken. Natürlich wirken sich diese Cross-Market-Lösungen auch auf itry Dm - Fo 30 den Preis der Module aus, da es nicht mehr erforderlich ist, für jedes einzelne Protokoll einen Spezialchip zu entwickeln. Alle gängigen Protokolle Mit dem Echtzeit-Ethernet-Switch Fido 5000 REM lassen sich sämtliche Industrial-Ethernet-Protokolle realisieren. Der Baustein arbeitet mit jedem Prozessor zusammen, zum Beispiel mit den ARMCPUs oder dem Kommunikationscontroller Fido1100 von Innovasic. Auf einer einzigen Siliziumlösung bietet der REMSwitch Support für alle gängigen Industrial-Ethernet-Protokolle. Dazu gehören Profinet, Profinet IRT (Version 2.3), Ether- net/IP, Ethernet/IP mit Beacon-basierendem DLR, Modbus-TCP, Ether-CAT, Sercos und Powerlink. Der MultiprotokollBaustein ist das Herz der Rap-ID-Plattform zur kostenoptimierten Integration hochleistungsfähiger Echtzeit-IndustrialEthernet-Funktionalität. Innovasic setzt den Schwerpunkt auf Profinet, das schnellen und sicheren Datenaustausch zwischen Feldgeräten verschiedener Hersteller ermöglicht. Neben der I/O-Kommunikation ist der direkte Zugriff auf TCP/IP zur Übertragung großer Datenmengen wie Qualitäts- und Tracebility-Informationen erlaubt. Ein deterministisches Verhalten stellt die Priorisierung der Messages sicher. IndustrialEthernet-Lösungen wie Profinet integrieren Diagnose- und Alarmfunktionen und sorgen für schnelle Inbetriebnahme und optimierte Maschinenwartung. .com tolia elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de Design-In-Expertise And Service Bild: Innovasic IoT Product Portfolio Die Industrial-Ethernet-Rap-ID-Plattform von Innovasic zur einfachen Integration von Echtzeit-Industrial-Ethernet-Funktionalität ist zertifiziert nach Profinet und Ethernet. Die Organisation Profibus & Profinet International (PI) definiert und unterstützt den Profinet-Standard. Unter anderem legt die PI die Rahmenbedingungen für eine Zertifizierung neu entwickelter ProfinetProdukte fest, um das zuverlässige Zusammenspiel aller Komponenten und Systeme zu gewährleisten. Zudem passt sie die Testvorgaben ständig den Anforderungen der Praxis an. Designrisiko reduzieren Die Überprüfung durch ein unabhängiges PI-Testlabor reduziert das Designrisiko zukünftiger Feldbusgeräte-Entwicklungen. Dabei dokumentiert das Testlabor auch den Stand der Implementation. Das Zusammenspiel unterschiedlicher Controller und Devices verschiedener Herstellern lässt sich auf einem Plugfest prüfen. Diese Gelegenheit, sollte sich kein Entwickler entgehen lassen. Anpassungen an fortgeschriebene Spezifikationen und kontinuierliche Verbesserungen des Produkts erfordern eine fortlaufende Zertifizierung durch den Technologielieferanten. Eck-DATEN Der Echtzeit-Ethernet-Switch Fido5000 REM von Innovasic bietet auf nur einer Siliziumlösung Support für alle gängigen IndustrialEthernet-Protokolle. Der Baustein arbeitet mit jedem Prozessor zusammen. Dazu gehören beispielsweise ARM-CPUs oder auch der Kommunikationscontroller Fido 1100 von Innovasic. www.elektronik-industrie.de Seit der Profinet-Spezifikation V2.3 ist der Load-Test Pflicht. Dieser überprüft die Auswirkungen zusätzlicher Netzlast auf die Profinet-Implementierung. Je nach Grad der geforderten Robustheit und Zuverlässigkeit unterscheidet man Net Load Klassen I und III, mit der kommenden Spezifikation 2.32 kommt eine neue Klasse II hinzu. Class III stellt die höchste Kategorie dar, das bedeutet, dass die Feldgeräte auch bei sehr hoher Netzlast ein Höchstmaß an Robustheit und Zuverlässigkeit aufweisen. Da heute der Sicherheitsaspekt in Produktionsnetzen immer mehr an Bedeutung gewinnt, gilt es, die Robustheit auch unter extremen Bedingungen sicherzustellen. Um den Load-Test mit Class III zu bestehen, ist eine spezielle Hardware-Unterstützung erforderlich. Ansonsten wäre eine langwierige Optimierung der Software oder eine Überdimensionierung des Feldgerätes nötig. Den Load-Test verfolgt maßgeblich die PI Security Workgroup, in der unter anderem auch Innovasic mitarbeitet. Robustheit unter extremen Bedingungen sicherstellen Einzelne Zeitintervalle steuern die Echtzeitverarbeitung bei Profinet IRT. Deshalb spielt die Einhaltung des Timings eine große Rolle und dies ist nur durch eine exakte Synchronisierung aller im System verteilten Uhren realisierbar. Die von Innovasic entwickelte Priority-Channel-Technologie stellt sicher, dass die Echtzeit- Microcontroller Wireless Security Sensor & Sensor Frontend Display Capacitive Touch Batteries & Wireless Charging Timing Devices Weitere Informationen finden Sie auf unserer Homepage unter www.ineltek.com oder senden Sie uns eine E-Mail an [email protected] INELTEK GmbH Hauptstrasse 45 · 89522 Heidenheim Phone +49 7321 9385 0 · Fax +49 7321 9385 95 [email protected] · www.ineltek.com Aktive Bauelemente leicht ermöglicht. Legacy Start-up und Advanced Start-up sind innerhalb eines IRT-Netzwerks unterstützt. Der Webserver erlaubt Nutzern, die Webseiten dynamisch nach ihren Wünschen zu ändern. Das Rap-ID-Platform-Profinet-IRT-Netzwerkinterface steht als Modul oder Embedded-Design zur Verfügung. Industrial-Ethernet-Messages rechtzeitig abgearbeitet werden – unabhängig vom Protokoll und der Netzauslastung. Innovasic hat die neue Version ihres Rap-ID Platform Network Interface bereits für Profinet IRT und RT nach Profinet v2.31 für Class B- und C-Geräte zertifiziert. Die Zertifizierung umfasst die Konformität mit dem höchsten Level des Network Load Testing, Net Load Class III. Dabei beinhaltet das Netzwerk-Interface alle notwendigen Funktionen zur Teilnahme an einem Profinet-IRT- und RT-Netzwerk. Der Host-Prozessor ist über einen UART oder eine parallele 16-Bit-Schnittstelle mit dem Netzwerk-Interface verbunden. Auf dem Software Layer ist der Host an die Unified Interface API von Innovasic angeschlossen. Neben Standard-Alarm- und Diagnosefunktionen umfasst das Produkt auch DCP, LLDP, SNMP und VLAN-PriorityNetzwerk-Management-Protokolle. Damit werden die Erkennung der Netzwerktopologie und der Ersatz einfacher Geräte Webseiten dynamisch ändern Darüber hinaus hat Innovasic die Rap-IDPlattform nach Ethernet/IP CT11 für Beacon-basierende DLR-Geräte zertifiziert. Zusätzlich vom Hersteller durchgeführtes Network Load Testing stellt sicher, dass Zykluszeiten bis hinab zu 2 ms unempfindlich sind gegen durch den Netzverkehr verursachte Auswirkungen. Das Rap-ID-Platform-Ethernet/IPNetzwerkinterface mit DLR steht als Modul oder Embedded-Design zur Verfügung. Zum Paket gehören alle Funktionen, die notwendig sind, um an einem Ethernet/IP-Netzwerk mit einer Star-, Linien- oder Ringtopologie teilzunehmen. In Ringtopologien unterstützt das Produkt Beacon-Intervalle bis hinab zu 100 µs und Ring-Recovery-Zeiten von weniger als 3 ms für ein Netzwerk mit 50 Knoten. Funktionen wie Quick Connect und Address Conflict Detection (ACD) sowie Large Forward Open sind vorhanden. Es unterstützt alle Standard Objects, das File Object lässt sich zur Einbettung eines EDS File nutzen. Über einen Webserver können Nutzer kundenspezifische dynamische Webseiten erstellen. Insgesamt erlaubt das Rap-ID Platform Network Interface eine schnelle und effektive Integration von Industrial-Ethernet-Protokollen wie Profinet oder Ethernet/IP. (ah) ■ Autor Volker Goller European Manager Real-Time Ethernet Solutions bei Innovasic. infoDIREKT 602ei0715 IC-HTP IC-Haus bringt einen Laserdiodentreiber auf den Markt, der sich per Mikrocontroller digital ansteuern lässt und zwei Laserdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen treibt. Der iC-HTP ist für CommonCathode-Laserdioden mit gemeinsamer Kathode oder P-Typ-Laserdioden im CWBetrieb ausgelegt. Dabei kann man wahlweise die optische Ausgangsleistung (mittels APC), den Laserdiodenstrom (per ACC) oder eine komplett MUC-basierte Regelung verwenden. Für eine Ansteuerung von N-Typ- und M-Typ-Laserdioden im CW-Betrieb hat IC-Haus den iC-HT im Programm. Der maximale Laserdiodenstrom pro Kanal beträgt 750 mA und die Parallelschaltung beider Kanäle für besonders hohe Laserdioden-Ströme bis 1,5 A ist zulässig. Zusätzlich ist eine kanalweise Strombegrenzung einstellbar. Durch die hohe Integration der analogen Funktionen können mehrkanalige Laserdioden-Steuerungen direkt implementiert 32 elektronik industrie 07/2015 Bild: IC-Haus CW-Laserdiodentreiber mit MCU-Interface Der Laserdiodentreiber iC-HTP ist im QFN28Gehäuse verfügbar; es ist nur 5 × 5 mm² klein. werden. Interne Arbeitspunkte und Spannungen kann der Baustein über AnalogDigital-Wandler ausgeben. Der integrierte Temperatursensor überwacht die Systemtemperatur und eignet sich für eine Rückkopplung im Regelkreis. Logarithmische Digital-Analog-Wandler ermöglichen eine optimale Leistungsregelung über einen großen Dynamikbereich für eine Vielfalt verwendbarer Laserdioden. Die Konfiguration wird in zwei Speicher- bereichen abgelegt; die internen Stromgrenzen, eine VersorgungsspannungsÜberwachung, kanalspezifische Unterbrechungs-Schalteingänge und ein Watchdog sichern den Betrieb der Laserdioden. Statt über SPI oder I²C kann der Baustein auch Pin-konfiguriert arbeiten; dann definieren externe Widerstände die APC-Leistungsvorgaben. Mit dem Stromausgang DCO kann eine externe Spannungsversorgung angesteuert werden, um die Verlustleistung des Systems zu senken, etwa in batteriebetriebenen Geräten. Der iCHTP arbeitet mit Versorgungsspannungen von 2,8 bis 11 V und treibt damit auch blaue und grüne Laserdioden. Die Betriebstemperaturen reichen von -40 bis +85 °C. Der Baustein ist im 28-Pin-QFN-Gehäuse realisiert und misst 5 × 5 mm2. Als Designin-Unterstützung sind Demo-Boards und PC-Software erhältlich. (lei) ■ infoDIREKT 706ei0715 www.elektronik-industrie.de Bauteile Komponenten & Geräte In guter Nachbarschaft FPGA mit hoher Integration, Leistung und Sicherheit Altera vereint FPGAs, SoCs und andere Funktionen zu einem Multi-ChipHochleistungssystem. Die Stratix-10-Serie erreicht hohe Performance bei reduzierter Leistungsaufnahme, enthält bis zu 5,5 Millionen LEs, umfangreiche Sicherheitsfunktionen und einen 64-Bit-ARM-Cortex-Prozessor. Halbleiter Intelligence Bilder: Altera by Microchip Verbindungstechniken von Chip-Modulen: EMIB versus Interposer. D er neue Stratix-10-FPGA-SoC erreicht als programmierbarer Log ikbaustein einen hohen Grad an Leistungsfähigkeit, Integration, Schaltungsdichte und Sicherheit. Er basiert auf Alteras Hyperflex-FPGA-Fabric und wird im 14-nm-Tri-Gate-Prozess von Intel gefertigt. Mit fortschrittlicher Embedded-Datenverarbeitung, Fließkomma-Berechnungen der GPU-Klasse und heterogene 3D-SiP-Integration (System-in-Package) eignet sich der Baustein für Kommunikations-, Datencenter- und Radarsysteme sowie für hochleistungsfähige Rechensysteme. Fächendeckend in der Schaltungsstruktur integrierte Hyper-Register ermöglichen höhere Taktfrequenzen. RegisterRetiming, Pipelining und andere Optimierungen wirken weiterhin Performance-steigernd. Die Hyperflex-Architektur reduziert kritische Pfade und Delays und erreicht ein schnelles Timing-Closu- Zusätzliche Register in den Zwischenverbindungen verkürzen Signallaufzeiten. www.elektronik-industrie.de re. Eine hochkompakte monolithische Core-Fabric macht eine optimale Ausnutzung der Logikmodule möglich, was die Leistungsaufnahme in SchaltungsDesigns um bis zu 70 % verringert. Die 3D-SiP-Integration verbindet die FPGA-Core-Fabric mit anderen ChipModulen zu einer gemischten Anordnung. Dabei ist Intels EMIB-Technik (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge) verglichen zur Interposer-Technologie leistungsfähiger, weniger komplex, kostengünstiger und besser in der Signalintegrität. Serielle Highspeed-Transceiver und Protokoll-Tiles werden per EMIB mit dem FPGA-Logik-Chip verbunden. Stratix 10 kann hierdurch Datenraten bis 56 GBit/s erzielen, die für künftige Standards wie PAM-4, PCIe Gen4, Multi-Port Ethernet sowie weitere Analogtechnik und breitbandige Speicher erforderlich sind. Der integ rierte A R M Cortex-A53 (64-Bit-Quadcore) bietet umfangreiche Peripherie, eine Memory Management Unit, externe Speichercontroller und schnelle Schnittstellen. Dazu kommen umfangreiche Sicherheitsfunktionen. Zur Programmierung des Stratix 10 bietet Altera die neue Spectra-Q-Engine als Bestandteil der EDA-Software Quartus II an. Entwicklungsmuster stehen ab Herbst 2015 zur Verfügung. (jwa) ■ Controller und Analog-ICs by Microchip • 8-Bit PIC-Microcontroller • 32-Bit Microcontroller • dsPIC Digitale Signal-Controller • Battery Managment ICs • AD- und DA-Wandler Distribution by Schukat electronic • 25.000 Produkte • detaillierte Technikinfos • günstige Preise • 24 h-Lieferservice Onlineshop mit stündlich aktualisierten Preisen und Lagerbeständen w w w. s c h ukat.com Der Beitrag basiert auf Unterlagen von Altera. infoDIREKT 522ei0715 S C H U K AT Aktive Bauelemente Den Energiebedarf im Blick Die Leistungsgrenzen von ARM Cortex-M-Prozessoren erweitern Mit seinem Cortex-M7 hat ARM einen Embedded-Prozessor speziell für den Markt der digitalen Signalverarbeitung entwickelt. Gefragt ist hier eine effiziente, einfach einsetzbare Mischung von Steuer- und Signalverarbeitungsfähigkeiten. Passend dazu hat ARM den M7 mit vielen sehr effizienten Signalverarbeitungsfunktionen ausgestattet. Cadence erklärt hier, Autoren: Ravi Andrew, Madhuparna Datta mit welchen Techniken die Entwickler Energie sparen. Nested Vectored Interrupt Controller WIC Debug FPU ETM ECC CPU ARMv7-M I Cache MPU Data TCM D Cache AXI-M AHB-P Instr TCM AHB-S Bild 1: Blockdiagramm des ARM Cortex-M7. D ie energiesparenden, einfach einsetzbaren Mikroprozessoren der ARM Cortex-M-Serie (Bild 1) sind bei tragbaren und drahtlosen Embedded-Anwendungen inzwischen weit verbreitet. Bei Designs mit hoher Leistungsfähigkeit ist der Energieverbrauch ein wichtiger Aspekt, da bei hohen Frequenzen die Leistungsaufnahme schnell mehrere Watt erreichen kann. Um damit umzugehen, ist ein komplexes Wärmemanagement auf Systemebene nötig, das höhere Kosten verursacht und eine potenzielle Fehlerquelle darstellt. In Hochleistungsmikroprozessoren gibt es mehrere Ursachen für die hohe Verlustleistung. Bereits die hohe Zahl integrierter Bauteile und Leitungen in einem großen Chip erhöht die Gesamtkapazität des Designs. Um hohe Performance zu erreichen, sind auch immer höhere Taktfrequenzen nötig. Allerdings ist die dynamische Leistung direkt proportional zur Häufigkeit der Umladung der Kapazitäten (also zur Taktfrequenz). Dynamische Leistungskomponenten Ein weiterer Aspekt ist der ineffiziente Einsatz von Gates. Die Schaltkapazität der Bauteile setzt sich aus Gate-Oxid-Kapazität, Überlappungskapazität und Sperrschichtkapazität zusammen. Außerdem ist der Einfluss der internen Knoten eines komplexen Logikgatters zu berücksichtigen. Zum Beispiel trägt die Sperrschichtkapazität hintereinander geschalteter Eck-DATEN Die Reduzierung der Verdrahtungslängen und die Slack-Profil-basierende Platzierung sowie die Voraussage des genauen Einflusses des Routings in einer frühen Phase des Designs sind wichtige Aspekte, um die Leistung zu verbessern und den dynamischen Stromverbrauch im Design zu reduzieren. Die Tools leisten mehr, wenn der richtige Floorplan zusammen mit den geeigneten Direktiven an passenden Stellen vorgegeben ist. Mit einer Kombination von Designänderungen, fortschrittlichen Tools und Entwicklungsexpertise können Entwicklungsingenieure heute die Herausforderungen des Timing-Closure umfassend adressieren und gleichzeitig den dynamischen Stromverbrauch des Designs niedrig halten. 34 elektronik industrie 07/2015 NMOS-Transistoren in einem NANDGatter zur Gesamtschaltkapazität bei, obwohl diese nicht am Output-Knoten erscheint. Die dynamische Leistung wird verbraucht, wenn ein Gatter umschaltet. Den Takt verstehen Das Interesse im physikalischen Designbereich hat indessen zugenommen: Das Ziel lautet, die verfügbaren Gatter besser zu nutzen, indem man die Rate der Taktzyklen beim Umschalten eines Gatters erhöht. Damit erhöhen sich allerdings auch die Aktivitäten auf dem Bauteil, was wiederum den Leistungsverbrauch anhebt. Die dynamische Leistungsaufnahme hat den größten Anteil am Stromverbrauch des Gesamtchips (der Rest entfällt auf Kurzschlussleistung und Leckstromleistung). Da der Leckstrom nur <2 % der Gesamtleistung ausmacht, konzentriert sich dieser Beitrag auf die dynamische Leistung. Die Formel für die dynamische Leistung lautet: Pdynamic = α · C · Vdd2 · f Hierbei steht C für die Kapazität, die ge-/ entladen wird, Vdd ist die Versorgungsspannung, f ist die Arbeitsfrequenz und α ist ein Maß für die Schaltaktivitäten. Diese Formel nimmt an, dass die Ausgangslast einen vollen Spannungshub Vdd erfährt. Wenn dies nicht der Fall ist und es Schaltungen gibt, die diese Tatsache ausnutzen, wird Pdynamic proportional zu (Vdd · Vswing). Daher ist hier eine kurze Diskussion des Schaltfaktors α erforderlich. Er ist in diesem Modell als die Wahrscheinlichkeit definiert, dass ein Gatter in einem beliebigen Taktzyklus am Ausgang einen Lowzu-High-Übergang erfährt. Zum Beispiel findet bei einem Takt-Buffer in jedem Taktzyklus sowohl ein Übergang von Low zu High als auch von High zu Low statt. www.elektronik-industrie.de Bild 2: Um die Platzierungsdichte zu verbessern, hat ARM bestimmte Teile des Designs soft-blocked gehalten und die Standardzelldichte auf über 75 % gehoben. Folglich ist α für ein Taktsignal gleich 1, da es mit jedem Taktzyklus einen energieverbrauchenden Übergang gibt. Glücklicherweise sind die Aktivitätsfaktoren der meisten Schaltungen viel kleiner als 1. Einige typische Werte für Logik sind ungefähr 0,5 für Datenpfad-Logik und 0,03 bis 0,05 für Steuerlogik. In den meisten Fällen nutzen wir einen Standardwert von 0,15 für α. Dieser Wert ist in der Literatur in der Regel für statische CMOS-Designs angegeben. Bemerkenswerte Ausnahmen für diese Annahme sind Cache-Speicher, wo Schreib-/Lese-Operationen fast in jedem Zyklus stattfinden, und Taktschaltungen. Die fünf wichtigsten Komponenten im Hinblick auf den dynamischen Stromverbrauch sind: • Standardzellenlogik und lokale Verdrahtung • Globale Verbindungen (hauptsächlich Busse, Routing zwischen Modulen und andere Steuerungen) • Globale Taktverteilung (Treiber + Verbindungen + sequenzielle Elemente) • Speicher (Onchip-Cache) – in unserem Fall konstant • I/Os (Treiber + kapazitive Lasten außerhalb des Chips) – in unserem Fall konstant EKMB-Serie – die ideale Lösung für drahtlose Applikationen Komponenten für das Timing-Closure Ein grundsätzliches Problem des TimingClosure ist die Modellierung der physischen Überbelegung. Das Problem umfasst unter anderem die Darstellung und das Handling verschiedener Layout-Probleme. Während ein sauberes und universelles mathematisches Modell der physikalischen Constraints offen bleibt, neigen Entwickler dazu, das Layout-Problem mit Hilfe mehrerer Constraints und komplexen Details zu formulieren, welche die Implementierung verkomplizieren. Für einen Timing-Closure-Designprozess müssen daher mehrere Constraints mit einer einheitlichen Zielfunktion bedacht werden. Die Signalintegrität-Effekte (SI) müssen unbedingt vorausgesagt werden, bevor das detaillierte Routing erfolgt, da eine umfangreichere Fehlinterpretation des Timings vor dem detaillierten Routing zu Timing-Sprüngen nach dem Routing führen kann. Aus der Erfahrung betrachtet, erfolgte bei Designs mit einem schwierigen Timing-Closure nur eine Post-RouteOptimierung, um das Setup-/Hold-Timing zu klären. Mit der Einführung der „InRoute-Optimierung“ ist das Timing-Closure während des Routings mittels einer Track-Zuordnung früher möglich. Pyroelektrische Sensoren der EKMB-Serie mit niedrigem Stromverbrauch – mehr als ein PIR-Sensor, eine Komplettlösung! Highlights: • Quad PIR-Sensor • 1, 2 und 6 µA Stromverbrauch • Mit integrierten Verstärkern und Komparatorschaltkreis • Bessere Platzierung Electrical-Driven (Slack/MMMC/Skew/Power) Giga-Place Analytical Placement Engine Physical-Driven (Topology/Layer/Color Pin-Access) Optimization-Driven (Gate Sizing/Buffering) Bild 3: Die Giga-Place-Engine von Cadence hilft dabei, die Zellen in einem Timing-gesteuerten Modus zu platzieren. www.elektronik-industrie.de Während der Evaluierung des Floorplans und der Zellenplatzierung wurde festgestellt, dass der Floorplan größer als erforderlich und die Platzierungsdichte der Zellen einheitlich war. Diese zwei Aspekte könnten auf eine unnötige Ausbreitung der Zellen hinweisen, was längere Verbindungen und höhere Takt-Latenzen zur Folge hätte. Um die Platzierungsdichte zu verbessern, wurden bestimmte Teile des Designs soft-blocked und die Standardzelldichte auf über 75 % gehalten (Bild 2). Linsen mit kleinem Durchmesser • Max. Detektionsbereich: 12 m • Extrem zuverlässig • Leicht integrierbar • Kompaktlösung ermöglicht schnelle Markteinführung Panasonic Electric Works Europe AG Tel.: +49 (0) 8024 648-0 • Fax: +49 (0) 8024 648-111 [email protected] www.panasonic-electric-works.de 7000 -1800 6950 -1600 6900 -1400 -1200 6850 AFTER 6800 BEFORE 6750 TNS [ns] Wire Length [mm] Aktive Bauelemente -1000 AFTER -800 BEFORE -600 6700 -400 6650 6600 -200 route postroute 0 postroute_hold Bild 4: Reduzierte Verbindungslängen mit Giga-Place und Soft-Blocked-Placement. Die Platzierung der Standardzellen spielt dabei eine entscheidende Rolle. Erfolgt dies korrekt, dann kann sich das durch einen besseren QoR-Wert (Quality of Results) und eine Reduzierung der Verbindungslängen auszahlen. Wenn die Platzier ungsalgor ithmen außerdem gewisse Aspekte bei der Wärmeabfuhr berücksichtigen, wie eine Reduzierung der Verbindungslängen und des gesamten Slack-Profils des Designs, und zudem eine korrekte Platzierung erfolgt, dann kann dies zu einer deutlichen Verbesserung führen. Dies ist das Grundprinzip der Platzierungs-Engine Giga-Place, die im Cadence Innovus-Implementierungssystem verfügbar ist. Die Engine hilft dabei, die Zellen in einem Timing-gesteuerten Modus zu platzieren, sodass das Slack-Profil der Pfade aufgebaut und die Platzierungsanpassung auf der Basis dieser Timing-Slacks durchgeführt wird. Cadence hat die neue Platzierungs-Engine mit dem ARM CortexM7-Design vorgestellt und gute Verbesserungen bei den gesamten Verbindungslängen und dem TNS-Wert (Total Negative Slack) erreicht. Mit einem reduzierten Floorplan und durch die Vermeidung einer einheitlichen Platzierung sowie dem Einsatz der neuen Giga-Place-Technologien konnte Cadence die Verbindungslängen deutlich reduzieren (Bild 4). Damit ließ sich sowohl die Frequenz erhöhen (Bild 5) als auch die Leistungsaufnahme reduzieren. s ct ts stc po ld ho po ts_ stc te ou str po po l ho e_ ut o str d Bild 5: Der Total-Negative-Slack-Wert (TNS) bei einem Takt von 500 MHz verbessert sich durch die Maßnahmen deutlich. One Pass Flow Global Route Track Assignment GigaOpt Timing-Driven ECO Route/TA Detail Route/PRWS Bild 6: Vor dem Routing erfolgt die In-RouteOptimierung zur Timing-Optimierung. dings keine DRC-Korrekturen und keinen Leaf-Cell-Pin-Zugriff berücksichtigt. Das ermöglicht Anwendern, einen genauen Timing-/SI-Einblick zu erhalten und umfangreichere Änderungen vorzunehmen, ohne die Verbindungen zu unterbrechen. Diese Änderungen sind dann für ein vollständiges detailliertes Routing festgelegt. Effiziente RC-Modellierung Die In-Route-Optimierungstechnologie nutzt eine interne Extraktions-Engine für eine effiziente RC-Modellierung. Die nach der Post-Route-Optimierung beobachtete Timing-QoR-Verbesserung erfolgte deutlich und auf Kosten einer geringen Laufzeiterhöhung (aktuell wurden nur 2 % beobachtet). Durch die erfolgreiche Nutzung eines internen Extraktionsmodells während der In-Route-Optimierung ließ sich die beim Übergang von Pre-Route zu Post-Route festgestellte Timing-Divergenz reduzieren. Mit dieser Optimierungstechnologie konnte ARM das Design so verbessern, dass es die vorgesehene Frequenz erreichte. Designänderungen ARM hat drei Arten von Experimenten durchgeführt, um die dynamische Leistungsaufnahme des Designs zu reduzieren. Das erste Experiment nutzte dazu zwei entscheidende Tool-Merkmale: die „Dynamic Power Optimization Engine“ und die „Area Reclaim“-Funktion in der Post-Routing-Stufe. Mit diesen Optionen konnte die dynamische Leistung um 5 % bei 400 MHz verringert werden. Damit ließ sich die Lücke zw ischen dem ursprünglichen und dem gewünschten Leistungsziel halbieren. Im zweiten Experiment verkleinerte ARM den Floorplan um 100 µm, um die Verbindungslängen zu reduzieren. Dies ist im Detail bereits in einem vorhergehenden Abschnitt diskutiert. Die Verkleinerungen im Floorplan sind zurückzuführen auf: • Erhöhung der Dichte von ~76 % auf 85 % • Reduzierung der Verbindungslängen um 5,1 % – nach dem Routing • Fläche (in Kombination mit #1 und Reduzierung), Verkleinerung um ~4 % – nach dem Routing Dadurch konnten zusätzliche 2 % bei 400 MHz eingespart werden, wobei eine ähnliche Auswirkung über den Frequenzbereich feststellbar war. Dynamic Power In-Route-Optimierung Die In-Route-Optimierung zur TimingOptimierung geschieht vor dem Routing (Bild 6). Sie ist eine sehr genaue Darstellung der echten Verbindungen, die aller- 36 elektronik industrie 07/2015 High activity Typically @0 Bild 7: Beispiel einer Leistungsoptimierung. www.elektronik-industrie.de 120 100 80 60 40 20 0 400 MHz – 14.1 400 MHz – 14.1 + Power-Opt 200 MHz – 14.1 200 MHz – 14.1 + Power-Opt 200 MHz – 14.1 + Power-Opt + Giga-Place Bilder: Cadence 400 MHz – 13.2 200 MHz – 14.1 + Power-Opt + Giga-Place + Relax Clock Skew Bild 8: Dynamischer Energieverbrauch von Logikgattern, normalisiert auf 100 %. Relative Reduktion der dynamischen Leistungsaufnahme 400 MHz – RC/EDI 13.2 100 400 MHz – RC/EDI 14.1 96 400 MHz – 14.1 + Power-Opt 91 200 MHz – 14.1 75 200 MHz – 14.1 + Power-Opt 71 200 MHz – 14.1 + Power-Opt + Giga-Place 67 200 MHz – 14.1 + Power-Opt + Giga-Place + Relax Clock Skew 62 Die Power-Module von MORNSUN DC/DC Converter Tabelle 1: Ergebnisse der reduzierten, dynamischen Leistung. Die dritte Versuchsreihe umfasst Designänderungen, bei denen die Flop-Größen auf ein Minimum von „pre_cts“ verkleinert und die restlichen Flops mit höheren Treiber-Stärken auf „nicht nutzen“ gesetzt waren. Damit konnte ARM den sequenziellen Leistungsbedarf weiter reduzieren, ohne die kombinierte Leistung deutlich zu erhöhen. Ergebnisse Durch den Einsatz dieser neuen Tool-Technologien und Designverfahren konnte ARM eine um 10 % höhere Frequenz und eine um 10 % reduzierte dynamische Leistung erreichen. Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse basieren auf 400 MHz und 200 MHz für die dynamische Leistungsreduzierung. Bei ihrer Zusammenarbeit haben ARM und Cadence zuerst die Herausforderungen an zwei Punkten/Szenarien auf der PPA-Kurve (Power, Performance, Area) betrachtet: • Konzentration auf die Frequenz bei optimaler Leistung (400 MHz) • Niedrigste Leistung bei reduzierter Frequenz (200 MHz) Beim ersten Szenario konnte ARM bereits 400 MHz mit einem standardmäßigen www.elektronik-industrie.de 14.1-System erreichen. Mit dem Einsatz der Power-Opt-Technologie, die im Innovus-Implementierungssystem verfügbar ist, konnte die Leistungsaufnahme auf einen optimalen Wert reduziert werden. Beim zweiten Szenario erlaubte der zusätzliche Einsatz der Giga-Place-Technologie und eines besseren SI-Managements ein entspanntes Takt-Slew und es war eine viel höhere Leistungsreduzierung bei 200 MHz möglich. Mit der Kombination von A R M Design-Techniken und Cadence ToolMerkmalen konnte eine dynamische Leistungsreduzierung (für Standardzellen) um 38 % ab 400 MHz erreicht werden – 13.2-basierter Lauf bis 200 MHz – bestes 14.2 Leistungsrezept. (lei) ■ Isolation Single Twin Dual Triple Quad 1-15 kVdc 1.5-24V / -(1.5-15)V 2x 5/9/12/15/24V ±(3.3/5/9/12/15/24)V ±(12/15)V; 3.3/5V 4x 5V RoHS COMPLIANT 0.25-3W Fixed Input (5%/10%) TempRange -40°C to +105°C •TempRange •SMT, THT (SIP & DIP) 1-50W Wide Input (2:1/4:1) EMI meets EN 55022 Class A/B •EMI •SMT, THT, Chassis, DIN-Rail 5-40W Wide Input (6:1/12:1) •Input Voltage up to 1200V •Ideally Ideally suited for PV Systems Autoren Ravi Andrew Customer Engagement Architect bei Cadence. 0.3-2A Non-Isolated (78xx) •LinRegulator Replacement •SMT, THT (SIP & DIP) Madhuparna Datta Staff Application Engineer bei Cadence in Cambridge, Großbritannien. infoDIREKT ZUVERLÄSSIG & INNOVATIV Output Details zum Testlauf 701ei0715 www.spezial.com www.mornsun-power.com Bilder: WoGi - Fotolia.com Optoelektronik Natürlicheres Licht aus LEDs Natural-Toning-LEDs ermöglichen eine Änderung der Farbtemperatur. Leuchtdiode mit einstellbarer Farbtemperatur Die Farbtemperatur des Lichts beeinflusst die Stimmung und das Wohlbefinden der Menschen. Aus diesem Grund empfinden wir bläuliches LED-Licht mit einer hohen Farbtemperatur oft nicht nur als kalt, sondern auch als eher unbehaglich. Bisher war die Veränderung der Farbtemperatur von LED-Licht ein aufwendiges und daher relativ kostspieliges Unterfangen. Mit den Natural-Toning-LEDs sind jetzt erheblich kostengünstigere Lösungen möglich. Autor: Robert Winlow D ie Farbe des uns umgebenden künstlichen Lichts war in letzter Zeit ein häufiges Thema in den Nachrichten. Es wurde festgestellt, dass blaues Licht, das etwa von Mobilgeräten ausgestrahlt wird, am Abend einen negativen Effekt auf den Schlaf hat. Folglich ist es wenig verwunderlich, dass Menschen am Abend und in entspannten Situationen, etwa bei einem Restaurant- oder Hotelbesuch oder in Wohnräumen, wärmeres Licht bevorzugen. 38 elektronik industrie 07/2015 Eine vom Fraunhofer IBP auf internationalen Flügen durchgeführte Studie zeigt sogar einen Zusammenhang zwischen der Lichttemperatur und der Erholung. In Flugzeugen mit LEDs, die bei Übernachtflügen am Abend sowie in der Nacht für eine warme Beleuchtung sorgen und am Morgen zu einem blauen Licht wechseln, waren die Passagiere bei der Ankunft ausgeruhter und wacher. Restaurants und Hotels setzen seit einiger Zeit auf wärmeres dezentes Licht, da die Atmosphäre von den Kunden dann als entspannter und angenehmer empfunden wird. Gezielte Wahl der Farbtemperatur In Räumen, die verschiedene Zwecke erfüllen, wie zum Beispiel Hotelzimmer, Lobbys oder Restaurants, kann der erforderliche Lichttyp während des Tagesverlaufs jedoch stark variieren. Außerdem besteht ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Lichtintensität und der bevorzugten Lichtfarbe. Früh am Tag empwww.elektronik-industrie.de Optimal Effizient Ihr KleinserienSpezialist in der Elektronikfertigung Bilder: Sharp www.richter-pforzheim.de Bestückung · Kabel · Spulen Die Wahrnehmung der Farbtemperatur hängt von der Beleuchtungsstärke ab. Wenn die Lichtintensität abnimmt, bevorzugen Menschen eine wärmere Farbtemperatur. Gewöhnliche LEDs behalten jedoch ihre korrelierte Farbtemperatur (CCT) unabhängig von der Dimmung bei, während die NaturalToning-LEDs beim Dimmen für den Komfortbereich ein warmes Licht ausstrahlen. finden die Menschen helles, kühles Licht als erfrischend und belebend. Durch eine dezentere wärmere Beleuchtung am Abend und in der Nacht verbessert sich das Ambiente eines Raums nachweislich. Moderne LEDs bieten Lichtdesignern nahezu endlose Möglichkeiten. Heutzutage lässt sich jede Lichtfarbe ohne Weiteres herstellen – sogar in veränderlichen Kombinationen und Mustern. Solch eine Komplexität hat jedoch ihren Preis. Daher gilt es, beim Bestimmen der Systemkosten nicht nur die Kosten für Lampen und Leuchten, sondern auch für die erforderlichen Kabel, Schalter und die Steuerelektronik zu berücksichtigen. Dimmen wie bei Halogen- und Glühlampen Bei vielen Anwendungen ist eine derart komplexe Gestaltung gar nicht erforderlich. Vielmehr ist oft ein Effekt ähnlich demjenigen optimal, der sich mit Glühoder Halogenlampen erzielen lässt. Glühlampen erhalten beim Dimmen ganz natürlich einen wärmeren Ton. Dimmba- re Standard-LEDs bleiben jedoch unabhängig von der Intensität sehr nah an der angegebenen korrelierten Farbtemperatur (CCT). Dieses Problem lässt sich natürlich mit einem zusätzlichen Steuerkreis sowie einem zweiten Satz LEDs mit einer unterschiedlichen korrelierten Farbtemperatur lösen, um so die Farbtemperatur manuell einzustellen. Da jedoch die Anschaffungskosten immer die größte Hürde beim Umstieg auf LEDs bilden, kann das Hinzufügen zusätzlicher manueller Steuerungen zur Nachahmung von Glühlampen in einigen Fällen ein Schritt in die falsche Richtung sein. Das Gastgewerbe benötigt eine einfache, kostengünstige LED-Lösung, um die gewünschte Atmosphäre zu schaffen und gleichzeitig Kosten zu sparen. Sharp hat hierfür die Natural-Toning-LEDs entwickelt, die das Verhalten von Halogenbeleuchtung imitieren, ohne dass neben einem gewöhnlichen dimmbaren LEDTreiber weitere Steuerungen erforderlich sind. Bei niedriger Intensität strahlen die Natural-Toning-LEDs automatisch ein Eck-DATEN Um sowohl die Farbtemperatur als auch die Farbintensität mit nur zwei Anschlüssen zu kontrollieren, hat Sharp eine patentierte Steuerelektronik in die Leuchtdiode selbst integriert. Mit den NaturalToning-LEDs stellt das Unternehmen eine Lichtquelle her, die nach Angaben von Sharp „aile Vorteile einer LED in Kombination mit der Farbwiedergabe von Glühlampen umfasst“. www.elektronik-industrie.de Sonderkabelkonfektion Muster und Kleinserien ab 1 Stück 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] Optoelektronik Die Natural-Toning-LEDs basieren auf dem Modell Tiger Zenigata, kommen aber mit zwei Anschlüssen aus. wärmeres Licht aus, wenn sich der Eingangsstrom verringert. Dieses warme Dimmen erreichen diese LEDs im Gegensatz zu den Lösungen anderer Hersteller ohne zusätzliche Komponenten oder Steuerelektronik. Die passende LED-Lösung Dabei entsprechen die Abmessungen denselben Mega- und Mini-Zenigata-Paketabmessungen, so dass ein direkter Austausch gegen andere LEDs aus der Produktpalette der Standard-White-Produkte von Sharp in derselben Beleuchtungskörperreihe möglich ist, ohne dabei die mechanische Integration oder die Optik zu ändern. Dank der vorhandenen Tiger-ZenigataLED hatte Sharp bereits Erfahrung bei der Anwendung von Leuchtstoffen verschiedener Farben auf einer einzelnen Leuchtdiode. Bei der Tiger-Zenigata-LED steuern getrennte Stromkreise die beiden unterschiedlichen Leuchtstofffarben an, wodurch sich die Lichtintensität und die Farbtemperatur entsprechend festlegen lassen. Folglich haben die Tiger-ZenigataLEDs vier Anschlüsse, wohingegen die Natural-Toning-Zenigata-LEDs nur zwei Anschlüsse aufweisen. Um sowohl die Farbtemperatur als auch die Farbintensität mit nur zwei Anschlüs- 40 elektronik industrie 07/2015 sen zu kontrollieren, hat Sharp eine patentierte Steuerelektronik in die LED selbst integriert. So entsteht eine Lichtquelle, die alle Vorteile einer Leuchtdiode in Kombination mit der Farbwiedergabe von Glühlampen umfasst. Durch die integrierte Steuerelektronik sinkt die Farbtemperatur, wenn der Strom abnimmt. Dazu wird der Großteil des verfügbaren Stroms bei niedriger Intensität zu den 2000-K-Leucht- stoffstreifen und bei höherem Strom an die kühleren 3000-K-Leuchtstoffstreifen weitergeleitet. So ergeben sich mit den Natural-Toning-LEDs kosteneffektive Lösungen, die sich mit Treibern für dimmbare Standard-LEDs betreiben lassen. auch teurer zu installieren als Systeme, die auf den Natural-Toning-LEDs mit integrierter Steuerelektronik basieren. Die Anschaffungskosten für Halogenlampen sind vielleicht geringer, aber die Sharp-LEDs bieten einen viermal so hohen Wirkungsgrad wie Glühlampen, wodurch die Energieersparnis den Kostenunterschied innerhalb von nur einem Jahr wieder wettmacht. Zudem sind die Natural-Toning-LEDs von Sharp sowohl als COB-LEDs als auch in Intermo-Module integriert erhältlich. Diese sind mit zwei Schrauben am Kühlkörper befestigt, unterstützen eine Vielzahl von Reflektoren und werden bereits mit Wärmeleitmaterial geliefert. Fügt man noch die lötfreien Intermo-Verbindungen hinzu, dann wird deutlich, dass der Komfort, die Einfachheit und die angenehme Farbwiedergabe von Glühlampen in Kombination mit dem Wirkungsgrad von LEDs jetzt einfacher zu erreichen sind als jemals zuvor. (av) n Flexibilität eingebaut Autor Die Steuerelektronik ist bei der Tiger Zenigata bereits in der LED integriert. Diese Flexibilität hinsichtlich der Systemkomponenten macht den Vorteil der Dimto-Warm-Lösung von Sharp gegenüber Technologien der Konkurrenz deutlich. Wettbewerbslösungen mit Dual-Treibern und -Steuerung sind komplexer und daher Robert Winlow Engineering Manager bei Sharp Devices Europe. infoDIREKT 311ei0715 www.elektronik-industrie.de Optoelektronik Strahlender Winzling Samsung Electronics präsentiert neue Chip-On-Board-LED-Packages (COB), manche mit kleiner Lichtaustrittsfläche (LES, Light-Emitting Surface), COBs mit hohem CRI (Color Rendering Index) sowie Vivid-COBs. Die COB-Packages mit kleiner LES bietet Samsung mit 10, 20 und 40 W und deutlich reduzierten Abmessungen. Beim Modell LC040C der 40-W-Klasse ist der Durchmesser der LES von 17 mm, wie er bei herkömmlichen 40-W-COBPackages normalerweise spezifiziert ist, auf 11 mm geschrumpft. Bei LC010C und LC020C wurde die LES von 11 auf 6 mm oder von 12,4 auf 8 mm reduziert. Darüber Bild: Sa msung Chip-on-Board-LEDs Beim LC040C konnte Samsung den in der 40-W-Klasse üblichen Durchmesser von 17 mm auf nun 11 mm schrumpfen. hinaus bieten sie eine hohe Lichtintensität und eine höhere CBCP (Center Beam Candle Power). Samsung verwendet eine FlipChip-Technologie, die für eine hohe Zuverlässigkeit und geringen Lichtstromabfall bei hohen Strömen und Temperaturen sorgt. Das neue Small-LES-COBAngebot bietet hohe Lichtausbeuten von 110 lm/W bei 3000 K CCT, CRI 80+ und 85 °C. Die Small-LES-COB-Packages werden im Juli bemustert. Die neuen LEDs bieten einen Farbwiedergabeindex (CRI) von über 95. Sie unterstützen CCT-Spezifikationen (Correlated Color Temperature) zwischen 2700 und 3500 K. Die Vivid-COB-Packages zeichnen sich durch deutlich lebendigere Farben aus und sorgen dafür, dass Gegenstände so attraktiv wie möglich erscheinen. Dieses Leistungsmerkmal erreicht Samsung durch Abstimmung des Farbspektrums (Color Spectrum Tuning) und Phosphor-Controlling. (lei) n infoDIREKT704ei0715 Im Vertrieb von Beck Effiziente 3014-LED Unsere Das erg ibt eine Effizienz von bis zu 175 lm/W. Bei 30 mA ergeben sich Werte von bis zu 16 lm. Die Farbqualität liegt weiterhin bei CRI-Werten von mindestens 80 Ra. Die PC30H08 ist wie gewohnt mit den Farbtemperaturen 2700, 3000, 3500, 4000, 5000, 5700 und 6500 erhältlich. Mit ihren Abmessungen von 3,0 × 1,4 × 0,8 mm3 und einem Betrachtungswinkel von 120° sind die Produkte der 3014-Serie passend für nahezu alle Anwendungsbereiche, insbesondere für Blitzlicht und gewerbliche Beleuchtung im Innen- und Außenbereich. (lei) n Bild Der LED-Hersteller Lextar (Vertrieb: Beck) konnte seine 3014-Serie weiter verbessern und bietet jetzt die PC30H08 mit noch höherer Effizienz an. Maßgebliche Verbesserungen sieht der Hersteller vor allem beim Lichtstrom. Die Leuchtdiode erreicht typische Werte von bis zu 31,5 lm bei einem Konstantstrom von 60 mA und einer Vorwärtsspannung von 3,0 V. : Bec k Die LED PC30H08 ist in verschiedenen Farbtemperaturen erhältlich. Sie misst nur 3,0 × 1,4 × 0,8 mm³. infoDIREKT703ei0715 Power Inductor Familie von GROSS Ab Lager verfügbar Kostenlose Muster innerhalb 24h Laborsortimente mit kostenloser Wiederbefüllung Software-Tools zur Produktauswahl Design-In Beratung vor Ort IC-Referenzdesigns www.we-online.de klein und filigran bis STARK und STROM Keine Nachwuchssorgen! Optoelektronik Brocreative - Fotolia.com Die XLamp XHP 70 von Cree basiert auf der SC5-Technology-Plattform und weist eine höhere Lebensdauer als Mid-Power- und High-Power-Leuchtdioden sowie höhere Lumen-Werte auf. e r: Cre Bilde Von High-Power und Highlights Super Bowl 2015 dank LED-Technologie in neuem Glanz Gasentladungsscheinwerfer sind das am meisten eingesetzte Lichtmittel in Stadien. Sie brauchen bis zu einer halben Stunde, um ihre volle Helligkeit zu erreichen, und fallen sie einmal aus, sitzt das Publikum im Dunkeln – im Stadion, aber auch an den Fernsehbildschirmen. Seit dem Super Bowl 2015 ist das University of Phoenix Stadium ein Pionier, wenn es Autor: Kai Klimkiewicz um LED-basierende Stadionbeleuchtung geht. H igh-Power-LEDs haben sich in den vergangenen 15 Jahren fest etabliert – ihre Einsatzgebiete sind vielfältig und reichen von der Ausleuchtung von Straßen, Hochregallagern und Gebäuden bis zu Flutlichtern in Sportstadien, die aus großer Installationshöhe (10 m und mehr) so viel Licht wie möglich auf den Boden bringen sollen. Eck-Daten Schnellerer Return on Investment, geringere Gesamtbetriebskosten, optimierte Performance und hochwertigere Beleuchtungselemente – das sind die Schlagworte, die die heutige LED-Lichtindustrie beschreiben. Bisher setzten Betreiber in Stadien hauptsächlich Gasentladungsscheinwerfer ein. Doch dieser in Sachen Energieverbrauch und Wartung sehr kostenintensiven Variante kann man LED-Komponenten entgegen setzen, die in weit weniger als einer halben Stunde ihre volle Helligkeit erreichen. Durch LED-Komponenten können Scheinwerfer auf Anhieb ein- und ausgeschaltet werden. LED-basierende Stadionbeleuchtung bietet zudem zahlreiche weitere Vorteile in Bezug auf Lichtqualität und Energieeffizienz. 42 elektronik industrie 07/2015 Niedrige Kosten und hohe Performance Nachdem die ersten Produktgenerationen entwickelt waren, machten sich Hersteller von Beleuchtungslösungen schnell daran, diese kontinuierlich zu optimieren. Im Zuge dessen hat sich die Lichtindustrie einen so großen Erfahrungsschatz angeeignet, dass sich die Entwicklungsabteilungen der meisten Leuchtenhersteller mittlerweile nahezu ausschließlich auf LED-Anwendungen konzentrieren. Im Fokus stehen dabei immer die Effizienz, Zuverlässigkeit und niedrige Kosten bei einer gleichzeitig hohen Performance der Lampen. Nur, wenn sie diese Faktoren erfüllen, können sie Nutzern einen echten Mehrwert bieten. Innovative Lösungen wie die neuen Extreme-High-Power-LEDs (XHP), wie die XHP50 oder XHP70 von Cree, beweisen, dass die Lichtindustrie deutliche Fortschritte gemacht hat. Sie ermöglichen es, die Systemkosten von Beleuchtungswww.elektronik-industrie.de Optoelektronik Von 1,24 Millionen auf 310.000 Watt senkt das neue Beleuchtungssystem den Energieverbrauch im University of Phoenix Stadium. anwendungen um bis zu 40 % zu senken und die Größe der Systemdesigns drastisch zu reduzieren – ohne Einbußen bei der Lichtleistung. Grund hierfür ist, dass weniger Optiken, kleinere Leiterplatten, kleinere Gehäuse und weniger Verarbeitungsaufwand erforderlich sind. Hohe Leistungswerte mit SC5-Technology Da die XHP-LEDs im Vergleich zur vorherigen LEDTechnologie eine längere Lebensdauer aufweisen – sogar bei höheren Betriebstemperaturen und Stromstärken –, können Leuchtenhersteller auch bei den Kühlkörpern Material und Kosten sparen. Ermöglicht wird dies unter anderem durch die SC5-TechnologyPlattform von Cree. Die SC5-Technology-Plattform basiert auf Crees industrieweit führender Siliziumkarbid-Technologie (SiC) und bietet auf mehreren Gebieten deutliche Verbesserungen. Neben den leistungsstärkeren und höher bestrombaren LED-Chips wurde das System für die Lichtkonvertierung optimiert, sodass es exzellente thermische und optische Leistungswerte aufweist. Verglichen mit den bislang branchenweit hells- CHANGE HOW YOU THINK ABOUT LED LIGHTING DESIGN ten High-Power-LEDs ermöglicht die Plattform eine Verdopplung der Lichtleistung und deutlich niedrigere Systemkosten. Damit entspricht die neue Plattform den aktuellen Marktanforderungen nach effizienteren, helleren sowie zuverlässigeren Beleuchtungssystemen. Gleichzeitig ebnet sie den Weg für die nächste Generation von LED-Systemen mit zukunftsweisenden Designs. Ein aktuelles Beispiel aus dem Bereich Sport zeigt, wie innovative High-Power-Beleuchtungskonzepte auch in Sportstadien helfen, Systemkosten effektiv zu senken und gleichzeitig ein ganz neues Erlebnis für Sportler und Zuschauer zu kreieren. Sportstätten setzen auf Energieeffizienz Weltweit beeindrucken Sportstadien vor allem durch ihre Architektur und die verwendeten Technologien. Aufgrund der gewaltigen Größe und starken Gebäudenutzung der Stadien ist es besonders wichtig, eine einzigartige Atmosphäre zu schaffen. Da dies oft mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist, wird effizientes Kostenmanagement zum Erfolgsfaktor. In diesem Zusammenhang spielt die Beleuchtung eine 120 mm 40 % SAME LIGHT OUTPUT LESS SYSTEM COST 30 mm Cree XHP LEDs reduce size and BOM Smaller heat sink enabled by better reliability at high temperature Fewer LEDs means smaller PCB Industry-best lumen density shrinks optics Better lumen maintenance means fewer LEDs 100 W PAR 38 performance 900 lm, 40° beam, 1900 cd Vergleich Cree XHP-LEDs mit einem PAR-38-Beleuchtungssystem: bis zu 40 % niedrigere Systemkosten bei gleicher Leistung. www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 07/2015 43 Optoelektronik Mit der SC5-Technology-Plattform von Cree fällt die Bill of Material in allen Bereichen deutlich günstiger aus. wichtige Rolle. Sie ist nicht nur für die Sportler auf dem Spielfeld und die Zuschauer auf der Tribüne ausschlaggebend, um das Geschehen live mitverfolgen zu können. Auch für die Fernsehübertragung von Spielen und Wettkämpfen auf immer höher auflösenden Bildschirmen ist die Qualität der Beleuchtung von entscheidender Bedeutung. Vom Gasentladungsscheinwerfer zur LED Bisher kommen in Stadien hauptsächlich Gasentladungsscheinwerfer zum Einsatz. Diese sind nicht nur in Sachen Energieverbrauch, sondern auch in der Wartung kostenintensiv. Zudem brauchen sie eine halbe Stunde, um die volle Helligkeit erreichen. Fallen sie einmal aus, sitzt das gesamte Publikum im Dunkeln und die Zuschauer zuhause vor einem schwarzen Bildschirm. Setzt man hingegen LED-Komponenten ein, lassen sich Scheinwerfer auf Anhieb ein- und ausschalten. Mit genau diesen Überlegungen haben sich die Stadionbetreiber der amerikanischen Uni- Quality versity of Phoenix in Glendale, Arizona (USA), bei der Suche nach einem neuen Beleuchtungskonzept beschäftigt. Die Sportstätte fasst bis zu 72.200 Zuschauer und ist Veranstaltungsort zahlreicher sportlicher Großereignisse. Seit der Eröffnung 2006 waren dort Metalldampflampen installiert, die eine Aufwärmzeit von mindestens 20 Minuten benötigen. Für das Stadion sollte ein zuverlässiges, effizientes und einfach bedienbares Beleuchtungskonzept gefunden werden, das langfristig Energiekosten einspart und keine Kompromisse bei der Lichtqualität eingeht. Einzigartige Sporterlebnisse kreieren Um dieses Ziel zu erreichen, entschieden die Betreiber, das University of Phoenix Stadium als erste Sportstätte vollständig auf effiziente LED-Beleuchtung umzurüsten. Als Partner für die Modernisierungsinitiative wurde Ephesus Lighting gewählt – ein amerikanischer LED-Beleuchtungshersteller, der sich auf Efficiency Innovation First-class service Kingbright Electronic Europe GmbH KPG-0603 SERIE BAUFORM 0201 - DAS KLEINSTE SMD-LED GEHÄUSE! Eigenschaften: Abmessung = 0,65 mm x 0,35 mm x 0,2 mm Breiter Abstrahlwinkel = 135° und 145° Hohe Helligkeit Erhältlich in den Farben rot, orange, grün, gelb und blau Das 0,65 mm x 0,35 mm x 0,20 mm Gehäuse eignet sich sehr gut für Mobiltelefone und portable Elektronikgeräte, Digitalkameras und Camcordern,Tastaturen, Lautsprechern, Kopfhörern und Mikrofonen, Hörgeräte und medizinischen Geräten, sowie für alle Applikationen in den die Bauform 0402 schon zu groß ist. Kingbright Electronic Europe GmbH • Lindenau 7 / Gewerbegebiet • D-47661 Issum • 44 elektronik industrie 07/2015 +49 (28 35) 44 46-0 • www.kingbright-europe.de www.elektronik-industrie.de Optoelektronik Anwendungen im Bereich Industrie und Sport spezialisiert hat. Ephesus Lighting ersetzte die 780 alten Halogenscheinwerfer durch 312 neue Leuchten. Diese sind mit LED-Komponenten der XLamp-Produktfamilie bestückt und nahezu doppelt so leistungsfähig wie die alten Strahler. Aufgrund ihrer starken Performance und Anwendungsoptimierung reduzieren die XLamp-LEDs die Systemkosten deutlich. Gleichzeitig sind sie leicht in bestehende Leuchtendesigns zu integrieren und liefern eine gleichmäßig strahlende, nachhaltige und energieeffiziente Beleuchtung. Die im Stadion installierten Komponenten erbringen eine Lichtausbeute von 200 lm/W. Zudem verfügen die LEDs über die patentierte Easy-White-Technologie und weisen eine hohe Farbkonsistenz auf. Nachhaltige Beleuchtung Das neue Beleuchtungskonzept im Stadion der University of Phoenix senkt den Energieverbrauch von 1,24 Millionen auf 310.000 W. Im Vergleich zur vorherigen Technologie entspricht das einer Ersparnis von 75 % für die gesamte Beleuchtung der Sportstätte. Auch die Lichtqualität konnte dank der LED-Komponenten von Cree in den Ephesus-Leuchten gesteigert werden. Sie erzeugen ein helleres, gleichmäßigeres Licht, das die Bildung von Schatten verhindert und so ein verbessertes Beleuchtungserlebnis für Sportler und das Fernsehpublikum kreiert, das über HD-TV-Geräte zuschaltet. So können die Sender ein klareres Bild und bessere Tiefenschärfe zeigen, nah heranzoomen und sogar noch detailliertere SlowMotion-Wiederholungen zeigen. „Wir haben uns sehr gefreut, als Austragungsort des Super Bowl 2015 die Vorteile der LED-Technologie einem globalen Publikum zu präsentieren“, erklärt Peter Sullivan, Regional Vice President und General Manager, University of Phoenix Stadium. „Die LEDLösung von Ephesus Lighting hat die Beleuchtung für Athleten, Fans und Sender verbessert und reduziert gleichzeitig den Energieverbrauch. Außerdem entfallen die Kosten für die Wartung herkömmlicher Sportstättenbeleuchtung.“ High-Power-LEDs: Licht auf neuem Level Die LED-Lichtindustrie hat große Fortschritte gemacht und bietet einen echten Mehrwert ebenso wie einen schnelleren Return on Investment, geringere Gesamtbetriebskosten, optimierte Performance und hochwertigere Beleuchtungselemente. Mit ihrem hohen Energiebedarf und den besonderen Anforderungen an 75 % des gesamten ein Beleuchtungskonzept sind Energieverbrauchs Stadien prädestiniert für den Einsatz leistungsstarker und konnte das University of Phoenix Stadium bei der Umstellung von Gasentlaenergieeffizienter LED-Technodungsscheinwerfern auf LED-Kompologie. Das zeigt auch das Beispiel nenten einsparen. des University of Phoenix Stadium. „Cree ermöglicht, dass LEDTechnologie dezent, aber trotzdem hell, zuverlässig und kosteneffizient genug ist, um funktionsfähige LED-Beleuchtung für Sportstätten zu entwickeln und so die Art und Weise zu verändern, wie wir die Beleuchtung von Sportereignissen erleben“, verdeutlicht Betty Noonan, Chief Marketing Officer bei Cree. „Neben den Energieeinsparungen und einem besseren Sporterlebnis bedeutet diese Entwicklung, dass LEDs in immer mehr Lebensbereiche Einzug halten und die Technologie sich in allen möglichen Beleuchtungsanwendungen realisieren lässt.“ (jck) ■ Autor Kai Klimkiewicz Field Application Engineer Central Europe bei Cree. infoDIREKT 100ei0715 INTELLIGENTE TFTs KAPAZITIVE TOUCH PANELS Intelligente PCAP Touch Panels • I²C, SPI, RS-232 • 4,3“ und 7“ • PCAP Touch Panels • Handschuhgeeignet • Grafik-/ Touchfunktionen • Ready to Run • USB Evaluation Kits ELECTRONIC ASSEMBLY GmbH Fon: +49 (0)8105/778090 [email protected] www.lcd-module.de Optoelektronik Attraktives Modell Einfach anzuwendender Konstantstromtreiber-IC für LEDs Leuchtdioden haben sich in einem wachsenden Anwendungsspektrum fest etabliert: Sie bieten mehr Effizienz und Zuverlässigkeit als traditionelle Leuchtmittel bei sinkenden Kosten und geringem Platzbedarf. Doch auch Entwickler müssen sich umstellen, schließlich braucht die LED eine Konstanstromquelle. Rohm zeigt hierfür eiAutor: Raimund Wagner ne einfach anzuwendende Lösung mit attraktiven Eigenschaften. I n vielen Märkten, von weißer Ware und Industrie bis hin zum Automotive-Sektor, übernehmen LEDs teils sicherheitskritische Aufgaben (Bild 1). Entsprechend wichtig sind eine hohe Zuverlässigkeit von LED und ihrem Treiber. Tritt doch ein Problem auf, muss die Treiberschaltung den Fehler zuverlässig erkennen und melden. Es ist zu erwarten, dass sich auch in anderen Bereichen die einschlägigen Normen weiterentwickeln werden – hin zu mehr Zuverlässigkeit. In einigen Fällen ist dies bereits durch neue Gesetze vorgegeben. Ein weiterer Trend sind die steigenden Anforderungen an die Einstellbarkeit von Helligkeit und Leuchtfarbe der LEDs. So kann zum Beispiel eine hohe Farbübereinstimmung von LEDs untereinander gefordert sein, was präzise Regelungsverfahren voraussetzt. Eck-Daten Moderne LED-Treiber sorgen nicht nur für konstanten Strom an der LED, sie überwachen auch, ob eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss vorliegen oder die Temperatur zu hoch wird. Per SPI kommunizieren sie mit einem Host-Mikrocontroller und sorgen somit für ein zuverlässiges Gesamtsystem. 46 elektronik industrie 07/2015 Bilder: Rohm Semiconductor Bild 1: Gerade im Kfz-Bereich er füllen LEDs viele sicherheitskritische Aufgaben. Entsprechend zuverlässig müssen LED und Treiber funktionieren. Diskrete LED-Treiberlösungen Typische LED-Anwendungen enthalten eine MCU und eine geregelte Stromversorgung. Je nach Einsatzfeld werden Anzahl und Typ der verwendeten LEDs jedoch erheblich variieren. In einem einfachen Szenario kann der Mikrocontroller die LEDs über diskrete Schalter und Strombegrenzungswiderstände direkt ansteuern. Der große Aufwand an externen Bauelementen erfordert jedoch viel Leiterplattenfläche und beeinträchtigt die Zuverlässigkeit, da die Zahl der ausfallgefährdeten Komponenten groß ist. Außerdem braucht die MCU viele Pins zum Ansteuern aller einzelnen LEDs und der Softwareaufwand ist sehr hoch, um die LEDs zu allen Zeiten aktiv zu kontrollieren. Das Ansteuern von LEDs mit einem strombestimmenden Widerstand ist ungenau: es lässt sich nur der optimale Strom bei einem bestimmten Betriebspunkt einstellen. In der Praxis können die Versorgungsspannung und die Temperatur aber schwanken, sodass Farbe und Helligkeit der LEDs gravierend variieren. Eine feinstufige Regelung der Stromstärke ist nicht einfach zu implementieren – eine Pulsweiten-Modulation (PWM) jedoch schon. Allerdings können die diskreten Schalter einer PWM-Lösung elektromagnetische Interferenzen (EMI) hervorrufen. www.elektronik-industrie.de Optoelektronik Ein wichtiger Nachteil der diskreten Lösung ist, dass sich defekte LEDs nicht einfach detektieren lassen – gerade bei sicherheitsrelevanten Aufgaben kann das durchaus kritisch sein. Ausgefallene LEDs sollten dem Mikrocontroller deshalb gemeldet werden. Integrierte LED-Ansteuerlösungen Um diese Einschränkungen zu überwinden haben sich hochintegrierte Bausteine bewährt, die mehrere Funktionen in sich vereinen (Bild 2). Eine ebenso einfache wie effektive Lösung sind per SPI gesteuerte, mehrkanalige Konstantstromtreiber, etwa der BD18378EFV-M von Rohm (Bild 3). Der Mikrocontroller programmiert den LED-Treiber via SPI. Der LED-Treiber wiederum implementiert und integriert die analogen Funktionen, die notwendig sind, um die LEDs mit einem konstanten Strom zu versorgen. Auch Diagnosefunktionen lassen sich einbinden. Der SPI-Bus lässt sich mit beliebigen MCUs unkompliziert implementieren: vier Pins genügen für die bidirektionale Kommunikation mit dem LED-Treiber. Wenn der Controller sehr viele LEDs ansteuern muss, lassen sich bis zu 20 Treiber per Daisy-Chaining miteinander verbinden. Einmal programmiert, erfordern die Treiber keine weitere Kommunikation, wenn man von der PWM-Funktionalität und etwaigen Fehlermeldungen absieht. Da der Treiber sämtliche Funktionen in sich integriert, sinkt der Bauteilaufwand deutlich. Ohne dass sich Änderungen der Versorgungsspannung oder der Temperatur auswirken, werden alle angeschlossenen LEDs mit einem konstanten Strom versorgt. Die Höhe dieses Stroms lässt sich mithilfe von RegisterSettings einstellen. Lediglich ein einziger externer Widerstand ist nötig um den Basisstrom einzustellen. Ein Ausfall dieses strombestimmenden Widerstands ist zwar unwahrscheinlich, aber erkennbar. Der Treiber wird dann auf eine interne Referenz umschalten. Da der Treiber den Strom regelt und keine Spannung schaltet, reduzieren sich die EMI-Störgrößen erheblich. Bild 2: Ein typischer LED-Treiber kann mehrere LEDs mit Konstantstrom versorgen. Mit dem Host-Mikrocontroller kommuniziert der Treiber via SPI. zur MCU enzgründen wird diese Stromversorgung meist mit einem Power-Management-Baustein implementiert. Die Stromversorgung kann – muss aber nicht – den Controller mitversorgen. Wenn der Baustein eine höhere LED-Versorgungsspannung toleriert, kommt dies seiner Robustheit sowie der Flexibilität des Systems zugute. Der LED-Treiber kann eine große Zahl von LEDs mit einem hohen Strom versorgen. Da die LED-Versorgungsspannung möglicherweise hoch ist, entsteht an diesem Baustein eventuell ein hoher Spannungsabfall mit viel Verlustwärme. Folglich besitzen Power-Management die meisten Konstantstromtreiber zur Kühlung einen herausgeDie meisten LED-Treiber sind aus Gründen der Genauigkeit als führten Die-Pad und sind mit einer Thermal-Shutdown-FunkStromsenken ausgeführt. Dies bedingt, dass die LEDs an eine tion ausgestattet, die sie gegen Überhitzung schützt. Einige Progeeignete Stromversorgung angeschlossen werden. Aus Effizidukte enthalten auch eine Vorwarnfunktion, damit der ControlLEDs ler Abhilfemaßnahmen einleiten kann, noch bevor es zu Problemen kommt. Das Die-Pad sollte mit CLED VLED RP einem ausreichend großen Kühlkörper verbunden werden, etwa mit der Massefläche der LeiterplatERR SENSE VCC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 x LED Kanäle Vcc CIN te oder mit dem Modulgehäuse. Die Maximalwerte von Strom BD1837x Kühlfläche und Spannung sorgen in der Regel PWM dafür, dass Konstantstromtreiber PGND AGND IREF SDI CLK SDO LATCH 2 3 4 5 0 1 höchstens ein Dutzend LEDREXT Kanäle ansteuern. Werden mehr LED-Kanäle benötigt, lassen sich zur MCU diese mit einer per SPI gesteuerten Daisy-Chain-Konfiguration aus Bild 3: Der BD18378EFV-M verfügt über 12 LED-Kanäle. An externen Bausteinen ist vor allem ein Widerstand nötig um den Basisstrom einzustellen. Gegen die Abwärme hilft die große Kühlfläche des Bausteins. mehreren Treibern versorgen. www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 07/2015 47 Optoelektronik bige Beleuchtung mit RGBLEDs. Durch feines Variieren der Ströme, mit denen die verschiedenen LEDs angesteuert werden, lässt sich für Effektbeleuchtungen ein großer Umfang an Farben erzielen. Intelligente LEDTreiber wie der BD18378EFV-M bieten daher sowohl PWM- als auch analoge Optionen zur Stromeinstellung an. Fehler erkennen Der Ausfall einer LED lässt sich anhand der Spannung detektieren, die für die einzelnen Kanäle am Treiber anliegt (Bild 4). Wird die Spannung des betreffenden Kanals nach unten gezogen, deutet das auf eine Stromkreisunterbrechung in der LED Bild 4: Hochintegrierte LED-Treiber besitzen eine umfangreiche Fehlererkennungslogik bis hin zu einer Temperaturüberwachung. hin. Steigt die Spannung des Kanals dagegen auf die LEDVersorgungsspannung an, liegt wohl ein Kurzschluss in der Denkbar ist jedoch ebenfalls, mit einem Kanal mehrere LEDs zu LED vor. In beiden Fällen sollte der Treiber den Mikrocontroltreiben, wenn alle denselben Strom benötigen und die Spanler per SPI über den Fehler informieren, damit der den Strom nungsreserve ausreichend groß ist. für die betreffende LED ausschaltet oder anderweitig reagiert. Beim Detektieren von Kurzschlüssen sollte der Treiber allerDie Farbe im Blick dings Änderungen der Versorgungsspannung oder der LEDDie Farbe einer LED kann je nach Stromstärke variieren. Zur Flussspannung infolge der Temperatur oder des gewählten Dimmung von LEDs ist es deshalb üblich, das PWM-Verfahren Stroms sowie durch unterschiedliche LED-Versorgungsspananzuwenden und den Strom (und damit die Farbe) konstant zu nungen berücksichtigen. halten. Die Leuchthelligkeit lässt sich auf diese Weise zur AnpasMit der Einführung des BD18378EFV-M (Bild 3) hat Rohm sung an wechselnde Lichtbedingungen variieren, oder man kann Semiconductor sein Portfolio an LED-Treiber-ICs für Automotiaus ästhetischen Gründen für ein sanftes Ein- und Ausschalten ve-Anwendungen aufgestockt. Das Produkt ist qualifiziert nach der LEDs sorgen. Falls es sinnvoll ist, kann jede LED-Gruppe mit AEC Q100 und somit uneingeschränkt für den Automotive-Markt einem eigenen PWM-Treiber ausgestattet werden. in Europa und den USA geeignet. Für Evaluierungszwecke bietet In einigen Fällen ist eine zusätzliche Feinjustierung der LEDRohm auch Muster und Demo-Boards sowie eine PC-kompatibStröme sinnvoll. So kann es zum Beispiel aus ästhetischen Grünle GUI-Software mit Programmbeispielen an. (lei) den wichtig sein, dass mehrere nahe beieinander angeordnete ■ LEDs mit gleicher Helligkeit leuchten. Eine Balkenanzeige ist ein gutes Beispiel für eine solche Anwendung. Hier wäre es notwenAutor dig, dass sich die LED-Ströme in Schritten von weniger als 1 % Raimund Wagner variieren lassen, um Helligkeitsunterschiede zwischen den LEDs Marketing Product Manager bei Rohm Semiconductor in Willich-Münchheide. ausgleichen zu können. Allerdings setzt dies voraus, dass der Strombedarf der einzelnen LEDs vorab bekannt ist (durch Binning während der Fertigung). Ein weiteres Beispiel für einen Fall, in dem eine feinstufige Stromeinstellung sinnvoll wäre, ist die farinfoDIREKT 702ei0715 telco_rz_178x29-0215_telco_rz_178x29-0215 20.02.15 10:20 Seite 1 Unsere Stärke: Quarzprodukte Vertrauen Sie den Profis. Telcona GmbH • DE-Sinsheim • Tel. 07261 655 388 • www.telcona.com 48 elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de RE 90 J A H H& C E T H G HI ION T A V O N IN o 6,- Eur ausgabe Sonder ber 2015 Novem SG FO LG DIE ER LTM DE R WE TE N ES CH ICH AR KT FÜ N D HID DE HR ER UN CH AM PIO NS RMANY GE lität Mit QuaSpitze an die 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 90 Jah Jahre uns 90 ion it m Sie vat Feiern ech & Inno Hight siven r exklu Mit de rausgabe Sonde ge: Aufla plare 0 Exem 0 .0 0 10 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 Bild: alswart - Fotolia.com Modulare Messtechnik Schnellere Maschinenentwicklung Testen mit Hardware-in-the-Loop, PXI und Labview-FPGA-Modulen Um ein Hardware-in-the-Loop-Simulationssystem (HiL) zu erstellen, das eine Embedded-Software bei allen Maschinenzuständen testet und die Entwicklung für die Verwendung in komplexen Postsortieranlagen beschleunigt, haben Entwickler von Neopost Technologies Labview-FPGA-Module und ein PXI-I/O-Modul von Autor: Reint Smit National Instruments mit rekonfigurierbarem FPGA eingesetzt. N eopost Technologies gehört bei Postsortieranlagen zu den Marktführern in Europa. Viele Kunden wie Sozialversicherungsunternehmen, Banken, Behörden und Versandunternehmen versenden Mengen an Korrespondenzen an Kunden und Interessenten. In vielen Fällen müssen einzelne Anträge und Antworten ihren Zielort schnell und in einwandfreiem Zustand erreichen. Dafür benötigen die Kunden moderne Geräte wie Zuführungs-, Falz-, Kuvertier- und Frankiermaschinen, um ausgehende Post in großen Mengen bearbeiten zu können. Eck-Daten Die Entwickler von Neopost Technologies hatten die Aufgabe, ein HIL-Simulationssystem zum Testen von Embedded-Software bei allen denkbaren Maschinenzuständen und zum Beschleunigen der Entwicklung für die Verwendung in komplexen Postsortieranlagen zu erstellen. Ihre Lösung: Der Einsatz der Labview-FPGAModule und eines PXI-I/O-Moduls von NI mit rekonfigurierbarem FPGA (Field-Programmable Gate Array) der R-Serie für die Entwicklung eines flexiblen Systems, das verschiedene Signaltypen von Sensoren und Aktoren unter normalen Betriebs- und Fehlerbedingungen wie etwa Papierstaus simulieren kann. 50 elektronik industrie 07/2015 Entwicklung eines fehlertoleranten Systems Neopost Technologies Maschinen sind modular aufgebaut, sodass sich mehrere Zuführmaschinen um Falz- und Kuvertiermodule ergänzen und ganze Maschinenreihen aufbauen lassen. Diese Module sind über ein standardisiertes elektronisches Kommunikationsbussystem und mechanische Schnittstellen verbunden. Um ein zuverlässiges und fehlertolerantes System für die Maschinen zu entwickeln, arbeiteten die Maschinenbauer von Neopost eng mit Elektronikern und Softwareentwicklern zusammen. Doch die Entwickler hatten mit zwei Problemen zu kämpfen: Zum einen ist ein komplettes manuelles Testen neuer und komplexer Produkte nahezu unmöglich und wenn ein Problem erkannt und gelöst wurde, ist es zum anderen schwierig für die Ingenieure, sich ganz sicher zu sein, dass das Problem auch definitiv gelöst ist und nie wieder auftritt. Prüfingenieure können zwar alle möglichen Situationen nachbilden. Wenn jedoch manche davon gleichzeitig auftreten, müssen sie eine große Anzahl von Kombinationen testen. www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik „Mithilfe dieses Prüfsystems können wir Fehler in der EmbeddedHard- und -Software zu einem frühen Zeitpunkt feststellen, wodurch Prüf- und Markteinführungszeiten erheblich verkürzt werden. Zudem können wir die Kosten senken, da wir die Fehler schon aufspüren, bevor sie in die Entwicklungskette gelangen.“ Reint Smit, Neopost Technologies Herausforderungen für die Entwickler Viele Situationen wie falsch ausgerichtetes oder verrutschtes Papier, ein Zusetzen der Komponenten im Laufe der Zeit sowie Schwankungen bei Farbe, Papierqualität und Dicke lassen sich praktisch überhaupt nicht reproduzierbare testen. Die Herausforderung für Neopost bestand darin, dass die Embedded-Steuerungssoftware der eigenen Module sehr arbeitsintensiv war und parallel zum mechanischen und elektronischen Entwurf ausgeführt wurde. So konnten einige Aufgaben der Softwareentwicklung erst beginnen, als alle mechanischen und elektronischen Bestandteile fertig waren. Das Testen der Software und die Feinabstimmung des Geräts waren die letzten Schritte und mitunter sehr zeitaufwendig. Folglich war es eine Herausforderung, den Zeitplan für das Projekt einzuhalten. Um die Testumgebung und die Softwareentwicklung zu verbessern, suchte Neopost nach Lösungen für ein universelles Simulationssystem. Dieses System würde unterschiedliche Geräte wie Zuführgeräte, Falzmaschinen und Kuvertiermodule simulieren müssen. MF_Instruments_178x29.indd 1 www.elektronik-industrie.de Jedes unserer Modulsysteme umfasst verschiedene Teile wie etwa Fotozellen, Kupplungen, Motoren und Encoder. Das Simulationssystem musste also in der Lage sein, alle analogen und digitalen Signale zu simulieren, sodass ein virtueller Papiertransport simuliert werden kann. Optimieren der Simulationsumgebung Das Simulationssystem muss nicht nur die Maschine unter normalen Betriebsbedingungen modellieren, sondern auch Fehlerbedingungen beim Papierdurchlauf und/oder Sensorausfälle simulieren. Wenn beispielsweise Papier verrutscht, löst die Fotozelle ein etwas längeres Signal aus. Der Simulator musste dieses Signal erzeugen können, sodass die Entwickler die Embedded-Software bei diesem Fehlerzustand testen konnte. Die Simulationsumgebung musste über eine Schnittstelle zur Embedded-Hardware verfügen und alle möglichen Situationen simulieren können. Signaltypen, etwa die von Encodern erzeugten, können sich sehr schnell ändern. Daher muss der Simulator So sieht eines der durchsatzstarken modularen Falz- und Kuvertiersysteme aus. 07.04.2015 13:26:45 elektronik industrie 07/2015 51 Modulare Messtechnik Machine UI Test script engine and test scenarios TCP/IP Module Setup and Intermodule Communication Embedded Hardware and Software Embedded Hardware and Software Embedded Hardware and Software Inserter Hardware in the Loop Folder Simulator Hardware in the Loop Feeder Simulator Feeder Das HIL-Simulationssystem und zwei PXIFPGA-Module emulieren ein Zuführungsund ein Falzmodul. PXI Communication Bus PXI Hardware in the Loop Controller präzise und anpassbar sein, sodass er plötzliche Fehlerbedingungen simulieren kann. Komponenten von NI Das Erstellen dedizierter Leiterplatten für jedes Modul war für die Entwickler keine optimale Lösung, weil die Anpassung einer jeden Leiterplatte an eine spezifische Maschine die Entwicklungszeit der Hard- und Software verlängerte. Deshalb entschieden sie sich für den Einsatz handelsüblicher Komponenten von National Instruments, denn dadurch erhielt Neopost ein vollständiges Hard- und Softwareangebot für dieses Problem. Sie wählten PXI-Hardware, da sie modular (Module lassen sich hinzufügen, um mehrere Geräte oder komplexere Situationen zu simulieren), flexibel und robust ausgelegt ist. NI bietet darüber hinaus auch eine Palette von Embedded-PXIControllern an. Die FPGA-Module der PXI-R-Serie stellen DigitalI/Os sowie analoge Ein- und Ausgänge bereit, über das Neopost alle Signale simulieren kann. Sowohl die Echtzeit- als auch die FPGA-Software erstellten die Ingenieure mit der grafischen Entwicklungsumgebung Labview, denn die Schnittstelle zwischen dem Modul Labview Real-Time und dem Modul Labview FPGA ist einfach gestaltet. Ein Modul für verschiedene Maschinen Die Hardwaremodule beinhalten einen FPGA, mit dem Anwender das Modulverhalten und die I/OVerbindungskanäle rekonfigurieren können. Das erlaubt den Entwicklern von Neopost, mit dem Modul verschiedene Maschinen zu emulieren, wodurch sich das Erstellen neuer Verbindungen der Schnittstelle bei verschiedenen Konfigurationen vereinfacht. Das Simulationssystem wurde mit den Modulen Labview Real-Time und Labview FPGA programmiert. Im FPGA sind zahlreiche Zustandsautomaten 52 Bilder: National Instruments Embedded Hardware and Software elektronik industrie 07/2015 implementiert, die den Papierdurchlauf der Maschine modellieren. Der PXI-Echtzeit-Controller wird für die Kommunikation und die Konfiguration des Simulationssystems eingesetzt. Hardware-in-the-Loop-Simulation Das Hardware-in-the-Loop-Simulationssystem (HiL) hat viele Vorteile. Zum Beispiel kann ein Softwaretest normalerweise erst dann beginnen, wenn das mechanische Teil freigegeben wurde. Die Embedded-Hardund -Software jedoch steht relativ schnell zur Verfügung, da Neopost sie leicht simulieren kann. Das HiL-System kam bereits in realen Szenarien zum Einsatz, in denen die Embedded-Software getestet und freigegeben wurde, noch bevor der mechanische Entwurf abgeschlossen war. Neopost muss mit der Softwareentwicklung nicht mehr auf die Fertigstellung der mechanischen und elektronischen Teile warten. Außerdem lässt sich die Software ohne mechanische Schwierigkeiten testen. Darüber hinaus kann das Unternehmen mitHiLfe dieses Prüfsystems Fehler in der Embedded-Hardund -Software zu einem frühen Zeitpunkt entdecken, wodurch sich Prüf- und Markteinführungszeiten erheblich verkürzen. Des Weiteren sinken die Kosten: Der Entwickler spürt die Fehler schon auf, bevor sie in die Entwicklungskette gelangen. Fehlerbedingungen lassen sich leichter reproduzieren und zeigen ein gleichbleibendes Verhalten. Auch die Tests können nun automatisch ablaufen. (jck) ■ Autor Reint Smit Manager Software-Electronics/Product Quality bei Neopost Technologies in Drachten, Niederlande. infoDIREKT 102ei0715 www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik A /D-Wandler Adlink Technolog y bringt den HighSpeed-PCI-Express-Digitalisierer PCIe9814 auf den Markt. Er verfügt über vier simultane Eingänge mit Abtastraten von 80 MSample/s und 12 Bit Auflösung, Bandbreiten von 40 MHz und bis zu 1 GByte DDR3-Onboard-RAM. Mit 76 dB SFDR, 64 dB SNR und -75 dB THD besitzt die Karte hochgenaue Leistungsdaten und erreicht 640 MBit/s Streaming-Durchsatz. Durch das 80 MSample/s schnelle Sampling und 40 MHz Signalbandbreite erfüllt die PCIe-9814 jegliche Anforderungen von IF-Radar-Signal-Empfängern im mittleren Frequenzband (0,1 MHz bis 30 MHz). Sie bietet einen externen digitalen TriggerEingang zur Signalisierung synchroner Radar-Triggersignale. Drei zusätzliche synchrone, digitale Eingänge dienen dem Empfang von Radar-Sync-Puls-Signalen oder GPS IRIG-B-Code für Radar-Signal-Marken oder synchrone Zeitstempel. Somit eignet sich die PCIe-9814 besonders für Radar-Testsysteme. Der per FPGA realisierte digitale FIRFilter 31. Ordnung dient der Rauschunterdrückung für Signale mit Frequenzanteilen von 20 MHz und darunter. Rauscheffekte werden wirksam reduziert und die Erkennbarkeit der Nutzsignale steigt, da Hintergrundrauschen, Frequenzen außerhalb des Nutzbandes und Hochfrequenzsignale unterdrückt werden, ohne dass dafür ein eigener Programmieraufwand entstünde. Der FPGA-basierte digitale FIR-Filter ist deutlich leistungsfähiger als eine Software-Lösung, ohne dabei die CPU zu belasten. Bild: Adlink Vierkanaliger 12-Bit-Digitalisierer mit 80 MSample/s Der High-Speed-PCI-Express-Digitalisierer PCIe-9814 verfügt über vier simultane Eingänge mit Abtastraten von 80 MSample/s und 12 Bit Auflösung. Die PCIe-9814-Karte unterstützt Windows 7 und 8 und ist kompatibel mit Labview und Visual Studio.NET. Darüber hinaus sorgen Adlinks Mess-APIs ohne zusätzliche Programmierung für eine einfache Umwandlung grundlegender Spannungs- und Zeitmessergebnisse. (jwa) n infoDIREKT 523ei0715 USB-Messmodule inklusive Datenlogger-Sof t ware Komplettlösungen mit bis zu 48 Kanälen Bild: Data Translation In Kombination mit der Datenlogger-Software Quickdaq bietet Data Translation drei USB-Messmodule als Komplettlösung für die genaue Temperatur-Messdatenerfassung an. Zusätzliche externe Komponenten oder Hardwarekonfigurationen sind nicht nötig. Die Messgeräte ermöglichen den Direktanschluss von Thermoelementen oder Thermistoren, verfügen über eine präzise 24-Bit-A/D-Technik sowie galvanische Isolation und sind je nach Modell mit zwei bis 48 Eingängen erhältlich. Per In den USB-Messmodulen von Data Translation ist die Datenlogger-Software bereits enthalten. www.elektronik-industrie.de USB-Kabel lassen sich die Geräte an einen PC oder ein Notebook anschließen und bequem per Software konfigurieren. Als Komplettlösung erhältlich sind die Module DT 9828, DT 9829 und DT 9874. Das Modell DT 9828 wartet mit acht differenziellen Eingängen mit einer maximalen Abtastrate von 600 Hz auf, DT 9829 ist mit zwei, vier oder acht Analogeingängen erhältlich und erreicht Abtastraten bis 960 Hz. Bei der Messbox DT 9874 schließlich handelt es sich um eine skalierbare Lösung, die sich über Acht-Kanal-Messkarten mit bis zu 48 Kanälen ausstatten lässt. Bei allen Modulen sorgen 24-BitA/D-Wandler, integrierte Kaltstellenkompensation sowie die automatische Kalibrierung von Gain und Offset für eine hohe Messgenauigkeit. Die präzise Linearisierung der Messwerte entsprechend dem Sensortyp (beliebige Thermoelemente, Pt-Elemente oder NTC Thermistoren) erfolgt direkt in den USB-Modulen. Die Quickdaq-Software erkennt automatisch das jeweilige Modul. Anschließend können alle Eingänge und die Sensoren konfiguriert sowie die Datenerfassung parametriert werden. Zeitdauer, Messrate, Triggerbedingungen, Filtereinstellungen und mehr lassen sich schnell und einfach festlegen und für künftige Messungen speichern. Ein Linienschreiber-Display zeigt die erfassten Temperaturen grafisch oder numerisch an und speichert sie kontinuierlich ab. Die gespeicherten Daten lassen sich später wieder einlesen und analysieren. Dazu sind alle wichtigen Funktionen vorhanden – von der Auto-Skalierung über die Einblendung mehrerer Signalachsen bis hin zu diversen Zoom- und Cursorfunktionen. Außerdem kann der Anwender die Messwerte beispielsweise für Excel exportieren oder als Grafik übernehmen. (mou) n infoDIREKT 202ei0715 elektronik industrie 07/2015 53 Modulare Messtechnik Streben nach dem Unmöglichen Null Fehler in der Leiterplattenherstellung Null Fehler bedeutet, niemals ein fehlerhaftes Produkt an einen Kunden zu liefern. Leiterplattenhersteller unternehmen alles, um dieses Ziel zu erreichen – wohlwissend, dass sie 100 Prozent nicht erreichen können. JTAG Technologies hat ein Testgerät entwickelt, mit dem sich das Risiko sogenannter Slips (die Auslieferung defekter Leiterplattenbaugruppen) weiter reduziert. D er seit kurzem verfügbare Controller von JTAG Technologies testet mit der BoundaryScan-Methode bestückte Leiterplatten (PCBs) auf strukturelle (Assembly), jedoch nicht auf funktionelle (Design) Fehler. Boundary Scan erkennt nicht nur eine fehlerhafte Baugruppe, sondern auch wo genau sich der Fehler befindet. Neu ist, dass das Eck-Daten Ein neuer Controller von JTAG Technologies nutzt die JTAG/Boundary-Scan-Methode, um die Phase zwischen dem digitalen Kern eines Mikroprozessors und der analogen Welt außerhalb des Boards testbar zu machen. Mit der neuen Testmethode kann man nicht nur sofort sehen, ob das PCB fehlerhaft ist, sondern auch den Fehler genau lokalisieren. 54 elektronik industrie 07/2015 Testgerät digitale und analoge Signale misst. Dies ermöglicht PCB-Herstellern den nächsten Schritt in Richtung einer fehlerfreien Bestückung. Tausende möglicher Fehler pro PCB Peter van den Eijnden, Managing Director und Eigentümer von JTAG Technologies, geht davon aus, dass eine Leiterplattenbaugruppe durchschnittlich rund 500 Bauteile und etwa 2500 Lötstellen enthält: „Diese Art PCBs haben ein mögliches Fehlerrisiko von 3500. Bei größeren PCBs steigt die Fehlermöglichkeit bis auf etwa 10.000 – zugleich kann bereits durch einen einzigen Fehler ein defektes Board entstehen.“ Hierbei handelt es sich um strukturelle Fehler, wie zum Beispiel falsche Bauteile (Widerstandswerte, www.elektronik-industrie.de Bild: © ullrich - fotolia.com Modulare Messtechnik „Wir sprechen von Komponentenfehlern in der Größenordnung von PPM, also Parts Per Million.“ Peter van den Eijnden, Managing Director und Eigentümer von JTAG Technologies. Kondensatoren und so weiter), unkorrekte Polarität, fehlende Komponenten und verkehrte oder nicht vorhandene Lötstellen. Peter van den Eijnden weiter: „Wir sprechen über Komponentenfehler in der Größenordnung von PPM, also Parts Per Million.“ Das Risiko von Fehlern sinkt Contract Manufacturer wie TBP Electronics arbeiten intensiv daran, dies zu verhindern. Zum einen wählen sie ihre Bauteilelieferanten nach strengen Qualitätskriterien und investieren kontinuierlich in neue Bestückungsmaschinen. Weiterhin bringen sie den Ingenieuren ihrer Kunden DfM (Design for Manufacturing) nahe, damit diese das Board so entwickeln, dass es sich mit der geringst möglichen Chance von www.elektronik-industrie.de Fehlern bestücken lässt. DfT (Design for Test) geht noch einen Schritt weiter und bindet den Aspekt „leicht testbar“ in den Entwicklungsprozess mit ein. „Es gibt vielfältige Regeln für DfM und DfT“, sagt van den Eijnden. „Befolgen die Ingenieure diese, lässt sich die Qualität der Bestückung erhöhen. Die Zahl der auf Anhieb fehlerfreien Baugruppen steigt und das Risiko von Fehlern sinkt. Null Fehler und zu 100 Prozent perfekte Boards sind jedoch unerreichbar.“ Um diesem Ziel näher zu kommen und zu verhindern, dass fehlerhafte PCBs an Kunden gehen, bedarf es weiterer Fortschritte. Van den Eijnden weiter: „Denn baut der Kunde ein fehlerhaftes Board in sein Produkt ein, kostet das viel Zeit und Geld. Verhindern lässt sich dies, indem man jedes Board am Ende der Produktion syselektronik industrie 07/2015 55 Modulare Messtechnik ten“, erklärt Van den Eijnden. Mit Boundary Scan verfügen ICs über eine serielle Schnittstelle, die für die Testdaten bestimmt ist. Diese Schnittstelle ermöglicht den Zugang zu allen Anschlüssen am IC – und die Auswahl sowie die Messung. Dadurch eignet sich JTAG auch für Komponentenprogrammierung und Software-Debugging. „Die meisten PCB-Entwickler sind mit dem JTAG/Boundary Scan vertraut. Dass man die gleiche Schnittstelle zum Testen verwenden kann, wissen viele jedoch nicht. Zum Teil lässt sich dies darauf zurückzuführen, dass Testen nirgends gelehrt wird. Man lernt es in der Praxis.“ Bilder: JTAG Te ch nolog ies Zugang zu allen Pins auf dem Board Der neue Controller ist der erste und derzeit einzige, der mit digitalen und analogen Signalen umgehen kann. tematisch testet. Darauf kommt es an. Es ist wichtig, Bestückungs- und Produktionsfehler testen zu können, insbesondere was die Stärke der Lötstellen betrifft. Mit einer preiswerten Methode lässt sich die höchst mögliche Fehlererkennung erreichen und im Fehlerfall ist sofort Höchst mögliche erkennbar, wo sich dieser genau Fehlererkennung befindet.“ und Lokalisierung mit einer preis werten Methode. Systematisches Testen Mitte der 1980er Jahre entwickelte Philips Research die Bou nda r y-Sca n-Method i k. Anschließend verfeinerten mehrere Unternehmen diese Methode und im Jahr 1990 entstand der internationale JTAG-Standard IEEE Std. 1149.1. Bereits vor dem Einsatz von Nadelbetten, sogenannten Beds of Nails, führten Unternehmen systematisches Testen durch. Van den Eijnden erklärt: „Systematisches Testen wurde möglich, indem man das Nadelbett mit angeschlossenem Messequipment physikalisch mit einem PCB verband. Dies war nicht nur teuer, sondern auch nicht mehr ausreichend für die SMD-Technologie. Mit der SMD-Technologie ließ sich die Elektronik weiter miniaturisieren, indem die Bauteile nicht mehr in, sondern auf das Board gelötetet wurden.“ „JTAG/Boundary Scan schafft die Voraussetzungen, um SMD-Boards befriedigend und preiswert zu tes- 56 elektronik industrie 07/2015 Wie funktioniert die JTAG-Testmethode? Ein mit Chips bestücktes PCB und ein serieller Ein- und Ausgang für die Daten ermöglichen den Zugang zu allen Pins auf dem Board. So lässt sich feststellen, ob die Lötstellen gut sind. Man speist ein Signal an einem Ende ein und überprüft, ob es am anderen Ende ankommt. Falls nicht, läuft etwas falsch. Im Fehlerfall können Ingenieure den Testprozess feinjustieren und sehr genau bestimmen, in welchem Bereich des Boards sich der Fehler befindet. Das Equipment von JTAG Technologies, entstanden 1993 aus einem Buy-out von Philips, automatisiert den Testprozess. „Unsere Produkte machen die Erkennung und Lokalisierung von Fehlern leichter und effizienter. Das spart einiges an Arbeitszeit hochbezahlter Mitarbeiter“, sagt van den Eijnden. Über 95 Prozent des Umsatzes erwirtschaftet das Unternehmen außerhalb der Niederlande. Den analogen Bann durchbrechen JTAG Technologies hat einen breiten Kundenkreis aus den unterschiedlichsten Branchen und investiert kontinuierlich in Innovationen. Der neue Controller, der erste und derzeit einzige, der mit digitalen und analogen Signalen umgehen kann, ist ein gutes Beispiel dafür. Van den Eijnden sagt: „Ein Analog-Standard ist verfügbar, wird aber nicht genutzt. Das ist keine Hilfe.“ Sein Unternehmen ist überzeugt, mit dem Mixed-Signal-Boundary-I/O-Controller den analogen Bann durchbrechen zu können. Dieser Controller nutzt die praxiserprobte JTAG/Boundary-ScanMethode, um die Phase zwischen dem digitalen Kern eines Mikroprozessors und der analogen Welt außerhalb des Boards testbar zu machen. Geschäftspartner TBP Electronics nutzt den Mixed-Signal-BoundaryI/O-Controller bereits. Nun können ihn auch andere PCB-Hersteller erwerben. (ah) n Der Artikel basiert auf Unterlagen von JTAG Technologies. infoDIREKT604ei0715 www.elektronik-industrie.de Modulare Messtechnik PCIe-K arten mit 625 MS/s pro K anal Bis zu acht Karten synchronisieren Bild: Spectrum AWG-Karten der Serie M4i.66xx passen in einen x8- oder x16-Slot und sind vollständig programmierbar. Arbitrary-Waveform-Generatoren (AWGs) der M4i.66xx-Serie von Spectrum sind mit ein, zwei oder vier Kanälen ausgestattet, wobei jeder Kanal eine Ausgaberate von 625 MSamples/s bei 16 Bit Vertikalauflösung hat. Damit eignen sich die Karten sehr gut zum Erzeugen hochfrequenter Signale bis zu 200 MHz mit hoher Genauigkeit und Detailtreue. Der Frequenzbereich sowie die Leistungsdaten im Dynamikbereich prädestinieren die Generatorkarten für Anwendungen in Bereichen wie Kommunikation, Radar, Halbleiter, Nano-Technologie, Automation, Ultraschall, Optik, Medizintechnik oder Biologiewissenschaften. vier Ausgängen werden die D/A-Wandler komplett synchron aus einer gemeinsamen Taktquelle betrieben, um den Phasenfehler zu minimieren. Zudem kann die Option Star-Hub bei bis zu acht Karten Takt und Trigger synchronisieren, was den Aufbau von Systemen mit bis zu 32 vollständig synchronen Kanälen ermöglicht. Der Arbitrary Waveform Generator kann auf allen Kanälen Ausgangssignale zwischen ±200 mV und ±5 V in hochohmige Terminierung sowie ±100 mV bis ±2,5 V in 50-Ohm-Terminierung erzeugen. Dabei liefert die 16-Bit-Digital-Analog-Auflösung sehr gute dynamische Ergebnisse sowohl beim Signal-Rauschabstand (SNR) als auch beim störungsfreien Dynamikbereich (SFDR). Für Selbstprog rammierer gehören SPCM-Treiber für Windows und Linux zum Lieferumfang. Darüber hinaus steht eine Reihe von Beispielen mit verschiedenen Aufzeichnungsfunktionen bereit. Die Karten kommen komplett mit Treibern und Beispielen sowie einer zweijährigen Herstellergarantie. (mou) n Basierend auf den PCI-Express-Karten der M4i-Serie sind diese Instrumente deutlich kleiner als konventionelle Geräte und können in den meisten modernen PCs zum Einsatz kommen. Dazu werden die AWGKarten einfach in einen freien x8- oder x16-Slot gesteckt, Treiber sowie die Spectrum-Software Sbench 6 installiert und schon lässt sich die erste Wellenform ausgeben. Die Generatorkarten sind vollständig programmierbar und arbeiten auch mit Software von Drittherstellern wie Labview, Labwindows oder Matlab. Zum Erzeugen langer und komplexer Wellenformen ist der Generator onboard mit 2 GSample Speicher ausgestattet und unterstützt Betriebsmodi wie Single-Shot, Loop, FIFO, Gated sowie Sequenzsteuerung. Der Sequenzmodus ermöglicht es, verschiedene Segmente im Speicher abzulegen und diese beliebig zu verknüpfen oder in einer Sequenz zu wiederholen. Im FIFO-Modus nutzen die Karten die PCIex8-Gen2-Schnittstelle, um Daten kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1,5 GByte/s aus dem PC-Speicher in die Generatorkarte zu übertragen. Bei der Nutzung von zwei beziehungsweise infoDIREKT 206ei0715 Bandbreiten-Upgrades und Busdekoder-Optionen Der autorisierte Rigol-Distributor Alldaq bietet für die Mid-Range-Oszilloskope der DS4000- und MSO4000-Serien Bandbreiten-Upgrades und Bundles für die serielle Busdekodierung. Kunden können so mit einem günstigen Modell einsteigen und bei steigenden Anforderungen upgraden. Die Option wird einfach per Lizenz-Key freigeschaltet. Als Bandbreiten-Upgrade sind drei Optionen sowohl für die Digitalspeicher-Oszilloskope als auch für die Mixed-Signal-Oszilloskope verfügbar. Im Einzelnen handelt es sich dabei um das Upgrade BW2T3-MSO/DS4000 von 200 auf 350 MHz für die Modelle MSO/ DS402x (2/4 Kanal), BW2T5-MSO/DS4000 www.elektronik-industrie.de Bild: Alldaq Decoder-Optionen im günstigen Bundle Voraussetzung für ein Bandbreiten-Upgrade ist ein Oszilloskop mit mindestens 200 MHz und die aktuelle Firmware. von 200 auf 500 MHz für die Modelle MSO/DS402x (2/4 Kanal) sowie BW3T5MSO/DS4000 von 350 auf 500 MHz für die Modelle MSO/DS403x (2/4 Kanal). Auch Kunden, die bereits Oszillsokope der MSO/DS4000-Serie im Einsatz haben, profitieren von den Optionen. Voraussetzung ist ein Modell mit 200 MHz oder höher und die Installation der aktuellen Firmware-Version. Anwender an Schulen und Universitäten, aber auch Entwickler in der Industrie können so mit einem Einsteigermodell erste Erfahrungen sammeln. Alle verfügbaren Optionen lassen sich für die serielle Busdekodierung im Bundle zum Preis der günstigsten Einzeloption erwerben. So sparen Kunden bis zu 2333 Euro gegenüber dem Kauf der einzelnen Dekoderoptionen. (mou) n infoDIREKT 200ei0715 elektronik industrie 07/2015 57 Highlights USB-3.1-T yp-C-Steckverbinder Bild: W+P Products Datenübertragungsrate von 10 GBit/s Flotter Winzling: Der USB-3.1-Typ-C-Stecker ermöglicht die doppelte Übertragungsrate wie USB 3.0. Der neue USB-3.1-Typ-C-Steckverbinder von W+P Products gewährleistet eine Datenübertragungsrate von 10 GBit/s nach dem neuen Standard USB 3.1 Super Speed Plus: Das ist doppelt so schnell wie bisher nach dem USB-3.0-Standard. Der Steckverbinder unterstützt sowohl den USBPower-Delivery-Standard als auch den USB-Audio/Video-Standard. Das bedeutet, dass über das gleiche Stecksystem Leistung bis zu 100 W übertragen werden kann und Video-Daten im Ultra-HDStandard. Somit hat das USB 3.1 das Potenzial, in der Zukunft zum universellen Übertragungssystem zu werden. Um für künftige USB-Standards gerüstet zu sein, ist der Steckverbinder mit 24 Kontakten ausgestattet, von denen derzeit jeweils zwölf pro Seite genutzt werden für eine Übertragung bei 10 GHz. Mittelfristig soll der Typ-C-Stecker die bisher üblichen USB-Typen Mini-USB, MicroUSB, Typ A und B ersetzen. Mit einer kompakten Abmessung von 9,0 × 3,4 mm2 zeigt er sich wesentlich kleiner als Typ A und nur minimal größer, aber deutlich robuster als bisherige Micro-USB-Typen. Er ist gut geeignet beispielsweise für den Einsatz in Smartphones oder auch für Embedded-Boards. Eine höhere Anwenderfreundlichkeit ergibt sich durch die symmetrische Bauform des Steckers, wodurch er sich in beliebiger Richtung stecken lässt. Es gibt keine definierte Ober- und Unterseite mehr. Eine Abwärtskompatibilität gewährleistet der Einsatz von Adaptern. Verfügbar ist die USB-Steckverbinderserie 832 / 8320 als SMT-LeiterplattenSteckverbinder mit 24 Kontakten. Das Kontaktmaterial besteht aus einer Kupferlegierung mit einer vergoldeten Oberfläche über einer Nickelsperrschicht, das Isolierkörpermaterial aus thermoplastischem Kunststoff gemäß UL94 V-0. Die Lötbarkeit ist nach IEC 60512-12A garantiert, eine sichere Funktion ist in einem Temperaturbereich von -40 bis +85 °C gegeben. (ah) n infoDIREKT 651ei0615 Mehr Oberfl äche bei weniger Gewicht Bild: Seifert Electronic Kühlkörper für doppelseitige Montage oberf lächen. Die aus einzelnen Alu-Präzisionslamellen gefertigten Kühlkörper können bis zu 500 mm lang und 364 mm breit sein. Da die Lamellen über eine maximierte Oberfläche verfügen und sehr enge Rippenabstände möglich sind, bringt ein DKLKühlkörper aufgrund des hervor ragenden Wä r mef lusses DKL-Lamellen-Kühlkörper lassen sich individuell zusamüberdurchschnittlich viel Wärme menstellen. weg. Das Mehr an Oberfläche bei weniger Gewicht steigert die Kühl Ergänzend zu den leistungsstarken Kühlleistung je Volumeneinheit erheblich. Zur körpern der Vario-Serie präsentiert Seifert Verbesserung der Luftdurchführung gibt Electronic DKL-Typen, bei denen sich auf es optionale Druckkammern. beide Kühlkörper-Basen beispielsweise Kühlkörperbasis und Lamellen bilden Leistungsbauteile montieren lassen. Dabei eine Einheit. Aufgrund des Baukastensyssorgt ein enger Lamellenabstand für die tems lassen sich individuelle Kühlkörper dazu notwendigen extrem großen Kühl 58 elektronik industrie 07/2015 zusammenstellen, beispielsweise für ein bis drei 120er-Lüfter. Dieses Verfahren ermöglicht auch den Bau von kleinen Stückzahlen oder Mustern für den Prototypenbau zu wirtschaftlichen Konditionen. Neben den lagermäßigen StandardLamellen fertigt das Unternehmen auch kostengünstig Lamellen mit anderen Maßen. Die Lamellen werden in einem besonderen Verfahren exakt zu einem Kühlkörper kaltverpresst – ohne Kleber. In der verpressten, plangefrästen Basis lassen sich individuelle Befestigungsbohrungen einbringen. Die seitlichen Abschluss lamellen können zum Befestigen des Kühlers oder als zusätzliche Montageflächen dienen. (mou) n infoDIREKT215ei0615 www.elektronik-industrie.de Highlights Kühlkörper in groSSer Auswahl CTX Thermal Solutions bietet ein umfangreiches Programm an Standard- und applikationsspezischen Kühllösungen für nahezu jede industrielle Anwendung. Neu sind die besonders effizienten und kompakten Superfins-Kühlkörper. Bei diesen Hochleistungskühlkörpern mit Kupferoder Aluminiumbodenplatten und eingepressten Rippen lässt sich die Oberflächentemperatur gegenüber den Superpower-Kühlkörpern um bis zu weitere 20 % senken. Superfins eignen sich zum Einsatz in Applikationen mit starker Wärmeentwicklung, wie in der Rundfunktechnik, bei der Stromübertragung oder UPS-Systemen. Superplate- und Brazed-Flüssig- keitskühlkörper dagegen arbeiten unmittelbar an den elektronischen Hochleistungselementen der Baugruppen und kommen mit einer sehr geringen Übertragungsoberfläche aus. Zur Auswahl stehen Superplate-Varianten mit eingelegten Rohren oder mit integrierten Bohrungen sowie zwei Brazed-Versionen. Superpower-Hochleistungskühlkörper besitzen die gleichen technischen Eigenschaften wie herkömmliche Stranggussprofile, sind aber um bis zu 40 % leichter und kleiner. Zudem erreichen sie fast die gleiche Kühlleistung wie Flüssigkeitskühlkörper, sind jedoch wesentlich günstiger. Das Standardprogramm besteht aus klas- Bild: CTX Flüssigkeitskühlung für die Hochleistungselektronik Superplates kühlen unmittelbar an den Hochleistungselementen der Baugruppen. sischen Profilkühlkörpern aus Stranggussprofilen mit einer guten Wärmeleitfähigkeit in unterschiedlichen Formen und Varianten. Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Kühlung von Halbleitern über kleine Satellitenreceiver bis hin zur Kühlung von Leistungs-IGBTs in bahntechnischen Anwendungen. (mou) n infoDIREKT207ei0615 Strahlungstolerante FPGAs Für äußerst schnelle Signalverarbeitungsapplikationen Microsemi stellt unter der Bezeichnung RTG4 eine strahlungstolerante FPGAFamilie für die High-Speed-Signalverarbeitung vor. Die wiederprogrammierbare Flash-Technologie der FPGA-Familie ist immun gegenüber durch Strahlung verursachte Konfigurations-Upsets in rauesten Umgebungen. „Configuration Scrubbing“ wie bei der SRAM-FPGA-Technologie ist nicht erforderlich. Raumfahrtanwendungen, die bis zu 150.000 Logikelemente und eine Systemperformance bis 300 MHz verlangen, unterstützen die FPGAs. Jedes Logikelement enthält eine kombinatorische Lookup-Tabelle mit vier Eingängen (LUT4) und ein Flip-Flop mit interner SEU- (Single Event Upset) und SET- (Single Event Transient) Abschwächung. 24 serielle Transceiver mit 1 bis 3,125 GBit/s stehen zur Verfügung. Die FPGAs haben 16 SEU- und SETgeschützte Space-Wire-Takt- und DataRecovery-Schaltkreise sowie 462 SEUwww.elektronik-industrie.de und SET-geschützte Multiply/AccumulateMath-Blöcke. Weitere technische Merkmale sind ein über 5 MBit On-Board SEUgeschütztes SRAM sowie SEL (Single Event Latch-up) und KonfigurationsMemory-Upset-Immunität. Die TID (Total Ionizing Dose) liegt über 100 Krd. Typische Anwendungen der RTG4Familie sind Nutzlasten für die Fernerkundung in der Raumfahrt (Remote Sensing Space Payloads), wie zum Beispiel Radar, Imaging und Spektrometrie in zivilen, wissenschaftlichen und kommerziellen Applikationen. Diese Applikationen erstrecken sich über die Bereiche Wettervorhersagen und Klimaforschung, Landnutzung, Astronomie und Astrophysik sowie Planetenerkundung und Wissenschaften der Erde. Weitere Applikationen sind unter anderem mobile Satellitendienste (MSS), Kommunikationssatelliten sowie Luftfahrt in großer Höhe (High Altitude Aviation) sowie die Medizinelektronik. mi rose : Mic Bild Die strahlungstoleranten FPGAs der RTG4-Familie für High-Speed-Signalverarbeitungsapplikationen. Solche Applikationen nutzten bisher strahlungsfeste und teure ASICs, die die Kosten und Terminrisiken vieler Entwicklungsprogramme beachtlich in die Höhe trieben. Die Familie RTG4 bietet Entwicklungsprogrammen die einfache Handhabung und Flexibilität von FPGAs, ohne die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Engineering-Silizium, die SoC-Entwicklungssoftware Libero und RTG4-Entwicklungskits sind ebenfalls verfügbar. (ah) n infoDIREKT652ei0615 elektronik industrie 07/2015 59 Neue Produkte Adressiert Display-, Audio- und Touchfunktionen VM801B (Basic) hat Abmessungen von 106,7 × 68,6 mm2 und ist wahlweise mit einem 5 oder 4,3 Zoll großen Projected-Capacitive-Touchscreen mit Kunststoffblende in schwarz oder perlmuttfarben erhältlich. Zum Modul zählen auch ein Audio-Leistungsverstärker, ein Mikrolautsprecher und eine Echtzeituhr. VM801P (Plus) ist genauso groß und bietet die gleichen Funktionen sowie einen Flash-basierenden Mikrocontroller Atmega 328P. Diese MCU arbeitet mit 16 MHz Taktfrequenz und übernimmt die erforderliche Datenverarbeitung. Damit kann das Modul als voll integriertes, eigenständiges Displaysystem fungieren. infoDIREKT 201ei0615 2,4-GHz-Keramikantenne mit kompakten Abmessungen 600-V-GaN-Transistor im TO-247 Antenne für extrem kleine Consumergeräte Hocheffiziente Wechselrichter bis 3 kW Die vom englischen HF-Antennenmodule-Hersteller Antenova speziell für portable Consumer-, IoT- und M2M-Applikationen entwickelte 2,4-GHz-Keramikantenne Weii misst lediglich 1,0 × 0,5 × 0,5 mm3 und ist für alle 2,4-GHz-, Bluetooth-, Wi-Fi-, Zigbee- und ISM-Anwendungen geeignet und bei SE Spezial-Electronic erhältlich. Keramikantennen zeichnen sich durch geringe dielektrische Verluste und eine hohe Entkopplung aus. Dies ermöglichte es den Entwicklern, die Größe der Antenne ohne Leistungseinbußen auf ein Minimum zu reduzieren. Der durchschnittliche Wirkungsgrad liegt bei rund 70 %. Gleichzeitig ist die 2,4-GHz-Keramikantenne resistent gegenüber umgebungsbedingten Verstimmungen. Dank ihrer hohen Unempfindlichkeit gegen Umgebungseinflüsse, der kleinen Bauform und des extrem geringen Gewichtes von <0,015 g ist die im Temperaturbereich von -40 bis +120 °C einsetzbare Antenne sehr gut geeignet für alle kleinen drahtlos verbundenen elektronischen Geräte wie Wearables, Headsets, medizinische Geräte, PNDs, Dongles und Sensoren. Die als SMD ausgeführte dielektrische Rundstrahlantenne zeichnet sich nicht nur durch ihre hohe Reichweite in Gebäuden aus, sie verliert auch nicht an Leistung, wenn sie eng am Körper getragen wird. Sie ist so ausgelegt, dass sie bequem in alle Arten von Platinen und Grundplatten jeder Größe integriert werden kann. Mithilfe von kostenlos erhältlichen CAD-Footprint-Dateien lässt sie sich einfach in das Design eingefügen. Als 600-V-GaN-Transistor (Galliumnitrid) im TO-247 ermöglicht der TPH3205WS von Transphorm hocheffiziente Wechselrichter bis zu 3 kW und Stromversorgungen, die ohne parallele Transistoren auskommen. Weitere Merkmale sind der niedrige Einschaltwiderstand von 63 mOhm und 34 A Strombelastbarkeit. Außerdem nutzt der 600-V-GaN-Transistor das Quiet-Tab-Anschlusskonzept, das elektromagnetische Störungen bei hohen Anstiegsgeschwindigkeiten reduziert, um geringe Schaltverluste und den Hochgeschwindigkeitsbetrieb in Netzteil- und Wechselrichterschaltungen zu ermöglichen. Der Transistor erweitert das EZ-GaN-Produktportfolio, das damit PV-Wechselrichter mit Leistungsstufen von einigen 100 W (Mikro-Wechselrichter) bis zu mehreren kW (Zentralwechselrichter für Gebäude) unterstützt. Auf der APEC 2015 im März dieses Jahres hat das Unternehmen demonstriert, wie sich der neue Baustein in Stromumformerschaltungen mit sehr hohem Wirkungsgrad einsetzen lässt. Als Live-Demo wurde eine brückenlose 2,4 kW Totem-Pole-PFC-Schaltung gezeigt, die bei Betrieb mit 100 kHz einen Wirkungsgrad von fast 99 % erreicht. Diese Schaltung in Kombination mit einer GaN-basierenden DC/DC-Wandlerstufe ermöglicht stark vereinfachte 80-Plus-Netzteile mit Leistungsdichten, die sich mit Si-basierenden Schaltungen nicht erreichen lassen. Eine weitere Live-Demo führte die dynamische Leistungsfähigkeit des Transistors hinsichtlich des On-Widerstands vor. Darüber hinaus hat das Unternehmen eine Demoschaltung des Bausteins in einem 3-kW-Wechselrichter vorgeführt, für das die Testergebnisse einen Wirkungsgrad von 98,8 % bei 100 kHz und mehr als 99 % bei 50 kHz ergeben. Entwicklungsmuster des TPH3205WS sind ab Lager erhältlich, die Produktionsfreigabe ist für Ende Juni 2015 geplant. infoDIREKT 650ei0715 infoDIREKT 203ei0615 L H W Bild: SE Spezial All dimensions in mm 60 elektronik industrie 07/2015 www.elektronik-industrie.de Bild: Transphorm FTDI Chip (Future Technology Devices Inter national) erweitert das eigene Angebot an Entwicklungsmodulen auf Basis der Embedded-Video-Engine-Technologie (EVE), die einen innovativen objektorientierten Ansatz bei der Entwicklung und Implementierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen verfolgt. Diese Plattformen zielen auf Touchdisplays mit kapazitiver Berührungssensorik und basieren auf dem kürzlich vorgestellten EVE-Chip FT801. Beide Touchscreens der neuen Module unterstützen einen bis fünf unabhängige Berührungspunkte und erlauben somit die Bestimmung verschiedener Gesten wie Dreh-, Streich- oder Zoom-Bewegungen. Die 5-V-Versorgung erfolgt über 2,1-mm-Buchse, USB Micro-B-Port oder den SPI-Master-Anschluss. Alternativ lassen sich die Geräte über die I2CSchnittstelle an eine 3,3-V-Versorgung anschließen. Das kompakte Entwicklungsmodul Bild: FTDI Chip Entwicklungsplattformen für HMI TELENOT ist mit über 350 Mitarbeitern ein inhabergeführter deutscher Hersteller für elektronische Sicherheitstechnik. Modernste Produktionstechnologien in Verbindung mit einer enormen Fertigungstiefe am Standort Aalen garantieren Produkte auf höchstem Qualitätsniveau. Mehr Racks auf weniger Fläche Schlankheitskur für Serverräume Bei der Server-Line aus der 19-ZollSystemfamilie IT Compact von Conec handelt es sich um eine platzsparende Containerlösung für drei bis 16 Racks und 3,5 bis 30 kW, die sich durch ein Achsmaß von 600 statt der üblichen 800 mm auszeichnet. Zudem verläuft die Kabelführung der Server-Linie an der Decke, was zusätzlich Platz spart. Kabel und Kühlsysteme sind in einem sogenannten Top Cooler oberhalb der Racks angebracht. So kommt das System ohne den üblicherweise leitungsführenden Doppelboden aus. Erhältlich sind einoder doppelreihige Rackausführungen. Im Kaltgang ist gegebenenfalls Platz für eine Administrationsstelle mit Tisch und Stuhl. Auf Wunsch integriert das Unternehmen eine Brandfrüherkennung und ein Brandlöschsystem in den Server-Container. Die PS-40-100Energieversorgung im 19-Zoll-Maß ist mit Netzersatzanlagen (NEA), unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und PDU-Einbindungen (Power Distribution Unit) ausgestattet. Um Manipulationen durch Dritte auszuschließen, ist am Eingang eine Zugangskontrollanlage eingerichtet. Beim Überwachen des Systems unterstützt PS-E-Monitoring mit Informationen über Temperatur, Feuchte, Spannungen, Ströme, Leistungen, Kontakt- oder Störmeldungen. infoDIREKT 206ei0615 Zu unserer Unterstützung unseres Teams in der Elektronikfertigung suchen wir einen PROZESSINGENIEUR (M/W) Ihre Qualifikation: n Erfolgreich abgeschlossenes Studium der Produktions- technik, Elektrotechnik, Mechatronik oder eine vergleichbare technische Fachausbildung (z.B. als Staatlich geprüfter Techniker) 3,3-V-PCIe-Taktgeneratoren mit wenig Abwärme Stromsparende PCI-Express-Timing-ICs n Berufserfahrung im Bereich der Elektronikfertigung mit Schwerpunkt im Bereich Prozesstechnik n Fundiertes Wissen über die gesamte Wertschöpfungs- kette zur Herstellung von elektronischen Flachbaugruppen, Geräten und Systemen Ihre Aufgaben: n Optimierung bestehender Prozesse n Planung und Umsetzung von Produktions- prozessen im Bereich der Baugruppenfertigung für neue Produkte n Spezifikation, Auswahl, Qualifizierung und Einführung Bild: IDT neuer Prozesse und Verfahren IDT erweitert sein Angebot an stromsparenden PCI-Express-Timing-ICs um 3,3-V-Taktgeneratoren mit sechs und acht Ausgängen. Die 3,3-V-Serie ergänzt die bestehenden 1,5- und 1,8-V-Reihen. Etwa 100 mW beträgt die Leistungsaufnahme der Takt-ICs. Durch ihre geringe Stromaufnahme beseitigen diese Bausteine auch Bedenken hinsichtlich der Wärmeentwicklung. Mit ihren integrierten Anschlüssen nehmen der 9FGL06 und der 9FGL08 im kompakten Gehäuse mit den Maßen 5 × 5 mm2 beziehungsweise 6 × 6 mm2 bis zu 90 % weniger Platz auf der Leiterplatte ein. Ab www.elektronik-industrie.de Werk programmierbare Versionen sorgen für eine schnelle anwenderdefinierte Chip-Optimierung, um genauen Kundenanforderungen zu entsprechen. Die SoC-tauglichen Bausteine übererfüllen die Anforderungen an den Phasenjitter nach der PCIe Gen3 Spezifikation und greifen bereits auf die kommende PCIe Gen4-Spezifikation vor. Sie eignen sich auch für Anwendungen, die weniger als 3 pseff 12 k bis 20 M Phasenjitter erfordern, wie zum Beispiel Gigabit-Ethernet und andere hochleistungsfähige Applikationen. infoDIREKT 670ei0715 Haben Sie Interesse an einem interessanten und abwechslungsreichen Aufgabengebiet in einem innovativen Unternehmen, dann freuen wir uns auf Ihre Bewerbung. Senden Sie diese bitte als PDF an [email protected] TELENOT ELECTRONIC GMBH Wiesentalstraße 42 · 73434 Aalen www.telenot.de elektronik industrie 07/2015 61 Literatur Bild: Eugen G. Leuze Verlag Bild: Hy-Line Power Components Bild: Rafi Bild: Recom Medien-Spiegel Kostenloser Download Auf 664 Seiten Aktuelle Broschüre Leitfaden rund um die Stromversorgungen Elektromechanische Bauelemente Leistungselektronik und Stromversorgung Recom hat das 244 Seiten umfassende Kompendium „DC/DC book of knowledge“ veröffentlicht. Der Leitfaden rund um das Thema Stromversorgungen für Ingenieure, Entwickler und Studenten steht zum kostenlosen Download auf der Website zur Verfügung. Das Buch fasst das gesammelte Wissen von Steve Roberts, technischer Direktor bei Recom, zusammen. Rafi hat den Katalog „Elektromechanische Bauelemente“ für 2015 vorgestellt. Erstmals listet Rafi die Befehlsgerätebaureihe RAFIX 22 FSR für raue Außeneinsätze, die flachen Betätiger der Serie RAFIX 30 FS+ sowie den Kurzhubadapter, um einen auf der Leiterplatte bestückten Kurzhubtaster MICON 5 mit Drucktasten der drei RAFIX FSBaureihen zu kombinieren. Das Programm der Hy-Line Power Components für Leistungselektronik und Stromversorgungstechnik ist in einer Broschüre auf 32 Seiten vereint. Im Bereich der Stromversorgungen finden Anwender unter anderem alles von kompakten Wandlermodulen ab 0,25 W bis zu Hochleistungsmodulen mit 1,75 kW und fertigen Stromver sorgungen bis 4 kW. Der Leuze Verlag hat die erste Auflage des Buches „Elektrische Kabel und Leitungen“ von Dr. Helmut Katzier veröffentlicht. Es behandelt ein breites Themenspektrum, wobei Katzier die konstruktiven Basiskomponenten des Kabelaufbaues ausführlich behandelt. Ein wichtiger Punkt bilden die elektrischen Anforderungen und Eigenschaften von Kabelanordnungen. infoDIREKT 124ei0715 infoDIREKT 120ei0715 infoDIREKT 122ei0715 Erhältlich als Download oder Hardcover in Deutsch oder Englisch. Die neue Broschüre ist im Web als PDF oder Printversion erhältlich. infoDIREKT 121ei0715 Elektrische Kabel und Leitungen Das Buch ist für 105 Euro unter der ISBN 978-3-87480-284-0 verfügbar. Bild: Helukabel Bild: Souriau Bild: Semikron Bild: Würth Elektronik Eisos Kostenloser Download im Web in Deutsch, Englisch oder Chinesisch. Erste Auflage Praxisorientiert Erster seiner Art Applikationshandbuch Produktlinienerweiterung Grundlagen: Gleichspannungsregelung Die Fiebel der Aluminiumkabel 452 Seiten Leistungshalbleiterwissen UTS-SteckverbinderSerien-Katalog Würth Elektronik Eisos hat ein neues Buch herausgebracht: „ABC der Power Module – Funktionsweise, Aufbau und Handling eines Power Moduls“ ist das erste praxisorientierte Fachbuch, das sich speziell mit dem Einsatz von Bauelementen für die Gleichspannungsregelung befasst. Es vermittelt die Grundlagen der Spannungsregelung und erläutert häufig verwendete Schaltungstopologien. Helukabel hat in seinem Aluminiumkatalog sein Programm an Aluminiumkabeln, -leitungen sowie deren Verarbeitung und die zugehörige Anschlusstechnik präsentiert. Es ist der erste Katalog dieser Art überhaupt am Markt. Auf über 106 Seiten sind in der Publikation alle Informationen über Aluminium als Leitermaterial und das umfangreiche Produktprogramm übersichtlich dargestellt. Semikron hat die aktualisierte Neuauflage des „Applikationshandbuch Leistungshalbleiter“ vorgestellt. In dem 452 Seiten Handbuch findet der Elektronikexperte detaillierte Hinweise zur Auswahl und Anwendung von IGBT, MOSFET, Dioden und Thyristor-Bauelementen. Eine PDF-Version ist auch auf der Website erhältlich. Die deutsche Neuauflage ist für den Herbst 2015 geplant. Souriau hat einen neuen Katalog herausgebracht, der auf 208 Seiten die hauseigene UTS-Serie vorstellt, die auf diverse Anwendungen wie Energie, Off-Road, Gebäudeautomation, Instrumentierung, Beleuchtung und Schiene ausgerichtet ist. Die UTS-Serie eröffnet Features und Vorteile wie die IP68/ 69K-Klasse, was ideal für Außenoder Unterwassereinsätze ist, Druckreinigung und Staubschutz. infoDIREKT 123ei0715 infoDIREKT 127ei0715 infoDIREKT 126ei0717 infoDIREKT 125ei0715 Erhältlich Im Buchhandel für 9,95 Euro (ISBN 978-3-89929-314-2). 62 elektronik industrie 07/2015 Die Fibel kann online kostenlos angefordert werden. Die englische Ausgabe kostet 9,25 Euro (ISBN 978-3-938843-83-3). Vorhanden als virtueller Katalog oder kostenloser PDF-Download. www.elektronik-industrie.de Gewinnspiele Gewinn-SPIEL Ineltek verlost fünf Halleffekt-Sensoren Gewinnen Sie mit elektronik industrie einen von fünf Halleffekt-Sensoren, basierend auf der Mixed-Signal-CMOS-Technologie von Magnachip, im Wert von je 50 Euro, zur Verfügung gestellt von Ineltek. Der multifunktionale Halleffekt-Sensor MXM1120 enthält Hall-Elemente, ein dynamisches Offset-Kompensationssystem, einen programmierbaren Verstärker, Low-Power-Analog-Digital-Wandler und eine arithmetische Logik in einem einzigen Chip. Über eine I²C-Schnittstelle sind die magnetische Polarität und die Betriebsdauer programmierbar. Der multifunktionale Halleffekt-Sensor MXM1120. Betreiben lässt sich der Sensor mit StandardEinsendeschluss Software und er ist in der Lage, magnetische Feldstärke als Winkel zwischen Magnet und Bauteil auszuwerten. Lieferbar ist der Baustein sowohl in einem kleinen WLCSP-Gehäuse als auch in einem industriefreundlichen SO8-Gehäuse. Besondere Eigenschaften sind unter anderem ein breiter Temperaturbereich von -30 bis +125 °C, eine hohe Empfindlichkeit von ±3 mT (einstellbarer Modus ) sowie ein niedriger Stromverbrauch von 1 µA im Standby- beziehungsweise 18 µA im Normalbetrieb. 10.08.2015 Um eines der Kits zu gewinnen, können Sie sich unter der folgenden E-Mail-Adresse bis zum 10. August registrieren: [email protected] Viel Glück wünscht die Redaktion! Bild: Ineltek Die Gewinner des Gewinnspiels werden jeweils in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. infoDIREKT 660ei0715 Gewinn-SPIEL Ineltek spendiert sechs Cortex-M0+-Kits von Atmel Die elektronik industrie bietet ihren Lesern sechs Cortex-M0+-Kits von Atmel, spendiert von Ineltek im Gesamtwert von 200 Euro. Wir verlosen unter allen Teilnehmern je drei Kits der Reihe ATSAMD10XMINI und ATSAMD11-XPRO. Einsendeschluss 10.08.2015 ATSAMD11-XPRO ist ein Evaluation-Board für Atmels Cortex-M0+D11-Serie, mit den Produkteigenschaften der D10-Serie + USB. Es hat einen On-board-Embedded-Debugger, USB-Verbindung, zwei Buttons für kapazitive Touch-Evaluierung und einen Xplained-Pro-kompatiblen „Header“. Das ATSAMD10-XMINI-Kit ist ein Evaluation-Board für Atmels Cortex-M0+-D10-Serie, mit folgenden Produkteigenschaften: CPU mit 48 MHz, 1,62 bis 3,6 V operation, 8 bis 16 KByte Flash, bis zu 24 Pins, www.elektronik-industrie.de Bild: Ineltek Zur Teilnahme senden Sie bitte eine E-Mail an [email protected] mit der Angabe des von Ihnen präferierten Kits. Die Auslosung erfolgt zum 10. August 2015, die Gewinner werden nach Bekanntgabe der Auslosung über ihren Gewinn informiert. ATSAMD10-XMINI: ATSAMD11-XPRO: bis 3 × Sercom, bis 8 × ADC Channels, bis 22 × GPIOs. Das Bord verfügt über einen On-board-Embedded-Debugger, USB-Verbindung und einen Button für kapazitive Touch-Evaluierung. Alle XplainedMini-Boards sind zu Arduino Shields kompatibel. Cortex-M0+-Kits von Atmel der Reihe ATSAMD10-XMINI und ATSAMD11-XPRO. infoDIREKT Viel Glück wünscht die Redaktion! Die Gewinner des Gewinnspiels werden jeweils in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. 661ei0715 elektronik industrie 07/2015 63 Reverse Engineering Reverse-ENGINEERING Fifi-SDR 2.0 vom Funkamateur KW-SDR mit Preselektor und Soundkarte Software Defined Radios (SDR) haben wir in dieser Rubrik mehrfach vorgestellt. Zum Beispiel den Perseus (1-2008) oder den Winradio WR G313e (1-2006). Diese Geräte kosten etwa 1000 Euro. Mit dem Fifi-SDR zeigen wir nun einen kompakten SDR-Empfänger für den Frequenzbereich von 0,2 bis 30 MHz, ausgestattet mit Preselektor und integrierter 192-kHzAutor: Siegfried W. Best Soundkarte, der als Bausatz für 139 Euro erhältlich ist. D ie oben genannten SDRs (Software Defined Radios) Perseus und Winradio sind Direktsampling-SDRs der Profiklasse. Bei ihnen gelangt das Antennensignal ohne großen Filteraufwand direkt auf einen schnellen AD-Wandler wie zum Beispiel den LT2286 (kein Mischer – keine Spiegelfrequenzen) und dann als I/Q-Komponente in einen PC. Nachdem ich über Jahre solche SDRs zum Test erhalten habe, war die Ankündigung des Fifi im Jahr 2010 für mich eine Überraschung, sollte er doch, wenn auch als Bausatz, für 139 Euro zu erwerben sein. Die Vermutung, dass sich hinter dem Fifi-SDR wie bei anderen preiswerten SDRs ein modifizierter DAB-USB-Stick verbirgt, traf nicht zu, denn das FifiSDR (Bild 1) wurde 2010 als Bastelprojekt des DARCOrtsverbandes OV Lennestadt für den Fichtenfieldday (Fifi) als Direktmischer vorgestellt. Bild: Box 73 Baumappe Integrierte USB-Soundkarte 64 elektronik industrie 07/2015 Bild 1: Das Fifi-SDR ermöglicht den Empfang aller Rundfunk- und Amateurfunkbänder auf Mittel- und Kurzwelle in allen Modulationsarten inklusive DRM-Radio. Es handelt sich um einen günstigen und kompakten softwaredefinierten Empfänger. Basiskomponenten sind der SI570-Oszillator von Silabs, der LPC1758ARM-Cortex-M3-Mikrocontroller von NXP und der CPLD XC9536XL-5VQG44C von Xilinx. Anschließen lässt er sich an PCs und Laptops mit USB-Schnittstelle. Eine Besonderheit ist die integrierte USBSoundkarte, sie wird mit dem Audio Codec UDA 1361 von NXP realisiert. Diese Kombination ermöglicht den Empfang sämtlicher Rundfunk- und Amateurfunkbänder im Bereich 200 kHz bis 30 MHz in allen Modulationsarten inklusive DRM-Radio, sogar auf Notebooks, die selbst über keinen Stereo-Soundeingang verfügen. Seit Ende 2013 ist das Fifi-SDR mit einer Samplingrate von 192 kHz verfügbar. Bild 2 zeigt das Blockschaltbild mit den wesentlichen Komponenten, Bild 3 die fertig aufgebaute Platine des SDR und Bild 4 die Platine der Vorselektion. www.elektronik-industrie.de Reverse Engineering Frequenzbereich 200 kHz bis 30 MHz Erweiterbar auf 39 kHz bis 40 MHz Betriebsspannung 5 V über USB Eingangsempfindlichkeit 7 bis 21 MHz SSB – 106 dBm / 1,22 µV bei 10 dB Sinad IP3 – 10 dBm bei 21 MHz / 21,050 MHz Abmessungen 55 × 24 × 110 mm3 (B × H × T) PC-Anforderungen: ab Windows XP Preselektor W Phasenumkehr 3,3 V schaltbar NCP5500 Analogschalter CBTLV3126 0 90 180 270 CPU ARM Cortex-M3 Free RTOS USB Teiler I2C USB Softrock USB Sound 10 7 9 6 5 4 11 2 CPLD XC9536XL Oszillator Si570 Bild 2: Blockschaltbild des Fifi-SDR. Teilerwahl erfolgt automatisch 3 Bild: S. Best 1 Q 4,0 V schaltbar MIC5205 Das Antennensignal einer nicht zu langen Antenne (wegen der Übersteuerung) gelangt über die BNCBuchse (1 in Bild 3) einen HF-Trafo (2) und einen Vorverstärker (3) zum Preselektor. (Durch Überbrücken des HF-Trafos kann man den Empfangsbereich erweitern. Trotz HF-Trafo war der Empfang vom DCF 77 möglich.) Der gesteuerte Preselektor (Bild 4) besteht aus acht geschalteten Filtern (siebenpolige Cauerfilter): Ein Tiefpassfilter für 123 kHz sowie solche von 307 und 768 kHz sowie 1,92, 4,8 und 12 MHz bis zu einem Hochpassfilter für 30 MHz (für VHF-Empfang). 8 I OPV MAX4477 Stereo-ADU UDA1361 I2S 3,3 V MIC5205 I Q Bild: Funkamateur 11/2010 Technische Daten Bild 3: Aufgebaute Platine des als Bausatz gelieferten SDR. Es sind nur wenige bedrahtete Komponenten auf der sonst SMD-bestückten Platine einzulöten. Nachdem das Signal den jeweiligen Filter durchlaufen hat, gelangt es zu einer Phasenumkehrstufe und zum CPLD (4), das als Schaltermischer dient. Das LOSignal kommt vom Oszillator-IC Si570 (5) von Silabs, dessen Ausgangsignal im CPLD in vier, um je 90° phasenverschobene Taktsignale herunter geteilt wird. Diese Taktsignale treiben den Schaltermischer. Die Teilerwahl erfolgt automatisch (74CBTLV31, 6). Eine Bereichsumschaltung ist nicht notwendig. Der weitere Signalweg führt zu einem NF-Verstärker MAX 4477 (7), an dessen Ausgang sich die I- und Q-Signale befinden, die das USB-Soundkarten-IC digitalisiert. Der mit 12 MHz getaktete (12-MHzQuarz, 8) ARM-Cortex-3-Mikrocontroller (9) steuert den SDR und ist für die Kommunikation mit dem PC zuständig. Dort erfolgt die Demodulation mittels HDSDR-Software. Die Stromversorgung findet mit 5 V statt, über den USB-Anschluss (10), den LDOSpannungsregler NCP5500 von On Semi (11) und zwei Linearregler MIC5205 von Micrel. Der Bausatz ist im Online-Shop www.box73.de des Funkamateurs für 139 Euro erhältlich. (ah) ■ Autor Bild: S. Best Siegfried W. Best DF5SBA, ist als freier Redakteur in Regensburg tätig. Bild 4: Fertig bestückte Vorselektion des Fifi-SDR mit acht Filtern, auf der Unterseite befindet sich der 74HC138 als Schalter für die einzelnen Filter. www.elektronik-industrie.de infoDIREKT 400ei0715 elektronik industrie 07/2015 65 Verzeichnisse/Impressum Inserenten Beta LAYOUT 5 Titelseite, 2. US Digi-Key Dynamis23 10 E-A Elektro-Automatik ELECTRONIC ASSEMBLY 45 25 EOS POWER ET System 21 Fischer3 11 iC-Haus Ineltek31 29 inpotron Intersil Titelseite, 7 Beilage Keysight Kingbright44 Messe München 9 51 MF Instruments Mouser 4. US 27 MTM Power Panasonic35 17 RECOM Richter 39 Schukat 19, 33 37 SE Spezial-Electronic SYKO27 48 Telcona TELENOT 61 41 Würth Emtron23 ET System Electronic 24 Eugen G. Leuze Verlag 62 FTDI Chip 60 Fujitsu6 Funkamateur64 7 Geyer Electronic Grammatech6 Haug6 Heitec6 Helukabel62 Hy-Line Computer Components 6 19, 62 Hy-Line Power Components IC-Haus32 IDT61 Ineltek63 Innovasic30 Intel 6, 10 Intersil12 54 JTAG Technologies Keysight26 Kunze Folien 6 Kurz7 Lextar41 Linear Technology 7, 19 Magnachip63 Mean Well 23 Microchip6 Micron8 Microsemi59 National Instruments 50 Neopost Technologies 50 ODU6 Petermann-Technik7 7 PK Components Powerbox29 Qualcomm8 Rafi62 Recom 23, 62 Repro6 Rigol57 Rohm46 8, 41 Samsung Electronics Seifert Electronic 58 Semikron62 SE Spezial-Electronic 6, 7, 60 Sharp Devices Europe 38 Sharp Electronics 6 Silica7 SK Hynix 8 Souriau62 Spectrum57 Symtavision6 TBP Electronics 54 Texas Instruments 8, 20 Toshiba8 TQ-Systems7 Transphorm60 TTI7 Vicor19 W+P Products 58 Würth Elektronik 7, 62 ZVEI8 Unternehmen Adlink Technology 53 Advantech6 Alldaq57 Altera 6, 33 Antenova 60 ARM34 Atmel63 Avnet Memec 7 Barr Group 7 Beck41 Bicker Elektronik 29 Cadence34 7 Channel Microelectronic Conec61 Cree42 CTX Thermal Solutions 59 CUI16 Data Translation 53 Densitron6 Digi-Key6 EBV7 Ecomal7 Impressum www.elektronik-industrie.de IHRE KONTAKTE: Abonnement- und Leserservice: 46. Jahrgang Tel: +49 (0) 8191/125-777, Fax: -799 ISSN 0174-5522 E-Mail: [email protected] 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.-Ing. Alfred Vollmer (av) Tel: +49 (0) 8191 125-206, E-Mail: [email protected] Dipl.-Ing. Jens Wallmann (jwa) Tel: +49 (0) 8191 125-494, E-Mail: [email protected] Freier Mitarbeiter: 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/ Jahresabonnement (inkl. Versandkosten) Inland € 178,69 66 elektronik industrie 07/2015 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. Abonnement- und Leserservice: Hüthig GmbH, Leserservice, 86894 Landsberg Tel: +49 (0) 8191 125-777, Fax: +49 (0) 8191 125-799 E-Mail: [email protected] Erscheinungsweise: 12 x jährlich Verlag Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg Tel: +49 (0) 6221 489-0, Fax: +49 (0) 6221 489-482, www.huethig.de, Amtsgericht Mannheim HRB 703044 Geschäftsführung: Fabian Müller Verlagsleitung: Rainer Simon Produktmanager Online: Philip Fischer Leitung Herstellung: Horst Althammer Art Director: Jürgen Claus Layout und Druckvorstufe: Karin Köhler, Aida Saljic Druck: pva GmbH, Landau © Copyright Hüthig GmbH 2015, Heidelberg. Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion, vom Verleger und Herausgeber nicht übernommen werden. Die Zeitschriften, alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen, sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Mit der Annahme des Manuskripts und seiner Veröffentlichung in dieser Zeitschrift geht das umfassende, ausschließliche, räumlich, zeitlich und inhaltlich unbeschränkte Nutzungsrecht auf den Verlag über. Dies umfasst insbesondere das Printmediarecht zur Veröffentlichung in Printmedien aller Art sowie entsprechender Vervielfältigung und Verbreitung, das Recht zur Bearbeitung, Umgestaltung und Übersetzung, das Recht zur Nutzung für eigene Werbezwecke, das Recht zur elektronischen/digitalen Verwertung, z. B. Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen, zur Veröffentlichung in Datennetzen sowie Datenträger jedweder Art, wie z. 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. Auslandsvertretungen Schweiz, Liechtenstein: Katja Hammelbeck, Interpress Bahnhofstrasse 20 A, Postfach, CH-8272 Ermatingen, Tel: +41 (0) 71 663 77 85, Fax: +41 (0) 71 663 77 89, E-Mail: [email protected] Österreich, Großbritannien, USA, Kanada: Marion Taylor-Hauser, Max-Böhm-Ring 3, 95488 Eckersdorf Tel: +49 (0) 921 316 63, Fax: +49 (0) 921 328 75 E-Mail: [email protected] Angeschlossen der Informationsgemeinschaft zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern (IVW) (Printed in Germany) Datenschutz Ihre Angaben werden von uns für die Vertragsabwicklung und für interne Marktforschung gespeichert, verarbeitet und genutzt und um von uns und per Post von unseren Kooperationspartnern über Produkte und Dienstleistungen informiert zu werden. Wenn Sie dies nicht mehr wünschen können Sie dem jederzeit mit Wirkung für die Zukunft unter [email protected] widersprechen. www.elektronik-industrie.de Überlegen in Theorie und P raxis. elektronik industrie ist das Fachmagazin für Elektronikentwickler im deutschsprachigen Raum. Umfassend, journalistisch anspruchsvoll und praxisnah. Als Teil des Portals all-electro nics.de perfekt vernetzt. Gleich abonnieren! Jetzt anfordern: Fax: +49 (0) 8191 125-799, Tel.: +49 (0) 8191 125-777, E-Mail: [email protected] oder schnell über Ihr Mobiltelefon QR-Code scannen. x Ich abonniere elektronik industrie (11 Ausgaben pro Jahr + Sonderausgaben). Grundpreis: € 153,– Firma (zuzüglich Versandkosten Inland € 14,– und MwSt.) Gesamtpreis Inland: € 178,81 Abteilung (mit interner Kurzbezeichn.) Bild: Kavita/fotolia.com Datenschutzhinweis: Meine angegebenen Kontaktdaten werden von der Hüthig GmbH gespeichert und genutzt. Ich kann meine Einwilligung jederzeit unter [email protected] widerrufen. 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