PDF-Ausgabe herunterladen (38.4 MB) - elektronik industrie

elektronik.industrie.de

PDF-Ausgabe herunterladen (38.4 MB) - elektronik industrie

D 19067 · März 2012 · Einzelpreis 19,00 € · www.elektronik-industrie.de

03/2012

Das Entwickler-Magazin von all-electronics

Österreich-Special

Die Elektronikindustrie im Fokus:

Österreichs Firmen präsentieren

sich und ihre Produkte Seite 16

Stromversorgungen

Ursache und Minderung

des Grundrauschen von

DC/DC-Schaltwandlern Seite 28

Analog-/Mixed-Signal-ICs

Energieeffi zienz und störfeste

Signalverarbeitung für hochgenaue

intelligente Sensoren Seite 68

Selber machen

lohnt nicht mehr

Punktsieg für modulare

DC/DC-Wandler Seite 24

Anzeige

Kostenloser

Versand

Für Bestellungen

Über 65 €!

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 3

DIGIKEY.COM


0800.1.800.125

DIGIKEY.DE

*Für alle Bestellungen unter 65,00 € wird eine Versandgebühr von 18,00 € erhoben. Alle Bestellungen die mit UPS versandt werden, haben eine Lieferzeit von 1-3 Tagen (abhängig vom

Endbestimmungsort). Keine Bearbeitungsgebühren. Alle Preise verstehen sich in Euro und enthalten Zollgebühren. Bei einem zu großen Gewicht oder bei unvorhergesehenen Umständen, die

eine Abweichung von diesem Tarif erfordern, werden Kunden vor dem Versand der Bestellung kontaktiert. Digi-Key ist ein autorisierter Distributor für alle Vertriebspartner. Neue Produkte

werden täglich hinzugefügt. © 2012 Digi-Key Corporation, 701 Brooks Ave. South, Thief River Falls, MN 56701, USA


Editorial

Frisches Obst

Die 10. Embedded World ist beendet. Für mich persönlich war es die

18. Embedded, wenn man die Vorgängerveranstaltungen mitzählt.

Am Beginn stand eine kleine Fachmesse mit Embedded-Spezialisten,

in einer Halle und recht übersichtlich. Heute ist die Veranstaltung

thematisch ausgeweitet und eine ausgewachsene Messe geworden, mit rekordverdächtigen

Standgrößen und Besucherzahlen von über 20.000 und mit einem

recht hohen Anteil an Elektronikentwicklern, Tendenz, wie so oft in dieser

Zeit, steigend. Wenn der Trend

sich fortsetzt, muss man sich um die

Zukunft der Branche keine Angst machen.

Zumal der Messetermin in diesem

Jahr eingezwängt zwischen Mobile

World Congress und Cebit lag.

Am seltener vorkommenden 29. Februar,

dem zweiten Tag der Embedded,

gab‘s frisches Obst: ich meine

nicht die bunt bemalten Äpfel, auch

keine Brombeeren, sondern Himbeeren

(engl. Raspberry). Das als Raspberry-Pi

bezeichnete, sehr kosten-

Dipl.-Ing. Hans Jaschinski,

Chefredakteur elektronik industrie günstige CPU-Modul war weltweit der

Renner und hat die Distributoren Premier

Farnell und RS Components an ihre Belastungsgrenzen getrieben.

Der eigentlich für Ausbildungszwecke gedachte multimediafähige Minirechner

enthält den Broadcom-SoC BCM2835, in dem wiederum ein 700 MHz

ARM-Prozessor 1176 und eine Videocore-IV-GPU integriert sind. Es läuft ein

Linux-Betriebssystem drauf. Das Produkt hat zwar weltweit unterschiedliche

Preise ab 25 $, abhängig von Ausstattung, Steuer und Versandkosten, bleibt

aber als Richtwert unter 40 Euro. Da wird wahrscheinlich auch der ein oder

andere ambitionierte Elektronikentwickler für seinen Hobby-Bereich zugeschlagen

haben. Jedenfalls war der Raspberry-Pi auf der Messe ständig von

Interessierten aller Altersgruppen umlagert. Drücken wir also dem von der

Universität Cambridge/UK initiierten Projekt die Daumen. Nähere Informationen

zu dem Projekt stehen auf der Homepage www.raspberrypi.org. CPU-

Module für den Profibereich finden Sie übrigens ab Seite 12.

Für die Elektronikentwickler, die nicht in Nürnberg waren, haben meine

Kollegen und ich ab der Seite 6 bis zur Seite 14 die auf der Messe neu vorgestellten

Produkte zusammengetragen.

Hans Jaschinski, hans.jaschinski@huethig.de

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 3


Inhalt

März 2012

Coverstory

24

Selber machen lohnt nicht mehr

Spezialkenntnisse im Umgang mit Ferritkernen und

EMV-Filtern, wie fürs Design von DC/DC-Wandlern erforderlich,

sind eher Mangelware. Kein Wunder also,

wenn Entwickler verstärkt auf fertig zertifizierte Wandler-Module

setzen.

32

Solar-Ladekonzepte für mobilen Einsatz

Boost-Wandler mit integriertem Maximum Power Point Tracking.

Schaltungen außerhalb des eigentlichen Panels müssen so effizient

wie möglich sein. um einen möglichst großen Energieertrag

zu erzielen. Das MPPT ist eines dieser Verfahren.

60

Data Operating

Circuit

Neue Wege bei der Verwendung

von Peripherieelementen.

Die Mikrocontroller-Familie

RX200 enthält

erstmals einen Data

Operating Circuit.

Märkte + Technogien

06 Embedded,

eine Zusammenfassung

Die Embedded ist mit über 20.000

Besuchern erwachsen geworden

08 Produkte zur Embedded

Österreich-Special

16 Österreichs Elektronikindustrie

Optoelektronik ist einer der Highlights

des Jahres

20 Spannungswandler

Made in Austria

Recom-CEO Karsten Bier über

Power-Innovationen aus Gmunden

21 Firmenportraits

Leserservice infoDIREKT:

Zusätzliche Informationen zu einem Thema erhalten

Sie über die infoDIREKT-Kennziffer. So funktioniert’s:

• www.elektronik-industrie.de aufrufen

• Im Suchfeld Kennziffer eingeben, suchen

Coverstory

24 Selber machen lohnt nicht mehr

Punktsieg für modulare DC/DC-Wandler

Stromversorgungen

28 Dem Rauschen auf der Spur

Ursache und Minderung des Grundrauschens

bei DC/DC-Schaltwandlern

32 Solar-Ladekonzepte für den

mobilen Einsatz

Boost-Wandler mit integriertem

Maximum Power Point Tracking

36 Maximale Power auf

minimalem Raum

DC-Stromversorgungen mit

10 kW Leistung in 2 HE

38 Smart Meter für das Smart Home

Internet-fähige Embedded-Designs

rationalisieren

41 Highlight

Enpirion

42 Neue Produkte

Embedded-Systeme

44 WLAN, die alternative Verkabelung

Funktionelle Eigenschaften: WLAN

Module und deren Inbetriebnahme

47 Highlights

Hacker-Datentechnik,

Green Hills Software

48 ULP-COM: ARM für mobile Apps

Standard ARM-Boards und -Module für

die Entwicklung mobiler Appliances

50 Entwicklungstools für den S12Z

24 Bit Adressbus und vollwertige 8-,

16- und 32-Bit-Register

52 Digitale Displaydatenübertragung

COM-Express-Revision 2.0 und die

Veränderungen

56 Vereinfachung des IC-Prototypings

Prototypenentwickler sollten einer

wohldefinierten Methodik folgen

60 Data Operating Circuit im

Controller

Neue Wege bei der Verwendung von

Peripherieelementen mittels DOC

Analog-/Mixed-Signal-ICs

64 18 Bit Absolut Encoder-IC

Für Hohlwellen- und Lineargeber

68 Nutzsignalauflösung:

16 effektive Bit

Energieeffizienz und störfeste

Sensor-Signalverarbeitung

71 Highlight

Linear Technology

4 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Inhalt

März 2012

› AKTIVE BAUELEMENTE

› PASSIVE BAUELEMENTE

› ELEKTROTECHNIK

› MESSTECHNIK

› AUTOMATION

› LÖTTECHNIK

› INDUSTRIELLE IT

www.koehler-partner.de

› FACHSEMINARE ZU AKTUELLEN

THEMEN, BUNDESWEIT

www.distrelec.de

Bestellhotline 0180 5223435*

* 14 Ct./Min. aus dem Festnetz der Dt. Telekom AG,

Mobilfunk kann abweichen

80

High Tech Toy

In hoch-genauen Anwendungen werden Präzisionsverstärker

eingesetzt. Mit dem Hero haben wir einen typischen Vertreter

Sie aufgeschraubt und zeigen wie er funktioniert.

AUSSUCHEN.

ANKLICKEN.

AUSPACKEN.

72 Mixed-Signal-Stromversorgungscontroller

Programmierbare Stromversorgungen auf Chip-Ebene

75 Neue Produkte

Rubriken

03 Editorial

Frisches Obst

78 Literatur

79 Gewinnspiel

80 High Tech Toy

Leistungsvertärker Hero

82 Impressum

82 Verzeichnisse

online

GRATIS!

Katalog-App für

iPhone & Android

Smartphone.

all-electronics.de

Perfekt kombiniert: Ergänzend

zum gedruckten

Heft finden Sie alle

Informationen sowie

viele weitere Fachartikel,

News und Produkte

auf unserem Online-

Portal.

Ob Onlineshop oder Katalog:

Wir liefern deutschlandweit innerhalb von 24 h – ohne

Mindermengenzuschlag. Lieferung ab 1 Stück. Unsere

Referenz sind europaweit 250.000 zufriedene Kunden. Die

Distrelec-Gruppe: Ihr Partner für elektronische Bauelemente,

Automation, industrielle IT und Zubehör.

www.distrelec.de

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Embedded World

Bild: Nürnberg Messe/Frank Boxler

Bild 2: Die Repräsentanten der SGET-Gründungsmitglieder

(v.l.n.r.): Wolfgang Eisenbarth (MSC), Christian Eder

(congatec), Markus Mahl (Data Modul), Gianluca Venere

(Seco), Josef Behammer (Kontron) und Carsten Rebmann

(Advantech).

Bild: SGET

Bild 1: Die Embedded World fand diesmal erstmals in Nürnberg in anderen

Hallen statt. Zeitgleich wurde die Freizeit-Messe durchgeführt und die Ordner

gaben sich redlich Mühe jedem den richtigen Weg zu weisen.

Embedded, eine Zusammenfassung

Die Embedded ist mit über 20.000 Besuchern erwachsen geworden

Die embedded world 2012 ist mit einem Besucherrekord zu Ende gegangen: 22.262 Fachbesucher aus aller Welt

bedeuten ein Plus von 17 Prozent gegenüber dem Vorjahr, darin enthalten rund 1000 Hochschüler aus Deutschland

und Österreich. Die nächste Embedded findet in Nürnberg vom 26. bis 28. Februar 2013 statt.


Autor: Hans Jaschinski

Der Umzug der embedded world und die Erweiterung in

andere, jetzt fünf Hallen auf dem Nürnberger Messegelände

brachte mir vor allem eines: längere Wege und das

Gefühl nicht mehr alles gesehen zu haben. Mikroelektronik

an Makroständen. Das war vor 18 Jahren, als ich die erste Embedded

besuchte, noch anders. Und angesichts des Besucherandrangs

in einigen Bereichen konnte vom Ingenieurs-Mangel sicher

keine Rede mehr sein.

Am ersten Tag der Embedded hat sich die Standardization Group

for Embedded Technologies (kurz SGET) formiert. Zu den Gründungsmitgliedern

gehören unter anderem die zum Kernbereich

des Themas Embedded gehörenden Hersteller Advantech, congatec,

Data Modul, Kontron, MSC und Seco. Die in Gründung befindliche

SGET wird sich in der Entwicklung und Pflege weltweit

gültiger Embedded-Computing-Spezifikationen engagieren, um

die marktgerechte Standardisierungen der Embedded-Technologien

voranzutreiben. Erste Arbeitsgruppen wird die SGET, die nach

deutschem Recht als eingetragener Verein gegründet wird, rund

um die Computer-on-Modules Spezifikationen Qseven und eine

dedizierte ARM Modul Spezifikation bilden. Weitere Gruppen sind

zur Entwicklung von Spezifikationen jederzeit willkommen.

Weiteres Interessantes aus dem Embedded-Thema: Arrow Electronics

bündelt sein Angebot für Embedded-Lösungen mit dem

Portfolio seines europäischen OEM Computing Solutions Teams.

Damit offeriert das Unternehmen ein breiteres Produkt- und Lösungsspektrum

mit einer deutlicheren Fokussierung auf die Anforderungen

seiner Kunden.

Der Distributor Future Electronics hat den neuen Geschäftsbereich

Future RF and Wireless Solutions vorgestellt. Die spezialisierte

Division unterstützt OEMs bei der schnellen und erfolgreichen

Markteinführung neuer Funk-Endprodukte. Der weltweite

Geschäftsbereich hat seine breitgefächerte Hersteller-Linecard um

vier neue Franchise-Partnerschaften erweitert: Sierra Wireless

(embedded Module für Mobiltelefone), RFM (Kurzdistanz Hf-

Komponenten, ICs und Module), Qualcomm Atheros (Wi-Fi) und

EnOcean (RF-Module für Energy Harvesting).

Die Firma EnOcean ging zum Beispiel mit dem neue Starter-Kit

ESK 300 auf die Embedded, mit dem es möglich ist, einen schnellen,

einfachen und günstigen Einstieg in die batterielose Funktechnologie

zu vollziehen. Das Komplettpaket enthält verschiedene

Energiewandler und Funkmodule, mit denen sich energieautarke

Funksensoren über wenige Handgriffe verwirklichen lassen.

National Instruments hat die Electronic Design Specialty für

Mitglieder des NI Alliance Partner Network vorgestellt, die über

besonderes Know-how im Bereich der benutzerdefinierten Elektronik

verfügen. Gründungsmitglieder sind: S.E.A. Datentechnik

GmbH (Troisdorf/Deutschland), Tecnova (Chicago/USA), Cyth

Systems (San Diego/USA), Wire Flow (Göteborg/Schweden) und

Boston Engineering (Boston/USA).

Auf den folgenden Seiten haben meine Kollegen und ich weitere

Highlights der Messe herausgepickt und für Sie zusammen gestellt.

n

infoDIREKT www.all-electronics.de

534ei0312

6 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Reine DC

Die komplette Produktfamilie von Referenzspannungsquellen

mit dem kleinsten Rauschen

Um Präzisions-Referenzspannungsquellen wird viel Lärm gemacht. Wir von Linear Technology gehen die Sache mit Ruhe an – und

stellen die Präzisions-Referenzspannungsquelle LTC ® 6655 mit einem Niederfrequenz-Rauschen von weniger als 0,25ppm vor.

Und als ob das noch nicht genug wäre, zeigt der LTC6655 zudem eine Drift von weniger als 2ppm/°C und eine Anfangsgenauigkeit

innerhalb von ±0,025%. Eine solch felsenfeste reine DC-Performance garantiert, dass der LTC6655 der neue Standard für Hochleistungs-

Test- und Messgeräte sein wird.

Eigenschaften

• Geringes Rauschen: 0,25ppm S-S

(0,1Hz bis 10Hz)

• ±0,025% Genauigkeit, 2ppm/°C Drift

• Vollständig spezifiziert von -40°C bis

125°C und 100% getestet bei -40°C,

25°C und 125°C

• Nimmt Strom auf und liefert Strom:

±5mA

• V S : 500mV Dropout bis 13,2V

• Lastregelung: 3ppm/mA

• Shutdown auf Low Power:


Märkte + Technologien

Embedded: Bauelemente

8-Bit-Mikrocontroller von Microchip

Peripherie mit verbesserten Eigenschaften

Microchip hat in der neuen Familie

von 8-Bit-MCUs die digitale

und analoge Peripherie deutlich

verbessert. Der PIC12F(HV)752

besitzt einen integrierten COG

(komplementärer Ausgangsgenerator),

der nicht-überlappende

Mikroschritt-Schrittmotortreiber-IC für hohe Ströme

Immer Schritt halten

Toshiba Electronics Europe erweitert

sein Angebot an Schrittmotortreibern

um einen Baustein mit

wählbarer Auflösung, der Spitzenströme

bis 5 A bereitstellt. Der

TB6600HQ ist ein Single-Chip-,

PWM-Chopper-, Bipolar-Mikro-

Bild: Microchip

Bild: Toshiba

komplementäre Signale für Komparatoren

und PWM liefert, während

Totzonenregelung, automatische

Abschaltung, Auto-Reset,

Phasenregelung und Austaststeuerung

ablaufen. Daneben besitzen

die Mikrocontroller 1,75

KByte Programmspeicher, 64 Byte

RAM, einen 10-Bit-ADC und einen

5-Bit-DAC, Capture-Compare-

PWM-Module, Komparatoren mit

einer Ansprechzeit von bis zu 40

ns und zwei I/Os mit bis zu 50 mA

für direkte FET-Ansteuerung.

infoDIREKT

schritt-Schrittmotortreiber mit

Rechts-/Linkslaufsteuerung und

einer wählbaren Auflösung mit

1/1, 1/2, 1/4, 1/8 und 1/16 Schritten.

Features sind: gleichmäßiger

sinus förmiger Ausgang und wählbare

Phasenansteuerung (2-phasiger,

1-2-phasiger, W1-2-phasiger,

2W1-2-phasiger und 4W1-2-

phasiger Erregungsmodus). Da

der TB6600HQ die gesamte PWM-

Erzeugung und Codierschaltungen

auf einem Chip enthält, genügt

ein einziges Taktsignal.

infoDIREKT

301ei0312

304ei0312

8051-basierte Industriestandard-Mikrocontroller

Zilog ist wieder aktiv

Zilog ist vielen Entwicklern noch

von den Z80- und Z8-Prozessoren

bekannt. Die Firma aus dem Silicon

Valley gehört inzwischen zur

IXYS Corporation und hat unter

dem Namen Z8051 einen flexiblen

und kosteneffektiven Mikrocontroller

vorgestellt, der auf der

8051-Architektur basiert. Damit

Cortex-M0-Mikrocontrollerfamilie von ST Microelectronics

Raus aus der 8-Bit-Welt

ST zielt mit der Bausteinfamilie

STM32 F0 mit Cortex-M0 auf kostensensible

Applikationen, die

derzeit mit 8- und 16-Bit-Bausteinen

bestückt sind. Features: Ein

12-Bit-ADC mit 1 MSPS, ein

12-Bit-DAC sowie zwei programmierbaren,

eng an den DAC angekoppelte

analoge Komparatoren,

Mixed-Signal-Mikrocontroller

Bürstenlose Motoren steuern

Freescale kündigt mit dem S12Z-

VM Magni-V eine 16-Bit-Mixed-

Signal-MCU-Familie an, die für

die Ansteuerung von bürstenlosen

Gleichstrommotoren (BLDC) ausgelegt

ist. Die Bausteine kombinieren

die MCU, eine Ansteuereinheit

mit MOSFET-Gate, einen

Spannungsregler und eine physi-

passt er gut in die IXYS-Welt: Kunden

können langfristig auf einen

Chip setzen, der ihre vorhandenen

8051er Programme ausführt. Die

Z8051-Produkte und dazugehörende

Entwicklungskits sind bereits

verfügbar.

infoDIREKT

302ei0312

16- und 32-Bit-PWM-Timer, unter

anderem mit 17 Capture/Compare-Ein-

und Ausgängen. Der Chip

kennt vier Stromsparmodi, darunter

„Stop“ mit 5,3 µA und Standby

mit 2,8 µA bei aktiver RTC. Zudem

SPI, I²C-Port, 6 MBit/s USART.

infoDIREKT

303ei0312

kalische LIN-Schnittstelle (Local

Interconnect Network) auf einem

einzigen Chip. Bisher benötigte

man für die Realisierung dieser

vier Funktionen typischerweise

zwei bis vier Chips. Der S12Z-

Kern taktet mit bis zu 100 MHz.

infoDIREKT

305ei0312

Cortex-M3-MCU mit Touch-Funktion

Sanfte Berührung

Fujitsu Semiconductor Europe hat

seine FM3-Produktfamilie mit einer

Touch-Bibliothek aufgewertet:

FM3touch erlaubt eine einfache

Integration kapazitiver Touch-

Oberflächen, etwa Schaltflächen,

Schieberegler, Einstellrädchen

und Touchpads. Die in Europa

entwickelte Technologie vereint

hohe Empfindlichkeit mit niedriger

Systembelastung und nutzt

umfassend die Vorteile eines

12-Bit-ADC-Wandlers: Dieser ist

in allen FM3-Bausteinen vorhanden

und gewährleistet eine

schnelle Datenerfassung, hohe

Empfindlichkeit und niedrige Systembelastung.

Da alle FM3-Chips

zwei oder sogar drei voneinander

unabhängige ADC-Wandler besitzen,

ist eine maximale Flexibilität

und Ressourcenverfügbarkeit

entsprechend aller Anwendungsanforderungen

gewährleistet. Die

konfigurierbare Drift-Kalibrierung

sorgt für einen stabilen Betrieb.

Die flexible Sensorgruppierung

unterstützt zahlreiche Layout-Optionen

für Schieberegler, Schaltflächen,

Einstellrädchen und

Touchpads. Neben dem einfachen

Ein-/Aus-Status kann die Signal-

stärke jedes Touch-Sensors ausgelesen

werden, und bei Ereignissen

wie der Betätigung einer

Schaltfläche beziehungsweise

deren Freigabe und Positionsänderungen

eines Schiebereglers

können besondere Interrupts ausgelöst

werden. FM3touch arbeitet

mit einem zum Patent angemeldeten

kapazitiven Sensoralgorithmus,

der eine Empfindlichkeit von

nur wenigen Femto-Farad erreicht.

Mit einem grafischen PC-

Tool kann der Entwickler Touchscreen-Daten

überwachen und

die Parameter konfigurieren.

infoDIREKT

306ei0312

Bild: Fujitsu

8 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Embedded: Bauelemente

Ab jetzt mit ARM

Silicon Labs bringt 32-Bit-Mixed-Signal-MCU

32 neue Prozessoren in 32-Bit-Architektur:

Silicon Labs setzt bei SiM3U1xx (mit USB)

und SiM3C1xx (ohne USB) erstmals auf

ARM Cortex-M3-Cores. Um sich von anderen

Anbietern zu differenzieren, bietet

die Precision32-Familie umfangreiche Peripherie:

Präzisions-Oszillatoren mit einer

Phase-Locked Loop (PLL) erübrigen einen

teuren und empfindlichen externen

8-MHz-Quarz. Die PLL kann sogar einen

externen Takt vorgeben, während der Core

unabhängig mit jeder Frequenz

zwischen 1 und 80 MHz arbeitet.

Ein 5-V-Spannungsregler ermöglicht

die Versorgung der MCU direkt

über USB oder über eine 5-V-

Spannungsquelle. Sechs High-

Drive-I/Os (mit je bis zu 300 mA)

können High-Power-LEDs, kleine

Motoren, Summer und Leistungs-

MOSFETs direkt ansteuern oder

als Boost-Wandler-Controller dienen.

Bis zu 16 kapazitive Touch-

Kanäle erübrigen separate Touch-

Sensor-ICs für Taster, Slider oder

Wheels. Die Familie bietet eine

komplette USB-2.0-PHY und ein

Analog-Frontend, das direkt an

den USB-Anschluss geführt ist.

Mit der Dual-Crossbar-Technologie

und einer Drag-and-Drop-

GUI können Entwickler ihre Analog-

und Digital-Peripherie sowie

V hinab) spezifiziert und getestet. Dank

Low-Power-Design ergibt sich laut Hersteller

im Vergleich zu anderen 32-Bit-Lösungen

eine um 33 % geringere Stromaufnahme

im Aktivmodus (22 mA bei 80 MHz

oder 275 µA/MHz) und ein 100-fach geringerer

Strom im Sleep-Modus (0,35 µA mit

aktiver RTC und 4 KByte RAM-Datenerhalt).

Die MCUs sind ab sofort in hoher Stückzahl

erhältlich mit 32 bis 256 KByte Flash

FERAM – DiE MEMoRy-Lösung

Schnell Energiesparend Langlebig

FeRAM (Ferroelectric RAM) ist eine Speichertechnologie mit geringer Leistungsaufnahme, kurzen

Zugriffszeiten (Schreiben und Lesen) sowie 10 Jahren Datenerhalt, die sich für ein breites Anwendungsspektrum

eignet.

in fünf Gehäuse-Varianten

vom 6 mm x 6

mm QFN-40

bis zum LGA-

92. Die Preise

beginnt bei 10.000er Stückzahlen bei 2,20

US-$ für SiM3C1xx und 2,68 US-$ für die

SiM3U1xx-USB-MCUs. (lei)

n

infoDIREKT

Nichtflüchtiger Speicher

Kurze Schreib-/Lese-Zeiten

Geringer Stromverbrauch

Die Crossbar-Architektur

verbindet interne

Peripherie-Blöcke mit fast

frei wählbaren Pins.

307ei0312

Accounting-

Informationen

Drucker, Kopierer,

Messgeräte

Status-

Informationen

Navigations- und

Audio-Equipment

Bilder: Silicon Laboratories

Mit der Precision32-Familie setzt Silicon

Labs auf Cortex M3.

die dazugehörige Pinbelegung beinahe

beliebig zuordnen. Das Routing

auf der Platine soll dadurch

deutlich einfacher werden. Die

Analog-Peripherie wurde für einen

Betrieb über einen Temperaturund

Spannungsbereich (bis auf 1,8

Konfigurationsdaten

Netzwerk-Devices,

portable Geräte

Features:

Nichtflüchtige Datenspeicherung

Hohe Schreib- und Lesegeschwindigkeit

Niedrige Leistungsaufnahme

Datenerhalt: 10 Jahre (ohne Back-up-Strom)

Hohe Lebensdauer

8-Bit-Konfiguration

3,3-V-Versorgungsspannung

Industrieller Temperaturbereich (-40 bis +85°C)

Lineup

Typ

MR45V032A

MR44V064A

MR45V256A

MR48V256A

Schnittstelle

seriell (SPI)

seriell (I2C)

seriell (SPI)

parallel

Kommunikations-

Informationen

Router, PoS-Systeme,

Videokonferenz-

Systeme

Dichte

32 kbit

64 kbit

256 kbit

256 kbit

Gehäuse

SOP8

SOP8

SOP8

TSOP(I)28

www.elektronik-industrie.de

Lapis Semiconductor ist ein Unternehmen der ROHM Gruppe.

making Technology for you

www.rohm.com/eu


Märkte + Technologien

Embedded: Bauelemente + Tools

Bild: Analog Devices

Komplettes HART-Modem-IC

Kommunikation für die Industrie

Analog Devices präsentiert das

komplett integrierte HART-Modem

(Highway Addressable Remote

Transducer) AD5700. Es übernimmt

die präzise Codierung und

Multicore-Mikrocontroller mit FPGA und zwei OS

Zwei auf einen Streich

Mit den Zynq-7000-Bausteinen

kombiniert Xilinx einen FPGA und

einen Dualcore-ARM-Cortex-A9-

Prozessor auf einem Chip. Das

System bootet wie ein Mikrocontroller

– und neuerdings auf

Wunsch mit zwei getrennten Betriebssystemen.

Die Open-Source-AMP-Unterstützung

(Asymmetric

Multi-Processing) erlaubt es,

auf einem Core ein gewöhnliches

Decodierung der HART-Kommunikationssignale

in rauen industriellen

Umgebungen bei -40 bis

+125 °C. Das Modem-IC benötigt

laut Hersteller 60 % weniger externe

Bauelemente als andere

Lösungen, besitzt einen integrierten

Oszillator mit 0,5 % Genauigkeit,

einen integrierten Empfangsfilter

sowie einen intern gepufferten

HART-Ausgang. Außerdem

braucht der Baustein 38 % weniger

Leistung als alternative Lösungen.

infoDIREKT

Linux-System zu nutzen, und auf

dem anderen ein Realzeit-Betriebssystem,

das ein deterministisches

Echtzeitverhalten sicherstellt.

Linux und Free-RTOS kommunizieren

hierbei über das

RPMsg-IPC-Framework. Entwickelt

hat diese Lösung der Xilinx-

Partner Peta Logix.

infoDIREKT

311ei0312

312ei0312

Bild:Texas Instruments

Atmel Studio 6 für AVR und ARM

Ein Studio für zwei Chips

Atmel Studio 6 unterstützt neben

den 8/32-Bit-AVR-Mikrocontrollern

nun auch ARM Cortex-M. Mit

einem Software-Framework ist es

möglich, Programmcode zwischen

ARM- und AVR-Chips zu

portieren. Zum Framework gehören

eine Bibliothek mit Quellcode,

etwa 1000 Projektbeispiele sowie

sämtliche Treiber für die On-Chip-

Peripherie und externe Kompo-

Der batterielosen Welt ein Schritt näher

Wolverine-Mikrocontroller

Eine spezielle MSP430-Mikrocontroller-Plattform

mit extrem niedrigem

Energieverbrauch, die wegen

ihrer aggressiven Energiespartechnologie

den Codenamen

Wolverine trägt, hat Texas Instruments

vorgestellt. Sie benötigt

nenten, Kommunikations-Stacks,

Audio-Decoder, Grafik sowie Festund

Fließkomma-Arithmetik. Für

ARM-MCUs bietet die Bibliothek

umfassenden CMSIS-Support

(Cortex Microcontroller Software

Interface Standard). Studio 6 unterstützt

rund 300 Atmel-MCUs

und ist kostenlos verfügbar.

infoDIREKT

313ei0312

nur 360 nA im Echtzeituhr-Modus

und unter 100 µA/MHz aktiver

Stromverbrauch. Die ersten Mikrocontroller

der MSP430FR58xx-

Serie werden für Juni 2012 erwartet

und werden in 130-nm-

Prozesstechnologie gefertigt. Die

Mikrocontroller profitieren vom

FRAM-Arbeitsspeicher, der nur

sehr wenig Energie verbraucht.

Die neue Architektur umfasst

Präzisions-Peripheriebausteine

wie die interne Energieverwaltung

und einen analogen 12-Bit-AD-

Wandler mit 75 µA

infoDIREKT 545ei0312

Green Power/Energy Management und Signal Chain

I/O-Link, G3 Powerline und Energy Harvesting

Verbesserungen der letzten 12 Monate

Altium Live geht in die nächste Runde

Bild:Maxim

Auf der Embedded zeigte Maxim

unter anderem Produkthighlights

aus den Bereichen Green Power/

Energy Management und Signal

Chain. Zu diesen zählen: die vollintegrierten

Analog-Frontend-ICs

MAX2991/MAX2992 für G3-Powerline-Kommunikation

in rauen Industrieumgebungen;

der MAX

13256, ein platzsparender 10 W-

H-Brücken-Treiber für

Transformatoren in isolierten

Stromversorgungen;

die Energy-Harvesting-Lösung

MAX17710,

die alle Power-Management-Funktionen

für

Energy Harvesting sowie

für das Laden und den

Schutz von Micro Energy

Cells (MECs) integriert

und sich durch einen extrem niedrigen

Ruhestrom auszeichnet; sowie

den industrieweit kleinsten,

voll ausgestatteten IO-Link-Chipsatz

MAX14821/MAX14824 (Master

und Sensor), der zur Kommunikation

mit Sensoren und Aktuatoren

eingesetzt wird.

infoDIREKT

546ei0312

Der Altium Designer 12 von

Altium setzt sich aus den Systemverbesserungen

der letzten

12 Monate zusammen. Eine

der Funktionen ist z. B. Custom

Pad Shapes: Schalterkontakte

und Metallschirmungen können

sehr einfach selbst aus

komplexen Strukturen generiert

werden, während z.B. die

dazugehörenden Masken automatisch

über Regeln verwaltet

werden. Die No ERC Direktive

wird auf einem Knoten im

Schaltplan platziert, um eine

spezielle Warnung oder Fehlermeldung

zu unterdrücken (z.B.

gezielt bei einem bestimmten,

nicht angeschlossenen Pin)

während der Rest der Schaltung

weiterhin komplett ge-

prüft wird. Auch die Kontrolle

in High-Speed Designs ist verbessert

worden: Impedanz-gesteuertes

Routing ist ein wesentlicher

Bestandteil zur Einhaltung

der Signalintegrität.

Die Algorithmen für die Berechnung

der Leiterbahnbreite

auf Basis des Lagenaufbaus berücksichtigen

nun weitere physikalische

Parameter. Subscription-Kunden

haben auch Zugriff

auf tausende von Design-

Ressourcen wie sofort

einsetzbare Bauteile für das

Leiterplattendesign (inkl. Live-

Daten aus der Beschaffungskette),

Plug-Ins, Design-Templates

und Referenzdesigns.

infoDIREKT

538ei0312

10 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Embedded: Bauelemente + Tools

Testet Audiodaten und DAC-Verstärker

Audio Streamer Entwicklungs-Board

Jetzt mehr als 240 Varianten

Energieeffiziente ARM Cortex M4 Mikrocontroller

Bild: Future Electronics

Das Audio Streamer Micro-Blox

Entwicklungs-Board von Future

Electronics ermöglicht die schnellere

Entwicklung von Geräten im

digitalen Audiobereich. Das Herz

ist ein Freescale Kinetis K60 Mikrocontroller

mit ARM Cortex-M4

CPU, der neben den üblichen Peripheriekomponenten

auch eine

Auswahl an hochwertigen und

kostengünstigen DACs, ADCs,

Codecs sowie digitale und ein analoges

Mikrophon anbindet. Mit

dem enthaltenen MQX-Echtzeitbetriebssystem

mit vorinstalliertem

USB-Stack bietet das Board

eine leistungsfähige Plattform

für ARM Cortex-M4

basierende Entwicklungen.

Als Beispielapplikation wird

eine PC-basierte grafische

Benutzeroberfläche mitgeliefert,

die via USB-Anschluss

mit dem Board kommunizieren

kann. Zusammen mit einer

auf dem Board implementierten

Beispiel-Firmware können so

innerhalb kurzer Zeit vom PC kontrolliert

Audiodaten aufgenommen

und abgespielt werden. Die Software

setzt auf die ARM DSP CM-

SIS-Bibliothek auf, um die integrierten

DSP-Erweiterungen des

ARM Cortex-M4 Cores optimal zu

nutzen und trotzdem kompatibel

zu anderen Mitgliedern der Cortex-

M-Familie zu bleiben.

infoDIREKT 539ei0312

Bild: Energy Micro

Energy Micro hat die EFM32-Gecko-Mikrocontroller

Baureihe um

60 ICs erweitert, die auf dem

ARM-Core Cortex-M4F basieren.

Die Wonder Gecko Cortex-M4F

MCUs bieten Steuerungs- und Signalverarbeitungsfunktionen

mit

minimalem Stromverbrauch, flexible

Standby- und Sleep-Modi,

intelligente Peripherie, die eine

Integration von Funktionen ohne

CPU-Aktivierung ermöglichen und

die sehr geringe Standby-Stromaufnahme.

Die MCUs bieten bis

zu 256 KByte Flash und 32 KByte

RAM sowie zahlreiche

Funktionen. Die M4F-Familie

hat im Aktivmodus

eine Stromaufnahme von

180 µA/MHz. Im Deep-

Sleep-Modus werden gerade

einmal 400 nA Strom

bei laufender RTC und im

Shut-off-Modus nur 20 nA

verbraucht. Die Wake-up-

Zeit beträgt nur 2 µs. Der Lesense-Funktionsblock,

eine allgemeine,

stromsparende Sensorschnittstelle,

ermöglicht die Überwachung

von bis zu 16 kapazitiven,

induktiven oder resistiven Sensoren

unabhängig vom Prozessor-

Core. Damit können Basisfunktionen

aufrechterhalten werden,

während die CPU so lange wie

möglich im Sleep- oder Shut-off-

Modus gehalten werden kann.

infoDIREKT

543ei0312

Neue 8-bit-Mikrocontroller mit integrierter konfigurierbarer

Logik in 6- bis 20-poligen Gehäusen

Mit den neuen 8-bit-Mikrocontrollern PIC10F32X, PIC12F150X und PIC16F150X

von Microchip können Sie zusätzliche Funktionalitäten in Ihre Anwendungen

aufnehmen, die Größe reduzieren, Energie sparen und Kosten senken. Sie sind

insbesondere für preisgünstige Anwendungen oder Einwegprodukte geeignet.

Onboard befinden sich konfigurierbare Logikzellen (CLCs), ein komplementärer

Funktionsgenerator (CWG) und ein numerisch gesteuerter Oszillator (NCO).

die kombinatorische und sequentielle logik lässt sich über die konfigurierbaren logikzellen

(clcs) per software steuern. dies hat den Vorteil, dass funktionalitäten hinzugefügt,

externe komponenten eliminiert und codeplatz eingespart werden können. der

komplementäre funktionsgenerator (cwg) hilft bei der Verbesserung der schalteffizienz

zwischen den verschiedenen Peripherien, während der numerisch gesteuerte Oszillator

(ncO) eine lineare frequenzeinstellung und höhere auflösung der anwendung ermöglicht,

wie zum Beispiel in tongeneratoren und Vorschaltgeräten.

zusätzlich zur Einführung dieser neuen Peripherien bieten der Pic10f/lf32X und der

Pic12/16f/lf150X Mcus einen internen 16-Mhz-Oszillator, einen adc, bis zu vier PwMs

sowie ein integriertes temperaturmessmodul zur preisgünstigen temperaturmessung.

das alles ist in kompakten 6- bis 20-poligen gehäusen untergebracht.

Microcontrollers

Digital Signal

Controllers

Analog

Memory

Erfahren Sie mehr über PIC® MCUs mit der Peripherie der

nächsten Generation und geringer Anschlusszahl:

www.microchip.com/get/eunew8bit

EntwicklungswErkzEugE für dEn schnEllstart

PicdEM lab Entwicklungs-kit

- dM163045

Pic16f193X f1 Evaluationsplattform

- dM164130-1

www.microchip.com

Pickit demoplatine für geringe

anschlusszahlen - dM164120-1

freie clc-konfigurationswerkzeuge: www.microchip.com/get/euclctool

RF & Wireless

Die Namen und Logos Microchip, HI-TECH C, MPLAB und PIC sind eingetragene Warenzeichen der Microchip Technology Incorporated in USA und anderen Ländern. mTouch, PICDEM, PICkit und REAL ICE sind Warenzeichen der Microchip

Technology Incorporated in den USA und anderen Ländern. Alle anderen o.g. Warenzeichen sind Eigentum der jeweiligen Unternehmen. ©2011 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten. DS30629A. ME296AGer/12.11


Märkte + Technologien

Embedded: Module + Displays

Qseven-Modul mit Embedded-G-Prozessor

Spezifikationsgerecht

Das Qseven-Modul Q7-A50M der

MSC basiert auf den Accelerated-

Processing-Units (APUs) der Embedded-G-Serie

von AMD, misst

70 x 70 mm und entspricht der

Qseven-Spezifikation Rev. 1.2.

MSC verwendet die Prozessoren

T40E (Dual-Core) mit 6,4 und

T40R (Single-Core) mit 5,5 W Verlustleistung

bei 1 GHz Takt. Es lassen

sich passivgekühlte Systeme

aufbauen und hochintegrierte Lösungen

realisieren. In beiden Pro-

zessoren hat AMD eine Radeon

HD6250 eingebaut. Das Qseven-

Modul verfügt über vier PCI-Express-x1-Lanes,

zwei SATA-II-

Schnittstellen, acht USB-2.0-Ports,

LPC, High-Definition-Audio (HDA)

und ein Gigabit-Ethernet-Interface.

Eine optional bestückte Flash-Disk

ist per SATA angebunden, kann bis

zu 32 Gigabyte groß sein und als

Boot-Device verwendet werden.

infoDIREKT

203ei0312

Bild: MSC

Embedded-PC mit Intel-Atom-Dual-Core

Lüfterlos und leistungsfähig

Chip-On-Board-LED-Module

Leistungsfähige Beleuchtung

Bild: IPC2U

IPC2U präsentiert das Nise 104.

Der Embedded-PC ist mit einem

Intel Atom Dual-Core-Prozessor

D2700 (2,16 GHz) ausgestattet

und kann bis zu 4 GByte DDR3-

RAM erhalten. Der Eingangsspannungsbereich

liegt bei 12 oder 24

VDC. Integriert sind

Schnittstellen wie zwei

GBit-LAN, zwei RS232/​

422/​485, zwei RS232 und

sechs USB. Zum Erweitern

des Embedded-PCs steht

ein Mini-PCIe-Slot zur

Verfügung. In der Prozessvisualisierung

oder zu Digital-Signage-Anwendungen

können

über HDMI und DVI-I zwei

hochauflösende voneinander unabhängige

Bildschirme angeschlossen

werden.

infoDIREKT

205ei0312

Bild: Optogan

Optogan ergänzt sein Produktportfolio

um modulare und skalierbare

Chip-On-Board (COB)-

LED-Beleuchtungsmodule (Vertrieb:

Atlantik Elektronik) für den

Leistungsbereich von 5 bis 500 W.

Der X10-COB-Block besteht aus

50 Segmenten und lässt sich einfach

in LED-Elemente geringerer

Größe und Leistungsklassen unterteilen.

Das kleinste Segment

der Optogan X10-Serie besteht

aus einem 1 cm²-Keramik-Board,

das maximal 10 W bei 1 A sowie

10 V benötigt und eine Lichtausbeute

von mehr als 100 lm/W aufweist.

Die Anschlüsse der Sub-

Module sind einfach zugänglich

und die Kontaktierung erfolgt über

Snap-In-Adapter.

infoDIREKT

204ei0312

High-Speed-M2M-Router

Überall online

Multitouch-Konzept

Bedienbar wie ein Smartphone

Der Wireless-Router

Netbox NB1600-LTE

von Netmodule bringt

einen mobilen Breitbandanschluss

auf

die Hutschiene und

überall dorthin, wo

eine Festnetzinstallation

zu unflexibel, zu

teuer oder überhaupt

nicht verfügbar ist.

Den schnellen Internetzugang

via Mobilfunknetz

sichert das integrierte

2G/3G+/4G-Modem mit Datenraten

von derzeit bis zu 100 MBit/s

Download und 50 MBit/s Upload.

Die beiden Ethernet-Anschlüsse

arbeiten im LAN-Modus

kombiniert als

2-Port-Switch oder

erhalten separate IP-

Netze. Im WAN-Modus

arbeitet die Netbox als

Firewall mit optionalem

Mobilfunk-Back-

Up und VPN-Client-

Funktion. Neben einer

seriellen Schnittstelle

bietet der NB1600

zwei isolierte digitale

Eingänge und zwei Relaisausgänge

für den Anschluss an Sensoren

und Aktuatoren sowie USB.

Bild: Netmodule

infoDIREKT

322ei0312

Bild: Glyn

Industrielle Applikationen im

Smartphone-Look-and-Feel: Die

kapazitive Touchpanel-Technologie

des taiwanesischen Display-Herstellers

EDT integriert der Distributor

Glyn in sein Polytouch-Display-

Familienkonzept. Kompatibel von

3,5’’ bis 7,0’’ werden nur

ein Stecker, eine Spannung

sowie eine einheitliche

40-polige Schnittstelle

benötigt. Polytouch ermöglicht

fünffingrigen

Multitouch, eine Oberflächenhärte

von 7H und die

Bedienung durch eine zusätzliche

und bedruckbare

Frontscheibe. Über den

integrierten Controller ist die Empfindlichkeit

des Sensors einstellbar.

Die passenden Treiber für Linux

und Windows hat Glyn bereits

entwickelt.

infoDIREKT

321ei0312

12 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Embedded: Module + Displays

CompactPCI Serial

Multi-Display Controller für Multi-Displays

High-Brightness-Displays

Hohe Leuchtintensität

Bild: MEN

Die CompactPCI-Serial-Peripheriekarte

G214 von MEN sorgt mit der

AMD Radeon-GPU E6760 für eine

hohe Grafikleistung und ist besonders

für Multi-Display-Anwendungen

geeignet. Es können bis zu

sechs verschiedene Displays unabhängig

voneinander angesteuert

werden. Standardmäßig ist die

G214 frontseitig mit vier Displayport-1.2-Schnittstellen

ausgestattet,

die eine maximale Auflösung

von 4096 x 2560 bei 60 Hz und

eine Farbtiefe von 24 bpp ermögli-

chen. Durch die Wahl einer

breiteren Frontplatte können

zusätzlich zwei Display-Ports

mit einer Auflösung

von 2560x1600 untergebracht

werden. Die

GPU wartet mit 480

Stream-Prozessoren bei

einer Taktfrequenz von 600

MHz auf – bei einer Verlustleistung

von nur 35 W. Unterstützt

werden OpenCL, 3D-Grafik-Engine,

MS DirectX 11 und Videokonvertierung

(H.264, VC-1, MPEG-2,

MPEG-4). In einem reinen CompactPCI-Serial-System

kann eine

CPU-Karte maximal sieben der

Multi-Display-Karten und damit 28

verschiedene Displays ansteuern.

Dabei können alle zu einem großen

Bild verschmelzen oder unterschiedliche

Inhalte liefern.

infoDIREKT

541ei0312

Bild: Sharp

Das 12,1-Zoll-Industrie-TFT-LCD

mit 800 cd/m² ergänzt die Modellreihe

der High-Brightness-

Displays von Sharp um eine robuste

Variante. Das LQ121S1DC71

ist für eine erweiterte Betriebstemperatur

von -15 bis +75 °C

ausgelegt und widersteht auch

mechanischen Belastungen durch

Stöße und Vibrationen. Für die

Helligkeit von 800 cd/m² mit einer

Lebensdauer von 50.000 Stunden

sorgt eine leistungsstarke LED-

Hintergrundbeleuchtung. Dadurch

bleibt das TFT-Display auch bei

starkem Umgebungslicht ables-

Zoll, SVGA (AA121ST01), jeweils

mit LVDS-Schnittstelle für Industrieanwendungen.

Sie bieten einen

Blickwinkel von 170° (horizontal

und vertikal) ohne erkennbares

Farbkippen. Mit einem

Kontrastverhältnis von 1000:1

und einem Helligkeitswert von

600 cd/m 2 sind diese Module in

hellen Umgebungen gut ablesbar.

Sie decken 72 % des NTSC-Farbraums

ab. Die LED-Hintergrundbar.

Die Dimmbarkeit der LEDs

erfolgt durch Pulsweitenmodulation,

die durch Umgebungslichtsensoren

gesteuert wird. Die gute

Bildwiedergabe des LQ121S-

1DC71 basiert auf der SVGA-Auflösung

mit 800 x 600 Pixeln und

260.000 Farben, einem statischen

Kontrast von 800:1 und dem Betrachtungswinkel

von 160 Grad

(horizontal und vertikal). Das

LQ121S1DC71 eignet sich speziell

für Anwendungen, die ganz oder

teilweise im Außenbereich liegen.

Zu den Zielapplikationen zählen

Bank- und Verkaufsautomaten

sowie e-Kiosk- und Informationsterminals

aber auch land- und

forstwirtschaftliche Maschinen,

Test- und Messgeräte sowie Anzeigenmodule

für Boote und

Schiffe.

infoDIREKT

202ei0312

Bild: Mitsubishi Electric

Cortex-A8 Modul mit hoher Grafikleistung

Auflösungen bis UXGA

Das Modul TQMa53 von TQ stellt

aufgrund seiner Schnittstellenvielfalt

bei nur 56 mm x 44 mm

Baugröße und geringer Leistungsaufnahme

einen optimalen Kern

für vielfältige Anwendungen bereit.

Der interne Grafikcontroller

unterstützt Displays mit Auflösungen

bis UXGA. Über zwei industrie

taugliche Steckleisten (2 x 120

Pins) im Raster 0,8 mm stehen

neben 10/100 Mbit/s Fast Ethernet,

USB-Host/USB-OTG-Control-

TFT-LCD-Farbmodule

Weite Winkel

Mitsubishi Electric präsentiert drei

TFT-LCD-Farbmodule in 8,4 Zoll,

SVGA (AA084SC01), in 10,4 Zoll,

SVGA (AA104SJ02) und in 12,1

Bild: TQ

ler und drei UARTs auch zwei CAN

2.0B zur Verfügung. Des Weiteren

kann man von einer Vielzahl LCD-

Schnittstellen für parallele als

auch Single/Dual LVDS-Displays

profitieren, auch VGA ist möglich.

Weitere Funktionseinheiten lassen

sich über den WEIM-Bus,

SDIO, SPI und I 2 C anbinden. Auf

dem Modul sind bis 1 GByte

DDR3, bis 32 MByte sowie bis 32

GByte eMMC Flash implementiert.

Das Design wird durch EEPROM,

Supervisor/Watchdog und einer

von der Hauptplatine aus batteriegepufferten

RTC ergänzt.

infoDIREKT 542ei0312

beleuchtung der Module verfügt

über integrierte Treiber. Mit einem

Betriebstemperaturbereich von

-30 bis +80 °C eignen sie sich für

den Einsatz unter rauen klimatischen

Bedingungen. Bei +25 °C

beträgt die Lebensdauer der LEDs

mindestens 100.000 Stunden (bis

zur halben Helligkeit). Die TFT-

Module sind RoHS-konform.

infoDIREKT

201ei0312

Wo finden Sie

die passende

Technik für

Ihr Business?

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Embedded: Messtechnik

ENOB-Wert von über 7 Bit

4-GHz-Oszilloskope mit 1 Mio. Messkurven/s

Auch mit Zähler- und Digitalvoltmeter-Option

Oszilloskop-Familie um 1-GHz-Modelle erweitert

Bild: Rohde & Schwaarz

Bild: National Instruments

Bild: Meilhaus

Rohde & Schwarz hat mit dem

4-GHz-Oszilloskop RTO1044 die

bei Eintritt in den Oszilloskop-

Markt 2010 veröffentlichte Roadmap

erfüllt. Die Abtstrate beträgt

20 GS/s und die rauscharme Eingangsstufe

verfügt auch in der

kleinsten Skalierung (1 mV/Div)

Single-Board RIO mit Multifunktions-I/O

Zuwachs für die RIO-Plattform

National Instruments hat auf der

Embedded vier Einplatinen-Embedded-Systeme

der Produktplattform

NI Single-Board RIO eingeführt.

Diese verfügen über einen

Echtzeitprozessor, Spartan-6-FP-

GA, Analog- und Digital-I/O sowie

mehrere integrierte Peripherieanschlüsse

für benutzerdefinierte

Überwachungs-, Steuer- und Re-

Durch den IR-zu-Bluetooth-Adapter

U1177A können viele der Agilent-Handheld-Digitalmultimeter

nun auch drahtlos über Bluetooth

zum Beispiel mit Android-fähigen

Mobil-Geräten kommunizieren.

Dazu wird der Adapter einfach auf

noch über die Messbandbreite

von 4 GHz. Der Single-Core-10-

GHz-A/D-Wandler sorgt für hohe

Messdynamik (ENOB über 7 Bit).

Die Erfassungs- und Analyserate

ist 1 Mio. Messkurven/s. Das Triggersystem

ermöglicht es, bis zu

50 ps schmale Glitches sicher

aufzuspüren. Des Weiteren lässt

sich die Trigger-Empfindlichkeit

durch frei einstellbare Hysterese

auf die Signaleigenschaften hin

optimieren. Das Spektrum von 4

HF-Signalen lässt sich parallel

und phasenkohärent beobachten.

infoDIREKT

Agilent-Handhelds werden zu Bluetooth-Geräten

IR-zu-Bluetooth-Adapter

549ei0312

gelanwendungen. Der Anschlussstecker

ermöglicht den direkten

Zugriff auf die Pins des FPGAs (Digital-I/O)

und verfügt über prozessorspezifische

Funktionen, um benutzerdefinierte

Erweiterungskarten

anzuschließen. Das RIO-Embedded-System

sbRIO-9623 hat

beispielsweise 256 MByte Speicherplatz,

128 MByte RAM, 16

Analogeingangskanäle mit 12 bit,

4 Analogausgangskanäle mit 12

bit, 4 DIO und 96 Digital-IO für RIO-

Mezzanine-Karten.

infoDIREKT

547ei0312

den IR-Port der kompatiblen Geräte

aufgesteckt. Die Remote-

Verbindung wird dann zu einem

Android-Geräte (Tablet oder

Smartphone) mit der installierten

Software hergestellt. Der von

Meilhaus erhältlich Adapter arbeitet

mit zwei 1,5 V AAA-Batterien,

verfügt über einen Ein-/Aus-

Schalter und zwei LEDs, die den

Ladezustand der Batterien und

eine bestehende Bluetooth-Verbindung

anzeigen.

infoDIREKT

536ei0312

Bild: Rigol Technologies Bild: Agilent Technologies

Agilent Technologies hat die Oszilloskop-Familie

InfiniiVision 3000 X

um vier 1-GHz-Modelle erweitert.

Auf der Liste der Verbesserungswünsche

für diese Oszilloskop-

Familie stand die Verdoppelung

der verfügbaren Bandbreite an

erster Stelle. Zusätzlich wurde

auch der aktive 1-GHz-Tastkopf

N2795A vorgestellt. Als Optionen

für die 2000- und 3000 X-Serien

20 und 5 M Punkte Speichertiefe

1 GHz MSOs und DPOs

Bei Tektronix gibt es Verbesserungen

bei den bekannten Mixed Signal

Oszilloskopen aus den Familien

MSO/DPO4000. Sechs Modelle der

Baureihen MSO/DPO4000B sind

jetzt mit einer Bandbreite von 1

GHz erhältlich. Das Unternehmen

wird 2-Kanal-Geräte mit 20 M

Punkten Speichertiefe (Zusatz L)

Höhere vertikale Auflösung

DSOs mit 70, 100 und 200 MHz

Der jetzt auch in Europa aktive

chinesische Messgerätespezialist

Rigol Technologies zeigte zur Embedded

erstmals die zweikanalige

Oszilloskopserie DS2000 mit

Bandbreiten von 70, 100 und 200

MHz sowie 8 Zoll Farbdisplays.

Das neue rauschärmere Analog-

Frontend hat eine größere vertikale

Auflösung (500 µV/div bis 10

V/div) über die volle Bandbreite.

sind jetzt in sämtlichen Oszilloskop-Kanälen

ein dreistelliges Digitalvoltmeter

(DVM) und ein fünfstelliger

Zähler verfügbar. Diese

erweiterten Messfunktionen sind

vom Triggersystem des Oszilloskops

entkoppelt und ermöglichen

es dem Anwender, im gleichen

Durchgang (ohne das Messobjekt

neu anschließen zu müssen) sowohl

DVM-Messungen als auch

getriggerte Oszilloskop-Messungen

durchzuführen. Die DVM-Mess

ergebnisse werden in einem stets

sichtbaren Sieben-Segment-Display

angezeigt; dadurch hat der

Anwender diese wichtige Information

stets im Blick.

infoDIREKT

und mit dem Zusatz lite 2- und

4-Kanal-Versionen mit 5 M Punkten

Speichertiefe auf den Markt

bringen. So konnte der Startpreis

zum Beispiel für das DPO 4102B-L

auf unter die 10.000 US-$-Grenze

gedrückt werden.

infoDIREKT

537ei0312

Die Geräte nutzen die Ultra-Vision-Technik

aus des DS6000-Serie

mit bis zu 2 GS/s Abtastrate und

bis zu 56 M Punkte Speichertiefe.

Es lasssen sich bis zu 50.000

Signalzüge/s erfassen und auf einem

Display intensitätsabhängig

(256 Stufen) darstellen. Zu den 16

Triggerfunktionen gehören z. B.

Runt, Setup-hold, Windows, N-te

Flanke und automatische Messfunktionen

mit Statistik. Die Geräte

haben serielle Bus-Trigger und

viele Mathematikfunktionen, Optionen

sind die Decodierung von

I 2 C, SPI und RS-232.

infoDIREKT

548ei0312

535ei0312

14 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Gewinner

Gewinner

Gewinner aus Ausgabe 12/2011

Beim Gewinnspiel in der Dezember-Ausgabe der Zeitschrift elektronik

industrie wurde unter allen Teilnehmern ein Starterkit des Wi-

MOD-Funkmoduls iM871A von IMST verlost. Die ordnungsgemäße

Ziehung hat stattgefunden. Die Glücksfee Edlira Stavrou hat im Beisein

von Matthias Schneider, dem Marketingverantwortlichen für die

WiMOD-Funkmodule (im Bild links),

Richard Servus von der Firma DWA Dialyse Wasser Aufbereitungsanlagen

GmbH & Co.

als Gewinner ermittelt.

Wir gratulieren Herrn Servus und wünschen ihm mit dem Starterkit

viel Spaß und Erfolg beim Umsetzen seiner Ideen für drahtlose Applikationen.

Gewinner

Gewinner aus Ausgabe 11/2011

In der Ausgabe elektronik industrie 11/2011 hatte unsere Leser die

Chance eines von drei PICDEM Touch Sense 2 Demonstrations-

Boards von Schukat electronic zu gewinnen. Es wurde ausgelost und

die Demonstrations-Boards sind schon unterwegs.

Die Gewinner sind:

Dr. Klaus Sailer, GFT Technologies AG, St. Georgen

Ralf Hahnloser, Grundfos Water Treatment GmbH, Pfinztal

Michael Staffler, Dipl.-Ing. (FH), IMS Innovationstechnik,

Fürstenfeldbruck

Herzlichen Grückwunsch von der Redaktion

Gewinner

Gewinner aus Ausgabe 11/2011

In der Ausgabe elektronik industrie 11/2011 wurde von der Firma

BEST-Klebstoffe GmbH & Co. KG aus Kinsau insgesammt vier UV-

Klebesets für das Gewinnspiel ausgelobt.

Die vier Gewinner sind:

Susann Grämer, München

Wilfried Dirks, Quakenbrück

Jutta Boetel, Boerssum

Klaus Conzelmann, Conzelmann electronic, Albstadt

Herzlichen Glückwunsch von der Redaktion

Hier !

Über 220.000 Artikel

Hier !

Technikthemen

spannend aufbereitet

Hier !

Über 2.600 Seiten

Produktvielfalt

Hier !

330 Seiten

Neuheiten

Jetzt gratis anfordern: Das beste Technik-Nachschlagewerk für Ihr Business

Das erwartet Sie im neuen Band 1 – Ihre Vorteile im Überblick:

• Eine große Auswahl aus über 220.000 Elektronik-Artikeln

• Über 2.300 Seiten in den Bereichen Bauelemente, Messtechnik, Automation, Werkstatt und Kabel

• Mehr als 330 Seiten in der Gebäudetechnik, in Computer/IT und in der Empfangstechnik

Fordern Sie Ihren Katalog (Best.-Nr. 90 01 25-N5) jetzt gratis an unter:

www.conrad.biz/kataloge2012 | Tel. 0 96 04/40 89 88 | oder in einer unserer 25 Filialen


Österreich-Special

Kepa/

Linz

Weng im Innkreis

B+R/Eggelsberg

Gmünd

Wartburg

ob der Aist

Niederösterreich

Gars am Kamp

Wien

Burgenland

Bregenz

Vorarlberg

Klaus

Tirol

Salzburg

Salzburg

Oberösterreich

Steiermark

St. Martin a. Inn

Wimpassing

Siegendorf

Hochstraß

Mariasdorf

AT+S/

Leoben

Unterpremstätten

Graz

Tirol

Kärnten

Infinion Austria/

Villach

Deutschlandsberg

Österreichs Elektronikindustrie

Optoelektronik ist einer der Highlights des Jahres

Die Fachzeitschrift elektronik industrie hat vor rund einem Jahr einen Österreich-Report veröffentlicht. Zeit also

für ein Update, denn die Elektro- und Elektronikindustrie hat in Österreich eine erfreuliche Konjunkturentwicklung

durchgemacht und gehört zu den größten Industriebranchen des Landes. Wir berichten hier also über Ereignisse,

Veränderungen und neue Produkte aus der Elektro- und Elektronikindustrie des Alpenlandes der vergangenen

12 Monate. Autor: Hans Jaschinski

Es geht nicht mehr ganz so stürmisch aufwärts wie in den

vergangenen beiden Jahren. Österreichs Wirtschaftswachstum

soll sich nach Prognosen der Wirtschaftskammern

Österreich in diesem Jahr aufgrund der Staatsschuldenkrise

im Euro-Raum und der dadurch ausgelösten Maßnahmen um

+0,4 % bewegen. 2013 wird das Land von der Erholung der Weltwirtschaft

profitieren, aber aufgrund der europaweit restriktiven

Fiskalpolitik wird ein Wirtschaftswachstum von nur 1,6 % erwartet,

so die Vorhersage der Wirtschaftskammern.

Betrachtet man den Halbleiter-Distributionsmarkt in Österreich,

so sehen die Messwerte von DMASS (Distributors’ and Manufacturers’

Association of Semiconductor Specialists) für das 4.

Quartal 2011 nicht so gut aus. Europaweit kam es zu Umsatzrückgängen

von durchschnittlich 9,1 %, Österreich musste ein Minus

von 25 % verkraften. Gut, dass die meisten Elektronikunternehmen

des Alpenlandes international aufgestellt sind. Sven Krumpel,

Geschäftsführer des größten österreichischen Bauelemente-Distributors

Codico , zeigte sich im Gespräch auf der Embedded zuver-

Bild: Fotolia

16 elektronik industrie 03 / 2012


Österreich-Special

sichtlich. Das Geschäftsjahr 2011 des mit Zentrale in Perchtoldsdorf

im Süden Wiens ansässigen Unternehmens wurde mit einem

Gesamtumsatz von ca. 90 Mio. Euro, bei 113 Mitarbeitern, abgeschlossen.

Seinen größten Auslandmarkt sieht er dabei in Deutschland

mit aktuell etwa 40 % Anteil und 25 Codico-Mitarbeitern bei

stark wachsender Tendenz. Die Expansionswelle speziell nach

Deutschland wurde vor etwa 10 bis 12 Jahren gestartet. Heute existieren

17 Vertriebsbüros in Deutschland sowie Büros in Dänemark,

Italien, Frankreich und UK sowie weitere 8 Partnerunternehmen

in Zentral- und Osteuropa. „Wir sind von Haus aus anders als andere

Unternehmen, also kein Broadline-Distributor wie 90 % der

Mitbewerber, sondern ein klassischer Design-In-Distributor“,

stellte S. Krumpel heraus, „wir bieten also die technische Unterstützung

von der Entwicklungsphase bis hin zum Endprodukt. Unser

Herz dreht sich immer um die hochwertigen und technologisch

anspruchsvollen Bauelemente eines Designs.“ Auf Pläne angesprochen,

kommentiert S. Krumpel: „ASICs und FPGAs sind Gebiete

die wir gerne hätten, aber noch nicht die richtigen Partner gefunden

haben. Sie bieten aber Wachstumsmöglichkeiten, denen wir

uns in Zukunft verstärkt widmen wollen.“

Käufe und Verkäufe

Die austriamicrosystems AG aus Unterpremstätten hat sich im vergangenen

Jahr die Texas Advanced Optoelectronic Solutions, Inc.

(TAOS), mit Sitz in Plano, Texas, gekauft. TAOS ist ein weltweit

anerkanntes Innovationsunternehmen im Bereich Lichtsensortechnologie.

Mit seinen Displaymanagement-Lösungen einschließlich

Umgebungslicht-, Annäherungs- und Farbsensoren ist TAOS

als Sensorlieferant zahlreicher weltweit tätiger Hersteller etabliert.

Im Geschäftsjahr 2010 erzielte TAOS einen Umsatz von 81 Mio.

US-$. TAOS hatte bereits eine langjährige enge Beziehung zu

austriamicrosystems als Kunde des Bereichs Auftragsfertigung

(Foundry).

Dass auch der umgekehrte Weg eingeschlagen werden kann,

zeigte Mitte vergangenen Jahres der Verkauf des im Privatbesitz

befindlichen Halbleiterunternehmens Sensordynamics an Maxim

Integrated Products aus Sunnyvale/Kalifornien. Sensordynamics

entwickelt proprietäre Sensor- und MEMS-Lösungen und ist in

Lebring in der Nähe von Graz ansässig. Maxim zahlte für die Übernahme

etwa 130 Mio. US-$, zuzüglich der Übernahme von Fremdkapital

in Höhe von ca. 34 Mio. US-$.

Leiterplatten aus Gars am Kamp

Wärme und Strom in Einklang zu bringen, vermag der Leiterplattenhersteller

Häusermann aus Gars am Kamp mit seiner Platinentechnik

HSMtec. Damit ist es möglich, große Kupferquerschnitte

partiell an jenen Stellen in die Leiterplatte zu integrieren, an denen

hohe Ströme fließen, Wärme abgeleitet oder die Leiterplatte gebogen

werden soll. Schließlich verlangen moderne Produkte eine

Kombination aus optimiertem thermischem Management, hohen

Strömen und mechanischer Flexibilität. Mit HSMtec ist es möglich,

sowohl Standard- als auch Hochstromleiterplatten sowie Pla-

elektronik industrie 03 / 2012

17


Österreich-Special

tinen mit integriertem Wärmemanagement in eine platzsparende

dreidimensionale Konstruktion zu verwandeln. Um auch weiterhin

ein kompetenter Partner mit Innovationspotenzial zu sein, hat

Häusermann seine Produktion erheblich erweitert. Neben einer

neuen Ätzanlage wurden eine Anlage für den horizontalen Durchlauf

von chemisch-Zinn-Oberflächen, ein Reinraum und eine Laser-Bohrmaschine

am Standort in Niederösterreich installiert.

Derzeit realisiert der Platinenhersteller Leiterstrukturen von 75

µm in der Innenlage und Strukturbreiten mit 100 µm in der Außenlage.

Damit sieht sich Häusermann gut gerüstet, um effizientes

Wärmemanagement mit großer Designvielfalt anzubieten. Jüngstes

Projekt ist das Verbundprojekt LEDagon: Die in Zusammenarbeit

mit Kathrein Austria, Cree und Arrow entwickelte Leuchte

beinhaltet Hochleistungs-LEDs, modernste Steuerintelligenz und

ein All-in-One-Leiterplattenkonzept basierend auf HSMtec von

Häusermann. Dieses ermöglicht höchste thermische Performance,

flexible Lichtführung und Mechanik auf Grund eines mehrdimensionalen

Aufbaues und in der Folge ein individuelles Leuchtendesign.

LED professional Symposium + Expo

Im September 2011 fand in Bregenz erstmals und sehr erfolgreich

das LED professional Symposium + Expo, kurz LpS 2011 mit dem

Ziel statt, der zentrale europäische Treffpunkt im Bereich der LED-

Beleuchtungstechnologien zu werden. „Mit über 50 Ausstellern

und mehr als 750 international registrierten Teilnehmern hat sich

die LpS bereits mit der Erstveranstaltung als ein qualitativ führender

LED Lighting Technology Event in Europa etabliert“, äußerte

sich Veranstaltungsdirektor und LED professional Herausgeber

Siegfried Luger über die Positionierung der Kongressmesse. Wie

auch im vergangenen Jahr findet die LpS-Veranstaltung wieder im

Bregenzer Festspielhaus vom 25.-27. September 2012 statt.

Hochleistungs-LEDs auf FR4-Leiterplatten

Melecs ist ein Spezialist für Elektronikfertigungsdienstleistungen

und hat erstmals eine Lösung vorgestellt, um HB-LEDs mit sehr

effizientem Wärmemanagement auf kostengünstigem FR4-Material

zu bestücken. Das neuartige Verfahren verwendet eigens entwickelte

Stahlklemmen. Damit stellt diese Lösung eine kostengünstige

Alternative zu der gängigen und kostenintensiven IMS-Lösung

(Insulated Metal Substrate) dar, die anstelle des üblichen Basismaterials

massive Aluminium- oder Kupferkerne als Wärmeträger

einsetzt. Diese neuartige Klemmenlösung kann besonders im kostensensitiven

Automobilmarkt zu großen Einsparungen führen,

erklärt Gerhard Neumann, Head of R&D von Melecs: „Einfache

Zusatzleuchten wie Tagfahrleuchten, Fahrtrichtungsanzeiger oder

Nebelscheinwerfer lassen sich dadurch sogar zu einstelligen Eurobeträgen

herstellen.“ Melecs war 2009 über einen MBO aus Siemens

Österreich hervorgegangen und verfügt über 2 Werke in Siegendorf

und Györ/Ungarn, bei einem Elektronik-Umsatz von 120

Mio. Euro. Neben den Standorten in Wien (Mechanikfertigung),

Siegendorf (Elektronikfertigung) und Linz (Schaltschrankfertigung)

sowie den Standorten in Györ/Ungarn (Elektronikfertigung)

und Teplice/Tschechien (Schaltschrankfertigung) hat Melecs in Sibiu/Rumänien

einen Kooperationspartner.


Der Autor: Hans Jaschinski ist Chefredakteur der Zeitschrift elektronik

industrie.

infoDIREKT www.all-electronics.de

576ei0312

Links: Sven Krumpel ist seit

2004 Geschäftsführer des

größten österreichischen

Bauelemente-Distributors

Codico.

Rechts: Die HSMtec-Platine von

Häusermann lässt sich auch in

die gewünschte Einbaulage und

Ausrichtung bringen.

Bild: Codico

Unten: Ein Blick in das Melecs

Elektronikwerk in Siegendorf.

Bild: Melecs

Bild: Häusermann

18 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


all for you

Komponenten

Systeme

Applikationen

Besuchen Sie die neue www.all-electronics.de

Hüthig GmbH

Im Weiher

Heidelberg

Tel. /-

Fax: /-

www.all-electronics.de


Österreich-Special

Spannungswandler Made in Austria

Recom-CEO Karsten Bier über Power-Innovationen aus Gmunden

Gmunden am Traunsee – eine Urlaubsidylle wie aus dem Bilderbuch. Wer denkt da schon an schnöde Elektronik.

Und doch brüten in Recom’s Firmenzentrale im Technologie-Zentrum Ingenieure über neuen, noch effizienteren

Wandlerdesigns. Hier sitzt der Motor, der das Wachstum des Unternehmens treibt.

Es gibt kaum eine Platine, die ohne

Spannungswandler auskommt,

egal in welcher Form”, sagt Karsten

Bier, CEO der Recom-Gruppe, und

ergänzt: „Wir haben es zum Unternehmensziel

erklärt, Eigenentwicklungen unserer

Kunden zunehmend durch fertig zertifizierte

Standardmodule zu ersetzen.“

Oberflächlich betrachtet sei es heute keine

große Kunst mehr, Wandler zu entwickeln.

Im Internet gäbe es diverse Entwicklungs-

Tools, die nach Eingabe der benötigten

Specs eine fertig dimensionierte Schaltung

ausspucken. „Aber dann fängt die Arbeit

erst an”, weiß Bier, denn der Teufel stecke

im Detail. Da es sich um Analogtechnik

mit hohen Schaltfrequenzen handele, seien

auf der Platine überall kleine Kapazitäten

und Induktivitäten versteckt, die nicht

Karsten Bier, CEO der Recom-Gruppe.

im Schaltplan zu finden sind. Diese sorgen für Überraschungen in

Form unerwarteter Störpegel oder einem Verlust an Effizienz.

Mehrfaches Re-Design sei eher die Regel als die Ausnahme. „Spätestens

wenn Time-to-Market von Bedeutung ist, greifen Hersteller

vermehrt zum fertigen Modul”, erläutert Bier.

Zwar werde noch immer der Großteil der Wandler vom Kunden

selbst entwickelt und diskret aufgebaut. Gerade hierin sieht Bier

das enorme Wachstumspotenzial für Module. „Wir machen es in

vielen Fällen billiger und fast immer besser”, gibt er sich selbstbewusst

und verweist auf Recom’s langjährige Erfahrung mit modularen

Spannungswandlern, Schaltreglern und LED-Treibern. Die

in Gmunden entwickelten und getesteten Designs werden in Taiwan

in einer zur Recom-Gruppe gehörenden Fabrik kostengünstig

produziert. Wer das Ziel verfolge, das nahezu unerschöpfliche Potenzial

diskret aufgebauter Wandler zumindest teilweise durch fertig

zertifizierte Module zu ersetzen, müsse die Kostenseite gut im

Griff haben. Und dies sei in Asien angesichts eines noch immer

hohen Anteils manueller Arbeit besser zu realisieren als in Europa.

„Wer mit Wandlermodulen weltweit Erfolg haben will, kommt an

Taiwan nicht vorbei”, weiß Bier aus langjähriger Erfahrung. Qualitätsbewusstsein

und Ausbildungsstand seien auf europäischem Niveau.

Dies sei angesichts der großen Produktvielfalt für Recom von

ausschlaggebender Bedeutung. „Mag sein, dass man in China

Massenware billiger produzieren kann als wir in Taiwan, aber Zuverlässigkeit

kommt bei uns vor dem Preis”, versichert der Recom-

Chef.

So unterwerfe man alle Prototypen im eigenen Umweltlabor in

Gmunden ausgiebigen HALT-Tests in der Klimakammer, um

mögliche Schwachstellen frühzeitig ausschalten zu können. Glei- infoDIREKT www.all-electronics.de

Bild: Recom

ches geschehe in Taiwan, sowohl mit der

Nullserie, als auch mit Stichproben aus der

laufenden Produktion. Auf diese Weise

werde sichergestellt, dass sich durch Änderungen

seitens der Zulieferer keine Mängel

einschleichen könnten, die Auswirkungen

auf die Lebenserwartung der Produkte haben.

„Unser Ziel ist Null Prozent Fehlerrate”,

betont Bier, „und wir tun alles, diesem

Ziel möglichst nahe zu kommen!” Denn

Recom-Wandler sollen mindestens so lange

leben wie die Produkte, in denen sie eingesetzt

werden. Dies sei im Maschinenbau

ebenso wichtig wie in der Bahntechnik

oder in der Medizinelektronik, wo die

Funktionstüchtigkeit einer großen Investition

von der Zuverlässigkeit eines nur wenige

Euro teuren Bauteils abhängen kann.

Sorgen bereitet eigentlich nur die Tatsache,

dass immer mehr Kopien aus teilweise dubiosen Quellen auf

den Markt kommen. „In China wird heute oft schneller kopiert, als

wir in Österreich entwickeln können”, sagt Bier. Die Optimierung

eines neuen Wandlers und die zugehörigen Tests seien mit rund 6

Monaten sehr zeitaufwändig. Entsprechend verwundert sei man

dann, wenn bereits 2 oder 3 Monate nach Lieferung erster Muster

nahezu baugleiche Kopien auftauchen. „Manchmal kopieren die

unsere Datenblätter gleich mit, einschließlich Tippfehler”, schmunzelt

Bier. So lange das Produkt unter fremdem Namen auf den

Markt kommt, sei dies für Recom akzeptabel. Zumindest wisse der

Kunde, dass er ein Nachahmerprodukt erwirbt. Wirklich problematisch

würde es allerdings, wenn ein Produkt mit gefälschtem

Recom-Logo und Gütesiegeln angeboten wird, die keiner Prüfung

standhalten. Deshalb sei Skepsis angebracht, wenn Preise all zu

günstig seien oder der Lieferant unbekannt ist. „Manchmal erkennen

wir erst unter dem Elektronenmikroskop, dass es sich um eine

Fälschung handelt“, erläutert Bier. Ein großer deutscher Kunde habe

unlängst in gutem Glauben Lieferengpässe überbrücken wollen

und sei einer Fälschung aufgesessen – mit enormen Folgekosten

bei der Instandsetzung seiner Maschinen. Dies ließe sich vermeiden,

wenn nur bei autorisierten Distributoren und Kataloganbietern

bezogen wird.

„2011 war für Recom das mit Abstand beste Jahr der Firmengeschichte“,

sagt Bier und unterstreicht, dass sich auch das 1. Quartal

2012 ausgesprochen positiv entwickelt. Man werde eine Reihe neuer

Produkte auf den Markt bringen und habe Pläne, den Vertrieb weiter

auszubauen, insbesondere im „Mutterland“ Österreich. (jj) n

590ei0312

20 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Österreich-Special

SCHLAUC

HBEUTELB

LISTERVE

RPACKUNG

Wir machen komplexe Sachverhalte regelmäßig transparent.

Zuverlässig und mit höchster redaktioneller Qualität.

Deshalb sind die Fachzeitschriften und Online-Portale von

Hüthig in vielen Bereichen von Wirtschaft und

Industrie absolut unverzichtbar für Fach- und Führungskräfte.

Hüthig GmbH

Im Weiher 10

D-69121 Heidelberg

Tel. +49(0)6221/489-0

Fax +49(0)6221/489-279

www.huethig.de

Das Unternehmen

Firmenname:

demmel products gmbh

Dipl.-Ing. Herbert Demmel

Geschäftssitz: Radnitzkygasse 43, A-1100 Wien

Telefon: +43 1 689-4700-0

Telefax: +43 1 689-4700-40

E-Mail:

offi ce@demmel.com

Internet:

www.demmel.com

Intelligente Displays sparen Kosten

High-Level Commands statt Programmierung auf Pixelebene

„Next Generation Intelligent LCD“ (iLCD) Technologie versetzt den Anwender

in die Lage, alle benötigten Windows-Fonts, Grafi ken, Textbausteine und

Makros im Flash-Speicher des iLCD-Controllers abzulegen. Dadurch entfallen

sowohl die Programmierung als auch der hohe Entwicklungsaufwand,

welche bei herkömmlichen LCDs notwendig sind.

Color iLCD-Panels sind von 2,8” bis 10,2” mit Touchscreen verfügbar und

werden in einer Vielzahl von Anwendungen und Branchen eingesetzt. Durch

den Einsatz von iLCDs werden

Entwicklungszeiten von

typischerweise neun Monaten auf

ungefähr zwei Wochen reduziert.

Mit der im März 2012 vorgestellten

neuen Entwicklungsumgebung

„iLCD Manager XE“ können

selbst komplexe Grafi kanwendungen

jetzt noch schneller und

komfortabler realisiert werden.





High-Tech-Dienstleistungen aus Österreich

Die technosert electronic GmbH ist spezialisiert

auf Forschung und Entwicklung im

Bereich Embedded Electronic. Das Elektronikteam

entwickelt maßgeschneiderte und

außergewöhnliche Softwarelösungen. In alle

Entwicklungsstufen des Projekts werden die

Kunden eingebunden. Auf diese Weise erfolgt

die optimale Umsetzung von Kundenwünschen.

Von der ersten Idee bis zum Einsatz im

Feld zeichnen sich die österreichischen Techniker

als Partner aus.

Die technosert electronic GmbH sichert hochwertige

Lösungsmöglichkeiten für eine erfolgreiche,

zukunftsweisende Partnerschaft.

technosert electronic GmbH

A-4224 Wartberg ob der Aist | Angererweg 7 | +43 (0)7236 20900-0

info@technosert.com | www.technosert.com



















































www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 21


Österreich-Special

Das Unternehmen

Firmenname:

MC-COMPONENTS

Ewald Mogg GmbH

Geschäftssitz: Hauptstraße 45

A-2485 Wimpassing/

Leitha/Burgenland

Internet: www.mc-components.at

Erfolg durch Know-how und Kompetenz

1999 gründeten Ewald Mogg und Susanne Tichy das Unternehmen mit dem

Schwerpunkt „Vertrieb von Steckverbindungen“ mit Sitz im burgenländischen

Wimpassing. Seither erlebt das Unternehmen eine ständige

Weiterentwicklung. MC-COMPONENTS hat sich im Laufe der letzten Jahre

zum Produktentwickler der MC Eigenmarke etabliert. Als Dienstleister und

Fachhändler für elektromechanische Bauteile im B2B-Segment zählen

kundenspezifi sche Änderungen, fl exible Individualanfertigungen sowie

variable Kabel- und Anschlusskonfektionen zu den Stärken des Unternehmens.

Die Qualität dieser Bauteile steht immer an erster Stelle. Deswegen

durchlaufen alle Produkte von MC-COMPONENTS eine strenge Qualitätskontrolle

und entsprechen zahlreichen Zertifi zierungen.

„MC-COMPONENTS hat sich als Marke einen Namen geschafft, der für

Verlässlichkeit und Vertrauen bei unseren

Kunden bürgt“, beschreibt Prokuristin und

Vertriebsleiterin Susanne Tichy die

Unternehmensphilosophie.

Das ausgewogene Preis-Leistungs-Verhältnis,

absolute Termintreue und kurze

Lieferzeiten bilden dabei den Grundstein

des europaweiten Unternehmens-Erfolges.

Das Unternehmen

Firmenname: Häusermann GmbH

Geschäftssitz: Zitternberg 100,

A-3571 Gars am Kamp

E-Mail:

info@haeusermann.at

Internet:

www.haeusermann.at

Häusermann ist Spezialist für Leiterplatten mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen

in kleinen und mittleren Serien mit einer jährlichen Kapazität von

75.000 m². Das Portfolio reicht dabei von 18-lagigen Multilayern über

HDI-Microvias bis hin zu starrfl exiblen und doppelseitigen Platinen mit

Leiterstrukturen von 75 µm in der Innenlage und Strukturbreiten mit 100 µm

in der Außenlage.

Neben bewährten Technologien stehen mit der HSMtec-Technologie

innovative Wärme- und Hochstrom-Lösungen mit integrierten Kupferelementen

zur Verfügung. HSMtec ermöglicht die Kombination von starken

elektrischen Strömen und Feinstleitertechnik auf einer Leiterplatte, die sich

überdies in eine mehrdimensionale Form

bringen lässt.

Flexibles Eingehen auf Anforderungen

und individuelle technische Beratung

machen Häusermann zum starken

Partner für Unternehmen aus der

Industrieelektronik, der Steuerungs-,

Mess- und Regeltechnik, EMS (Electronic

Manufacturer Services), Medizintechnik,

Telekom und Unterhaltungselektronik.

Ein weiteres erfolgreiches Betätigungsfeld

sind Folientastaturen.

Das Unternehmen

Firmenname:

OMICRON LAB

Geschäftssitz: Oberes Ried 1

A-6833 Klaus

Telefon: +43 5523 507-0

Telefax: +43 5523 507-999

E-Mail:

info@omicron-lab.com

Internet:

www.omicron-lab.com

Sichere Datenerfassung unter schwierigsten Bedingungen

Mit dem neuen zweikanaligen Datenerfassungssystem ISAQ 100 von

OMICRON Lab sind Messungen und Analysen von physikalischen und

chemischen Prozessen im Zeit- und Frequenzbereich auch unter schwierigsten

Bedingungen möglich. Über optisch isolierte Messwertaufnehmer mit

±250 V Eingängen werden Spannungssignale mit hoher Genauigkeit (2 MSps

Abtastrate, 18 Bit Aufl ösung) potentialfrei aufgenommen und übertragen.

Durch dieses ausgeklügelte Isolationskonzept eignet sich das ISAQ 100

optimal für Messungen in EMV-kritischen Umgebungen und im Hochspannungsbereich

und kann dort auch als Trennverstärker eingesetzt werden. Die

maximal bis zu 3 km

langen Glasfaserkabel,

das kompakte Design

und die Batterielaufzeit

von 8.000

Stunden bieten dem

Anwender maximale

Flexibilität.

Das Unternehmen

Firmenname:

Geschäftssitz:

BECOM Electronics GmbH

Technikerstr. 1, A-7442 Hochstraß

Telefon: +43 2616 2930-0

Telefax: +43 2616 2930-112

E-Mail:

vertrieb@becom.at

Internet:

www.becom.at

BECOM ist

kompetentes electronic-engineering & manufacturing für den Industriekunden

– vom Ideenkonzept bis zu energie-effi zienten und fl exiblen Serienlösung

– aus einer Hand.

- mit partnerschaftlicher Kundennähe

- unter kontinuierlicher Innovation

- durch exzellent geschulte Mitarbeiter/innen

- für kompromisslose Qualität

Elektronik-Design, Prototypenbau,

Muster- oder Serienfertigung – kombiniert

mit einem hohen Maß an

Flexibilität, individuellem Service und

über 25-jähriger Erfahrung – Technologieführerschaft

in allen Systemschritten.

High – level certification

ISO 9001:2008

ISO/TS 16949:2009 Automotive Standard

ISO 13485:2003 Medizintechniknorm

EN ISO/IEC 17025 Ermächtigte Eichstelle für Elektrizitätszähler

22 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Österreich-Special

Österreich-Special

Das Unternehmen

Firmenname: Ginzinger electronic systems

Rechtsform: GmbH

Geschäftssitz: Gewerbegebiet Pirath 16

A-4952 Weng im Innkreis

Telefon: +43 7723 54 22

E-Mail: office@ginzinger.com

Internet: www.ginzinger.com

Geschäftsführung: Ing. Herbert Ginzinger

Gründung: 1991

Anzahl Mitarbeiter: ca. 70

Maßgeschneiderte Elektronik, die sich rechnet

Ginzinger electronic systems ist seit 20 Jahren Problemlösungsspezialist für die Entwicklung und Fertigung

von Embedded-Linux-Lösungen, Leistungselektronik und kundenspezifischer Steuerungstechnik.

Neben der Elektronikentwicklung, die sowohl

Hardware-, Software-, und Mechanikentwicklung

inkludiert, ist die hausinterne

Baugruppenfertigung (EMS) der zweite

Geschäftszweig. Diese Kombination von

Entwicklung und Fertigung im Haus,

zusammen mit einem hochmodernen

Maschinenpark garantiert den Kunden klare

Vorteile:

- kurze Wege in der Produktentwicklung, der

Test- und Fertigungsphase

- Produktion ausgereifter, normkonformer

Produkte höchster Qualität

Das Programm

Die Leistungen:

Embedded-Linux-Lösungen nach Maß

Die Firmenmission speziell im Bereich

Embedded-Linux-Systeme besteht bei

Ginzinger darin, Kosten-, Energie- und

Platzvorteile intelligenter Produkte, die sich

in der Konsumelektronik bewährt haben,

für industrielle Anwendungen nutzbar zu

machen.

Diese individuellen, „schlanken“ Lösungen

werden dabei genau an den Bedarf und die

Zielsetzung der Kunden angepasst – von

einfachen Interface-Baugruppen, bis hin zu

hochkomplexen Steuerungs- und Regelsystemen

mit Echtzeit-Embedded-Linux Betriebs

system.

Umfangreiche Bibliotheken für grafische

Benutzerschnittstellen mit resistiven und

kapazitiven Touchscreens, durchgängige

Echtzeitfähigkeit, standardkonforme und

performante USB-, sowie Netzwerkunterstützung,

Signalmessung- und erzeugung,

Feldbustechnik, etc., sind einige Features.

Das Unternehmen

Firma

E-Mail-Adresse

Web-Adresse

AUG Elektronik GmbH

Kleinwöllmiss 53

A-8580 St. Martin a.W.

info@aug-elektronik.at

www.aug-elektronik.at

Programm

AUG Elektronik GmbH ist Ihr “Single Stop” Partner

für die Entwicklung und Produktion von modernen

elektronischen Baugruppen und mechanischen Lösungen

– beides – aus einer Hand.

Wir entwerfen und bauen mit Ihnen exakt Ihren Anforderungen entsprechende

Teil- oder Komplettsysteme, die sich zuverlässig und robust im Feld

bewähren.

Unsere In-Haus Fertigung sichert sowohl die Qualität als auch die rasche

Abwicklung schon in kleinen Stückzahlen und im Prototypenbereich. Für

größere Lose bieten wir ausreichend Spielraum.

AUG verfügt über jahrzehntelange Erfahrung mit diversen Micro-Controllern,

mehrjährige Erfahrung mit Windows CE und dem .NET Micro Framework und

kann auf mehrere innovative Lösungen mit kapazitiven Sensoren und Touchscreens

verweisen.

Wir sind Microsoft Windows Embedded Partner und Microsoft .NET Micro

Framework Core Tech Team Member. Auf Wunsch bleiben wir, wie bei vielen

unserer Kunden der Fall, “unsichtbar” im Hintergrund, während Sie Ihre

Lösung aktiv am Markt anbieten und servicieren.

Das Unternehmen

Firma

E-Mail-Adresse

Web-Adresse

LICO Electronics GmbH

Klederinger Strasse 31

A-2320 Kledering / Wien

office@lico.at

www.eurolupe.com

Programm

Professionelles Vergrößern erfordert bestimmte Voraussetzungen,

um den bestmöglichen Prüferfolg zu erzielen. Wir haben diese Anforderungen

umgesetzt. Optische Glaslinsen mit 300 cm²,

optional mit Entspiegelung, gehören zu unserem

Standard.

Ebenso können mit der Lötrauchabsaugenden

Lupenlampe frei von

Belästigungen und Störungen Lötarbeiten

unter der Lupe durchgeführt

werden.

Mit den LICO Vergrößerungseinrichtungen

kann der Benutzer den ganzen

Tag arbeiten, ohne von Kopfschmerzen, Augenermüdung

oder von Genickschmerzen geplagt zu sein.

Die permanente Prüfung von SMD Baugruppen, Feinstdrucktechnik,

Mikromechanik, Leiterplatten stellt höchste Anforderungen

an die Augen des Betrachters. Unsere Lösungen entlasten

die Augen des Benutzers weitestgehend und gewährleisten

einen deutlich erhöhten Prüferfolg.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 23


Stromversorgungen

Coverstory

Selber machen lohnt nicht mehr

Punktsieg für modulare DC/DC-Wandler

Spezialkenntnisse im Umgang mit Ferritkernen und EMV-Filtern, wie fürs Design von DC/DC-Wandlern erforderlich,

sind eher Mangelware. Kein Wunder also, wenn Entwickler verstärkt auf fertig zertifizierte Wandler-Module

setzen.

Autor: Reinhard Zimmermann

24 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


DC/DC-Wandler

sorgen für die richtige

Spannung „vor Ort“

und helfen, Baugruppen

voneinander zu

isolieren.

Als der Autor sein Diplom machte, kamen

noch alle in einem Gerät oder System

benötigten Gleichspannungen aus einem

zentralen Netzteil. Diese war in

Form und Funktion speziell für dieses Produkt

dimensioniert. Die Entwicklung des Netzteils

war integraler Bestandteil des Entwicklungsprojektes.

Zwar kannte man damals schon programmierbare

Bausteine und ICs und hatte einen Spezialisten

dafür, aber die Berechnung von Trafo,

Längsregler und Filter gehörte quasi zur Allgemeinbildung.

Als Größe, Gewicht und Effizienz der Stromversorgung

an Bedeutung gewannen, begann der

Siegeszug von Schaltnetzteilen. Diese waren technisch

aber so anspruchsvoll, dass sich nur wenige

Entwickler diesem Thema annahmen. Stattdessen

kaufte man das „Netzteil von der Stange“. Da

dieses meist nur eine einzelne Ausgangsspannung

lieferte, mussten hieraus alle anderen

Gleichspannungen erzeugt werden. Der DC/DC-

Wandler war geboren und damit der Trend zu

verteilten Versorgungssystemen.

Distributed Power schafft flexiblere

Strukturen

Das Konzept einer verteilten Spannungsversorgung

– der Kombination aus zentralem Schaltnetzteil

und lokalen DC/DC-Wandlern – ist der

Schlüssel zu effizienteren, modularen Designstrukturen.

Benötigt ein Schaltungsteil aufgrund

einer Modifikation mehr Leistung oder eine andere

Spannung, tangiert diese nur den zugeordneten

Spannungswandler auf derselben Platine

und nicht das Hauptnetzteil. Auch lassen sich

modulare Systeme leichter konfigurieren, weil jedes

Modul nur mit einer einzelnen Spannung

versorgt werden kann und den Rest „on Board“

mittels DC/DC-Wandler erledigt.

DC/DC-Wandler sind aber auch ideal dafür

geeignet, Baugruppen eines Systems, zum Beispiel

Interface-Ports oder Messsonden, vom

„Motherboard“ zu isolieren oder Verstärkerkanäle

„floatend“ von einander zu entkoppeln. Distributed

Power bringt mehr Flexibilität für das

gesamte Systemkonzept.

DC/DC-Wandler noch selbst entwickeln?

Wie eingangs erwähnt, denkt kein Systementwickler

ernsthaft daran, das benötigte Schaltnetzteil

selbst zu entwickeln. Hierfür sind Spezialkenntnisse

der Analogtechnik erforderlich, die in

den meisten Entwicklungslabors nicht mehr in

ausreichendem Maße vorhanden sind. So muss

man sich mit der Hysterese-Kurve von Ferritkernen

befassen und berücksichtigen, wie sich diese

bei wechselnden Temperaturen und Frequenzen

verhalten. Oft sind nur die Daten für Sinusbetrieb

verfügbar, aber Schaltregler arbeiten mit Rechtecksignalen

und das bleibt nicht ohne Konsequenzen

bis hin zur EMV-Verträglichkeit des

gesamten Produktes. Kein Wunder also, wenn

man dieses heikle Thema längst den Spezialisten

übertragen hat.

Auf einen Blick

Wenn nur wenig Analog-Know-how vorhanden ist

Wer sich auf der Embedded World in Nürnberg umgeschaut

hat konnte leicht erkennen: Digital ist

Trumpf! Software und Mikrocontroller defi nieren

die Leistungsfähigkeit elektronischer Produkte. Die

Analogtechnik ist kaum noch eine Randnotiz wert.

Die Messe erscheint als Spiegelbild moderner Entwicklungslabors.

Der Beitrag geht angesichts dieser

Problematik auf die Fragestellung des „make it

or buy it“ im Zusammenhang mit modularen DC/

DC-Wandlern ein.

infoDIREKT www.all-electronics.de

567ei0312

www.elektronik-industrie.de


Stromversorgungen

Coverstory

Obwohl die Prinzipschaltung eines DC/DC-Wandlers

relativ einfach ist, investieren Hersteller wie Recom

80 % der Entwicklungszeit in Designoptimierung und

Zuverlässigkeitstests.

Effizienz: Ein Punktsieg für fertige Module

Wer über Effizienz von DC/DC-Wandler spricht, denkt meist an

den Wirkungsgrad. Dieser ist generell recht hoch, zumindest sugalle

Bilder: Recom Electronic

Dass dies für DC/DC-Wandler heute noch nicht in selbem Maße

gilt hat zwei wesentliche Gründe. Zum einen arbeiten sie am Eingang

mit niedrigen Gleichspannungen und sind damit vergleichsweise

leicht beherrschbar. Zum anderen sind sie Bestandteil einer

Platine und es bietet sich an, die Einzelteile im gleichen Arbeitsgang

gleich mit zu bestücken.

Auch erscheint das Schaltungskonzept auf den ersten Blick recht

einfach. Zwei FETs auf der Primärseite zerhacken die Gleichspannung

am Eingang mit einigen 100 kHz. Ein kleiner Ringkerntrafo

transformiert auf die gewünschte Spannung und sorgt für Isolation.

Die Ausgangsspannung wird gleichgerichtet und geglättet. Einige

frei verfügbare Programme machen die Dimensionierung

scheinbar einfach – zumindest in der Theorie.

Die Praxis dagegen sieht anders aus. Denn rund um Schalttransistoren,

Ladekondensatoren, Trafo, Gleichrichter und Filter sind

wir in einer analogen Welt, in der es weder schwarz noch weiß gibt.

Die Länge jeder Leiterbahn, ihr Abstand zu anderen Leiterbahnen,

zur Masse und zu Bauteilen sorgt für parasitäre Kapazitäten und

Induktivitäten, die so in keinem Schaltplan stehen. Auch der Trafo

hat seine Tücken. Seine Funktionstüchtigkeit hängt vom Ferritmaterial

des Kerns ab und davon, in welchem Bereich der Hysterese-

Kurve er betrieben wird. Fährt er zu weit in Richtung Sättigung,

wird er zu warm und sein magnetisches Verhalten verschlechtert

sich. Dies alles hat Auswirkungen auf Effizienz und EMV-Verträglichkeit

und sorgt häufig dafür, dass Re-Designs erforderlich werden.

An diesen grundlegenden Zusammenhängen hat sich seit

Mitte des letzten Jahrhunderts nichts geändert, aber das praktische

Wissen ist heute oft nur noch rudimentär vorhanden.

Jeder Entwicklungsleiter muss deshalb gut überlegen, ob es sich

lohnt, angesichts der Vielzahl erprobter Standard-Wandler die Risiken

einer Eigenentwicklung zu tragen. Wenn sein Team die spezifischen

Erfahrungen hat, kennt es die Klippen und weiß vermutlich,

diese zu umschiffen. Ob allerdings auf Anhieb ein optimales Design

gelingt, darf bezweifelt werden. Bei einem führenden Hersteller wie

Recom entfällt über 80 % der Entwicklungszeit auf Designoptimierung

und Lebensdauertests. Diesen Aufwand wird ein Kunde für

einen diskret aufgebauten Wandler kaum investieren können.

gerieren dies die in den Datenblättern publizierten

Spitzenwerte. Wandler der 1 Watt-Klasse

wie Recom‘s populärer R1S erreichen bei

Volllast durchaus Werte von knapp 85 %, ein

10-W-Wandler sogar 90 %. Während man als

Hersteller das Design dahin gehend optimiert,

dass auch im wichtigen mittleren Lastbereich

ähnlich gute Werte erzielt werden, wird dies

beim Versuch, einen solchen Wandler diskret

aufzubauen, kaum auf Anhieb gelingen können.

Vergleichstests mit einem Kundendesign

bei wechselnden Lasten haben ergeben, dass

die Effizienz um mehr als 50 % gesteigert werden konnte. Da dies

kein Einzelfall ist, geht „Runde 1“ klar an die modulare Lösung!

Aber wir wollen Effizienz hier einmal aus einem erweiterten

Blickwinkel betrachten, beispielsweise unter dem Gesichtspunkt

Leistungsdichte und Platzbedarf. Die in einem vergossenen Modul

erreichbare Packungsdichte ist deutlich höher als das, was auf einer

normalen Platine realisierbar ist. Modulare Wandler beanspruchen

so oft weniger als die Hälfte dessen, was für eine diskrete Lösung

bereitgestellt werden muss. Ein wichtiger Aspekt zumindest dann,

wenn Fläche und Volumen auf der Leiterplatte nicht beliebig üppig

zur Verfügung steht. Auch diese Runde gewinnt der modulare

Wandler.

Fast jeder Hersteller achtet heute darauf, die Zahl unterschiedlicher

Komponenten und Lieferanten zu begrenzen. Denn wenn es

um Lagerhaltung geht und um Redundanz auf Bauteileebene ist

weniger oft mehr. Der Einsatz modularer DC/DC-Wandler liegt

genau in diesem Trend. Denn Bauteile wie Ferritkerne, Spulen und

Schalttransistoren sind Spezialteile, die auf einer Stückliste ansonsten

selten zu finden sind. Dieser Punkt erledigt sich mit dem Zukauf

eines fertigen Moduls beim Hauslieferanten. Runde 3 geht an

den modularen Wandler.

Was hat Zertifizierung mit Effizienz zu tun? Technisch nichts –

kommerziell sehr viel! Denn wer neben einem „Netzteil von der

Stange“ nicht auf eine Eigenentwicklung setzt, sondern auf einen

fertig zertifizierten Wandler, erleichtert sich die Zertifizierung seines

Endproduktes ganz wesentlich. Um last minute Überraschungen

zu vermeiden, sollte allerdings frühzeitig sichergestellt werden,

dass der Lieferant auch in der Lage ist, die einschlägigen Prüfberichte,

wie zum Beispiel den CB-Report oder UL-Testbericht zu

präsentieren. Ist dies erforderlich, scheiden Produkte mit „multiple

listing“, die als „legale Kopie“ unter anderem Namen auf dem

Markt sind, aus. Damit ein klarer Rundengewinn für modulare

Wandler – zumindest wenn sie von einem der etablierten Hersteller

kommen!

Bedeutet höherer Preis auch höhere Kosten?

Wir haben gesehen: Modulare Wandler sind technisch gesehen die

effizientere Lösung! Aber wie sieht die Kostenseite aus? Dies ist die

wichtigste Motivation für eine Eigenentwicklung. Betrachtet man

nur die Kosten für Bauteile und Produktion, so liegt ein diskret

aufgebauter Wandler rund bei der Hälfte eines fertigen Moduls.

26 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Stromversorgungen

Coverstory

Oben: Recom achtet beim Design seiner Wandler sehr genau darauf, dass der

Wirkungsgrad über einen breiten Lastbereich hinweg hoch ist.

Rechts: Schaltregler-Module wie der neue R-78E werden heute schon bei

einem Bedarf von wenigen 1000 Stück zu Preisen um 1,60 Euro gehandelt.

Ein Beispiel: Ein Messgerät kostet 1000 Euro, hat eine Lebenserwartung

von drei Jahren und soll in diesem Zeitraum 10.000 Mal

gebaut werden. Auf der Platine sitzen zwei unterschiedliche Wandler,

die fertig zusammen für 10 Euro zugekauft werden können.

Material- und Produktionskosten belaufen sich auf die Hälfte. Das

Sparpotenzial beträgt in Summe also rund 50.000 Euro. Dagegen

stehen zumindest die „direkten“ Kosten für Entwicklung, Test und

Zertifizierung. Entwicklungskapazität ist vorhanden – geschätzt

werden zehn Manntage pro Wandler. Rechnet man noch Kosten

für Testzeit und Zertifizierung hinzu, ist die Hälfte des „Sparbetrages“

aufgebraucht. Wird ein Re-Design nötig – und das ist eher die

Regel als die Ausnahme – schmitzt der „Sparbetrag“ weiter. Trotzdem

kann man sagen: Der Preispunkt geht in diesem Fall zunächst

an die diskrete Lösung.

Was aber, wenn sich die Markteinführung des neuen Produktes

um acht Wochen verzögert, weil der Wandler nicht von Anfang an

zur Verfügung stand oder weil ein Re-Design nötig war. 8 Wochen

Verspätung sind teuer bei einem Produkt mit nur drei Jahren Lebensspanne.

Linear gerechnet entsprechen acht Wochen gut 5 %

der projektierten Lebenszeit. Es gehen also rund 550.000 Euro

Umsatz verloren und der fehlende Gewinn ist ein Vielfaches dessen,

was ein guter Wandler an Mehrkosten verursacht hätte. Dabei

ist dies noch nicht das letzte Wort. Denn wenn der stärkste Wettbewerber

mit seinem neuen Produkt schneller ist und Marktanteile

hinzugewinnt, ist der Schaden noch höher.

Spätestens dann, wenn man Time-to-Market mit in Erwägung

zieht, sollten die Würfel zugunsten modularer DC/DC-Wandler

gefallen sein. Wer auf modulare Lösungen setzt, gewinnt Zeit und

reduziert das Risiko! Selber machen lohnt nicht mehr – wahrscheinlich

auch bei sehr hohen Produktionszahlen nicht. (jj) n

Der Autor: Reinhard Zimmermann, Corporate Communications, Recom

Electronic GmbH, Dreieich.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 27


Stromversorgungen

Dem Rauschen auf der Spur

Ursache und Minderung des Grundrauschens bei DC/DC-Schaltwandlern

DC/DC-Schaltwandler sind bekannt für physikalische Störungen in sonst sorgfältig entwickelten Schaltkreisen.

Der Beitrag beschreibt zwei wesentliche Ursachen des Grundrauschens und wie sich dieses Phänomen verringern

lässt.

Autor: Jeff Barrow

Häufig werden DC/DC-Wandler in Schaltungen eingesetzt.

Sie sorgen oft für unerwünschte Ladungen auf Masseleitungen

und verursachen falsche Digitalsignale, Flip-Flop-

Doppeltaktung, elektromagnetische Störungen (EMI),

Analogspannungsfehler und schädigende Hochspannungen.

Problem: sich ändernde Fläche des Magnetflusses

Bild 1 zeigt einen idealen Abwärtswandler mit einem konstanten

Laststrom. Die Schalter t 1

und t 2

schalten abwechselnd und teilen

V in

über L buck

und C buck

. Weder der Spulenstrom noch die Konden-

satorspannung kann sich sofort ändern, und der Laststrom ist konstant.

Wie erhofft überbrücken alle Schaltspannungen und Ströme

L buck

oder passieren durch C buck

. Ein idealer Abwärtswandler weist

kein Grundrauschen auf.

Erfahrene Entwickler wissen allerdings, dass Abwärtswandler

grundsätzlich eine Störungsquelle sind. In Bild 1 fehlen daher

wichtige physikalische Elemente.

Wann immer eine Ladung bewegt wird, entsteht ein magnetisches

Feld. Strom in einer Leitung, einem Widerstand, Transistor,

Supraleiter oder sogar ein Verschiebungsstrom zwischen den Kon-

28 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


THE WORLD OF POWER

EAC-S

Die AC-Quellen

mit der Technologie

von morgen!

Entwicklung und Produktion

aus einer Hand –

auch bei Sonderlösungen!

Nachbildung von 1- und 3-phasigen Netzen

Leistungen 250 - 30.000 VA

Ausgangsspannungen 0 - 700 VAC/1000 VDC

Variable Frequenz von 0 - 2000 Hz,

Sinus, Rechteck, Dreieck

Maximale Ströme bis 600 A pro Phase

Script-Steuerung: Programmierung von

Abläufen und Starten von der Speicherkarte

Erstellen beliebiger Kurvenverläufe und

Programmierung über Speicherkarte oder

digitaler Schnittstelle.

Drei fest eingebaute Kurvenverläufe

(Programmierung über Speicherkarte).

densatorplatten erzeugt ein magnetisches Feld. Der Magnetfluss

Φ B

entspricht einem Magnetfeld B, das durch eine Stromschleifenfläche

A fließt und dem Produkt des Magnetfeldes mit der Schleifenoberfläche

im rechten Winkel entspricht (Φ B

= B•A). Das Magnetfeld

mit dem Abstand r, das eine Leitung umgibt, ist direkt proportional

zum elektrischen Strom in der Leitung (B = μ o

I/2 π r).

Elektrische Bauteile weisen eine bestimmte Länge auf, und Ladung

muss in den verschiedenen Leitungsabschnitten von einem

Bauteil zum nächsten fließen. Eine Ladungsbewegung verursacht

aber ein Magnetfeld, sodass sich der Schaltkreis in Bild 1 modifizieren

lässt. Bild 2 zeigt ein verbessertes Modell eines einfachen

Datenlog-Funktion: Aktuelle Betriebswerte

werden in einem einstellbaren Intervall auf

der Speicherkarte gesichert.

Die Script-Steuerung in Verbindung mit der

Datenlog-Funktion ermöglicht den Aufbau

eines unabhängigen Stand-alone-Prüfplatzes.

Sync-Eingang und Sync-Ausgang zum

Synchronisieren mit externen Quellen

Sync Ausgang zum Triggern externer

Messgeräte o. ä.

Digitale Schnittstellen: RS232, RS485, USB,

GPIB, LAN

Weitere Produkte finden Sie unter:

www.et-system.de

Bild: Gina Sanders, Fotolia

Auf einen Blick

Rauschen bei Gleichspannungswandlern verringern

Der Halbleiterhersteller Integrated Device Technology (IDT) bietet innovative Mixed-Signal- und inte

grierte Power-Management-ICs. Da diese System-Level-Lösungen immer komplexer und Anwendungen

immer dichter bestückt werden, spielt die physikalische Schaltkreisimplementierung eine entscheidende

Rolle bei der elektrischen Integrität eines Systems. Dazu gehört es auch Ursachen von Grundrauschen

bei DC/DC-Wandlern zu kennen und die Auswirkungen zu verringern.

infoDIREKT www.all-electronics.de

www.elektronik-industrie.de

594ei0312

ETSYSTEM

ET System electronic GmbH

Hauptstraße 119 - 121

D-68804 Altlußheim

Tel.:+49 (0)6205 3948-0

info@et-system.de

www.et-system.de


Stromversorgungen

alle Bilder: IDT

Bild 1: Schaltkreis eines Abwärtswandlers. Der Spulenstrom kann sich

nicht sofort ändern; eine Quelle für Überschwinger in einem idealen

Abwärtswandler ist daher schwer zu finden.

Bild 2: Magnetfluss

= B-Feld x

Schleifenfläche.

Magnetfluss-

Änderung

induziert

Spannung.

Schaltet der

Wandler, ändert

der wechselnde

Stromschleifenpfad

den

Magnetfluss, was

Überschwinger

verursacht.

Bild 3: Energie parasitärer Induktivitäten, die im Magnetfeld gespeichert ist.

Der sich ändernde Strom in L p1

induziert Überschwinger; der konstante Strom

in L p2

nicht.

Bild 4: Eine sorgfältige Platzierung des Eingangskondensators minimiert die

Schleifenfläche und leitet den sich ändernden Strom weg von der Masse, um

somit Überschwinger zu verhindern.

Abwärtswandlers. In Bild 2 bleibt die Leitung stets ideal, außer

dass der Strom in jedem Segment eine bestimmte Strecke zurücklegen

muss, während er von einem Bauteil zum nächsten wandert.

Bei diesem Ladungsfluss bildet sich ein Magnetfeld um die stromführende

Leitung. Dieser Magnetfluss passiert die Schalterschleifen

t 1

und t 2

.

Das Wechseln zwischen den t 1

- und t 2

-Stromschleifenflächen ist

der Hauptgrund für das Grundrauschen des Wandlers. Der Magnetfluss

in der Schleife (V in

-t 1

-gnd) nimmt zu und bricht bei jedem

Schaltzyklus zusammen. Dieser sich ändernde Magnetfluss induziert

überall in dieser Schleife eine Spannung, einschließlich in der

idealen Masse-Rückführungsleitung. Keine noch so hohe Kupfermenge

– nicht einmal ein Supraleiter – kann diese induzierte Spannung

verhindern. Nur eine Verringerung des sich ändernden Magnetflusses

kann dabei helfen.

Ein sich ändernder Magnetfluss hat drei Faktoren: Änderungsgeschwindigkeit,

magnetische Feldstärke und Schleifenfläche. Da

die Taktfrequenz und der maximale Ausgangsstrom zu den Designanforderungen

gehören, zählt die Verringerung der Schleifenfläche

zum besten Lösungsvorschlag. Die Induktivität ist proportional

zum Magnetfluss. Bild 3 zeigt ein elektrisches Modell für Bild

2, worin der sich ändernde Strom in der parasitären Induktivität

L p1

ein Grundrauschen verursacht, während der konstante Strom

in der parasitären Induktivität L p2

nicht dazu beiträgt.

Obwohl Bild 3 das Problem aufzeigt, ist es nur ein schwacher

Ersatz für das physikalisch eingeschränkte Modell in Bild 2. Bild 3

zeigt parasitär induzierte Spannungen über L p1

und L p2

; wobei aber

Spannung überall in einer Schleife induziert wird, wenn ein sich

ändernder Magnetfluss auftritt. Der Schaltkreis in Bild 4 zeigt, wie

sich das induzierte Grundrauschen verringern lässt.

Wie in Bild 3 dargestellt, fließt Masserückführungsstrom durch

L p1

und verursacht Spannungs-Überschwinger. Ein sorgfältig platzierter

Eingangskondensator (Bild 4) verringert die parasitäre

Magnetflussfläche und leitet den sich ändernden Wandlerstrom in

einen Pfad, der keine Masserückführung enthält. In diesem Fall ist

der Strom in den parasitären Induktivitäten L p1

und L p2

konstant,

so dass die Massespannung stabil ist. Die Verringerung dieser Magnetflussfläche

reduziert proportional die elektromagnetischen

Bild 5: Die sich ändernde Ladungspumpe im LX-Knoten lädt sich über die

parasitäre Induktorkapazität C L

auf und gibt Energie in die parasitären

Massepfad-Induktivitäten L p1

und L p2

ab, was Grundrauschen verursacht.

Bild 6: Zwei serielle Induktivitäten haben die gleiche Induktivität, aber nur

1/4 der parasitären Kapazität. Das parasitäre Ladungspumpen wird

verringert und damit auch das Grundrauschen.

30 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


AUTOMOTIVE CLASS LITHIUM ION

Störungen und alle anderen unerwünschten induzierten Schleifenspannungen

wie sie in Bild 3 dargestellt sind. Eine wesentliche Ursache

für das Grundrauschen eines Schaltwandlers ist also die sich

ändernde Fläche des Magnetflusses. Ein sorgfältiges Leiterplattendesign

basiert auf einer optimalen Leiterbahnverlegung und bestmöglichen

Platzierung des Bypass-Kondensators. Damit verringern

sich die wechselnden Stromschleifenflächen sowie der sich

ändernde Strom im Masserückführungspfad.

Problem: parasitäre Induktorkapazität

Das zweite wesentliche Problem des Grundrauschens ist in Bild 5

dargestellt und ergibt sich aus der parasitären Induktorkapazität.

Spannung kann nicht sofort über einen Kondensator weitergeleitet

werden, und auch Strom kann nicht sofort durch eine Induktivität

fließen. Spannungsänderungen im LX-Knoten koppeln direkt über

die parasitäre Induktorkapazität C L

und den Filterkondensator

C buck

durch und treten an den parasitären Masse-Induktivitäten L p1

und L p2

auf.

Zunächst fließt keine Ladung; aber im nächsten Moment fließt

Strom in allen diesen Komponenten bis die in der parasitären Induktorkapazität

gespeicherte Energie E CL

2

= 1/2 C L

V LX

in das parasitäre

Magnetfeld E Lp

= 1/2 L p

i 2 der Leitungen übertragen

changing_max

wird (L p

= die Summe aller parasitären Schleifeninduktivitäten).

Wie bei einer Schaukel wird diese unerwünschte Energie hin- und

hertransportiert – vom elektrischen zum magnetischen Feld – bis

sie abgestrahlt oder in den Widerstandselementen (in Bild 5 nicht

dargestellt) verbraucht wird.

Sowohl die Spitzenspannung als auch die Schwingungsdauer des

Grundrauschens sind ein Problem. Die Spitzenspannung, gemessen

am Knoten V gb

, ist eine Funktion der Spannungsänderung im

LX-Knoten, der parasitären Induktorkapazität C L

und zusätzlicher

parasitärer Leiterbahnkapazitäten (nicht dargestellt). Ein großer

C L

speichert mehr Energie – je kleiner dieser Wert ist, umso besser.

Nach der Wahl der Wandler-Induktivität und dessen Nennstroms,

sollte eine Induktivität mit der höchsten Eigenresonanzfrequenz

gewählt werden, um die Kapazität C L

zu begrenzen.

Die Eigenresonanzfrequenz einer Induktivität ergibt sich aus:

f self_resonates

= 1/[2π√(L buck

C L

)].

Man beachte, dass die doppelte Eigenresonanzfrequenz die parasitäre

Induktorkapazität verringert und damit die Energie des

Grundrauschens um das Vierfache senkt!

Für den Fall, dass die Leistungsfähigkeit wichtiger ist als die Kosten,

sollte der gleiche Induktivitätswert verwendet werden, indem

die Einzelinduktivität L buck

in Bild 5 durch zwei serielle Induktivitäten

ersetzt wird, die jeweils den halben L buck

-Wert aufweisen (Bild

6). Bei innerhalb einer Losgröße gefertigter Induktivitäten ist die

parasitäre Kapazität meist proportional zur Nenninduktivität, d.h.

die halbe Induktivität führt auch genau zur halben parasitären Kapazität.

Sind Induktivitäten in Serie geschaltet, addieren sich deren

Werte zu einer höheren Induktivität, aber die parasitären Kondensatoren

addieren sich als inverse Summe und verringern somit die

parasitäre Gesamtkapazität. Bei zwei seriellen 1/2 L buck

-Induktivitäten

beträgt die neue Gesamtinduktivität L buck_new

, und die parasitäre

Gesamtkapazität fällt um den Faktor vier auf 1/4 C L

. Diese

verringerte parasitäre Induktorkapazität verringert dann das

Grundrauschen (Bild 6). (jj)

n

• abgestimmt auf Flyback-ICs von Linear Technology

• LT3573, 3574, 3575, 3748

• einfaches Design

• kein Optokoppler notwendig

• Standard-Übertrager ab Lager

SMT/PCIM

Halle 9, Stand 202

www.we-online.de/LT

5. Entwicklerforum

Akkutechnologien

18.–19. April 2012

in der Stadthalle Aschaffenburg

Fachkongress und Ausstellung

Elektro Fun Parcours

18.-19.04. Expertenforum

Sperrwandler-Design

to go

18.04.12 Grundlagenschulung „Akkutechnologien“

19.04.12 Grundlagenschulung

„Batterie-Management-Systeme“

Alle Infos unter:

www.batteryuniversity.eu

Melden Sie sich jetzt an!

Evaluation-Kits für isolierte Flyback-Lösungen

Tel. +49 (0)6188 99410-15

Fax +49 (0)6188 99410-20

mail@batteryuniversity.eu

www.batteryuniversity.eu

Der Autor: Jeff Barrow ist Senior Director für Analog-IC-Design bei

Integrated Device Technology in Tucson, Arizona. Er entwickelt integrierte

Schaltkreise für die Leistungselektronik und Analogtechnik.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 31


Stromversorgungen

Solar-Ladekonzepte

für den mobilen Einsatz

Boost-Wandler mit integriertem Maximum

Power Point Tracking

Das Sonnenlicht ist eine der am meisten verfügbaren Energiequellen und steht

deshalb weltweit im Mittelpunkt des Interesses. Inzwischen gibt es Photovoltaik-

Anlagen (PV) mit Leistungen im Megawattbereich. Da aber der Wirkungsgrad

der PV-Panels immer noch gering ist, müssen die Schaltungen außerhalb des

eigentlichen Panels so effizient wie möglich sein. Man entwickelte deshalb

verschiedene Techniken, um einen möglichst großen Energieertrag zu erzielen.

Das Maximum Power Point Tracking ist eines dieser Verfahren.


Autoren: Manoj Kumar, Imayavaramban RM, Ranajay Mallik

Die Solarenergie stellt

eine überaus praktische

Ergänzung zu den

bestehenden Energiequellen

dar. Auch in Consumer-Produkte oder tragbare

Geräte lassen sich Solarzellen integrieren, sofern

man entsprechend intelligente Designs verwendet.

Man macht die Geräte damit unabhängiger vom Wiederaufladen

an der Steckdose, und insofern ist diese Technik ideal für den Einsatz

an Orten geeignet, an denen keine Elektrizität verfügbar ist.

Obwohl sie heute noch recht teuer sind, werden Solar-Panels doch

immer erschwinglicher, zumal speziell für entlegene Gebiete häufig

staatliche Zuschüsse gewährt werden.

Das Konzept, die verfügbare Solarenergie per Maximum Power

Point Tracking (MPPT) zu optimieren, wird von ST für verschiedene

Stromversorgungs-Anwendungen genutzt. Consumer-Elektronik

begnügt sich meist mit wenigen Watt, und viele Geräte aus

diesem Segment werden über den USB-Port geladen. Die Standardisierung

auf die USB-Spannung bietet hier die Gelegenheit zur

Entwicklung von immer mehr Ladegeräten, die diesem Format

und diesen Spannungsanforderungen entsprechen. Das Aufladen

per Solarstrom dauert lange, und genau dies bringt das Problem

Bild 1: Blockschaltbild des

SPV1040 in einer

Solar-USB-Ladeschaltung.

mit sich, dass

die Geräte während

des Tages möglichst

lange dem Sonnenlicht

ausgesetzt werden müssen. Dies

aber ist nicht immer praktikabel, so dass

meist eine Pufferbatterie nötig sein wird.

In diesem Beitrag geht es um die Lösung, die ST für diese

Anforderungen anbietet. Das Unternehmen hat dazu eine Low-

Power-MPPT-Funktion direkt in seinen für Consumer-Elektronik

vorgesehenen Baustein des Typs SPV1040 integriert. Mit nur wenigen

zusätzlichen Bauelementen ist es mit diesem IC möglich,

Schaltungen für die direkte Versorgung eines Geräts oder das Aufladen

eines Akkusatzes aus der Solarzelle zu realisieren.

Solar-USB-Ladegeräte eignen sich zum Aufladen von Mobiltelefonen,

PMPs, PDAs, eBook-Readern und allen möglichen anderen

Geräten mit USB oder Mini-USB-Interface. Besonders nützlich

können sie in folgenden Situationen sein: Während Konferenzen

oder Ganztagssitzungen, wenn keine Steckdose zugänglich ist, für

Camping und Picknick, bei Ausfall der Netzstromversorgung sowie

nach Naturkatastrophen.

Gegenwärtig werden alle diese Geräte typischerweise mit einer

Spannung von 5 V bis 5,5 V geladen. Die Spannung, die zum Laden

an diese Geräte gelegt wird, sollte deshalb diese Spannung

nicht überschreiten. Der Strom ist je nach der Kapazität des Akkus

Bild: Thomas Jansa - Fotolia.com

32 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Bild 2:

Flussdiagramm

des P&O-Algorithmus.

Bild 3: Ansicht des Power-Packs.

alle Bilder: ST Microelectronics

unterschiedlich hoch, in der Regel aber auf

500 mA begrenzt. Das Solar-Panel kann ästhetisch

in einem Faltgehäuse mit USB-

Ausgang zum Laden der Kleingeräte untergebracht

werden. Die hierbei zum Einsatz

kommende Elektronik sollte einerseits

möglichst kompakt sein, andererseits aber

alle erforderlichen Schutzfunktionen

enthalten, damit eine möglichst

lange Lebensdauer erzielt wird.

Ein auf dem SPV1040 von

STMicroelectronics basierender

Boost-Wandler

(Hochsetzsteller) mit

integrierter MPPT-

Funktion wurde eigens

mit den nötigen Schutzfunktionen

für das Laden

von Consumer-

Kleingeräten entwickelt.

Eigenschaften des SPV1040

Der SPV1040 ist im Prinzip ein Niedervolt-

Gleichspannungswandler mit hohem Wirkungsgrad

und geringer Leistungsaufnahme,

der eine Ausgangsspannung bis zu 5,2

V erzeugt (Bild 1). Der Baustein läuft garantiert

bei Spannungen ab 0,3 V an und

regelt den MPP, während bei fallender Eingangsspannung

der Baustein unterhalb 0,45

V nicht mehr taktet und die Eingangsspannung

(minus des Spannungsabfalls an der

intrinsischen Diode des MOSFETs) direkt

auf den Ausgang gegeben wird, ohne den

MPP auszuregeln. Der SPV1040 arbeitet

mit einer konstanten Schaltfrequenz von

100 kHz im PWM-Betrieb (Pulsbreitenmodulation)

und ist als Hochsetzsteller in der

Lage, ein Maximum an Energie aus einer

geringen Anzahl polykristalliner oder

amorpher Solarzellen herauszuholen. Das

Tastverhältnis wird von einer integrierten

Funktionseinheit geregelt, die mit einem

MPPT-Algorithmus arbeitet, um die Ausgangsleistung

des Panels zu maximieren,

indem dessen Ausgangsspannung und

-strom fortlaufend verfolgt werden. Der

Punkt maximaler Leistung, also der Maximum

Power Point (MPP), ist jener Arbeitspunkt

der PV-Zelle, bei dem das Produkt

aus Spannung und Strom sein Maximum

aufweist. Anders ausgedrückt, wird der

Lastwiderstand stets dem jeweiligen Quellwiderstand

des Panels angepasst.

Die Sicherheit sowohl des Wandlers

selbst als auch der gesamten Applikation

garantiert der SPV1040, indem er den

PWM-Betrieb unterbricht, sobald Überstrom

oder Übertemperatur erreicht werden.

Der MPPT-Algorithmus arbeitet nach

der P&O-Methode (Perturb and Observe;

dt.: Perturbation und Beobachtung), die

aufgrund ihrer Einfachheit die größte Verbreitung

hat. Ein Flussdiagramm zu dieser

iterativen Methode ist in Bild 2 zu sehen.

Der Algorithmus variiert die Spannung um

einen definierten Betrag (Perturbation),

berechnet anschließend die Leistung und

vergleicht diese mit der Leistung, die mit

dem vorigen Spannungswert erzielt wurde

(Beobachtung). Ist die Leistungsdifferenz

ΔP größer als Null, wird die neue Spannung

Auf einen Blick

Solarzellen in Kleingeräte integrieren

Solar-Panels werden in den unterschiedlichsten Formaten angeboten. Die Tendenz geht dahin,

Solarzellen in Kleingeräte zu integrieren, um die eingebaute Batterie zu entlasten und für eine

längere Laufzeit zu sorgen. Je effi zienter die Solarzellen selbst und die Wandlertechnik werden,

umso mehr Energie lässt sich auf immer kleinerer Fläche erzeugen, bis es schließlich sogar

möglich sein wird, viele Consumer-Geräte ausschließlich mit Energie aus Sonnenlicht aufzuladen.

infoDIREKT www.all-electronics.de

597ei0312

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 33


Stromversorgungen

Bild 4:

Blockschaltbild des Power-Packs.

Bild 5:

Transil-

Klemmdiode.

beibehalten und im nächsten Schritt weiter in derselben Richtung

verändert. Anderenfalls wird die Spannung in der anderen Richtung

verändert.

Die MPP-Spannung wird für den SPV1040 mithilfe eines einfachen

Spannungsteilers festgelegt und richtet sich nach dem jeweiligen

Panel. Ist der MPP einmal festgelegt und für die Rückkopplung

von Ausgangsspannung und Strom gesorgt, übernimmt der

Baustein das MPP-Tracking automatisch. Nachfolgend einige

wichtige Richtlinien zum Design:

■■ Unter dem Baustein sollten mit Masse verbundene Vias angeordnet

werden, um die Wärmeableitung zu begünstigen.

■■ Um die Spannungs- und Stromwelligkeit, Probleme durch

hochfrequente Schwingungen sowie elektromagnetische Interferenzen

zu minimieren, kommt es darauf an, Pfade mit hochfrequenten

Strömen möglichst kurz zu halten.

■■ Breite Leiterbahnen für hohe Stromstärken und eine ausgedehnte

Massefläche wirken störungsmindernd und fungieren

nebenbei als effiziente Wärmeableitung.

■■ Ausgangs- und Eingangskondensatoren sollten möglichst nah

am Baustein platziert werden.

■■ Die externen Spannungsteiler sollten in möglichst geringer Distanz

zu den V MPP

-SET und V CTRL

-Pins des Bausteins angeordnet

sein und möglichst weit von Stromwegen mit hoher Stromstärke

entfernt liegen, um das Einstreuen von Störungen zu

■■

■■

verhindern.

Eine externe Schottky-Diode zwischen den Pins L und V ist

X OUT

in allen Anwendungen mit V BATT

> 4,8 V zwingend notwendig.

Die Spannung am Pin L X

kann sogar über die absolute Spannungsobergrenze

von 5,5 V hinaus ansteigen, denn am integrierten

High-Side-Schalter fällt im Aus-Zustand (lückender

Betrieb) eine Spannung ab, während der Strom vom Eingang

zum Ausgang fließen muss.

Die Größe der Drossel hat Auswirkungen auf den maximal an

den Verbraucher fließenden Strom. Der Sättigungsstrom der

Drossel sollte größer sein als der maximale Spitzenstrom der

Eingangsquelle (1,8 A). Als Sättigungsstrom wird deshalb ein

Wert über 1,8 A empfohlen. Kleinere Induktivitätswerte garantieren

eine schnellere Reaktion auf Lastwechsel. Zur Minimierung

der ohmschen Verluste wird außerdem zum Einsatz von

Drosseln mit geringem Serienwiderstand geraten.

Ein Ladegerät auf Basis des SPV1040 zeichnet sich durch geringen

Bauteileaufwand und alle zuvor angeführten Eigenschaften aus.

Eine typische Leiterplatte hat Abmessungen von 22 mm x 16 mm

und ließe sich in einem USB-Stick mit einer typischen Größe von

35 mm x 20 mm unterbringen. Technische Daten eines typischen

USB-Solarladegeräts sind: Ausgangsleistung 3 W (5 V, 600 mA),

Wirkungsgrad (Elektronik insgesamt) > 90 %, Nennleistung des

Solarpanels 3 W, Leerlaufspannung des Solarpanels 4,2 V, MPP-

Spannung des Solarpanels (V MP

) 3,1 V sowie Schutzfunktionen bei

Überstrom und Übertemperatur.

Power-Pack für den Einsatz mit dem USB-Solarladegerät

Hierbei handelt es sich um eine Ergänzung zu dem oben erläuterten

USB-Ladegerät. Die Lösung erweist sich als sehr praktisch,

wenn sich ein Anwender auf Reisen befindet, Campingurlaub

macht oder in ländlichen bzw. hügeligen Regionen unterwegs ist,

in denen der Zugang zum Stromnetz schwierig oder gar nicht

möglich ist. Das System besteht im Wesentlichen aus einem Lithium-Ionen-Akku

von hinreichender Kapazität, einem DC/DC-

Wandler zum Hochsetzen der nominell 3,7 V betragenden Akkuspannung

auf die benötigte Ausgangsspannung von 5 V sowie einem

Ladegerät (Bild 3). Wie man in Bild 4 sieht, setzt sich das

System aus vier Hauptteilen zusammen: Einer Eingangsstufe, einem

Ladegerät für eine Li-Ion-Zelle, einem als „Vorratstank“ dienenden

Li-Ionen-Akku (typisch 3,7 V, 1800 mAh) und einem

Hochsetzsteller zum Umwandeln der Akku-Ausgangsspannung in

die vom Verbraucher benötigten 5 V.

Die Eingangsstufe

Hierbei handelt es sich meist um einen USB-Steckverbinder, damit

ist der Eingang für eine Quelle auf typisch 5 V/500 mA ausgelegt.

Diese Spannung wird in der Regel vom USB-Solarladegerät bereitgestellt,

kann aber ebenso gut von einem USB-Netzteil oder einem

anderen Netzteil mit USB-Stecker kommen. Hieraus folgt, dass in

das System gewisse Schutzfunktionen integriert sein sollten, damit

es größere Überspannungen oder das Vertauschen der Polarität

am Eingang verkraftet. Fehlt eine solche Schutzfunktionen, wird

die Zuverlässigkeit des Systems im praktischen Einsatz nicht garantiert

sein.

Implementiert wurde die Eingangsstufe mit passiven Bauelementen:

einer parallelgeschalteten Klemmdiode und einer in Reihe

geschalteten selbstrückstellenden Sicherung. Letztere hat hier

einen Nennstrom von 650 mA, während die Nennspannung der

Klemmdiode 6,5 V beträgt. Man mag es für ausreichend halten,

eine einfache Z-Diode für die Klemmfunktion zu verwenden, jedoch

kann dies fehlschlagen, da eine Z-Diode nicht die nötige

Stoßspannungsfestigkeit hat, um die bis zum Ansprechen der

selbstrückstellenden Sicherung (Fr) anfallende Energie zu bewältigen.

Transil-Klemmdioden sind dagegen eigens für diesen Zweck

ausgelegt und verkraften diese Belastung (Bild 5).

Solange die Eingangsspannung kleiner ist als die Nennspannung

der Klemmdiode, fließt durch diese nur ein vernachlässigbar geringer

Strom von typisch 200 nA. Sobald jedoch die Eingangsspannung

die Klemmspannung übersteigt, wird die Diode leitend. Der

Strom steigt steil an und bewirkt, dass die selbstrückstellende Sicherung

anspricht und den Stromkreis unterbricht. Auf diese Weise

wird die Schaltung vor überhöhten, länger andauernden Spannungen

am Eingang geschützt. Diese Schutzmaßnahme kann darüber

hinaus in vielen weiteren Anwendungen, darunter auch das

weiter oben beschriebene USB-Solarladegerät, als Schutzvorkehrung

für den Eingang hinzugefügt werden.

34 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Ladegerät für eine Li-Ion-Zelle

Um die Lebensdauer zu verlängern und

Gefahren vom Anwender abzuwenden,

müssen Li-Ion-Zellen mit großer Sorgfalt

geladen werden. Eine präzise Überwachung

und Regelung des Ladevorgangs ist unerlässlich.

Die meisten Li-Ion-Akkus verfügen

inzwischen über eingebaute Schutzfunktionen,

um den Akku vor zu starker

Entladung, andauernder Überlastung,

Kurzschlüssen, Überhitzung usw. zu bewahren.

Es gibt eine ganze Reihe Laderegler-ICs,

die speziell für das Laden einer Li-

Ion-Zelle ausgelegt sind.

Eine einfache Lösung ist der STBC08,

der solo eingesetzt werden kann und sich

gut für die hier vorliegende Anwendung

eignet. Der Baustein ist typisch für einen

Ladestrom von C/4 (also 400 mA für einen

Akku mit 1600 mAh) programmiert. Der

Regler arbeitet nach dem Konstantstrom/

Konstantspannungs-Prinzip, benötigt weder

einen externen Stromabtastwiderstand

noch eine Sperrdiode und ist für die USB-

Stromversorgungs-Spezifikationen ausgelegt.

Ein interner Schaltungsteil, der den

Strom bei zunehmender Sperrschichttemperatur

abregelt, schützt den Baustein beim

Einsatz mit hoher Leistung oder bei hohen

Umgebungstemperaturen. Die Ladespannung

ist fest auf 4,2 V eingestellt, während

der Ladestrom mithilfe eines einzigen Widerstands

zwischen den Pins PROG und

GND programmiert werden kann.

Der Ladevorgang wird automatisch beendet,

sobald der in den Akku fließende

Ladestrom auf ein Zehntel des programmierten

Werts zurückgegangen ist. Wird

das externe Netzteil entfernt, schaltet der

STBC08 ab, und es kann ein Strom von 2

µA vom Akku an den Baustein fließen. Der

Chip lässt sich außerdem in einen Shutdown-Modus

schalten, in dem sich die

Stromaufnahme am ICC-Pin auf 25 µA

verringert. Eine Ladestromüberwachung,

eine Unterspannungs-Sperre und eine automatische

Wiederaufladefunktion ergänzen

den Funktionsumfang des Bausteins.

Das Ende des Ladevorgangs und das Vorliegen

der Eingangsspannung werden an

zwei separaten Status-Pins signalisiert.

www.elektronik-industrie.de

Der Hochsetzsteller

Bei der Versorgung von Verbrauchern wie

etwa Mobiltelefonen, MP3-Playern usw. ist

es erforderlich, die Spannung standardmäßig

auf 5 V zu halten. Die Li-Ionen-Zelle

aber liefert nominell nur 3,7 V. Die Ausgangsspannung

des Akkus muss also mit

einem Hochsetzseller angehoben werden.

Dieser muss zudem mit einem hohen Wirkungsgrad

arbeiten, um die Lebensdauer

des Akkus zu maximieren. Im vorliegenden

Fall kommt ein L6920 mit integriertem

Leistungsschalter und Synchrongleichrichter

zum Einsatz. Der hocheffiziente Baustein

benötigt nicht mehr als drei externe

Bauelemente, um die Akkuspannung in die

gewünschte Ausgangsspannung zu verwandeln.

Der integrierte Synchrongleichrichter

ist mit einem P-Kanal-MOSFET mit einem

R DS(on)

von 120 mΩ implementiert. Zur Anhebung

des Wirkungsgrads wird mit variabler

Schaltfrequenz gearbeitet. Um den

Baustein auf eine Spannung von 5 V zu

programmieren, ist lediglich der FB-Pin an

Masse zu legen. Als Schutz vor länger andauernden

Kurzschlüssen und Überlastungen

ist am Ausgang ebenfalls ein Überlastungsschutz

erforderlich, der sich mit einer

selbstrückstellenden Sicherung implementieren

lässt. Obwohl ein solcher Baustein

eine Strombegrenzung bewirkt, wird die

Zuverlässigkeit der Schaltung im praktischen

Einsatz durch dieses passive Bauelement

erheblich verbessert.

Das komplette System lässt sich leicht auf

einer kleinen Leiterplatte unterbringen.

Dank des hohen Wirkungsgrads und der

geringen Abmessungen der wichtigsten

Bauelemente können optimal dimensionierte

Pads und Leiterbahnen auch die

Wärmeableitung übernehmen. Der sorgfältige

Einsatz einer Kupferfläche, die Verwendung

von Stromversorgungs- und

Masse-Leiterbahnen mit der richtigen Breite

und die Anordnung von Wärmeableit-

Pads mit Vias unterhalb der Bauelemente

verbessern die Voraussetzungen für den

Dauerbetrieb bei Nennleistung mit minimaler

Wärmeentwicklung. Wann immer

sich Leiterbahnen auf der Ober- und Unterseite

überlappen, lässt sich der Wärmewiderstand

mithilfe mehrerer Vias entscheidend

verringern, was ein kompaktes

Design ermöglicht. Die gesamte Schaltung

lässt sich in einem wasserdichten Gehäuse

unterbringen, wobei es nur zu einer geringen

Wärmeerhöhung kommt.

Diese Abhandlung ist bewusst allgemein

gehalten. Varianten der verwendeten Bauelemente

mit abweichenden Nennspannungen

und strömen können – abgestimmt

auf die Anforderungen des Anwenders –

verwendet werden. Die Li-Ion Ladeschaltung

lässt sich auch mit diskreten Bauelementen

und einem stromsparenden Mikrocontroller

realisieren. (jj)

n

Die Autoren: Manoj Kumar, Imayavaramban RM

und Ranajay Mallik sind Mitarbeiter von

STMicroelectronics.

Bauteile

Halbleiter

Komponenten & Geräte

LED

Power

by MeanWell

MeanWell Power Supplies:

• 1.700 Standardtypen ab Lager

• Open-Frame / Medical

• DIN-Schiene

• Stecker- / Tischnetzteile

• LED-Schaltnetzteile

• DC/DC- und DC/AC-Wandler

Distribution by Schukat electronic

• 20.000 Produkte

• 3 übersichtliche Themen-Kataloge

• detaillierte Technikinfos

• günstige Preise

• 24 h-Lieferservice

Onlineshop mit stündlich aktualisierten

Preisen und Lagerbeständen

www.schukat.com

SCHUKAT


Stromversorgungen

Bild: Andrea Danti - Fotolia.com

Maximale Power

auf minimalem Raum

DC-Stromversorgungen mit 10 kW Leistung in 2 HE

Mit seinen DC-Quellen der Baureihe LAB/SMS zeigt der Stromversorgungsspezialist ET System electronic was

derzeit technisch machbar ist: Die Geräte bieten auf einer Bauhohe von nur 2 HE Leistungen bis 10 kW, bei

Spannungen bis 1200 V und Strömen bis 500 A.

Autor: Eric Keim

Die DC-Quellen der Baureihe LAB/SMS von ET System

electronic definieren einen bislang unbekannten Maßstab

für kompakte Leistungsstärke: Durch eine erhebliche

Wirkungsgradsteigerung bei den eingesetzten Elektronikkomponenten

haben die Entwicklungsingenieure das Kunststück

fertiggebracht, in einem 19“-Gehäuse mit nur 2 HE eine

Leistung von vollen 10 kW unterzubringen. Damit bietet das LAB/

SMS einen Leistungsstand, mit dem die Messlatte für eine ganze

Geräteklasse nun ein gutes Stück weiter nach oben gelegt wurde.

Das LAB/SMS stellt Ströme bis 500 A bereit, die Ausgangsspannungen

betragen in der Standardversion 0...40/0...80/0...150

/0...300/0...600 und 0...1200 V DC

. Da sich bis zu 10 Geräte parallel

schalten lassen, können Gesamtleistungen bis 100 kW realisiert

werden.

Das LAB/SMS wurde für den harten industriellen Einsatz konzipiert

und bewährt sich überall dort, wo hohe Leistung auf kleinstem

Raum gefordert ist – also in Laboren und Prüffeldern, beim

Test von Bauteilen in der Leistungselektronik, beim Prüfen von

Trennschaltern oder Solarwechselrichtern, bei der Entwicklung

von Umrichtern, als Akkumulator-Ersatz und generell bei allen

Aufgaben in Industrie und Elektronikproduktion, bei denen hohe

Ströme erforderlich sind.

Schnittstellen für jede Aufgabe

Die Baureihe LAB/SMS bietet eine ganze Reihe von Schnittstellen,

mit denen sich sämtliche Gerätefunktionen steuern lassen,

per LAN auch über Kontinente hinweg. Mit GPIB-Bus, RS-232,

RS-485, USB und LAN stehen schon in der Grundversion alle

gängigen Schnittstellen bereit – und für letztere bietet ET System

electronic auch eine kostenlose, Browser-basierte Bedienoberfläche

an. Zudem ist auch eine selbstkalibrierende, galvanisch getrennte

Analog-Schnittstelle vorhanden, die sowohl in einer 5-Vwie

auch in einer 10-V-Ausführung zur Verfügung steht. Damit

sind die technischen Möglichkeiten aber noch nicht ausgeschöpft,

denn jenseits seiner Standardversionen bietet das Unternehmen

selbst für kleinste Stückzahlen und für Einzelexemplare alle

denkbaren Modifikationen seiner Geräte an. So können bei Bedarf

beispielsweise auch eine WLAN-Schnittstelle integriert werden,

mit der sich dann zum Beispiel mobile Servicearbeitsplätze

realisieren lassen.

36 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Auf einen Blick

DC-Power

ET System electronic entwickelt und fertigt Stromversorgungen, AC- und DC-Quellen, Labornetzteile,

Wechselrichter und elektronische Lasten, die weltweit in zahlreichen industriellen Anwendungen

eingesetzt werden. Das Unternehmen hat jetzt die DC-Quellen der Baureihe LAB/

SMS auf den Markt gebracht, die Ströme bis 500 A bereitstellen, bei Ausgangsspannungen von

0 bis 1200 V DC

. Da sich bis zu 10 Geräte parallel schalten lassen, können Gesamtleistungen bis

100 kW realisiert werden.

infoDIREKT www.all-electronics.de

591ei0312

Es gibt nur

EinE Lösung.

DiE bEstE.

Schulz-Electronic

Professional Power Supplies

Viele Betriebsmodi

Der professionelle Zuschnitt der DC-Quellen

der Baureihe LAB/SMS zeigt sich nicht

zuletzt an den vielen praxiserprobten Betriebsmodi,

die dem Anwender die Arbeit

enorm erleichtern. Während im UI-Mode

die Einstellwerte für Spannung und Strom

ohne zusätzliche digitale Regelung direkt

an die Schaltregler weitergegeben werden,

können im UIP-Modus (U/I-Mode mit

einstellbarer Leistungsbegrenzung) feste

Obergrenzen für Spannung, Strom und

Leistung eingegeben werden. Wird dabei

der eingestellte Maximalwert der Ausgangsleistung

erreicht, regelt das Gerät automatisch

die Spannung ab. Im UIR-Mode

dagegen hält das LAB/SMS seinen Innenwiderstand

auf dem eingestellten Wert - ein

Feature, das besonders für Invertertests

oder beim Test von Lasten mit hohem Anlaufstrom

interessant ist.

Mit dem Solarzellensimulations-Mode

PVsim bieten die DC-Quellen zusätzlich

auch die Möglichkeit, den Strom-/Spannungsverlauf

einer Solarzelle nachzubilden.

Dabei werden Leerlaufspannung, MPP-

Spannung, Kurzschlussstrom und MPP-

Strom (U o

, U mpp

, I k

, I mpp

) vorgegeben. Damit

lässt sich das Verhalten von Solarmodulen

exakt simulieren – eine Funktion, die für

den Test von Photovoltaik-Komponenten

wie Wechselrichtern oder Batterieladereglern

unerlässlich ist.

Für nutzerindividuelle Anwendungen

bietet das LAB/SMS überdies einen Script-

Mode. Hier erfolgt die Steuerung über ein

Script, das auf einer MMC- oder SD-Speicherkarte

ablegbar ist. Die DC-Quellen

können 18 verschiedene Befehle und Scripts

mit einer Länge bis 100 Befehlen verarbeiten.

Damit lassen sich zum Beispiel spezielle

Anlasskurven für 12, 24 und 42 V DC

, wie

sie bei Prüfanwendungen im Automotive-

Bereich häufig benötigt werden, problemlos

erstellen und per Knopfdruck aufrufen.

Für die Prüfdokumentation oder die

nachträglich Auswertung bietet das Gerät

auch eine Datenlog-Funktion, bei der die

Werte aller Parameter in einstellbaren Zeitabständen

auf der Speicherkarte gesichert

werden. Wird diese Funktion mit einer geeigneten

Script-Steuerung kombiniert, ist

so auch der Aufbau eines unabhängigen

Stand-Alone-Prüfplatzes möglich.

Brillantes Display

Das grafische Monochrom-Display des

LAB/SMS zeigt zusätzlich zu den aktuellen

Mess- und Einstellwerten auch die jeweilige

Ausgangskennlinie an. Selbst der aktuelle

Arbeitspunkt auf der Ausgangskennlinie

wird dargestellt, so dass der Anwender erkennen

kann, in welchem Zustand sich das

getestete Gerät gerade befindet.

Auch an der Sicherheit wurde nicht gespart,

denn um die angeschlossenen Komponenten

und das Gerät selbst vor Überlastungen

zu schützen, verfügt das LAB/SMS

über eine Voltage-Limit- und eine Current-

Limit-Funktion. Sie erlaubt es dem Anwender,

den maximal einstellbaren Bereich für

Spannung und Strom einzugrenzen. Die integrierte

Over Voltage Protection schaltet

dann das Gerät bei Überschreiten eines

eingestellten Grenzwertes sofort ab. (jj) ■

Der Autor: Dipl.-Ing. Eric Keim ist Geschäftsführer

der ET System electronic GmbH in Altlußheim.

OEM-Stromversorgung

Laborstromversorgung

Hochleistungsstromversorgung

Wir haben die Lösung -

Hochspannungs-Stromversorgung

Laserdiodentreiber

Elektronische Lasten

Bild: ET System electronic

www.elektronik-industrie.de

Die DC-Quelle

LAB/SMS mit 2

HE Bauhöhe und

10 kW Ausgangsleistung.

Schulz-Electronic GmbH

Dr.-Rudolf-Eberle-Straße 2

76534 Baden-Baden

Fon 07223.9636.30

Fax 07223.9636.90

vertrieb@schulz-electronic.de

www.schulz-electronic.de


Stromversorgungen

Bild: S.John - Fotolia.com

Smart Meter für das Smart Home

Internet-fähige Embedded-Designs rationalisieren

Die Ausrüstung für das Smart Grid zählt zu den vielen Anwendungen, die von einer schnelleren, reibungsloseren

Web-Server-Integration in Embedded-Designs profitieren würden. Mit der Mikrocontrollerserie TMPM369 vereint

Toshiba Electronics die Vorteile des ARM Cortex-M3 Core mit umfangreicher Peripherie für die Datenanbindung

und industrielle Steuerungen.

Autor: Roland Gehrmann

Das Konzept des intelligenten Stromnetzes (Smart Grid)

hat sich als Reaktion auf die weltweite Besorgnis über den

Klimawandel und die Nachhaltigkeit fossiler Brennstoffe

entwickelt. Auch die stetig steigenden Anforderungen an

das Stromnetz tragen dazu bei, da immer mehr elektrische und

elektronische Geräte zum Bestandteil unseres täglichen Lebens

werden.

Durch eine 2-Wege-Kommunikation zwischen den Stromversorgungsunternehmen

und den beim Endverbraucher vorhandenen

Einrichtungen, sind die Versorger mithilfe von Smart-Grid-

Anwendungen in der Lage, den Verbrauch besser zu verwalten.

Damit lässt sich ein übermäßiger Spitzenverbrauch verhindern

und ein nachhaltiger Verbrauch über einen längeren Zeitraum fördern.

Eine wichtige Funktion ist beispielsweise die Tarifanpassung,

38 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Stromversorgungen

Bilder: Toshiba Electronics

Bild 2:

Strategie für

das Request-

Handling.

Bild 1: Der embOS/IP Web-Server Protokoll-Stack.

damit Geräte beim Endverbraucher weniger dringliche Aufgaben

in Zeiten mit geringerem Energiebedarf erledigen können. Intelligente

Geräte nutzen somit stets den kostengünstigsten Strom, was

Geld einspart und eine effiziente und wirtschaftliche Nutzung der

erzeugten Energie garantiert.

Auf einen Blick

Mikrocontroller als Plattform für stromsparende

Smart Meter

ARM Cortex-M3-Mikrocontroller bieten eine ideale Plattform für

stromsparende, hochleistungsfähige Embedded-Systeme wie Smart

Meter. Internet-Anbindung ist heute eine wichtige Voraussetzung für

jede Anwendung, die sich „smart” (intelligent) nennen will. Umfangreiche

Unterstützung bei der Integration des Web-Servers ist daher

eine wichtige Voraussetzung für Entwickler, die eine optimale Plattform

für neue Smart-Designs bereitstellen wollen.

infoDIREKT www.all-electronics.de

599ei0312

Das Smart Grid zur Realität machen

Der Übergang von herkömmlichen Netz-Infrastrukturen und

Geräten hin zu einem Smart-Modell ist ein erheblicher Aufwand,

der die landesweite Aufrüstung gewöhnlicher Stromzähler auf

neue Smart Meter erfordert. Diese sind dann imstande, Daten

mit dem Versorgungsunternehmen auszutauschen, Daten wie

zum Beispiel Tarifinformationen zu speichern und die Stromversorgung

für Geräte vor Ort beim Endanwender zu steuern. Die

Geräte selbst müssen auch aufgerüstet werden, um auf Ein-/Aus-

Befehle des Smart Meters reagieren zu können. Hier ergeben sich

also zahlreiche Möglichkeiten für Embedded-Systeme, die eine

intelligentere Nutzung von Energie im Haushalt der Zukunft ermöglichen.

Obwohl die genaue elektronische Messung des Stromverbrauches

heute längst etabliert ist, sind die Ansätze zur Umsetzung intelligenter

Funktionen weniger ausgereift und entwickeln sich

schnell weiter. Die Funktionen und das Design von Smart Metern

ändern sich schnell, sobald der Markt die Anforderungen und die

beste Möglichkeit, diese umzusetzen, neu festlegt. Zu den wichtigen

Funktionen, die sich mittlerweile etabliert haben, zählen eine

äußerst stromsparende Plattform sowie verschiedene Möglichkeiten

der Datenanbindung, die erforderlich ist, um mit dem Versorgungsunternehmen

in Kontakt zu treten. Dies geschieht meist über

die Netzleitung (Powerline) oder über eine Funkverbindung. Hinzu

kommen die Anbindung von Endgeräten im Haushalt und der

Support für eine Internet-basierte Kommunikation, mit der Verbraucher

ihr Haus bzw. ihre Wohnung und entsprechende Geräte

aus der Ferne, zum Beispiel über ein Smartphone oder über einen

PC steuern können.

Als Gateway zwischen dem Energieversorger, angebundenen

Geräte und dem Hausbesitzer kann das Smart Meter zur Vision

eines komfortablen, fernbedienbaren Hauses beitragen. Der Besitzer

kann dann die Heizung, das Licht, Sicherheitseinrichtungen

und andere Komfortfunktionen von überall aus über das Internet

ansteuern.

Das komplette Stromversorgungsprogramm

Programmierbare Labor- und Hochleistungsnetzgeräte

• Leistungen 640W bis 150kW

• Spannungen 0...32V bis 1500V DC

• Ströme 0...10A bis 5100A

• μ-Prozessor gesteuert

• Für Photovoltaik und E-Vehicle Anwendungen

• PV Array Simulation (Für MPPT Test, run-in Test)

• Li- Batterieladung, Li-Batteriesimulation

• Flexible Ausgangsstufe

• Speicherbare Gerätekonfiguration

• Integrierte Sequenz-Funktion

• Innenwiderstandsregelung optional

• Kombinierte Quellen- und Lastschränke

• Tischversion, 19“-Einschub und 19“ Schranksysteme 42HE

• Schnittstellen: Analog / CAN / IEEE / Ethernet / RS232 / USB

• Bedienersoftware

Programmierbare Elektronische DC-Lasten

• Leistungen 400W bis 100kW

• Spannungen 0...80V bis 750V DC

• Ströme 0...25A bis 600A

• μ-Prozessor gesteuert

• Betriebsmodi CC+CV+CP+CR

• Alle Werte gleichzeitig im Display

• Für automatische Prüfsysteme

• Luft- oder wassergekühlt

• Für PV Arrays bis 750V

• Für Lithium (E-Vehicle) und Ultracap Entladung

• Dynamische Testfunktionen, Batterietestfunktion

• Kombinierte Quellen- und Lastschränke

• Tischversion, 19“-Einschub und 19“ Schranksysteme 42HE

• Schnittstellen: Analog / CAN / IEEE / Ethernet / RS232 / USB

• Bedienersoftware

EA Elektro-Automatik GmbH & Co. KG Helmholtzstr. 31- 33 D-41747 Viersen Tel: +49 (0) 21 62 / 37 85 -0 Fax: +49 (0) 21 62 / 1 62 30

ea1974@elektroautomatik.de www.elektroautomatik.de


Stromversorgungen

Bild 3, links: Systemstatus-Information, die über eine Internetverbindung

gesammelt wurden.

Bild 4, oben: Das Starterkit beschleunigt die Markteinführung.

Die Grundlage des Smart Meters

Heute gibt es eine Vielzahl von Mikrocontrollern, die den Standard-Prozessor-Core

ARM Cortex-M3 mit Ethernet- und USB-

Schnittstellen und der Möglichkeit kombinieren, ein externes

Funk- oder Powerline-Modem anzuschließen. Solche Bausteine

sind ideal für fortschrittliche Stromzähler und lassen sich auch in

verschiedenen Sensor- und Steuerungsanwendungen einsetzen.

Die Integration einer Internet-Anbindung kann allerdings etwas

komplex sein. Obwohl der Mikrocontroller die notwendigen

Hardware-Funktionen bietet, wie zum Beispiel einen 10/100/1000

Ethernet-Controller, muss der Entwickler die Web-Server-Software

eigenständig integrieren. Die Wahl der geeigneten Software

kann komplex und verwirrend sein und erfordert den Vergleich

vieler unterschiedlicher Angebote von Drittanbietern. Die Leistungsfähigkeit

und Qualität des Endergebnisses hängt dann von

einer zufriedenstellenden Interaktion zwischen dem Web-Server,

dem Mikrocontroller und seinem Betriebssystem ab.

Mit der TMPM369-Serie vereint Toshiba Electronics die Vorteile

des ARM Cortex-M3 Core mit umfangreicher Peripherie für die

Datenanbindung und industrielle Steuerungen, wie zum Beispiel

CAN2.0B, 10/100 Ethernet und USB, mehrere A/D- und D/A-

Wandler-Kanäle und präzise Timer. Toshibas integrierter Oscillation

Frequency Detector (OFD) in Hardware-Ausführung garantiert,

dass Haushaltsgeräte den obligatorischen Sicherheitsstandard

IEC 60730 (Klasse B) erfüllen. Entwickler können eine Internet-

Anbindung für Geräte wie Smart Meter als auch für industrielle

Steuerungen und Datennetzwerk-Einrichtungen schnell implementieren,

indem sie Toshibas Entwicklungs-Umgebung nutzen,

das eine einfache und effiziente Integration eines Web-Servers auf

einem Mikrocontroller ermöglicht.

Für dieses System arbeitet Toshiba mit dem Tool-Anbieter Atollic

und dem Embedded-Software-Spezialisten Segger zusammen.

Seggers embOS/IP Web-Server ist ein CPU-unabhängiger TCP/

IP- und HTTP-Stack, der in das Betriebssystem embOS integriert

ist. Der Stack ist so optimiert, dass er in einer kostengünstigen

Embedded-Umgebung effizient arbeitet. Er nimmt nur wenig Speicherplatz

ein, weist eine einfache Treiberstruktur auf und bietet

eine API, über die sich Applikationen mit Standard-C-Socket-Bibliothek

einfach portieren lassen.

Optimierte Embedded Web-Server

Der embOS/IP Web-Server bietet Transport-, Netzwerk- und

Link-Layer-Protokolle, die das HTML-Protokoll auf Anwendungsebene

unterstützen (Bild 1). Der Stack lässt sich auch für zusätzliche

Anwendungen erweitern, indem andere Applikations-Layer-

Protokolle wie FTP und SMTP hinzugefügt werden.

Der Web-Server ermöglicht es einem Embedded-System wie

beispielsweise einem Smart Meter, Webseiten mit dynamisch generierten

Inhalten darzustellen. Er bietet eine Common Gateway Interface

(CGI) Anbindung und unterstützt alle Funktionen, die von

einem Embedded-System benötigt werden, u.a. mehrere Verbindungen,

Authentifizierung und Formulare. Ein wesentlicher Vorteil

für Embedded-Lösungen ist deren geringe RAM-Nutzung, was

durch intelligentes Buffer-Handling erreicht wird. Entwickler können

damit die Gesamtgröße, die Kosten und den Stromverbrauch

der Lösung minimieren. Der Web-Server HTML-Stack kann mit

jedem RFC-konformen TCP/IP-Stack verwendet werden.

Bild 2 beschreibt die Strategie des Web-Servers für das Handling

von HTTP-Anfragen (Requests). Eine übergeordnete Task wartet

auf eine eingehende Verbindung und weist die Anfrage auf eine

untergeordnete Task zu. Bei jedem Empfang einer Anfrage extrahiert

der Web-Server die Parameter für das Handling der Webseite

und leitet Befehle an die Benutzeranwendung weiter. Der Screenshot

in Bild 3 zeigt, wie der Web-Server zur Ausgabe von Systeminformationen

verwendet werden kann.

Markteinführung

Das optimierte System umfasst Mikrocontroller; einen effizienten

Embedded-Web-Server sowie Entwicklungs-, Code-Analyse- und

Testautomatisierungs-Tools in Atollics True Studio, True Analyzer

und True Inspector. Damit vereinfacht und beschleunigt sich die

Entwicklung vernetzter Smart Devices. Eine weitere Hilfe bei der

Entwicklungsarbeit bietet das Starterkit (STK) in Bild 4. Mit dieser

Plattform kann die Softwareentwicklung praktisch sofort beginnen.

Als fertig einsetzbare Hardware unterstützt das Kit die Entwicklung

verschiedener Embedded-Anwendungen und bietet

zahlreiche Anwenderschnittstellen, eine Motorsteuerungsschnittstelle

sowie Standard-Datenanbindung.

Durch die Vereinigung dieser Ressourcen wird eine Entlastung

der Entwickler bei der Auswahl, Integration und Optimierung eines

Embedded Web-Servers für die Kommunikation von Smart

Metern über das Internet erreicht. (jj)

n

Der Autor: Roland Gehrmann ist Manager Consumer and Industrial IC

Marketing bei Toshiba Electronics.

40 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


VTT-Busabschlussregler

Alternative zu DDR-Power-Lösungen

Stromversorgungen

EFFICIENT

POWER

SUPPLIES

von

Bilder:Enpirion

Der Anbieter von integrierten Power Management

IC-Lösungen, Enpirion, hat ein

weiteres Mitglied seines Power IC-Portfolios

für DDR-Busabschluss-Regler auf den

Markt gebracht. Der Enpirion EV1320 ist

als Stromquelle und -senke für Dauerströme

bis 2 A ausgelegt. Mit einem Wirkungsgrad

von bis zu 96 % ermöglicht der DDR-

Busabschluss-Regler Leistungseinsparungen

von 1,4 W gegenüber einer traditionellen

Lösung, die auf Low-Drop-Out-Reglern

(LDO) basiert, bei vergleichbar niedrigen

Kosten und geringer Grundfläche.

Der VTT-Regler EV1320 akzeptiert eine

Eingangsspannung von 0,95 bis 1,8 V. Das

Bauteil ist verfügbar in einem 3 mm x 3

mm x 0,55 mm hohen QFN-Gehäuse und

benötigt für die gesamte Lösung nur 80

mm 2 Platz auf der Leiterplatte. Mehrere

Bauteile können parallel betrieben werden,

um hocheffiziente, kosten- und platzsparende

Lösungen für Anwendungen zu liefern,

die große DDR-Speicherergänzungen

verwenden.

„Jede Generation von elektronischen

Produkten trägt neue Merkmale, Funktionen

und Rechenressourcen bei, die wiederum

das Anwachsen der DDR-Speicherkapazität

antreiben bis zum dem Punkt, an dem

die Speicher-Terminierungsleistung entscheidend

wird”, sagte Mark Cieri, Director,

Business Development and Marketing, Enpirion.

„Der EV1320 versetzt Designer in

die Lage, den Leistungsverbrauch des Speicher-Subsystems

bedeutend zu reduzieren,

ohne auf teurere und größere Spannungsregler-basierte

Optionen für die DDR-Terminierung

ausweichen zu müssen.”

www.elektronik-industrie.de

Einsatz des Speicherbusabschlussreglers VTT

EV1320.

Die maßgeschneiderte VTT-Regler-Lösung

EV1320 entspricht den JEDEC-Spezifikationen

für DDR2/DDR3/QDR sowie

Low-Power DDR3/DDR4 VTT-Anwendungen.

Nachfolgend sind spezifische Herausforderungen

zusammengefasst, der sich

Designer bei der Implementierung von Lösungen

der DDR-Terminierungsleistung

gegenübersehen und wie das Bauelement

helfen kann, diesen Herausforderungen zu

begegnen.

Die Power-Management-Lösungen erzielen

eine MTBF von 21.800 Jahren. Die

Bauteile sind für den industriellen Einsatz

ausgelegt und haben bis +85 °C Umgebungstemperatur

kein Derating. Die Power

SoCs sind als komplettes Power-System

spezifiziert, simuliert, charakterisiert, geprüft

und in der Fertigung getestet. Wie

alle Enpirion SoCs erfordert der EV1320

weniger Designschritte mit einer deutlich

geringeren Zahl an Entwurfszyklen im

Vergleich zu diskreten Schaltreglern. Des

Weiteren stehen geprüfte Gerber-Files zur

Verfügung. (jj)

n

infoDIREKT

587ei0312

Die Bauhöhe des

Busabschluss-

Reglers EV1320

von nur 0,55 mm

ermöglicht auch

die Befestigung

auf der

Leiterplattenunterseite.

• DC/DC-Wandler

• medizinische

Netzteile

Distributed by

Lechwiesenstr. 9 · 86899 Landsberg/Lech

Telefon 08191-911 720

cincon@fortecag.de · www.fortecag.de

PowerSolutions

for industrial and medical systems

Industrial

24/7-Betrieb

ECO 80Plus

3 Jahre Garantie

Medical

Lüfterlos

EN60601-1 3rd

3 Jahre Garantie

DC-USV

IP67-Rugged

-30…+70 °C

3 Jahre Garantie

Bicker Elektronik GmbH

Telefon +49-906-70595-0

www.bicker.de


Stromversorgungen

Neue Produkte

Power-Brick-Ausführung

60 W AC/DC-Stromversorgungen

Optimiertes Regelverhalten

1 W DC/DC-Wandler

Bild: Micro Power Direct/Compumess

Die Netzteile der Familie MPM-

60PB werden von Micro Power

Direct (Vertrieb: Compumess) als

Power-Brick-Ausführung angeboten,

weil die insgesamt sechs

Schaltregler trotz 60 W Aus-

gangsleistung in einem kompakten

und zugleich robusten Plastikgehäuse

der Größe 10,9 cm x

5,85 cm x 1,18 cm mit Industrie-

Pin-Out untergebracht sind. Sie

erfüllen EN 60950, die Filterung

erfolgt standardmäßig nach EN

55022, Klasse B. Am Eingang

können Wechselspannungen von

85 bis 265 V anliegen, an den

Einfach-Ausgängen stehen je

nach Version die geregelten

Gleichspannungen 5, 9, 12, 15,

24 oder 48 V zur Verfügung.

infoDIREKT

579ei0312

Bild: Tracepower

Das umfangreiche DC/DC-Konverter-Programm

von Tracopower

wurde um zwei 1 W-Serien mit

Industriestandard-Pinning erweitert.

Diese Baureihen verfügen

über eine E/A-Isolationsspannung

von 1000 (Serie TRA-1), bzw.

3000 V DC (Serie TRV-1) und sind

nach UL/IEC/EN 60950-1 spezifiziert.

Verglichen mit ungeregelten

DC/DC-Wandlern bieten sie eine

wesentlich verbesserte Ausgangsstabilisierung

bei wechselnden

Lasten. Die Eingangsspannungen

reichen von 5 bis 24

V DC. Es sind geregelte Ausgangsspannungen

mit 5, 9, 12, 15, ±5,

±12 und ±15 V DC verfügbar. Bei

einem Wirkungsgrad von 89 % ist

ein Betrieb von -40...+85 °C ohne

Derating möglich.

infoDIREKT

584ei0312

Jetzt auch mit GPIB und Analog-Schnittstelle

Labornetzgeräte

Ladeschaltung ist integriert

11,1 V/2,6 Ah Batterie-Pack

Bild: TTi/Telemeter

Die Labornetzgeräte der Serie

PL von TTi (Vertrieb: Telemeter

Electronic) ist bereits seit einem

Jahr auf dem Markt und jetzt

erweitert und verbessert worden.

Die Labornetzgeräte bieten

jetzt noch mehr Möglichkeiten,

sie in automatische Prozesse

einzubinden. Die Schnittstellen

RS-232, USB und LAN werden

nun um die GPIB- und Analog-

Schnittstelle erweitert. Durch

die kompakten Abmessungen

ist es möglich, 4 Netzgeräte mit

3 HE in einem 19“-Einschub zu

verwenden.

infoDIREKT

583ei0312

Bild: Globtek

Das Batterie-Pack GS-1907 von

Globtek besteht aus drei Li-Ion-

Zellen des Herstellers Samsung in

3S-1P-Konfiguration und liefert

28,86 Wh (2,6 Ah). Es enthält eine

Batterieladeschaltung, spezielle

Sicherheitsschaltungen und kann

standalone Power von Globteks

externer 18 V DC-Stromversorgung

GT-41062 beziehen. Das

Batteriepack ist kompatibel zu

UL1642, UL 2054, UN38.3 und

CE-Standards. Kundenspezifische

Anpassungen inklusive Steckverbinder,

Kunststoff-Gehäuse und

Zellen-Konfigurationen sowie Made

in USA-Optionen auf Anfrage.

infoDIREKT

581ei0312

Für Windenergieanlagen

100 bis 450 V DC-Eingang

Kleiner Formfaktor

2000 W DC-Ausgangsleistung

Bild: MTM Power

Für den Einsatz in Windenergieanlagen

hat MTM Power den wartungsfreien

Gleichspannungswandler

PCMDS150 350 S24 UK

entwickelt. Der Wandler wird direkt

aus dem batteriegestützten

Gleichspannungsnetz in Windenergieanlagen

versorgt. Sein

weiter Eingangspannungsbereich

von 100...450 V DC ermöglicht

dabei eine optimale Ausnutzung

der vorhandenen Batteriekapazität.

Die Elektronik ist durch thermoselektiven

Vakuumverguss

vollständig gekapselt. Der Wandler

arbeitet nach dem Push-Pull-

Prinzip; eine Remote-Control-

Funktion ermöglicht das Schalten

des Wandlers in einen energiesparenden

Stand-by-Modus. Die

Ausgangspannung von 24 V (6,25

A) wird überwacht und lässt sich

über einen potentialfreien Power-

Good-Kontakt extern auswerten.

Die Wandler sind permanent leerlauf-

und kurzschlussfest.

infoDIREKT

578ei0312

Bild: Mean Well/Emtron

Mean Well (Vertrieb: Emtron electronic)

hat das Angebot im Hochwattbereich

weiter ausgebaut.

Das RSP-2000 ist eine Stromversorgung

mit einer Einbauhöhe von

1U und einer Ausgangsleistung

von 2000 W. Im Produktportfolio

rundet es das Sortiment von AC/

DC-Netzteilen in geschlossener

Bauweise mit Parallel-Funktion

und PFC ab. Die volle Ausgangsleistung

steht bis zu einer Umgebungstemperatur

von 50 °C zur

Verfügung. Über eine Trimm-

Funktion mit besonders weitem

Einstellbereich lässt sich die Ausgangsspannung

zwischen 40 und

115 % des Nennwerts justieren

(für 12 V Ausgangsspannung: 60

bis 115 %). Gesteuert wird der

Ausgang dabei über eine Steuerspannung

zwischen 1 und 4,7 V.

Für den Anwender ergibt sich aus

diesem großen Regelbereich eine

außerordentlich hohe Flexibilität

bei ihrer Systemauslegung.

infoDIREKT

582ei0312

42 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Stromversorgungen

Neue Produkte

Erweiterter Temperaturbereich

Robuste DC-USV mit IP67

Im 2HE-Format 400 W Ausgangsleistung

Programmierbare Labornetzteile

Bild: Bicker Elektronik

Die DC-USV UPSI-2402-IP-CY von

Bicker Elektronik stellt die zuverlässige

DC-Spannungsversorgung

von 24-V-Verbrauchern sicher.

Das Aluminiumgehäuse enthält

die komplette DC-USV-Elektronik

und die besonders langlebigen

Cyclon-Batteriepacks, welche einen

Betriebstemperaturbereich

von -30...+70 °C ermöglichen.

Zudem ist die DC-USV staub- und

wasserdicht nach Schutzart IP67.

Das µC-gesteuerte Gerät ist für

eine Eingangsspannung von 24 V

DC (22,5 bis 30 V) bei 5 A ausgelegt

und liefert im Normalbetrieb

eine Ausgangsspannung, die ca.

0,5 V unterhalb der Eingangsspannung

liegt. Im Batteriebetrieb

stellen die wartungsfreien Longlife-Batteriezellen

eine Ausgangsspannung

von etwa 19 bis 29 V C

zur Verfügung. Mit Hilfe der integrierten

Kommunikationsschnitt-

stelle und der optional erhältlichen

USV-Management-Software

RUPS2000-B1 kann ein angeschlossenes

PC-System anschließend

kontrolliert heruntergefahren

werden. Sollte die

Netzspannung während der eingeleiteten

Shutdown-Phase zurückkehren,

sorgt die Reboot-

Funktion der DC-USV dafür, dass

nach 10 s der PC automatisch

wieder gestartet wird. Die Betriebssicherheit

gewährleisten

Schutzfunktionen wie Tiefentladeschutz

(19 V DC, ±2 %), Überlastschutz

am Ausgang (10 A für

2 s mit Abschaltung) und Kurzschluss-Schutz.

Im abgedichteten

Gehäuse verhindert ein

Druckausgleichselement mit

Membranfolie die Entstehung

von Kondenswasser.

infoDIREKT 580ei0312

Bild: TDK-Lambda

Mit Z+ hat TDK-Lambda programmierbare

Labornetzteile im

2HE-Format auf den Markt gebracht.

Das erste Gerät ist das

Z+400 mit 400 W Ausgangsleistung

bei Ausgangsspannungen

bis 100 V DC und Ausgangsströmen

bis 75 A; weitere Geräte mit

200, 600 und 800 W in derselben

Gerätegröße folgen in den nächsten

Monaten. Das Z+400 ist nur

70 mm breit, so dass bis zu 6

Netzteile nebeneinander in ein

19“-Rack passen. Für den Einsatz

als Tischgerät stehen Optionen

wie frontseitige Laborbuchsen

und Doppelgehäuse zur Verfügung.

Die Z+-Netzteile besit-

zen auch einen Generator für

beliebige Funktionskurven, der

bis zu sechs vorprogrammierte

Funktionen speichern kann. Außerdem

verfügen sie über eine

schnelle Kommandoverarbeitung

und bieten Ausgangssequenzierung

und zwei programmierbare

Ausgangs-Pins. Die Z+400-Reihe

arbeitet wahlweise als Konstantstrom-

oder Konstantspannungsquelle

und hat einen Weitbereichseingang

85...265 V AC

mit aktiver PFC, Lüfter mit variabler

Geschwindigkeit sowie viele

Sicherheitsfunktionen. Des Weiteren

sind USB-, RS-232- und

RS-485-Schnittstellen standardmäßig.

Optional ist das

GPIB-Interface, es entspricht

IEEE-488.2 SCPI

und ist multidrop-fähig;

Treiber für LabVIEW und

LabWindows stehen zur

Verfügung. Die optionale

isolierte analoge Steuerung

und Überwachung

erfolgt wahlweise über

0...5 V-, 0...10 V- oder

4...20 mA-Steuersignale.

Auch eine LAN-Schnittstelle

gemäß LXI-C ist

erhältlich.

infoDIREKT 577ei0312

Der Kopf sagt ja

Und der Bauch? Das Vertrauen von Kunden in aller Welt gibt uns das sichere Gefühl, den richtigen Weg

zu gehen. Wir kennen die Dynamik der Märkte und reagieren auf ihre besonderen Herausforderungen mit

der optimalen kundenspezifischen Lösung. Innovative Stromversorgungen mit dem Optimum an Energieeffizienz,

Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit machen uns zum gefragten Partner.

Gebrüder Frei GmbH & Co. 72461 Albstadt Telefon +49 7432 202-111 info-sv@frei.de www.frei.de


Embedded-Systeme

WLAN, die alternative Verkabelung

Funktionelle Eigenschaften: WLAN-Module und deren Inbetriebnahme

Schaut man sich die diversen WLAN-Module der Hersteller an, dann stellt man fest, dass diese sich eigentlich,

was die funktionellen Eigenschaften angeht, nur unwesentlich voneinander unterscheiden. Der Beitrag betrachtet

die diversen Möglichkeiten anhand des Portfolios des koreanischen Herstellers Wiznet sowie deren

Inbetriebnahme.

Autor: Klaus Vogel

Internetzugang im privaten Haushalt wird von vielen heute als

selbstverständlich angesehen. Geht man weiter davon aus, daß

es sich bei der Mehrzahl der Installationen um solche handelt,

bei denen beim Bau nicht gleich ein CAT5-Kabel verlegt wurde

und eine Verbindung vom Rechner zum Router räumlich getrennt

und somit schlecht mit Kabel zu realisieren war, kam eigentlich

nur noch eine drahlose, also Wireless-Lösung in Betracht.

Aus diesem Ansatz heraus denken viele beim Begriff WLAN sofort

an ihren heimischen Internetzugang, sprich irgendeine Box,

die irgendwo im Keller an der Decke hängt. Wer schon einmal mit

seinem Laptop mit einem geeigneten Netzwerkanalyseprogramm

– das gibts im Internet zum Runterladen – um den Häuserblock

gezogen ist, war sicherlich erstaunt, wieviele Netzwerkkennungen,

mit zum Teil phantasiereichen Namen oder aber auch solchen, die

eindeutige Hinweise auf den betreibenden Nachbarn geben, zu finden

sind.

Solch ein Programm zeigt aber auch sehr gut auf, wo die Grenzen

oder vielleicht auch Schwächen liegen. Technisch bedingt, liegen

die erzielbaren Reichweiten im wahrsten Sinne des Wortes im

überschaubaren Bereich.

WLAN wird durch den IEEE 802.11.a-g bzw. n beschrieben, wobei

der Buchstabe am Ende die mögliche Datenübertragungsrate

kennzeichnet. Als Übertragungsfrequenz dienen 2,4 GHz. Bei dieser

sehr kurzwelligen Frequenz ist eine quasi optische Sichtverbindung

hilfreich. Dicke Wände, möglicherweise mit viel Eisenarmierung

oder größere Gegenstände können die Übertragung stark

einschränken, was sich in kurzen überbrückbaren Distanzen und

einem geringen Datendurchsatz niederschlägt.

Abgesehen vom weit verbreiteten kabellosen Internetzugang,

nimmt die Zahl der Anwendungen immer mehr zu. Prinzipell

kann man im ersten Ansatz alles, was mal mit Kabel und irgendeinem

Stecker miteinander verbunden war, wireless verbinden, sofern

es funktionell und auch von den Kosten Sinn macht.

Anwendungskonzepte, an denen heute bereits entwickelt wird,

reichen vom Diagnosesystem im Kfz, welches beim Einfahren in

die Werkstatthalle über WLAN zum stationären System in der

Halle Kontakt aufnimmt, um die gespeicherten Erkenntnisse, wie

Störfälle oder andere für den Service wichtige Daten zu übermitteln.

Des Weiteren sind die gelegentlich anfallenden Software-Updates

über diesen Link herunterladbar.

Bild: lassedesignen - Fotolia.com

44 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

Bild 4: Einsatz als Gateway.

Bild 2: Startseite in der Browser-Konfigurationsansicht.

Bild 5: Einsatz als Client.

Bild 1: WIZ6000-Modul als Komplettgerät

im Gehäuse mit Dipolantenne.

Bild 3: Konfigurationstool.

alle Bilder: Wiznet/Acal BFI

Bild 6: AT-Komandos zur

Konfiguration als Device

Server.

Ein anderes Szeanrio kann in der Notwendigkeit bestehen, bereits

installierte Fertigungssteuerungen, die seit Jahren installiert

sind, nachzurüsten und zu vernetzen; erfolgt diese Nachrüstung

drahtlos, entfällt eine möglicherweise schwierige und aufwändige

Verkabelung.

Gateway-Modul

Das WIZ610wi ist ein Gateway-Modul und verfügt über eine

Bridge von seriell RS-232 oder Ethernet zu IEEE-802.11 b/g drahtloser

Kommunikation. Damit ist es möglich, Geräte mit RS-232

oder Ethernet-Anschluss zu einem drahtlosen Netzwerk zusammenzufügen

und beispielsweise Fernwartung, Überwachung oder

Systemmanagementaufgaben zu bewältigen. Das Modul kann außer

als Gateway auch als Access Point oder Client konfiguriert und

eingesetzt werden. Um die Kommunikation gegen An- und Eingriffe

zu schützen, werden 64/128 Bit WEP, WPA und WPA2 (AES)

unterstützt. Als Datendurchsatz stehen maximal 25 Mbit/s zur

Verfügung und mit Abmessungen von 39 x 32 x 4,7 mm 3 eignet es

sich recht gut, um bestehende Systeme aufzurüsten. Basierend auf

diesem Modul steht auch eine Komplettlösung im Gehäuse mit allen

Anschlüssen und Netzteil zur Verfügung, das über entsprechende

Flansche, wo immer nötig, montiert werden kann (Bild 1).

Die Inbetriebnahme erfolgt relativ einfach über einen Browser

(Bild 2). Über die Default IP-Adresse und das Admin Login-Fenster

gelangt man direkt in die Konfigurationsoberfläche. Hier kann

der Betriebsmodus Client, Gateway oder Access Point und die Sicherheitseinstellungen

wie WEP, WPA, bzw. WPA2 vorgenommen

und der Schlüssel festgelegt werden. Festlegung der IP-Adresse

oder ob DHCP-Modus ist selbstverständlich ebenfalls, wie weitere,

vom heimischen Router bekannte Einstellmöglichkeiten, gegeben.

Genau Auskunft gibt hier das User Manual zum WIZ610wi.

Abgesehen von der Browser-Methode stellt Wiznet ein Konfigurationsprogramm

auf der Wiznet-Homepage zur Verfügung, über

welches das Modul ebenfalls konfiguriert werden kann. Hierzu

wird das Modul über Ethernet- und RS-232-Kabel mit dem PC

verbunden. Über den dargestellten Screen (Bild 3) können die un-

Auf einen Blick

Wider dem Kabelsalat

Der Beitrag betrachtet die diversen Möglichkeiten von WLAN-Modulen

anhand des Portfolios des koreanischen Herstellers Wiznet sowie

deren Inbetriebnahme. Je nach Anwendungsfall stehen Module unterschiedlicher

Größenordnung, was die Leistungsfähigkeit und Ausstattung

angeht, zur Verfügung.

infoDIREKT www.all-electronics.de

593ei0312

The PCB

Design Revolution

CR-8000

Die weltweit erste Multiboard PCB-Design-Lösung auf Systemebene

View

the video

Three dimensions Two hands One environment

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 45

Für weitere Informationen besuchen Sie uns unter: zuken.com/revolution-cr8000


Embedded-Systeme

Bild 7a: Buchse Bild 7b: Lötanschluss Bild 7c: Chipantenne

terschiedlichen Konfigurationen eingestellt und Tests durchgeführt

werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, einen Test

einer Umsetzung von seriell auf wireless durchzuführen, wobei

hierbei allerdings nicht die Funkstrecke, sondern nur die korrekte

Umsetzung getestet wird.

Praktische Randfunktion dieses Tools ist die Möglichkeit, über

den Search-Mechanismus ein Modul zu erkennen, dessen IP-Adresse

nicht bekannnt ist, um sich dann anschließend über das

Browser Admin-Fenster einzuloggen.

Die Bilder 4 und 5 zeigen zwei grundsätzliche Einsatzarten, einmal

als Gateway und einmal als Client. Geht es darum Fertigungsmaschinen

nachträglich zu vernetzen, ohne das Kabel verlegt werden

sollen, führt der Einsatz eines Moduls als Client konfiguriert

über RS-232 mit der Maschine verbunden, schnell zum Ziel.

Client-Anbindung mit Wiz Fi 210/220

Geht es darum, Client-Anbindungen zu realisieren, steht von Wiznet

mit der Serie Wiz Fi 2xx eine weitere Modulreihe zur Verfügung.

Der Hauptunterschied besteht in der Baugröße, der Ausgangsleistung,

einer anderen Wahlmöglichkeit bei den Schnittstellen

und der kleineren Übertragungsrate. Die Grundidee besteht

darin, über eine serielle Schnittstelle Wi-Fi-Anbindung zu einem

bestehenden System herzustellen. Hierzu wird die Firmware der

µC-Zielapplikation minimal angepasst, um über einfache AT-

Kommandos das Modul zu konfigurieren.

Als Betriebsart stehen DHCP oder statische IP-Adresse, TCP

oder UDP, Server oder Client-Betrieb zur Verfügung. Ein implementiertes

dynamisches Powermanagement ermöglicht eine Optimierung

des Leistungsverbrauchs. Ein Betrieb als Access Point im

802.11 b/g/n Standard ist mit Datenraten von 11 Mbit/s nach

802.11 b möglich. Als Sicherheitsstandard kann auf WEP, WPA,

WPA2-PSK zurückgegriffen werden.

Bild 8: So sieht es

beim Autor in der

Umgebung aus,

die letzte Zeile

zeigt das

Wiznet-Modul,

davor steht ein

üblicher Repeater.

Die Konfiguration erfolgt über seriell übertragene AT-Kommandos.

Bild 6 zeigt auf, wie die AT-Strings aufgebaut sind, um beispielsweise

einen Betrieb als Server in einem bestehenden Netz (SSID ->

WizFiDemoAP), mit Verschlüsselung aufzusetzen. Um die Erstellung

solch eines Skriptes zu vereinfachen, stellt Wiznet ein Tool zur

Verfügung, mit welchem das Modul schrittweise konfiguriert bzw.

ein lauffähiges Skript generiert werden kann. Das Modul steht in

zwei Grundversionen, mit und ohne Booster, zur Verfügung.

Mit einem Speicherkommando lassen sich zwei verschiedene

Konfigurationen in einem nichtflüchtigen Speicher ablegen. Über

ein AT-Kommando kann solch eine Konfiguration geladen werden,

wobei es möglich ist, zwischen zwei verschiedenen Betriebsarten

umzuschalten. Über das Batteriemanagement lässt sich per Kommando

die Leistungsaufnahme reduzieren. Dazu gehört auch die

Möglichkeit die Ausgangsleistung zu verringern. Eine weitere Option

besteht in der Wahlmöglichkeit der Antenne bzw. des Antennenanschlusses.

Die Verbindung zu einer externen Antenne wird

über eine Buchse, Bild 7a, oder Lötanschluss, Bild 7b, hergestellt.

Alternativ dazu gibt es eine Modulvariante mit Onboard-Chipantenne

(Bild 7c). Diese baulichen Unterschiede werden in unterschiedlichen

Partnummern dargestellt.

Technisch bedingt, hängen die zu erzielenden Ergebnisse sehr

stark von den HF-Bedingungen ab. Um sich hierüber einen Eindruck

zu verschaffen, stehen im Internet, wie schon erwähnt, Tools

zur Verfügung, die es erlauben, in Reichweite befindliche Wireless-

Netwerke darzustellen. Mit solch einem Tool lassen sich aber auch

sehr gut Untersuchungen bezüglich der empfangenen Feldstärken

durchführen und somit optimalere Montageplätze finden.

Bei Tests wurde mit den Wiz Fi 2xx-Modulen über eine freie

Sichtverbindung, je nach Antennenart, zwischen 200 und 600 m

Reichweite erzielt. Bild 8 gibt einen Überblick darüber, wie es beim

Autor in der näheren Nachbarschaft aussieht. Bei der letzten Zeile

handelt es sich um das Wiznet-Modul, das hier ohne Verschlüsselung

stand alone ohne angeschlossenes System lief. Bei den Messungen

wurde ein Wiz Fi 220 mit Chipantenne herangezogen. Bei

den beiden Pegelbildern Bild 9 handelt es sich oben um das Wiznet-Modul

und unten um einen handelsüblichen Repeater. Bei einem

Abstand von ca. 3 m kommen beide mit etwa -50 dBm Signal/

Noise am Laptop an (Thinkpad).

Um dem Entwickler einen einfachen Einstieg zu ermöglichen,

sind für das WIZ610wi und die WizFi2xx-Module Evaluierungsboards

erhältlich. Bild 10 zeigt ein Evalboard für das Wiz Fi2xx-

Modul.

Ausblick

Wie dargestellt, unterstützt das WIZ610, da es schon einige Jahre

am Markt ist, noch kein 802.11 n. Diesem Umstand wird in Bälde

mit einem neuen Modul WIZ630 Rechnung getragen werden, das

im Sommer 2012 auf den Markt kommen wird. (jj)

n

Links, Bild 9: Der untere ist der Repeater, bei ungefähr gleichem Abstand

(ca. 3 m) kommen beide mit -50 dBm an.

Rechts, Bild 10: Evaluierungsboard WizFi2xx.

Der Autor: Klaus Vogel ist Systems Application & Product

Manager Semiconductor Division bei der ACAL BFi Germany

GmbH in Gröbenzell bei München.

46 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

www.ekf.com

Bild: Amplicon/Hacker Datentechnik

Geräuschlose Industrie-PCs

2,13 GHz Dual-Core Atom auf Mini-ITX

Amplicon UK, im Vertrieb von Hacker-

Datentechnik, hat drei lüfterlose Embedded-PCs

aus der Impact-R-Serie in den

Markt eingeführt. Die Modelle Impact-R-

155F, -205F und -1000F basieren hardwaremäßig

auf dem Mini-ITX-Standard

und sind alle drei mit dem 2,13 GHz Dual-

Core Prozessor Intel Atom D2700 ausgestattet.

Standardmäßig besitzen sie einen

Arbeitsspeicher von 2 GByte und eine 32

GByte große SCL-SSD. Der Arbeitsspeicher

kann optional auf 4 GByte und die

Die lüfterlosen Embedded-PCs der Baureihe

Impact R von Amplicon.

SCL-SSD auf die am Markt erhältlichen

Speicherkapazitäten erweitert werden. Die

Modelle haben absolut keine beweglichen

Teile, sind sehr kompakt und als Impact-

R-1000 auch in der Bauhöhe 1HE für

19“-Schränke lieferbar. Trotz ihrer kompakten

Abmessungen verfügen sie je nach

Modell über mehrere PCI und PCI-Express

Steckplätze für anwendungsspezifische Erweiterungen.

Eine Vielzahl von Schnittstellen

wie Dual Gigabit LAN, USB, RS-232,

SATA, Mic-IN/Out, VGA und je nach Modell

Single- oder Dual-HDMI (1920 x

1200) bieten vielfältige Möglichkeiten der

Anbindung externer Geräte. Die Stromversorgung

kann entweder über ein standardmäßiges

externes Netzteil mit Kaltgerätestecker

oder direkt über den 12 V-DC-Eingang

erfolgen.

n

infoDIREKT

568ei0312

Industrial

Microcomputers

CompactPCI ®

goes Serial ...

... with CompactPCI ® PlusIO and

CompactPCI ® Serial.

Embedded Computers

Made in Germany.

www.ekf.com

Smart Grid entwickeln

Device Lifecycle Management

Green Hills Software hat jetzt die nächste

Generation der Platform for Smart Energy

vorgestellt. Das Unternehmen hat seine

Smart-Energy-Lösung um wichtige Sicherheitstechniken

erweitert, die nun die Kerntechnologien

bereitstellen, die erforderlich

sind, um sichere, flexible Smart-Grid-Einrichtungen

zu entwickeln und einzusetzen.

Zu den Verbesserungen der Plattform zäh-

len: ISS-Sicherheits-Toolkits, ISS-FIPSkonformes

Suite-B-Verschlüsselungs-Toolkit

sowie ISS Device Lifecycle Management

und Icon Labs’ Floodgate – Packet Filter

Embedded Firewall. Die ISS-Sicherheitsprotokoll-Toolkits

bieten optimierte und

sichere Kommunikationstechniken für

Entwickler von Smart-Grid-Einrichtungen:

ISS IPsec/IKEv2 eine hochqualitative, sichere

Verschlüsselung für die IP-Kommunikation

und ISS-SSH Secure Server eine

portable ANSI C SSH SDK für interaktive

Shell- und Tunneled-TCP/IP-Sicherheit.

Ein weiterer Bestandteil ist der ISS SSL Security

Stack. Der Stack eignet sich ideal für

den Smart-Grid-Bereich, da er eine standardbasierte

Kommunikation von Maschine

zu Maschine ermöglicht. ISS Secure

Loader ist eine sichere Installations- und

Boot-Loader-SDK.

n

infoDIREKT

562ei0312

Focussed on CompactPCI ® Technology

EKF offers a wide range of boards and

systems for classic CompactPCI ® and new

standards PlusIO ® (PICMG 2.30) and Serial ®

(PICMG CPCI-S.0).

Ask for extended temperature and coating!

Bild: Green Hills Software

www.elektronik-industrie.de

Verbesserungen der Platform for Smart Energy

sind: ISS-Sicherheits-Toolkits, ISS Device

Lifecycle Management und Icon Labs Floodgate,

ein Packet Filter Embedded Firewall.

EKF Elektronik GmbH

+49 (0) 2381 68900

www.ekf.com · sales@ekf.de


Embedded-Systeme

Die einfachste Migration von x86er auf ARM:

Kontrons erstes Pico-ITX Motherboard der

ARM-Klasse ist mit dem 1 GHz NVIDIA Tegra

2 Dual-Core-Prozessor bestückt und hat bei

komplett passivem Kühlkonzept eine

Verlustleistung von nur 3 W.

ULP-COM: ARM für mobile Apps

Standard ARM-Boards und -Module für die Entwicklung mobiler Appliances

Die neuesten Generationen der ARM-Prozessoren wecken mit ihrem hohen Leistungspotenzial bei extrem niedrigem

Verbrauch auch im Embedded Computing-Segment großes Interesse. Dies insbesondere für mobile bzw.

ultra low power-Applikationen. Gescheut wird jedoch der vergleichsweise hohe Entwicklungsaufwand. Durch

standardisierte Formfaktoren und erweiterte Entwicklungs- und Softwareservices will Kontron diese Aufwendungen

signifi kant reduzieren.

Autor: Norbert Hauser

Die ARM-Technologie wird, bedingt durch die jüngsten

Entwicklungen bei Tablet-Computern und Smartphones

auf dem Consumer-Markt, immer leistungsfähiger. Multicore-Technologie

mit Taktraten jenseits von 1 GHz, Videoaufnahmen

in Full HD (1080 p) mit En- und Decodierung sowie

die Bildbearbeitung von integrierten Kameras, die mehrere

Megapixel Auflösung liefern, zählen mittlerweile zum Standard-

Leistungsspektrum. Damit bieten sie ein Performanceniveau, das

bis an das der PC-Technik heranreicht. Und das bei einem Leistungsbedarf

von nur durchschnittlich 1...3 W. Damit werden ARMbasierte

Lösungen, die auf hochintegrierten SoCs angeboten werden,

auch für Embedded Applikationen jenseits tief eingebetteter

Systeme interessant und eröffnen für ARM-Prozessoren gänzlich

neue Applikationsfelder im Bereich der mobilen bzw. ultra low power

Appliances.

ARM-Prozessoren erfordern individuelle Designs?

Zum einen gab es bis dato keinen herstellerübergreifenden Formfaktor-Standard

der als Basis für die Entwicklung eigener Geräte

dienen konnte und zum zweiten erschwert die hohe Diversifikation

der ARM-SoCs ein effizientes Re-Use bestehender Designs. So

weisen ARM System on Chips (SoC) – anders als die x86er Technologie

– traditionell keine vereinheitlichte, generische Schnittstellenausstattung

auf. Vielmehr binden ARM-SoCs nahezu alle

benötigten Subsysteme und Interface-Controller wie beispielsweise

Kamera-Subsysteme für Videosensoren, CAN-Bus, GPIO etc.

bedarfsgerecht direkt in das Chipdesign mit ein. Dadurch wird der

Footprint zwar besonders kompakt bei einem hohen Leistung-pro-

Watt-Verhältnis, aber die einzelnen ARM-SoCs sind damit komplexer

einzubinden, denn Standardboards waren bislang für solche

Lösungen nicht vorhanden. OEMs waren folglich stets auf Full-

Custom-Designs angewiesen. Ideal wäre es jedoch, wenn OEMs

die ARM-basierten Lösungen als standardbasierte Application

Ready Platform erhalten würden.

Standard-Formfaktoren gehen auch

Doch die Zeiten ändern sich, denn die ARM-Prozessoren reichen

in der neuen Auslegung auch an das Anwendungsfeld der x86er-

Technologie heran, die sich durch standardisierte Formfaktoren

auszeichnet, die als COTS-Komponenten eingekauft werden können.

Und in der Tat: Für viele Applikationen, die auf den neuen

ARM-Plattformen umgesetzt werden sollen, passt häufig schon ein

Standard-SFF-Motherboard wie Mini-ITX oder Pico-ITX. Kommt

die Applikation mit den generischen Standardschnittstellen wie

Auf einen Blick

Das Baby hat jetzt einen Namen: ULP-COM

Auf der SPS/IPC/Drives noch als neuer namenloser Modulstandard für

Ultra Low-Power ARM- und SoC-Prozessoren angekündigt, hat Kontron

jetzt einen Namen bekannt gegeben: ULP-COM heißt das neue

Baby. Zeitgleich konnte bereits das erste auf diesem Standard basierende

Pico-ITX Motherboard der ARM-Klasse vorgestellt werden.

infoDIREKT www.all-electronics.de

586ei0312

48 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

DVI- oder HDMI-Grafikausgang, USB und Ethernet aus, so sind

sie die kostengünstigste Alternative. Sie bieten zudem ein bereits

etabliertes Ökosystem an Netzteilen und Gehäusen und können

sogar durch einen einfachen Tausch in bereits bestehende Designs

integriert werden. Damit hat Kontron die ARM-Technologie quasi

in das Reich der x86er Embedded Motherboards integriert und

bietet seinen Kunden eine hohe Skalierbarkeit von SFF Standard-

Formfaktoren über alle Prozessorplattformen hinweg. So können

OEMs ihre Applikationen leicht zwischen RISC- und CISC-Architekturen

portieren und erhalten jeweils die beste Plattform um Anwendungen

zu erschließen, die bisher nicht möglich waren.

ULP-COM-Standard für Custom-Designs

Und was ist mit den Applikationen, die mit den Standard-Formfaktoren

nicht bedient werden können? Für diese hat Kontron auf

der SPS/IPC/Drives 2011 einen neuen Computer-on-Module-

Standard bekannt gegeben, der speziell auf ARM- und SoC-basierte

Applikationen zugeschnitten ist. Auf der embedded world 2012

wurde diesem neuen Modulstandard für Ultra Low-Power ARMund

SoC-Prozessoren nun auch ein Name gegeben: ULP-COM.

Zudem wurde angekündigt, dass dieser Standard in das aktuell in

Gründung befindliche Embedded-Standardisierungsgremium

SGET als Vorschlag eingebracht wird, mit dem Ziel, eine Second

Source und unabhängige Weiterentwicklung des ULP-COM-Standards

zu erreichen. Neben der Firma Adlink, die schon heute als

unterstützendes Unternehmen für den ULP-COM-Standard feststeht,

sind bereits weitere Anbieter im intensiven Kontakt mit Kontron.

Der ULP-COM-Standard hat einen extrem flach bauenden

Formfaktor und ist auch für Kontrons kommende ultra low-power

off-the-shelf Plattformen gemacht, wie beispielsweise embedded

Handheld-Geräte, robuste Tablets sowie Box-PCs und HMIs. Damit

erweitert Kontron das COM-Prinzip auf RISC-Architekturen

mit skalierbaren, modularen und direkt einsatzfertigen Lösungen,

und füllt mit dem neuen Standard die Lücke zwischen proprietären

industriellen Angeboten und Angeboten vom Consumer-

Markt, die nicht langzeitverfügbar sind und für den Einsatz unter

rauen Umgebungsbedingungen geeignet sind.

alle Bilder: Kontron

Der ULP-COM-

Standard für ARMund

SoC-basierte

Computer-on-

Modules spezifiziert

zwei Formfaktoren

und bietet einen

besonders flach

bauenden MXM

3.0 Edge-Card

Connector mit

314 Pins.

Auf die ARM-Anforderungen ausgelegt

Der ULP-COM-Standard basiert auf dem MXM 3.0 Steckverbinder

mit 314 Pins und einer Bauhöhe von lediglich 4,3 mm und ermöglicht

so robuste und flach bauende Designs. Zwei unterschiedliche

Modulgrößen sind definiert, um eine hohe Flexibilität hinsichtlich

der verschiedenen mechanischen Anforderungen zu bieten:

Ein Short-Modul mit 82 x 50 mm sowie ein Full-Size-Modul

mit 82 x 80 mm. Zudem integriert der neue COM-Standard speziell

die für ARM- und SoC-Prozessor basierte Applikationen relevanten

Schnittstellen: So werden beispielsweise LVDS, 24-bit-RGB

und HDMI und für zukünftige Designs embedded DisplayPort

(eDP), unterstützt. Ebenso werden erstmals dedizierte Kameraschnittstellen

in einen COM-Standard aufgenommen. Auch bei

den weiteren Schnittstellen folgt der neue COM-Standard den Anforderungen

hoch integrierter, mobiler Applikationen.

Vom Board zum full custom Design

Kontron wird diese funktionsvalidierten Module in Kombination

mit seinen umfassenden Design-in-Services für die Entwicklung

applikationsspezifischer Carrierboards anbieten. OEMs profitieren

von Kontrons ULP-COM-Standard für ARM- und SoC-basierte

Designs durch deutlich geringere Entwicklungszeit und -kosten,

da die Kernkomponente „ARM-SoC“ bereits fix und fertig implementiert

ist, und nur noch die weniger komplexe Peripherie eindesignt

werden muss. Darüber hinaus haben Kunden auch die

Möglichkeit, kosten- und zeiteffizient aus dem COM-Design eine

full-custom-Lösung erstellen zu lassen, die nochmals höher integriert

und individueller ist.

Die richtige Wahl bei Hard- und Software

Aber die Hardwareentwicklung alleine ist nicht alles. Um OEMs

wirklich zu entlasten ist es auch wichtig, die Softwareseite nicht

zu vernachlässigen. Denn auch wenn plattformübergreifende Betriebssysteme

zunehmen werden, wie beispielsweise Linux, QNX,

VxWorks oder das kommende Windows 8, lassen sich x86er-

Applikationen nicht ohne weiteres auf ARM portieren. Embedded-Hersteller

wie Kontron bieten dafür umfangreiche Services

an, die von Treiberentwicklungen und OS-Code-Anpassungen

bis hin zu umfassenden Applikations-Portierungs- und Validierungs-Services

sowie HW/SW-Bundles einschließlich der Stückzahllizenzen

reichen. OEMs erhalten damit die für sie ideale Lösung

als „Application Ready Platform“, die bei Bedarf auch bereits

zertifiziert ist, so dass sie sich voll auf ihre Kernkompetenzen

konzentrieren können: die Applikationsentwicklung. Und da

Kontron sowohl x86er wie auch jetzt ARM-Technologie anbietet,

können man sicher sein, immer die beste Technologieplattform

zu erhalten, ganz ohne philosophische Vorbehalte. (jj) n

Der Autor: Norbert Hauser ist Executive Vice President

Marketing der Kontron AG.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 49


Embedded-Systeme

Entwicklungstools für den S12Z

24 Bit Adressbus und vollwertige 8-, 16- und 32-Bit-Register

Im Vergleich zur Vergangenheit wurde diesmal bei Cosmic Software mit der Entwicklung der softwareseitig

notwendigen Basiselemente, des ANSI C Compilers und Core-Simulators, zu einem sehr frühen Zeitpunkt, bereits

parallel zur S12Z-Controllerentwicklung, begonnen. Dadurch war es möglich, die Effi zienz des Instruktion Sets

bezüglich der Verwendung der Hochsprache bereits im Vorfeld zu optimieren und die Softwaretools parallel zu

validieren. Ein sehr angenehmer Seiteneffekt dieser Vorgehensweise.

Autor: Andreas Wertenauer

Der Controller S12Z von Freescale sprengt die Effizienzund

Adressbereichsgrenzen der ursprünglichen 16-Bit-

Architektur, ohne dabei den Ressourcen-Overhead einer

bis heute als nächsten Migrationsschritt üblicherweise

verwendeten 32-Bit-Architektur zu benötigen. Der Controller verfügt

über einen 24 Bit breit nutzbaren Adressbus und vollwertige

8-, 16- und 32-Bit-Register. Davon einige mehr als bei CISC-Controllern

sonst üblich. Macht Sinn, denn sein Instruktion-Set bricht

mit ein paar eingestaubten Regeln und besteht aus einer gelungenen

Mischung aus CISC- und RISC-Instruktionen.

Mehrere Adressmodi für den Speicherzugriff über 24, 18, 16 und

14 Bit Adressanteil ermöglichen einem optimierenden Codegenerator

eine optimal skalierte Verwendung der Instruktionsgröße.

Bis hinunter zu 3 Byte Instruktionen, die für einen 14 Bit Adressraum

möglich sind. Damit sind bereits die wesentlichen Dinge für

einen rein softwareseitigen Vergleich genannt, um die Effizienz des

neuen Instruktion-Sets einschätzen zu können.

Generierung einer Checksumme über 2 Pointer

Davon ausgehend, dass zunächst als Basis eine für den S12X bestehende,

zumindest bezüglich der Datenzugriffe, reine 16 Bit Applikation

verwendet wird, haben Auswertungen bei Cosmic ergeben,

dass trotz der nun auf 24 Bit angestiegenen Adressbreite, sich eine

durchschnittliche Verkleinerung der Codegröße um 5 % ergibt.

Dies geht natürlich nur, wenn komplexer Code wesentlich kleiner

wird und damit den durch die breiteren Adressen zwangsläufig

entstehenden Verlust mehr als kompensiert. Ein gutes Beispiel ist

das erste hier angeführte Beispiel, in welchem die Generierung einer

Checksumme über 2 Pointer verwendet wird. Eine vereinfachte,

aber in ihrer Art recht gebräuchliche Funktion. Die Gegenüberstellung

des jeweils generierten Codes zeigt, dass hier die RISC-

Seite des S12Z voll zur Geltung kommt. Speicherzugriffe sind auf

ein Minimum reduziert, gearbeitet wird ausschließlich in den Registern

und quasi als Bonbon entfällt dabei auch noch der Stack-

Bedarf für lokale Variablen komplett.

Man sieht also, dass dieser Controller bereits ohne Berücksichtigung

aller weiteren hardwaremäßigen Vorzüge bezüglich komplexer

Peripherie oder höherer Taktung, einen beliebigen derzeit verwendeten

S12 vorteilhaft ersetzen kann. Dasselbe gilt natürlich

auch bereits für jede S12X-Applikation die derzeit noch ohne Daten-Paging

auskommt. Richtig interessant wird es aber dann, wenn

man sich mit seinem S12X-Projekt irgendwo in der Lücke zwischen

16 und 32 Bit befindet:

■ Technisch gesehen also womöglich am oberen Ende dessen,

was ein voll ausgereizter S12XE unter Verwendung seiner 4

Paging-Mechanismen für die Adressierung von Code und Da-

Codebeispiel 2 zeigt den Vergleich im Daten-Paging-

Betrieb.

Bild: ABC.pics - Fotolia.com

www.elektronik-industrie.de


Informieren Sie sich

und bestellen Sie online:

www.rutronik.com/webgate

Überzeugen

durch Leistung

Codebeispiel 1 zeigt die Generierung einer Checksumme über 2 Pointer.

Bilder: Cosmic Software

ten hergibt und am oberen Ende dessen, was ein sehr guter Programmierer

gerade noch sicher im Griff behalten kann.

■■ Ökonomisch gesehen aber möglicherweise in einer Situation, in

der man bereits erahnt, dass vorab gemachte Kostenrechnungen

für einen Umstieg auf 32 Bit ein nicht wirklich erreichbares

und vor allem haltbares Bild zeigen.

In diese Lücke passt der Controller S12Z perfekt.

Paging-Betrieb

Die im Paging-Betrieb oft für automatisch generierten Code hinderlichen

Größenbeschränkungen für Funktionen und Datenobjekte

entfallen. Der Programmierer wird vom Paging befreit und

hierbei vom neuen Compiler unterstützt, der so angelegt ist, dass

er bestehenden S12X-Paging-Code selbstständig bereinigt.

Hierzu ein 2. Beispiel, welches gleichzeitig den nun noch krasseren

Unterschied zwischen dem Code für den S12X im Daten-Paging-Betrieb

und dem für den neuen Controller generierten verdeutlicht.

Gut, dies ist lediglich ein extremes Beispiel zu Demonstrationszwecken.

Ein versierter Assemblerprogrammierer sieht

hier für die S12X-Seite durchaus auch noch Möglichkeiten zur Optimierung,

die aber das Ergebnis nicht wesentlich verändern.

Für die Ermittlung von Vergleichszahlen werden solche Beispiele

natürlich nicht herangezogen. Hierfür ermitteln Cosmic-Ergebnisse

über „normalen“, heute bei den Anwendern im Einsatz befindlichem

Applikationscode. Der S12Z erreicht hier eine Codeeinsparung

gegenüber dem S12X Paging-Code die zwischen 15 %

und 25 % liegt. Dies sieht im ersten Moment recht harmlos aus.

Berücksichtigt man aber aus den inzwischen gemachten Erfahrungen

beim Umstieg von voll ausgereizten S12X-Applikationen auf

verschiedene 32-Bit-Controller, wird der S12Z richtig interessant!

Compiler, Simulator und Hardware-BDM-Debugger sind verfügbar.

Komplett wird die Toolkette mit dem integrierten Environment,

MISRA-Checker und C Test It für einen nicht instrumentierten

Source Unit Test auf Objektebene. (jj)

n

Electronics Worldwide

Consult | Components | Logistics | Support

Als einer der führenden Distributoren für

elektronische Bauelemente bieten wir Ihnen

weltweit ein breites Produktportfolio,

kompetente technische Unterstützung bei

Produktentwicklung und Design-In, individuelle

Logistik-Lösungen sowie umfangreiche

Serviceleistungen.

Der Autor: Andreas Wertenauer ist Geschäftsführer der Cosmic Software in

Stuttgart.

infoDIREKT www.all-electronics.de

www.elektronik-industrie.de

592ei0312

Consult Components Logistics Support

Tel: 07231 801-0

www.rutronik.com


Embedded-Systeme

Auf einen Blick

Schnittstellenvielfalt

Mehr als 5 Jahre nach der ersten Veröffentlichung der

COM-Express-Spezifi kation macht die neue Revision

2.0 den COM-Express-Standard nun fi t für die Zukunft.

Zu den Neuerungen gehören beispielsweise bis

zu vier USB-3.0-Schnittstellen, bis zu drei Digital Display

Interfaces sowie maximal zwei zusätzliche PCIe

2.0-Lanes.

infoDIREKT www.all-electronics.de

589ei0312

alle Bilder: Congatec

Bild 1: Größenvergleich der COM-Express-Versionen

Extended, Basic und Compact.

Digitale Displaydatenübertragung

COM-Express-Revision 2.0 und die Veränderungen

Seit ihren ersten Anfängen im Jahr 2005 setzt die COM-Express-Spezifi kation ihren Erfolgszug ungebrochen fort.

Hauptziel war und ist die Defi nition verbindlicher Anforderungen an COM-Express-Module und Carrierboards, um

Interoperabilität zwischen den Produkten verschiedener Hersteller zu gewährleisten. Durch ständige technische

Fortschritte ist zusätzlich eine Anpassung der gemeinsamen Schnittstelle von Nöten. Autor: Christian Eder

Die Revision 1.0 der COM-Express-Spezifikation definierte

zwei Formfaktoren für COM-Express-Module: Basic

(125 mm x 95 mm) und Extended (155 mm x 110 mm).

Während der eher selten verwendete Extended-Formfaktor

sich gut für Module mit hohem Stromverbrauch (Beispiel Server-Technologie)

eignet, ist der deutlich häufiger gebrauchte Basic-

Formfaktor für stromsparende mobile Embedded-Technologien

konzipiert. Schon kurz nach der offiziellen Ratifizierung von Rev.

1.0 haben mehrere Hersteller, darunter congatec, platzsparende 95

mm x 95 mm-Module entwickelt, die allgemein als Compact-Module

bekannt wurden. Die offizielle Aufnahme dieser zusätzlichen

Formfaktor-Größe in Rev. 2.0 der COM-Express-Spezifikation

kann als eine Hommage an die Popularität dieser Modulgröße angesehen

werden. Die geringen Abmessungen der Compact-Module

erleichtern die Integration, insbesondere bei stromsparenden

Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.

Neuerungen bei den Schnittstellen

Einige Änderungen in der neuen COM-Spezifikation tragen der

fortwährenden Schnittstellenentwicklung Rechnung. Da heutzutage

alle modernen Displays und TVs digitale Signale mit hoher

Bandbreite, wie zum Beispiel HDMI, akzeptieren, kann auf analoge

Videoübertragung über das TV-out verzichtet werden.

Ein großer Vorteil des Computer-on-Module-Konzepts besteht

darin, dass die Firmware eines Systems auf dem Modul oder auf

dem Carrierboard gespeichert werden kann. Bei Rev. 1.0 gab es

nur eine Möglichkeit, die Firmware von einem externen Speicher

zu laden – und zwar über das Low Pin Count Interface oder kurz

die LPC-Schnittstelle. Mit Rev. 2.0 steht nun Serial Peripheral Interface

(SPI) als primäre Schnittstelle für extern gespeicherte Firmware

zur Verfügung. Es ist zwar weiterhin möglich, das System

über einen Firmware-Hub mittels LPC-Bus zu booten; angesichts

der Vorteile der SPI-Schnittstelle empfiehlt sich dies aber bei neuen

Designs nicht. SPI-Flashs sind nicht nur kostengünstiger und

kompakter, sondern bieten auch mehr Speicherplatz als LPC-

Flashs. In Rev. 2.0 können die bestehenden GPIO-Pins wahlweise

als SDIO-Schnittstelle fungieren. Neben den typischen SD- und

SDHC-Karten zur Massenspeicherung kann die SDIO-Schnittstelle

auch zum Anschluss von I/O-Karten wie WLAN, Bluetooth und

GPS dienen, vorausgesetzt sie haben die gleiche Größe wie die SD-

Karte.

Neu ist auch die offizielle Unterstützung von HD-Audio. Da moderne

Embedded-Plattformen keine AC97-Unterstützung boten,

wurde HD Audio bereits in Modulen der Rev. 1.0 verwendet, zum

Beispiel beim Modul conga-BM67, obwohl es nicht Bestandteil der

Rev. 1.0 der COM-Express-Spezifikation war. In Rev. 2.0 können

die ehemaligen AC97-Pins nun entweder HD Audio oder AC97-

Signale übertragen, je nach Modulanbieter. Beide Schnittstellen

liegen auf dem selben Pin, AC97 und HD Audio haben aber verschiedene

Protokolle und sind daher nicht kompatibel.

Brandneue Steckverbinder

Zusätzlich zu den bestehenden Pinout-Typen 1 bis 5, definiert Rev

2.0 der COM-Express-Spezifikation mit Typ 6 und Typ 10 zwei

vollkommen neue Steckverbinder. Pinout-Typ 10 ist eine aktualisierte

Version von Typ 1 und nutzt einen einzigen 220-poligen

52 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

Connector. COMs vom Typ 10 bieten eine moderne Display-Anbindung,

die entweder als TMDS (HDMI/DVI), DisplayPort oder

SDVO ausgeführt werden kann. Die Zahl der LVDS-Kanäle wurde

halbiert, so dass nur ein LVDS-Kanal verfügbar ist. Ein zusätzlicher

Typ-10-Steckverbinder (bisher 12 V) am A-B-Connector ermöglicht

es dem Carrierboard, zwischen Rev 1.0 Typ 1, Rev. 2.0

Typ 1 und Typ 10 Modulen zu unterscheiden.

Am erfolgreichsten ist bisher der COM Express Pinout-Typ 2.

Das liegt vermutlich an der Vielzahl der unterstützten Schnittstellen

wie PCI, PCIe, IDE, SATA und USB 2.0, die darüber hinaus den

meisten der aktuellen x86-Plattformen entsprechen. Die eher selten

verwendeten Typen 3 bis 5 eignen sich spezifisch für individuelle

Anwendungen, die weitere Ethernet-Verbindungen oder PCIe-

Lanes benötigen.

Der ebenfalls neu definierte Pinout-Typ 6 baut auf den gleichen

Erfolgsprinzipien wie Typ 2 auf und berücksichtigt dabei auch zukünftige

Schnittstellen. Der A-B-Connector hat fast die gleiche Belegung

wie Typ 2 der Revision 2.0. Lediglich einige Pins sind für

UART, FAN (PWM), Lid- und Sleep-Signale reserviert. Die UART-

Pins (2x SER_Tx/Rx) wurden aufgrund ihrer Einfachheit für Debugging-Zwecke

(zum Beispiel Konsolenumleitung) in die Spezifikation

aufgenommen. Der C-D-Connector wurde für Pinout-Typ

6 komplett neu definiert und auf Legacy-Schnittstellen wie PCI

und IDE dabei verzichtet; stattdessen werden fortschrittliche

Schnittstellen unterstüzt, darunter vier USB-3.0-Schnittstellen,

drei Digital Display Interfaces und PCIe 2.0-Lanes.

Neues bei der digitalen Displaydatenübertragung

Digital Display Interface (DDI) bezeichnet eine Summe von Differential-Paaren

die Displaydaten übertragen. Der neue Pinout-Typ

6 bietet bis zu drei unabhängige DDI-Kanäle. Der erste DDI-Kanal

unterstützt SDVO, Display Port und TMDS. Je nach I/O-Anschluss

kann TMDS als HDMI oder DVI ausgeführt werden. Der zweite

und dritte DDI-Kanal unterstützt nur TMDS und Display Port.

Der Carrierboard-Designer muss also entscheiden, welche Schnittstelle

am Besten für die jeweilige Anwendung geeignet ist. Wird

ein DDI-Kanal als Display Port ausgeführt, ist es einfach, den

COM-Express-Stecker direkt mit dem I/O-Anschluss auf der Trägerplatte

zu verbinden. Dagegen ist bei TMDS-Auslegung wegen

der unterschiedlichen Spannungspegel ein zusätzlicher Level-Shifter

auf dem Carrierboard erforderlich.

Einige Hersteller, darunter congatec, haben das Potenzial der

Digital Display Interfaces erkannt und bieten diese Schnittstellen

in den neuesten Typ 2 Rev. 1.0 kompatiblen Modulen an. Allerdings

muss in diesen Modulen als Ausgleich auf PCIe Graphics

(PEG) verzichtet werden. Pinout-Typ-6-Module wie das conga-

TM77 unterstützen dagegen PEG-Port und DDI.

DDI 1 DDI 2 DDI 3

TMDS DisplayPort SDVO MDS DisplayPort TMDS DisplayPort

Tabelle 1: Übersicht über die unterstützten DDI-Kanäle.

Ein unersetzlicher Leitfaden für den Entwickler

Um die Entwicklung von kundenspezifischen Carrierboards zu erleichtern,

haben sich einige der größten COM-Express-Modulhersteller

zusammengetan und im Rahmen eines technischen PICMG-

Unterausschusses gemeinsam einen Carrierboard Design Guide

entworfen. Dabei ist ein detaillierter, 160 Seiten umfassender Leitfaden

entstanden, der Anleitungen zur Entwicklung von benutzerdefinierten

Carrierboard-Systemen für COM-Express-Module

gibt und alle notwendigen Referenz-Schaltpläne zur externen Anbindung

der COM-Express-Peripheriefunktionen enthält.

Ausblick

Die technologische Entwicklung geht unaufhaltsam voran, und

COM Express entwickelt sich entsprechend weiter. Für die erste

Jahreshälfte wird die Rev. 2.1, eine leicht revidierte Fassung der

COM-Express-Spezifikation, erwartet. Diese Version wird den

Weg für den Wegfall der Grafikschnittstellen VGA und LVDS innnerhalb

der nächsten Jahre ebnen sowie einen noch kleineren

Formfaktor als den Compact mit sich bringen.

Alle Änderungen seit Rev. 1.0 müssen auch im Carrierboard Design

Guide integriert werden. Der technische Unterausschuss dazu

wird gerade gebildet. Wenn die neu formierte Mannschaft von

Spezialisten gut mit ihrer Arbeit vorankommt, dann können wir

noch 2012 mit einem aktualisierten Design Guide rechnen.

Die neuen Steckverbinder Pinout-Typ 6 und -Typ 10 erfüllen

insbesondere das Marktbedürfnis nach optimaler Display-Unterstützung.

Typ 6 geht sogar noch einen Schritt weiter und bietet Unterstützung

für bis zu vier USB 3.0-Kanäle und zwei zusätzliche

PCIe-Lanes, so dass sich eine PCIe x8-Konfiguration auf dem Carrierboard

realisieren lässt. Im Gegensatz dazu wurde die Belegung

von Typ 1 bis 5 nur geringfügig geändert, wodurch Rev. 1.0 Geräte

weitgehend abwärtskompatibel bleiben. Die offizielle Aufnahme

des Compact-Formfaktors ist ein logischer Schritt in Anbetracht

seiner marktweiten Umsetzung. Insgesamt ist der Zeitpunkt für

dieses Update richtig, um den COM-Express-Standard zukunftssicher

zu machen. (jj)

n

Der Autor: Dipl.-Ing. (FH) Christian Eder, Marketing Manager,

congatec AG, Deggendorf.

Bild 2: conga-BM67 vom Typ 2 mit drei DDIs. Bild 3: Display-Schnittstellenkarte conga-ADD2DP. Bild 4: conga-TM67 Typ 6 mit Core i7 Gen2 CPUs.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 53


Die Premiere des Jahres:

Themenpark „Power Electronics and

Manufacturing for E-Mobility“

Besuchen Sie den Themenpark „Power Electronics and Manufacturing for

E-Mobility“ auf der PCIM und SMT/Hybrid/Packaging in Nürnberg

Das Thema Elektromobilität stellt die Unternehmen vor

viele neue Herausforderungen. Im Bereich der Elektronikfertigung

, in der Leistungselektronik, dem Energiemanagement

und der Antriebstechnik sind neue, innovative

Lösungen gefragt.

Im Rahmen der in diesem Jahr zeitgleich stattfindenden

Messen PCIM und SMT/Hybrid/Packaging in Nürnberg

(vom .. bis ..), wird der Hüthig-Verlag in

Kooperation mit dem Messeveranstalter Mesago erstmals

einen Themenpark unter dem Motto „Power Electronics

and Manufacturing for E-Mobility“ veranstalten.


Bilder: www.nuernbergmesse.de/de/presse/nm/mediacenter/fotos; Marcus Kretschmar/fotolia.com

Teilnehmer:

und weitere

Ihr kostenloses

Ticket unter

www.all-electronics.de/

tickets

Ca. Aussteller erwarten Sie mit neuen Trends rund

um das Thema „Power Electronics and Manufacturing

for E-Mobility“.

Besuchen Sie den Themenpark! Ihr persönliches,

kostenloses Eintrittsticket erhalten Sie Sie unter

www.all-electronics.de/tickets

Hüthig GmbH

Im Weiher 10

D-69121 Heidelberg

Tel. +49 (0) 6221 489-0

Fax +49 (0) 6221 489-481

www.huethig.de


Embedded-Systeme

Vereinfachung des IC-Prototypings

Prototypenentwickler sollten einer wohldefinierten Methodik folgen

Der Beitrag konzentriert sich auf ein spezielles Kapitel des FPGA-based-Prototyping-Methodology-Manual

(FPMM), welches zusammenfasst, wie IC-Designs einfacher in Prototypen umgesetzt werden können, damit

Prototyping einen wertvollen Beitrag für das IC-Team leistet. Das FPMM von D. Amos, R. Richter, A. Lesea und die

begleitende Online-Community decken alle Aspekte des Prototypings ab, vom Projektbeginn bis zur Dokumentation,

und führen unsere bewährten Methoden erstmals an einer Stelle zusammen.

Autor: Doug Amos

56 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

Das bekannte Motto „Ganz oder gar nicht“ ermahnt uns,

beim Einsatz von Prototyping auf FPGA-Basis den Prototypenentwicklern

dabei zu helfen, ihre Aufgabe auf bestmögliche

Weise zu erledigen. Jedes Prototyping-Team

geht die Aufgabe auf unterschiedliche Art und Weise an, mit verschiedenen

Stärken und Schwächen in ihren Methoden. Durch die

Sammlung bewährter Vorgehensweisen in einem von allen Seiten

befürworteten Satz von Richtlinien und einer bewährten Methodik

können wir die Ergebnisse und den Zeitplan des gesamten IC-

Projekts verbessern. Wir nennen diese Richtlinien Design-for-Prototyping.

Bild 1 präsentiert die Meinung von Lesern, die das FPMM bereits

studiert haben. Auf die Frage nach dem Grund ihrer Prototypenentwicklung

nannten die allermeisten die Verifikation des IC-

RTL-Codes. Andere klare Vorteile sind die gemeinsame Softwareund

Hardware-Validierung und die Unterstützung der Embedded-

Software-Entwicklung selbst. Obwohl also Prototyping im

eigentlichen Kern eine Aufgabe von Hardware-Ingenieuren ist,

sind die Software-Ingenieure die hauptsächlichen Nutznießer. Dies

macht Prototyping in heutigen Software-dominierten Anwendungen

äußerst wichtig.

Bild 1: Die am meisten genannten Vorteile des FPGA-basierten Prototypings.

Bild: Synopsys

Auf einen Blick

Prototyping in Software-dominierten Anwendungen

Mehr als 80 % aller ICs werden zunächst als Prototypen auf FPGA-

Basis realisiert. Es spielt keine Rolle, ob es sich bei dem IC um ein

ASIC, SoC oder ASSP handelt, ob es eine Digital- oder Mixed-Signal-

Schaltung ist, oder ob es lediglich um ein Stück IP geht, welches

eventuell in vielen unterschiedlichen IC-Entwürfen eingesetzt wird.

Ungeachtet dessen ist der Wert des Prototyps auf FPGA-Basis der

gleiche. Prototyping gibt uns einen frühzeitigen Einblick, wie der Baustein

in der realen Umgebung, in Echtzeit und mit realer Software

funktionieren wird.

infoDIREKT www.all-electronics.de

516ei0312

Bild: Synopsys

Bild 2: Wrapper zur besseren Portierbarkeit von Designs.

Was ist Design-for-Prototyping?

Design-for-Prototyping ist die Praxis, den Prototypen bereits frühzeitig

im Entwurfsprozess zu berücksichtigen, sowie Vorgehensweisen

und Entwurfstechniken zu etablieren, welche die Prototypenentwicklung

vereinfachen. Design-for-Prototyping besteht aus

zwei Arten von Richtlinien: technische und methodische. Die

technischen Richtlinien beinhalten Vorschläge für RTL-Stil- und

Entwurfstechniken, um den RTL-Code portierbarer zu halten. Die

methodischen Richtlinien empfehlen Wege zur besseren Integration

der Prototypenentwickler in das IC-Team. Erfahrene Entwicklerteams,

die bereits einen gut dokumentierten und portierbaren

Entwurfsstil pflegen, werden einige Richtlinien als offensichtlich

oder gar trivial ansehen. Andere Richtlinien sind dagegen weniger

intuitiv.

Der Rest dieses Artikels behandelt Beispiele dieser Richtlinien.

Vollständige Details hierzu sind im FPMM zu finden. In jedem Fall

muss stets bedacht werden, dass es sich um den Entwurf eines ICs

handelt und die FPGA-Version lediglich ein temporäres, wenngleich

wichtiges Modell darstellt. Aus diesem Grund muss man sicherstellen,

dass die Design-for-Prototyping-Richtlinien nicht den

endgültigen IC-Entwurf beeinträchtigen. Was das Prototyping unterstützt,

muss auch den IC-Entwurf insgesamt unterstützen. Tatsächlich

ist Design-for-Prototyping eine Erweiterung der Entwurfspraktiken,

wie sie im klassischen Reuse-Methodology-Manual

aus dem Jahr 2001 definiert sind.

Trennung und Vereinfachung der Taktnetze

IC-Taktnetze sind oft sehr komplex, und es gibt in der IC-Taktgenerierungslogik

gewöhnlich viel mehr Optionen, als für den FP-

GA-Prototyp erforderlich sind. Beispielsweise ist die Skalierung

der Taktfrequenz zur Einsparung von Verlustleistung im IC bedeutungslos

für den Prototyp, weil FPGAs und der endgültige IC völlig

unterschiedliche Verlustleistungsprofile besitzen.

Wenn der Block zur Taktgenerierung und -verteilung des ICs

vom Rest des Designs getrennt gehalten wird, ist es leichter, ihn an

das FPGA anzupassen oder ihn durch ein FPGA-Äquivalent zu ersetzen.

Auf jeden Fall sollte Logik ohne oder mit lediglich geringem

Bezug zur Taktgenerierung außerhalb des Taktgenerierungsblocks

angeordnet werden.

Selbst wenn die IC-Taktstruktur sorgfältig dokumentiert ist,

kann es schwierig sein, sie im FPGA zu implementieren, weshalb

im Prototyp manchmal nur eine Untermenge aller Taktungsoptionen

vorgesehen wird. Dies kann bereits in einem frühen Stadium

des IC-Projekts entschieden werden.

Einsatz von ATPG statt manueller Testlogik

Dem IC wird Logik hinzugefügt, um seinen Test zu unterstützen.

Dazu gehören Scan-Ketten und Takt-Multiplexer, welche die Komplexität

des Taktnetzes erhöhen. Außerdem gibt es praktisch keinen

Grund, diese Strukturen in einen FPGA-Prototyp zu integrieren,

zumal dies unnötige Anforderungen an die FPGA-Taktres-

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 57


Embedded-Systeme

sourcen stellen würde. Daher sollte die Prototypenentwicklung auf

dem RTL-Code basieren, welcher keine Testlogik enthält.

Wenn Testlogik im RTL-Code manuell instanziiert wird, kann

ihre Beseitigung eine komplizierte und fehleranfällige Aufgabe

sein. Wird die Testlogik dagegen automatisch eingefügt, kann sie

auf einfache Weise gelöscht oder deaktiviert werden.

Verwendung von Makros zur Generierung Technologiespezifischer

Logik

IC-RTL-Code-Entwickler sollten die Verilog-Konstrukte `define

und `ifdef (bzw. die Anweisungen if . . . generate in VHDL) verwenden,

um notwendige Speziallogik für die jeweilige Zieltechnologie

zu erzeugen. Die Makro-Variable ist in lediglich einer globalen

Header-Datei definiert und erhält einen offensichtlichen Namen

wie “fpga” oder “proto”. Diese wird dann global referenziert,

um die Synthese zu steuern. Damit kann die Expansion des RTL-

Codes auf die FPGA-Synthese beschränkt werden, während die

vollständige Komplexität für die IC-Synthese erhalten bleibt.

Einsatz von Wrappern zur Speicher-Isolation

In einem IC gibt es viele Instanziierungen von Bibliothekselementen

für ein spezifisches Element der Zieltechnologie. Instanziierungen

von Speicherblöcken sind ein gängiges Beispiel. Ein Speicherelement

direkt im RTL-Code zu instanziieren ist schlechte

Praxis, da es auf diese Weise die gesamte RTL-Datei auf diese eine

Ausprägung festlegt. Dies wiederum macht keinen Sinn, selbst

wenn das Design lediglich auf eine andere Silizium-Bibliothek

portiert wird. Es ist weitaus besser, eine generische Instanziierung

für die Speicherfunktion, bezeichnet als Wrapper, vorzunehmen.

Ein Wrapper erzeugt eine tiefere Hierarchieebene, welche den

technologie-spezifischen Speicher enthält. Bild 2 zeigt einen Wrapper,

welcher während der IC-Implementierung mit einer RTL-Datei

ausgefüllt wird, die den IC-spezifischen Speicher enthält. Zur

Prototypenentwicklung wird diese RTL-Datei dann durch das FP-

GA-Äquivalent ersetzt, evtl. sogar durch eine Datei, welche einen

externen Speicherbaustein auf dem Board spezifiziert. EDA-Tools

wie Certify erlauben die Verwendung externer Speicher ohne weitere

Änderungen am RTL-Code.

Durch Einführung eines firmenweiten Standards für Wrapper-

Namen und -Schnittstellen können Prototypenentwickler eine

Speicherbibliothek erstellen, durch die sich jene in allen IC-Designs

ersetzen lassen. Die beschriebene Wrapper-Methode erleichtert

auch die Arbeit in dem Fall, dass eine zukünftige Version des

ICs einen anderen Speicherblock enthalten soll.

Compiler Debugger Checker

Vertrieb und Support in Deutschland

Power Architecture

Freescale S12Z

ARM Cortex M3/M4

fragen Sie uns!

0711 90 Rohrackerstrasse 70329 Stuttgart www.COSMIC-Software.de sales@COSMIC-Software.de

COSMIC Software GmbH 68/ 73 11 97 90

Top-5-Empfehlungen für besseres Prototyping

■ Die Entwicklung eines FPGA-Prototyps ist ein Schlüsselelement





Info-Kasten

des gesamten IC-Entwurfsprojekts und muss daher in den Arbeits-

und Zeitplänen berücksichtigt werden.

Das RTL-Design hat nach einem robusten Codierungsstil zu erfol-

gen, um sowohl FPGA- als auch IC-Technologie in effi zienter Weise

zu repräsentieren, und zwar im ersten Codierungsansatz wie

auch in späteren Verfeinerungen. Von der resultierenden Qualität

der RTL-Defi nition wird das Design während seiner gesamten Lebensdauer

profi tieren.

Der Codierungsstil sollte modular sein und eine saubere Trennung

prototyp-spezifi scher Komponenten vom Rest des Designs, einen

unabhängigen Datenfl uss sowie isolierte Taktbereiche vorsehen.

Die Entwurfsdokumentation sollte erweitert werden, um dem Pro-

totypenteam zu ermöglichen, kritische Teile des Designs so früh

wie möglich zu identifi zieren.

Das IC-Team müsste sich leicht umorientieren, um Prototyping in

seine Prozesse und Mitarbeiterprofi le zu integrieren.

Gute Dokumentation und Revisionskontrolle

Entwickler sollten immer danach streben, einen klaren und selbstdokumentierenden

Code zu schreiben. Dennoch gibt es in einem

umfangreichen Entwurf immer auch Details, die für den Entwickler

selbst offensichtlich sein mögen, jedoch im Rahmen der Prototypenentwicklung

schwierig zu interpretieren sind. In diesen Fällen

helfen einige Zeilen Kommentar, unnötigen Aufwand aufgrund

von Mehrdeutigkeiten oder fehlender Klarheit zu vermeiden.

Außerdem kann die Verwendung eines bestimmten Kommentarstils

hilfreich sein, beispielsweise die Angabe eines leicht erkennbaren

Hinweises am Anfang einer Kommentarzeile wie . . .

//proto: This ram to be mapped to external DDR memory in prototype.

Prototypenentwickler können dann, selbst wenn keine vollständige

Dokumentation vorliegt, leicht alle Dateien nach dem “//

proto”-String durchsuchen. Dokumentation ist genauso wichtig

für Korrekturen am Entwurf wie für Änderungen durch das Prototyping-Team.

Daher sollte beides mit der gleichen Disziplin und

im selben Revision-Control-System (RCS) aufgezeichnet werden

wie der Rest des IC-Projekts.

Integration der Prototypenentwickler in das IC-Team

Design-for-Prototyping erhöht die Prototyping-Produktivität.

Wenn es in vergangenen Projekten zu lange dauerte, Prototypen zu

erstellen, lag die wirkliche Ursache nicht notwendigerweise bei

den Entwicklern, sondern eher im IC-Entwurfsstil oder im Projektmanagement.

Die Entscheidung, Prototyping auf FPGA-Basis zum Chip-Designflow

hinzuzunehmen, sollte als Methodenänderung gegenüber

vorherigen Praktiken angesehen werden, nicht aber als zusätzlicher

Schritt. Prototypenentwickler sollten in alle entscheidenden

Phasen des IC-Projekts eingebunden werden, um in relevanten

Fragen wie IP-Auswahl, Top-Level-Topologie, Taktkomplexität,

interne Überlastung des Designs, etc. beratend mitzuwirken. Selbst

wenn das Design nicht vollständig FPGA-freundlich gestaltet werden

kann, sind die Prototypenentwickler bereits im Voraus auf die

Probleme vorbereitet und können entsprechend planen.

Es muss vermieden werden, dass die Prototypenentwickler vom

Rest des IC-Teams wie „die Hacker mit den FPGA-Boards“ angesehen

werden. Prototypenentwickler sollten einer wohldefinierten

Methodik folgen und ebenso diszipliniert sein wie IC-Entwickler

und Verifikationsingenieure. (jj)


Der Autor: Doug Amos ist Business Development Manager, Solutions

58 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Halbleiter

Alles, was wirklich zählt …

RL78 – Die ultimative Low-Power-Plattform

Niedrigste Leistungsaufnahme

■ 70 µA/MHz im Vollastbetrieb,

0,7 µA im Standby-Mode

■ ADC und serielle Kommunikation

aktiv bei abgeschalteter CPU

■ 1,6 bis 5,5 V Betriebsspannung

Leistungsstarke 16-Bit CPU

■ 32 MHz, 1,27 DMIPS/MHz

■ Multiplikation, Division,

MAC in Hardware

Umfangreiches Produkt-Portfolio

■ über 300 Derivate

■ 20- bis 128-polige Gehäuse

ab 3 x 3 mm²

■ Bis zu 512 KB Flash und 32 KB RAM

Reduzierte Systemkosten

■ Data Flash mit bis zu 1 Million

Schreib-Lese-Zyklen

■ Präziser On-Chip-Oszillator

■ Integrierte Sicherheitsfunktionen

V-2_2012-TM-5938

MSC Vertriebs GmbH

Tel. +49 7249 910-520 · renesas-microsmsc-ge.com

www.msc-ge.com

MSC – Distributor of


Embedded-Systeme

Data Operating Circuit im Controller

Neue Wege bei der Verwendung von Peripherieelementen mittels DOC

Was ist ein DOC? Bei dem DOC handelt es sich um einen Data Operating Circuit. Dieser neuartige Peripherie-

Controller ist in den RX-Mikrocontrollern von Renesas Electronics der neuesten Generation integriert. Der DOC ist

das erste in einer neuen Generation von intelligenten Peripherieelementen, mit denen sich vollständige, intelligente

Peripherie-Subsysteme erstellen lassen, die ohne CPU-Beteiligung arbeiten. Autor: Graeme Clark

Die Mikrocontroller-Familie RX200 von Renesas Electronics

enthält erstmals einen Data Operating Circuit (DOC)

und zählt zur neuesten Generation von Strom-sparenden

Mikrocontrollern mit extrem niedriger Versorgungsspannung.

Sie kombiniert einen leistungsfähigen 32 Bit RX CISC-

CPU-Kern mit einer neuen Generation eines stromsparenden

Niederspannungs-Halbleiterprozesses.

Das erste Produkt aus der RX200-Familie ist der RX210. Dieser

Baustein enthält alle gängigen Funktionsmerkmale eines typischen

RX-Mikrocontrollers und bietet zugleich eine Reihe neuer und innovativer

Peripheriefunktionen sowie eine umfassende Ausstattung

an Standard-Peripherieelementen. Zu diesen zählen beispielsweise

bis zu neun serielle Schnittstellen, leistungsfähige Motorsteuerungs-Timer,

eine Echtzeit-Uhr sowie weitere Features für

eine optimale Systemintegration. Bild 1 zeigt das Blockdiagramm

eines RX210. Der Artikel konzentriert sich auf den Betrieb einer

der interessantesten und mit Sicherheit außergewöhnlichsten Peripheriefunktionen

im RX210, den Data Operation Circuit.

Eine der wichtigsten Design-Anforderungen bei der Erstellung

der ursprünglichen Designstudie für den RX210-Mikrocontroller

bestand darin, so viele I/O-Funktionen wie möglich zu implementieren,

die jeweils unabhängig von der CPU arbeiten können. Dies

würde die Reaktionszeit auf interne und externe Echtzeit-Ereignisse

minimieren und die Notwendigkeit verringern, dass die CPU

eine große Anzahl von Interrupts abarbeiten müsste, was wiederum

die Gesamtleistung des Systems erhöhen würde.

Vor dem Hintergrund dieser Designkriterien wurden im RX210

viele intelligente Peripherieelemente implementiert. Der Mikrocontroller

enthält Features wie einen 4-Kanal Direct Memory Access

Controller (DMAC) und einen Data Transfer Controller

(DTC), um automatische Daten-Transfers zwischen Speicher und

Peripherieelementen sowie Peripherieelementen und Speicher oh-

60 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

ne CPU-Beteiligung zu ermöglichen. Weiter unten im Artikel wird

der DTC genauer diskutiert, denn dieser ist im Einsatz mit einem

DOC besonders nützlich.

Event Link Controller

Ebenfalls im RX210 implementiert ist ein Event Link Controller,

über den ein beliebiges Hardware-Ereignis in einem Peripherieelement

des Mikrocontrollers direkt ein anderes Peripherieelement

steuern kann. So lässt sich ein I/O-Pin zum Beispiel direkt per

Hardware mit einem Timer verknüpfen, so dass der Timer bei einer

Zustandsänderung am Pin startet oder etwa einen Zählerstand

inkrementiert. Ein Timer könnte auch an den A/D-Wandler angeschlossen

werden, um zum Beispiel alle 12 ms einen bestimmten

Eingang abzutasten. Im Zusammenspiel mit dem DMAC oder einem

DTC könnte man auch das Ergebnis einer A/D-Wandlung

ohne CPU-Beteiligung in den SRAM verschieben. Dies ermöglicht

eine extrem schnelle Hardware-Reaktion auf Echtzeit-Events ohne

Intervention der CPU, so dass die CPU für die Verwaltung anderer

wichtiger Aufgaben frei bleibt. Vor allem aber – und dies wird weiter

unten noch eingehender gezeigt – ermöglichen viele dieser

Funktionen eine direkte Verbindung verschiedener Peripherieelemente,

die im Zusammenspiel mit dem DOC den Aufbau extrem

leistungsfähiger, flexibler und programmierbarer Hardware-Subsysteme

im Inneren des Mikrocontrollers ermöglichen (Bild 2).

Data Operations Circuit

Bei Weitem das interessanteste und wahrscheinlich auch leistungsfähigste

Peripherieelement im RX210 ist der Data Operations Circuit

– vor allem wenn dieser gemeinsam mit einigen der anderen

innovativen Funktionen im RX210 eingesetzt wird.

Im Kern des DOC befindet sich eine einfache Arithmetic Logic

Unit (ALU). Diese einfache ALU hat nur drei Grundfunktionen:

Sie kann 16-Bit-Daten jeweils vergleichen, addieren oder voneinander

subtrahieren, um dann anhand einer vorgegebenen Bedingung

einen Interrupt auszugeben (Bild 3).

Im 16-Bit-Vergleichsbetrieb wird ein erster Referenzwert in den

DOC geladen; dann wird der damit zu vergleichende 16-Bit-Datenwert

geladen und per Hardware mit dem Referenzwert verglichen.

Je nach Programmierung kann der DOC dann einen Interrupt

erzeugen, wenn das Vergleichsergebnis wahr oder falsch ist.

Bei der Nutzung des 16-Bit-Additionsmodus wird ein erster

16-Bit-Wert in den DOC übernommen. Weitere 16-Bit-Werte

werden anschließend in den DOC geladen (ein Wert oder mehrere

sind möglich) und zum ursprünglichen Wert addiert. Sobald alle

erforderlichen Werte geladen sind, wird das Ergebnis auf Überlauf

überprüft und es wird bei Bedarf ein Interrupt erzeugt. Dieser einfache

Mechanismus ermöglicht eine Entscheidung, wenn ein bestimmter

Schwellenwert überschritten wurde. Dies ist beispielsweise

ideal für eine automatische Pegelüberwachung mithilfe des

A/D-Wandlers.

Nutzt man den 16-Bit-Subtraktions-Modus, so wird zunächst

der erste 16-Bit-Wert in den DOC geladen. Weitere 16-Bit-Werte

werden anschließend in den DOC übernommen (ein Wert oder

mehrere sind möglich) und von dem ursprünglichen Wert abgezogen.

Sobald alle erforderlichen Werte geladen sind, wird das Ergebnis

auf eine Bereichsunterschreitung überprüft und bei Bedarf ein

Interrupt erzeugt. Auch dieser einfache Mechanismus ermöglicht

das Fällen einer Entscheidung, wenn ein bestimmter Schwellenwert

unterschritten wird.

Data Transfer Controller

Die besondere Leistung des Data Operation Circuit besteht darin,

dass sich diese drei einfachen Funktionen ohne jegliche CPU-Beteiligung

für einfache Entscheidungen über das Systemverhalten

nutzen lassen. Damit können erstmals einfache Entscheidungen

direkt in der Mikrocontroller-Hardware gefällt werden, so dass Peripherieschaltungen

anhand einfacher Vergleichsoperationen darüber

entscheiden können, wie die von ihnen erzeugten Daten

verwaltet werden sollen.

Der DOC lässt sich im Zusammenspiel mit dem DMAC oder

speziell dem DTC für die Automatisierung der Weitergabe von Daten

und Vergleichsinformationen an den DOC einsetzen. Hier

sind viele Anwendungen für den DOC denkbar. Beispielsweise

kann der DOC zusammen mit einer UART-Schnittstelle zur automatischen

Erkennung einer Eingangs-Adresse verwendet werden

und die CPU alarmieren, wenn die Adresse gültig ist. Alternativ

lässt sich der DOC zusammen mit einem A/D-Wandler in einem

Pegel-Messsystem einsetzen, wo er automatisch erkennen kann,

wann der Pegel eine vorprogrammierte Schwelle überschreitet.

Der Einsatz des DOC bietet viele Vorteile für derartige Funktionen.

So könnte sich die CPU beispielsweise auf andere Aufgaben

Bild 1: Blockdiagramm

eines

RX210 Mikrocontrollers

von

Renesas.

Auf einen Blick

Mikrocontroller mit neuartigem Peripherie-

Controller

In die Mikrocontroller der Baureihe RX210 hat Renesas erstmals einen

Data Operating Circuit (DOC) integriert. Die Mikrocontroller mit

diesem integrierten Peripheriecontroller werden für eine breite Palette

von Kommunikations- und Steuerungstechnik-Anwendungen wie Motorsteuerung,

intelligente Sensorik, Metering, tragbare Geräte, Low-

Power-Modems und viele andere Industrie- und Unterhaltungselektronikanwendungen

angeboten. Diese Bausteine sind mit vielen unterschiedlichen

Speichergrößen und in zahlreichen Gehäuse-Optionen

erhältlich.

infoDIREKT www.all-electronics.de

515ei0312

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 61


Embedded-Systeme

alle Bilder: Renesas Electronics

Bild 2: Diagramm des „Interrupt Controllers“.

Bild 3: Im Kern des DOC sitzt eine einfache ALU mit den drei

Grundfunktionen: Sie kann 16-Bit-Daten jeweils vergleichen,

addieren oder voneinander subtrahieren, um dann anhand einer

vorgegebenen Bedingung einen Interrupt auszugeben.

mit höherer Priorität konzentrieren, und nur dann vom DOC über

einen Interrupt alarmiert werden, wenn eine bestimmte Bedingung

erfüllt ist. Die CPU könnte sogar zur Senkung des Stromverbrauchs

in einen Sleep-Modus versetzt und nur dann über einen

Interrupt aufgeweckt werden, sobald ein gültiger Alarmzustand

über eine DOC-Vergleichsoperation erkannt wird.

Bild 4: Einige der

verschiedenen DTC-

Betriebsarten.

DOC mit DTC kombinieren

Um zu verstehen, wie man den DOC mit dem DTC kombinieren

kann, ist es wichtig zu verstehen, wie der Data Transfer Controller

selbst funktioniert. Er wurde mit dem Ziel entwickelt, einen einfachen

aber extrem flexiblen Mechanismus für die Übertragung von

Daten zwischen einem Peripherieelement und dem Speicher oder

umgekehrt zu ermöglichen. Der DTC bietet so ein hohes Maß an

Flexibilität im Betrieb, indem er für die Durchführung der Daten-

Transfers einen einfachen, programmierbaren Controller anstelle

eines großen, spezialisierten Hardware-Blocks nutzt, wie dieser

beim DMA-Controller zum Einsatz kommt. Dies ermöglicht eine

umfassende Programmierbarkeit, wobei der Baustein alle notwendigen

Konfigurationsinformationen für den Transfer nicht in einem

festen Satz von Chip-internen Registern speichert, sondern in

einem kleinen Block im Chip-internen SRAM. Dadurch lässt sich

der DTC-Controller nicht nur zum Aufbau von einem oder zwei

Daten-Transferkanälen einsetzen, sondern bei Bedarf auch für 10

oder 20. Dazu benötigt man für jeden zu definierenden Kanal einen

kleinen SRAM-Block zur Ablage der Kanal-Konfigurationsinformationen.

Der größte Nachteil dieser Technik: Bei jedem Transfer

werden jeweils einige Zyklen für das Auslesen der im SRAM

abgelegten Konfigurationsdaten benötigt, bevor sich der jeweilige

Transfer ausführen lässt. Damit ist ein DTC-Transfer in der Regel

langsamer als ein DMA-Transfer.

Der DTC kann bis zu 256 mal 1 Byte oder mehr als nur 1 Byte

zwischen einer Peripherieschaltung und dem Speicher oder umgekehrt

übertragen. Die Ursprungs- und Zieladressen für den Transfer

können jeweils die gleiche Adresse sein; alternativ lassen sich

die Adressen zur Bildung einer Pufferstruktur auch unabhängig

voneinander inkrementieren oder dekrementieren.

Am Ende des Transfers kann der DTC einen Interrupt erzeugen

und der CPU damit signalisieren, dass die Daten bereitstehen. Alternativ

kann der Interrupt auch einen zweiten DTC-Transfer anstoßen.

Dieser Mechanismus lässt sich bei Bedarf auch zur Verkettung

mehrerer Transfers verwenden. Diese Verkettungs-Betriebsart

(Chain Mode) ist besonders nützlich, wenn mehrere Datenblöcke

zwischen Peripherieschaltungen verschoben werden müssen.

Chain Mode ist besonders für den Einsatz zusammen mit dem

DOC interessant, weil sich dann mehrere Transfers von verschiedenen

Speicher- oder Peripherie-Adressen durch eine einzige Interrupt-Quelle

triggern lassen. So können zum Beispiel mit nur

einem Interrupt – wie etwa dem A/D-Wandler-Interrupt – Vergleichsdaten

in den DOC geladen und über eine Verkettung eines

zweiten Transfers Daten aus dem A/D-Wandler zum Vergleich in

den DOC geladen werden; dabei läuft der gesamte Vorgang automatisch

und ohne Beteiligung der CPU ab. Die Möglichkeit, dass

ein Interrupt eine komplexe Abfolge unterschiedlicher Transfers

anstoßen kann, ist nicht nur beim Einsatz mit dem DOC besonders

interessant. Bild 4 zeigt einige der verschiedenen DTC-Betriebsarten.

Der DTC lässt sich auch in einen Repeat-Modus setzen, in dem

er jeden Transfer zusätzlich für eine vorgegebene Anzahl von

Durchläufen wiederholt. Für die meisten Anwendungen ermöglicht

die Flexibilität des DTCs einen sehr guten Kompromiss zwischen

Geschwindigkeit, Flexibilität und natürlich auch Bauteilkosten.

Automatische Transfers lassen sich fast ohne Einschränkungen

zwischen beliebigen Peripherieelementen und dem Speicher einrichten.

Der Data Transfer Controller ist eine geeignete Lösung zur

Automatisierung einer Datenübertragung zwischen Peripherieschaltungen

und dem Speicher ganz ohne Beteiligung der CPU.

Wenn man den DTC in der Chain Betriebsart bei der Übertragung

von Daten zum DOC einsetzt, dann können einfache Tests an vielen

Datenblöcken ohne jegliche CPU-Beteiligung ausgeführt wer-

62 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Embedded-Systeme

ADC Transfer Request an DTC

DTC Transfer 1 Vergleich[0] an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 2 AN000 an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 3 Vergleich[0] an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 4 AN001 an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 5 Vergleich[0] an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 6 AN003 an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 7 Vergleich[0] an DOC Chain aktiviert, also nächsten Transfer ausführen

DTC Transfer 8 AN005 an DOC Chain deaktiviert, also Stopp

Bild 5: System-Blockdiagramm eines Anwendungsbeispiels. Über eine

Kombination aus DTC und DOC wird ermittelt, ob ein programmierbarer

Schwellenwert überschritten wurde.

Tabelle 1: A/D-Wandler Transfer Request an Data Transfer Controller (DTC).

den, so dass das Bauelement selbst die Fähigkeit erhält, einfache

Entscheidungen zu fällen.

Einfaches Systembeispiel

Nachdem nun die Grundfunktionen des DOC und des DTC klar

sind, folgt nun ein einfaches Systembeispiel. Bei diesem System

handelt es sich um einen einfachen Pegel-Detektor mit mehreren

Eingängen, der den Group-Scan-Modus eines 12-Bit-A/D-Wandlers

zur Erfassung von jeweils vier Eingangssignalen nutzt, und über

eine Kombination aus DTC und DOC ermittelt, ob ein programmierbarer

Schwellenwert überschritten wurde. Nach der anfänglichen

System-Konfigurierung geht die CPU in den Sleep-Modus,

um Strom zu sparen. Aus diesem Modus wird sie nur aufgeweckt,

wenn ein Interrupt vom DOC kommt. Dieser Interrupt signalisiert,

dass einer der Schwellwerte überschritten wurde. Bild 5 zeigt

das zugehörige System-Blockdiagramm.

Im Group-Scan-Modus tastet der A/D-

Wandler kontinuierlich der Reihe nach jeden

Eingang ab und legt die Ergebnisse im

SRAM ab. Nachdem alle vier Eingänge abgetastet

wurden, erzeugt der A/D-Wandler

einen DTC-Request. Mithilfe des Chain-

Modus stößt dieser Request eine Kette von

acht Daten-Transfers zwischen dem Speicher

und dem DOC an. Dabei werden vom

Chip-internen SRAM die beiden Vierer-

Sätze der A/D-Wandlerergebnisse und ein

entsprechender Schwellenwert übertragen,

mit dem jedes A/D-Wandlerergebnis verglichen

werden soll.

Im vorliegenden Fall wird der DOC so

initialisiert, dass er jeden Wert vergleicht

und ein Interrupt erzeugt, wenn bestimmte

Schwellenwerte überschritten werden. Sobald

der A/D-Wandler, der DOC und der

DTC initialisiert sind, wird jeder Wandler-

Eingang ohne jegliche CPU-Beteiligung

kontinuierlich im Hintergrund abgefragt.

Die CPU kann andere Tasks verwalten

oder sogar in einen Low-Power-Modus

versetzt werden und wird erst dann aufgeweckt,

wenn einer der Eingänge den relevanten

Wert überschreitet. Viele andere

Low-Level-Tasks lassen sich auf gleiche

Weise mithilfe dieser Kombination aus

DOC und DTC automatisieren. Diese

Technik zur Automatisierung von Low-

www.elektronik-industrie.de

IGH PEED

H S

ROBUST

FLEXIBLE

Level-Funktionen ist außerordentlich leistungsstark. Sie kann bei

der Entwicklung von Low-Level-Softwaretreibern für diese Aufgaben

sowohl Entwicklungszeit als auch Entwicklungskosten sparen.

Darüber hinaus verbessert sie durch eine Automatisierung der Basisfunktionen

ohne die Notwendigkeit einer CPU-Beteiligung

auch die Systemleistung.

Die RX210-Familie von Renesas verbindet als erste Bausteinserie

intelligente Peripheriefunktionen wie den Data Operation Circuit

mit anderen Peripheriefunktionen, wie beispielsweise den Data

Transfer Controller. DOC und DTC ermöglichen zusammen

flexible und leistungsfähige Lösungen für die Automatisierung von

Low-Level I/O-Funktionen in vielen verschiedenen Anwendungen.

(jj)

n

Der Autor: Graeme Clark ist Product Marketing Specialist, Industrial Business

Group, Renesas Electronics Europe.

TriCore • Power Architecture

XC2000/XE166 • SH-2A • XScale

Cortex M0/M3/M4 • Cortex R4 • Cortex A8 • ARM7/9/11

Wir stellen aus: Embedded World 2012, Halle 4, Stand 310


Analog-/Mixed-Signal-ICs

18 Bit Absolut Encoder-IC

Magnetisch, für Hohlwellen- und Lineargeber

Die meisten magnetischen Positionsgeber verwenden einen Diametral-Magneten und tasten zentrisch ab. Die

dabei erreichbare Winkelauflösung und Genauigkeit wird allerdings durch die mögliche Interpolationstiefe und die

verfügbare Feldqualität begrenzt. Optische Positionsgeber hingegen erreichen durch die Abtastung vieler Sinusperioden

pro Umdrehung mühelos sehr hohe Auflösungen. Mit iC-MU wurde nun eine magnetische Chiplösung

gefunden, die die Vorteile beider Lösungsansätze kombiniert und auf die prinzipiellen Vorteile magnetischer

Sensorik nicht verzichten muss.

Autoren: Hartmut Scherner und Joachim Quasdorf

Als Spezialist für optische und magnetische Sensor-ICs liefert

iC-Haus GmbH hochintegrierte Chiplösungen für

industrielle Sensoren. Der hier vorgestellte neue Hall-

Encoder iC-MU ist ein System-On-Chip mit Noniusberechnung,

der viele magnetische Nord-/Südpol-Paare auf einer

Trommel, einer flachen Scheibe oder auf einem Band erfasst.

Die zu iC-MU passende magnetische Maßverkörperung benötigt

zwei Inkrementalspuren mit Polbreiten von ca. 1,28 mm, wo-

bei sich die Anzahl der Polpaare über die Messdistanz um ein Polpaar

unterscheiden muss. Zur Digitalisierung der Hall-Sensorsignale

kommen zwei synchron arbeitende Sinus-Digitalwandler zum

Einsatz, die als Vektor-Nachlaufwandler Feldänderungen mit 8

Msps nahezu verzögerungsfrei verfolgen. Anhand der Phasendifferenz

zwischen den beiden Spursignalen berechnet der Hall-Encoder

die Absolutposition über eine Noniusberechnung mit bis zu

18 Bit Auflösung, ohne dass eine Bewegung erforderlich wäre.

64 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Analog-/Mixed-Signal-ICs

Eine Auflösung von 5 Winkelsekunden wird mit rotativen Anwendungen

erreicht, wobei Eingangsdrehzahlen von bis zu 24.000

U/min möglich sind. Bei Anordnung der Polpaare auf einem magnetisierten

Polymer oberhalb einer flachen Scheibe sind sehr kompakte

Systeme möglich – ideal für einen direkten Anbau an den

Motorflansch. Für die planparallele Abtastung erlaubt das IC typischerweise

einen Arbeitsabstand von 4/10 mm.

Der Mikrochip integriert alle gewünschten Encoder-Funktionen

auf kleinstmöglichem Bauraum, im 16-poligen DFN-Gehäuse auf

nur 5 x 5 Millimetern. Die außermittige, so genannte Off-Axis-

Platzierung erlaubt erstmalig Hohlwellen für hochauflösende magnetische

Absolutgeber. Mit der Standardscheibe MU2S mit 32 Polpaaren

im Durchmesser von 30 mm sind beispielsweise Achsen bis

10 mm durchsteckbar.

Zuverlässigkeit, hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit, keine

zerbrechlichen Teile, Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung

und Feuchtigkeit – Vorzüge, die für magnetische Systeme sprechen.

Die ebenfalls verlangte hohe magnetische Störfestigkeit erreicht

iC-MU durch seine mehrfach-differenzielle Feldabtastung.

Montage

Gegenüber der zentrischen On-Axis-Platzierung des Sensorchips

ergeben sich andere mechanische Fehlerquellen, die bei der Inbetriebnahme

eines derartigen Systems zu beachten sind. Ein nicht

auf dem idealen Abtastradius sitzender Hall-Encoder (Bild 2, Fig.

B) verfälscht die Sinussignale; der radial verschobene Baustein erfasst

die Maßverkörperung, bzw. die kuchenstückartigen, segmentierten

Pole nicht mit dem richtigen Pitchmaß. Es entsteht ein

konstanter Phasenfehler zwischen den Sinus- und Cosinussignalen

aus der Hall-Abtastung, der dank der integrierten Signalabgleichmöglichkeit

kompensierbar ist.

ERR RAD

⎛ D + ∆R


= 90° ⋅⎜

−1⎟

⎝ D ⎠

Formel 1 bestimmt den elektrischen Phasenfehler der Sensorsignale

mit D als Abtastdurchmesser und ΔR als Verschiebung in radialer

Richtung. Ein radialer Versatz des Hall-Encoders um beispielsweise

1/10 mm ergibt bei einem Abtastdurchmesser von 26

mm (Standardscheibe mit 32 Polpaaren) einen Phasenfehler von

0,35°, bezogen auf eine elektrische Sinusperiode. Zur Umrechnung

auf den mechanischen Winkelfehler pro Umdrehung von 360 Grad

muss man durch die Anzahl der Polpaare teilen: bei 32 Polpaaren

nur noch ca. 0,01 Grad.

Auf einen Blick

Kombi der Vorteile aus magnetischem und

optischem Positionsgeber

Als vollintegrierte Single-Chip-Lösung eignet sich iC-MU zur Abtastung

magnetischer Polräder und Bänder für typische Motion-Control-

Applikationen, wie beispielsweise für absolute Positionsgeber, Inkrementalgeber

und Kommutierungsgeber für bürstenlose Motoren. Die

Positionsdaten werden in Echtzeit erzeugt und über serielle Schnittstellen

(BiSS, SSI, SPI) sowie als Inkrementalsignal verzögerungsfrei

angeboten – dank der besonderen FlexCount-Interpolation ist eine

beliebige Impulszahl wählbar.

infoDIREKT www.all-electronics.de

526ei0312

Ein tangential verschobener Baustein (ΔX) hingegen beeinflusst

den elektrischen Phasenwinkel beider Spursignale relativ gleichmäßig

(Bild 2, Fig. A), so dass die Phasendifferenz für die Absolutwertberechnung

weitgehend unverändert bleibt. Auch das Pitchmaß

ändert sich nur geringfügig.

Eine exzentrisch aufgebrachte Maßverkörperung verursacht einen

Taumel derselben (Bild 2, Fig. C). Je kleiner der Durchmesser

ist, desto stärker ändert sich das Pitchmaß der Maßverkörperung

und es entsteht ein langwelliger Fehler, der die Absolutgenauigkeit

beeinflusst.

Der Exzentrizitätsfehler errechnet sich aus der Verschiebung ΔE

der Maßverkörperung zur Drehachse und der Polbreite p der Maßverkörperung.

Demnach führt ein Exzentrizitätsfehler von 10 Mikrometern

auf einen Phasenfehler von 1,4 Grad bezüglich der Sinusperiode,

bzw. auf einen mechanischen Winkelfehler von 0,05

Grad bezogen auf die mechanische Umdrehung (Beispielrechnung

für die Standardscheibe, bzw. einen Abtastdurchmesser von 26

mm mit einer Polbreite von 1,28 mm und 32 Polpaaren). Bei der

Bestimmung der Phasendifferenz zur Noniusberechnung spielt der

Exzentrizitätsfehler nur eine untergeordnete Rolle, da er beide Signalspuren

gleichermaßen beeinflusst.

Typisch für Hall-ICs sind Automatikfunktionen, die Amplitudenänderungen

ausgleichen und Offsetfehler eliminieren. Jedoch

können auch Sensor-Anbaufehler zu Signalfehlern führen, die die

Messgenauigkeit verringern. Deshalb verfügt iC-MU über spezielle

Kompensationsmöglichkeiten zur statischen Korrektur von anbaubedingten

Signalfehlern.

Schnittstellen

Die digitale Winkelposition kann über das inkrementale A/B/Z Interface

in beliebiger Auflösung und mit Interpolationsfaktoren von

1 bis 65536 ausgegeben werden. Diese als Flex Count bezeichnete

Arithmetik ermöglicht es, mit nur einem Geberdesign auf unterschiedliche

Anforderungen zu reagieren. Ein Design löst verschiedenste

Gebertypen ab, unterschiedliche Maßverkörperungen sind

nicht notwendig. Fertig aufgebaute Geber können mit der Auslieferung

programmiert werden, für ein minimales Time to Market.

Das Indexsignal ist bezüglich der Logikverknüpfung mit A und B

sowie der absoluten Lage flexibel; das Setzen der Nullposition ist

nach dem Anbau möglich.

Für die Ansteuerung bürstenloser Gleichstrommotoren bietet

iC-MU drei Kommutierungssignale (U, V, W) für Motoren mit 1

bis 16 Polpaaren und ist damit ideal geeignet, als Positions- und

Lagesensor in den Motor integriert zu werden. Die sonst als Kommutierungsgeber

üblichen Hall-Schalter entfallen; die elektronische

Einstellung der U/V/W-Signallage auf den Rotor ist ebenfalls

ein nennenswerter Vorteil. Die Möglichkeit zur Hohlwellenmontage

erlaubt es, auch Resolver einbaukompatibel zu ersetzen. Im Gesamtsystem

betrachtet kann sich ein durchaus kostengünstiger

Resolver-Ersatz ergeben, der dank seiner hohen Auflösung eine

genauere Motorregelung ermöglicht.

Als serielle Schnittstellen stehen SPI für den direkten Anschluss

an einen Mikrokontroller, BiSS für die bidirektionale und CRCgesicherte

Steuerungskommunikation auch über längere Anschlusskabel,

oder SSI als Standard-Encoder-Schnittstelle zur Verfügung.

Alle Schnittstellen erlauben Taktfrequenzen von bis zu 10

MHz. Mit Hilfe eines Dateneingangs unterstützt iC-MU Multi-

Slave-Applikationen unter BiSS für eine Kettenschaltung mehrerer

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 65


Analog-/Mixed-Signal-ICs

Positionsgeber mit taktsynchroner Datenerfassung. Wird ein Referenzgeber

verschaltet, kann die Absolutgenauigkeit während der

Inbetriebnahme aufgenommen und ausgewertet werden, sogar bei

höchster Geschwindigkeit. Die von iC-Haus kostenfrei zur Verfügung

gestellte BiSS Reader-Software unterstützt durch Mathematik-

und Grafikfunktionen beim Vergleich der Messwerte. Bild 3

zeigt beispielhaft eine derart aufgenommene Genauigkeitskurve.

Messgenauigkeit

Die dargestellte Messkurve zeigt die absolute Winkelgenauigkeit

für ein iC-MU-System mit Standardscheibe. Die hier erreichte

Winkelgenauigkeit ist besser als +/-0,1 Grad über eine komplette

mechanische Umdrehung von 360 Grad.

Die Genauigkeit der Polrad-Magnetisierung kennt systematische

Grenzen – variieren einzelne Pole, ergeben sich leichte Verschiebungen.

Die vorliegende Messung lässt diesen Effekt im Bereich

von 45° und 90° erkennen. Auch die mechanische Achsenkopplung

zum Referenzgeber kann einen Zentrierungsfehler aufweisen,

der als geringe langwellige Abweichung über eine

Umdrehung sichtbar ist. Weil die magnetische Periode hier einem

Winkel von nur 11,25 Grad entspricht, sind Periodenfehler bei der

gezeigten Auflösung kaum wahrnehmbar; die Reproduzierbarkeit

der Winkelschritte ist jedoch deutlich besser als 0,1 Grad.

Lineare Anwendungen

iC-MU ist ebenfalls für lineare Applikationen geeignet und kann

Wegstrecken von 40, 80 oder 160 mm absolut messen, bei einer

Positionsauflösung von ca. 160 nm. Für größere Messdistanzen

können zwei Bausteine kaskadiert werden (Bild 4), wodurch sich

die maximal mögliche absolute Wegstrecke um einen Faktor von 2

bis 64 verlängert. Absolute Wegmesssysteme für einige Meter sind

so realisierbar mit Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 16 m/s.

Wie Bild 4 zeigt, arbeitet iC-MU(2) als Multiturn-Baustein für iC-

MU(1). Der Multiturn-Baustein bestimmt aus der mittleren Spur,

mit z. B. 1024 Perioden, und der oberen Spur, mit z. B. 1023 Perioden,

die absolute Position. Über den gesamten Messbereich von 2,6

Meter ist die Phasendifferenz eindeutig. Allerdings ist der Informationsgehalt

sehr hoch, leichte Messfehler würden eine falsche

Lageinformation erzeugen.

Der untere Baustein iC-MU(1) berechnet die Phasendifferenz

zwischen der mittleren Spur, mit z. B. 1024 Perioden, und der unteren

Spur, mit z. B. 992 Perioden. Damit erzeugt dieser Baustein

ebenfalls eindeutige Positionswerte, die sich aber 32-mal auf der

gesamten Messdistanz wiederholen. Die Multiturn-Information

von iC-MU(2) kann dann zur Unterscheidung der 32 Segmente

herangezogen werden.

Außer einer Kaskadierung von zwei iC-MU Bausteinen können

auch andere Multiturn-Sensoren, beispielsweise Getriebesysteme,

verwendet werden und ihre Multiturn-Daten an iC-MU liefern.

Die Multiturn-Daten werden nach dem Anlegen der Versorgungsspannung

automatisch eingelesen und im laufenden Messbetrieb

zyklisch überprüft.

iC-MU arbeitet an 5 V im Einsatztemperaturbereich von -40 °C

bis 95 °C. Der Baustein kommt im platzsparenden 16-Pin DFN-

Gehäuse und benötigt nur 5 mm x 5 mm Platz auf der Platine. Zur

Bemusterung stehen verschiedene magnetische Maßverkörperungen,

Demo-Boards, PC-Adapter sowie eine Bediensoftware für

Windows zur Verfügung. (sb)

n

Die Autoren: Dipl.-Ing. Hartmut Scherner, Entwickler, und

Dipl.- Ing.Joachim Quasdorf, ASSP-Vertrieb bei iC-Haus.

Bild 1: Prinzipielle Anordnung von

Polrad und Hall-Encoder iC-MU.

Bilder: iC-Haus

Bild 3: Gemessene Winkelgenauigkeit im

System (Beispiel).

Bild 2: Montagetoleranzen.

Bild 4: Kettenschaltung für lineare Messsysteme.

66 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Analoge-/Mixed-Signal-ICs

Nutzsignalauflösung: 16 effektive Bit

Energieeffizienz und störfeste Sensor-Signalverarbeitung

Die Erweiterung bekannter, analoger und digitaler Sensorsignalverarbeitungskonzepte mit gezielten Energiesparlösungen

ermöglicht störfeste, hochgenaue Sensorsignalmessungen bei reduzierter Leistungsaufnahme. Die

Umsetzung der hier adressierten Konzepte ebnet den Weg für energieeffiziente High-Performance-Standard-

Lösungen im Bereich der Smarten/Intelligenten Sensoren.

Autor: Dr. Marko Mailand

Heutige Marktanforderungen an Sensoren und Sensorsysteme

erwarten steigende Leistungsparameter bei sinkenden

Gesamtkosten: Modulgröße, Bedienkomplexität,

Preis und Energieverbrauch. Die Ermittlung von Umgebungseigenschaften,

wie beispielsweise Druck, Temperatur, Gewicht,

Durchfluss, Drehmoment, Vibration, Tension, Dehnung,

etc. führen dabei sowohl im Consumer-Bereich als auch im Industriesektor

zu stetig wachsenden Ansprüchen an die Empfindlichkeit

bzw. Auflösung, Störfreiheit und Genauigkeit. In diesem Zusammenhang

hat sich das Systemkonzept des intelligenten Sensors

(smart sensor) mit direkter Busanbindung in den letzten Jahren

immer mehr etabliert. Intelligente Sensoren setzen sich dabei prinzipiell

aus den Funktionselementen: Sensor, analoge Signalaufbereitung

(zum Beispiel Verstärkung, Offsetkorrektur) Analog-Digital-Wandlung,

digitale Signalkorrektur und digitale Auswertung

zusammen.

Während insbesondere für hochgenaue Sensorapplikationen der

smarte bzw. intelligente Sensor de facto als Standardkonzept für

Neuerscheinungen am Markt gilt, existiert noch immer eine sehr

unterschiedliche Leistungsbandbreite, was die eigentliche Signalaufbereitung

und -verarbeitung und insbesondere die Leistungsaufnahme

angeht. So ist es beim Übergang zu kleineren Technologien

immer noch und immer wieder eine Hauptaufgabe, alle schaltungsspezifischen,

analogen Störeinflüsse zu eliminieren, zu kompensieren

oder zumindest zu minimieren. Anderseits sind

bewährte Konzepte und Lösungen zu verändern, um den Forderungen

nach Energieeffizienz nachzukommen. Häufig führt dies

zu konträren Lösungskonzepten.

Nichtsdestotrotz existieren Schaltungstopologien und -ansätze

die technologieunabhängig ihre Gültigkeit und insbesondere ihre

Wirksamkeit für die Realisierung von hochauflösenden, energieeffizienten,

rauscharmen, intelligenten Sensoren behalten.

Einfacher Ansatz – Große Wirkung

Ein vielfach eingesetztes Konzept zur Beseitigung von Störeinflüssen

auf der Spannungsversorgung ist das ratiometrische Messprinzip.

Ratiometrische Messungen zeichnen sich dadurch aus, dass

das Messergebnis als Quotient zweier Größen gesucht ist, welches

68 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


typischerweise von Störungen überlagert

ist. Dabei ist jedoch ausschlaggebend, dass

die Störungsüberlagerung die eigentliche

Messung nicht beeinflusst. Eine ratiometrische

Größe ist zum Beispiel unabhängig

von der Versorgungsspannung.

Bild 1 zeigt am einfachen Beispiel, dass

das Verhältnis der gemessenen Spannungen

V 1

und V 2

an den Widerständen R 1

und R 2

unabhängig vom Absolutwert der

Betriebsspannung V DD

ist. Somit kann bei

bekanntem Wert für R 1

durch Messung des

Spannungsverhältnisses auf das Widerstandsverhältnis

bzw. auf R 2

geschlossen

werden, wobei gilt: R 2

= R 1

x V 2

/ V 1

.

Genau dieses Grundprinzip wird in Sensorinterface-

und Sensor-Signal-Conditioning

Standardschaltkreisen (SSC) von ZM-

DI (beispielsweise ZSSC3016 und

ZSSC3017) eingesetzt, um quasi rauschfreie

und betriebsspannungs-störfeste Applikationen

mit einer Nutzsignalauflösung

von effektiven 16 Bit zu ermöglichen. Als

Erweiterung des ratiometrischen Grundprinzips

werden hierbei die IC-internen

Referenzspannungen beispielsweise für

den Verstärker und den Analog-Digital-

Wandler (ADC) direkt von der entsprechenden

Versorgungsspannung V DDB

des

resistiven Brücken-Sensorelements abgeleitet

(Bild 2). In Folge dessen wirken sich

Störungen auf V DDB

nicht auf das Verhältnis

der Sensorspannung V IN

zur Eingangsspannung

am AD-Wandler aus. Dies führt

wiederum dazu, dass bei verbleibenden

Schwankungen auf der Versorgungsspannung

V DDB

zwar die IC-internen Absolutpegel

variieren, jedoch keinerlei Schwankungen

im Wandlungsergebnis auftreten.

Für die neueste SSC-Generation von

ZMDI wurde dieses Konzept erweitert.

Mittels leistungsarmer Betriebspannungsunterdrückung

durch einen geeigneten

Spannungsregler ist es mit dem ZSSC3016

möglich, low-power Sensorsysteme in stark

gestörten Applikationsumgebungen einsetzen

zu können, zum Beispiel in Smart-

Phones. Der Spannungsregler verringert

dabei dynamische Verluste an parasitären

Kapazitäten im Signalpfad und ermöglicht

einerseits 16-Bit-genaue Systeme bei Betriebsspannungen

bis 1,8 V unter gleichzeitiger

Ausnutzung eines ratiometrischen

Signalpfades.

Energieeffizienz durch clevere

Spannungsversorgung

Der Betrieb bei niedrigen Betriebsspannungen

bis hinunter zu 1,8 V bei gleichzeitiger

IC-Stromaufnahme von höchstens 1

mA sind Grundansätze, die bei aktuellen

SSC-Neuentwicklungen von ZMDI, wie

dem ZSSC3016, verfolgt werden. Um darüber

hinaus energieeffiziente Sensorapplikationen

zu ermöglichen, bieten ZMDI-SSCs

verschiedene Operationsmodi, wobei insbesondere

der Wake-Up- oder Sleep-Mode

den Gesamtenergieverbrauch minimiert.

Dabei ist der Schaltkreis in einem Quasi-

Power-Down-Zustand (Stromaufnahme

weniger als 250 nA), aus dem er innerhalb

weniger Sekundenbruchteile per Bus-

Kommando oder passende Schaltkreis-ID

aufgeweckt werden kann, worauf eine

komplette Sensormessung durchgeführt

wird und der IC unmittelbar wieder in den

Ruhezustand zurückkehrt. Je nach Interface-Protokoll

kann das Messergebnis auch

im Ruhezustand abgerufen werden.

Mit dem in Bild 2 realisierten Systemkonzept

wird unter Nutzung so genannter

Low-Dropout-Regler (LDO) eine weitgehend

stabile, sehr niedrige Betriebsspannung

(V DDB

= 1,7 V) erzeugt. Der gesamte

analog-digitale Sensormesspfad wird auf

dieser niedrigen Spannung betrieben. Da,

nicht zuletzt aufgrund des ratiometrischen

Ansatzes, auch das eigentlich Brückensensorelement

von V DDB

gespeist wird, kann so

die Gesamtstromaufnahme des Intelligenten

Sensors minimiert werden.

Zusätzlich wurde zum Beispiel im

ZSSC3016 der LDO so ausgelegt, dass er

eine stabil-geringe Versorgungsspannung,

V DDB

auch unter extremen Bedingungen

erzeugen kann, wie sie in mobilen Endge-

Auf einen Blick

Ratiometrisches Messprinzip

Die Trennung der Betriebsspannungs-Domainen für Interface- und Signalverarbeitung ermöglicht

einen neuen Grad an Energieeffi zienz für hochgenaue intelligente Sensoren. Zur Beseitigung

von Störeinfl üssen auf der Spannungsversorgung wird das ratiometrische Messprinzip in

Sensorinterface- und Sensor-Signal-Conditioning-ICs von ZMDI (beispielsweise ZSSC3016 und

ZSSC3017) eingesetzt, um quasi rauschfreie und betriebsspannungsstörfeste Applikationen mit

einer Nutzsignalaufl ösung von effektiven 16 Bit zu ermöglichen.

infoDIREKT www.all-electronics.de

595ei0312

www.elektronik-industrie.de


Analoge-/Mixed-Signal-ICs

Bild 1, oben: Basisschaltung ratiometrisches

Messen.

Bild 2, rechts: Trennung von Interface

und Ratiometrischer Topologie für

energieeffiziente, resistive Brückensensor-Signalmessung

(zum Beispiel im

ZSSC3016 von ZMDI).

Alle Bilder: ZMDI

räten zu finden sind; eine Betriebsspannungs-Störunterdrückung

von bis 90 dB ohne die Notwendigkeit zusätzlicher, externer Komponenten

steht hier zur Verfügung.

Analoge Korrektur ist nur die Hälfte

Analoge Leistungsparameter sind für die letztliche Sensormesswertqualität

sehr wichtig; doch die digitale Signalkorrekturfähigkeit

ist ebenfalls von wesentlicher Bedeutung. Typischerweise besitzen

Sensorsysteme eine inhärente Nichtlinearität, welche sich

sowohl aus der eigentlichen Messgröße ergibt (zum Beispiel Höhenluftdruck,

hydrodynamischer Druck und Torsionsschwingung)

als auch aus der Sensor-Charakteristik selbst. Zusätzlich besteht

nicht nur bei resistiven Sensoren häufig ein nichtlinearer Zusammenhang

zwischen Sensorsignal und Umgebungs- bzw. Sensorsystemtemperatur.

Um daraus resultierende Messwertverläufe zu linearisieren

und dadurch für die nachfolgende Auswertung optimal

nutzbar zu machen, beinhaltet der ZSSC3016 beispielsweise eine

speziell angepasste, digitale Verarbeitungseinheit, welche bis zu 7

verschiedene 18 Bit genaue Kalibrierkoeffizienten berücksichtigen

kann. Die entsprechend notwendigen Kalibrierpunkte sind für jedes

Sensor-IC-Paar spezifisch und müssen jeweils separat, in der

Regel während der Inbetriebnahme des Sensorsystems, ermittelt

werden. Dazu unterstützten die ZMDI-SSCs derartige Korrekturmethoden

durch zusätzlich integrierte Temperatursensoren, die

wie im ZSSC3016 mit einer rauschfreien Auflösung von unter

0,005 K/LSB im Bereich -40...+85 °C eine eigene Klasse für sich

bilden könnten.

Darüber hinaus können schaltkreisinterne Signaloffsets, V off

über eine so genannte Auto-Zero-Messung (AZ) bestimmt und

letztlich das eigentlich gewünschte Sensorsignal damit korrigiert

werden. Dafür wird direkt am IC-Eingang der Signalpfad kurzgeschlossen.

Zusätzlich zur Signalkorrektur ermöglicht die AZ-Messung

die inhärente Applikations-Diagnose zur Überwachung von

zum Beispiel Systemstabilität und Driftverhalten.

Mit diesen Methodiken lassen sich nichtlineare und temperaturabhängige

Messgrößen und Sensorsignale optimal für die eigentliche,

auf die Messwertermittlung folgende Informationsverarbeitung

vorbereiten.

Standard-Features

Bestehende und zukünftige Sensorinterface- und SSC-Schaltkreise

von ZMDI bieten neben den erläuterten Eigenschaften unter anderem

industriestandard-konforme und inhaltsflexible Digitalschnittstellen,

wie I 2 C (bis 3,4 MHz) oder SPI (bis 20 MHz). Als

Basis-IP für den ADC wird eine in Auflösung und Segmentierung

programmierbare Charge-Balancing-Architektur eingesetzt. Hier

kann zwischen reiner MSB-Wandlung (Most Significant Bit) und

kombinierter MSB/LSB-Wandlung (LSB, Least Significant Bit) gewählt

werden, wobei ein anwendungsspezifisches Optimum zwischen

Wandlungsgeschwindigkeit und weiterer Rauschreduktion

des Messergebnisses einstellbar ist. Komplett SSC-korrigierte,

16-Bit-aufgelöste Wandlungsergebnisse können mit einer Rate von

bis zu 175 s -1 erzeugt werden. Mittels feinstufig programmierbarer,

analoger Vorverstärkung und anpassbarer ADC-Eingangsoffset-

Verschiebung lassen sich ICs, der ZSSC31016 und andere auf verschiedenste

Signalverläufe von Umgebungssignal sowie Sensorelementcharakteristiken

(insbesonders Offset, Empfindlichkeit und

Messbereich) und somit für nahezu jede Messaufgabe anpassen.

Letztlich bietet ZMDI dem Markt für Standard-ICs mit seinen

16-Bit-Schaltkreisen die Möglichkeit, größenoptimierte und energieeffiziente,

intelligente Sensoren mit Leistungsparametern zu realisieren,

die bisher nur von ASIC-basierten oder Einzelchiplösungen

bekannt waren. (jj)

n

Bild 3: Typische Operationsmodi von ZMDI: Sensorinterface- und Sensor-

Signal-Conditioning-ICs.

Der Autor: Dr. Marko Mailand ist Projektmanager für Mixed-

Signal-IC-Entwicklung im Bereich Medical, Consumer und

Industrial bei ZMDI in Dresden.

70 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Analoge-/Mixed-Signal-ICs

Vierkanal-Stromversorgungsmanager

Grafische Benutzerschnittstelle

Linear Technology präsentiert den

LTC2974, einen Stromversorgungsmanager

mit internem EEPROM für das umfassende

digitale Management von Stromversorgungssystemen

mit vier oder mehr Betriebsspannungsschienen.

Der Baustein

kann sowohl positive als auch negative

Stromversorgungen überwachen und steuern.

Der IC kommuniziert über eine I 2 C-

Schnittstelle und wird mithilfe von PMBus-

Befehlen gesteuert. Er bietet leistungsfähige

Debugging-Funktionen für schnelle

Fehlerdiagnose im Rahmen der Entwicklung

und Produktion von Stromversorgungen

und leistet wertvolle Dienste bei der

Analyse von Ausfällen. Jede Stromversorgung,

die über einen Run-Anschluss verfügt,

kann über Tracking-Mechanismen

oder zeitgesteuert sequenziert und gesteuert

werden. Der Stromversorgungsmanager

kann die Spannungen und Ströme in

bis zu vier Kanälen plus vier externe Temperatursensoren

gleichzeitig überwachen.

Dadurch ist es möglich, auf Veränderungen

des R DS(ON)

von MOSFETs oder des

DCR von Induktivitäten entsprechend zu

reagieren. Die zulässigen Ausgangsspannungs-

und -stromtoleranzen können für

jede der überwachten Stromversorgungen

individuell vorgegeben werden. Eine digitale

Regelschleife misst kontinuierlich die

Ausgangsspannungen und hält sie konstant,

auch bei Temperaturschwankungen.

Sämtliche Stromversorgungsüberwachungsfunktionen

haben eine hohe Genauigkeit,

der Gesamtfehler ist kleiner als

±0,25 %, ohne dass hierfür ein Abgleich erforderlich

wäre. Über die leistungsfähige

grafische Benutzerschnittstelle (GUI) LT

power Play kann der Anwender die Register,

anwenderdefinierten Einstellungen

und das Fehlerprotokoll intuitiv konfigurieren

bzw. abfragen. Für Anwendungen,

die mehr als vier Stromversorgungen erfordern,

können mehrere Stromversorgungsmanager

unter Verwendung eines 1-Draht-

Synchronisationsbusses kaskadiert werden.

Dabei benutzen alle LTC2974 einen gemeinsamen

Fehlerbus; die Reaktionen der

einzelnen Kanäle auf einen Fehler in einem

anderen Kanal sind programmierbar.

Der Stromversorgungsmanager enthält

alle Funktionsblöcke, die für ein vollständiges

digitales Management eines ansonsten

rein analogen Stromversorgungssystems

benötigt werden, beispielsweise differenzielle

Mess- und Abgleichschaltungen,

hochauflösende Datenwandler, ein nichtflüchtiges

EEPROM und eine hochgenaue

Referenz. Der Chip enthält außerdem einen

programmierbaren Watchdog-Timer

zur Überwachung eines externen Mikrocontrollers,

FPGAs oder ASICs.

Alle vier Kanäle bieten die volle Funktionsausstattung

– für Überwachung, Sequenzierung,

Toleranzbereich-Programmierung,

Trimmung und Fehlerschutz.

Der Black-box-Fehlerlogger protokolliert

kritische Parameter im EEPROM und ermöglicht

es dadurch, bei einem Fehler die

genauen Umstände zum Zeitpunkt des

Auftretens zu analysieren. In der Anwendung

arbeitet der LTC2974 autonom; der

IC überwacht die angeschlossenen Stromversorgungen

kontinuierlich und führt im

Falle eines Fehlers eine vorprogrammierte

Aktion aus. Der LTC2974 ist zudem durch

einen internen Chip-Temperatursensor geschützt.

Der IC ist im 64-poligen, 9 mm x 9

mm großen, RoHS-konformen QFN-Gehäuse

untergebracht und ist

über die kommerziellen und

industriellen Temperaturbereiche

spezifiziert.

n

infoDIREKT

571ei0312

Bild: Linear Technology

Digitaler Vierkanal Stromversorgungsmanager

überwacht

Spannung, Strom und Temperatur.

www.elektronik-industrie.de


Analoge-/Mixed-Signal-ICs

Mixed-Signal-

Stromversorgungscontroller

Programmierbare Stromversorgungen auf Chip-Ebene

Unter den verschiedenen Möglichkeiten von digitaler Power hat Exar eine gefunden, bei der durch ein cleveres

Chipdesign ein digitaler programmierbarer Stromversorgungscontroller kreiert wurde, der zum Preis von Analogbausteinen

angeboten werden kann.

Autor: Stefan Landau

Halbleiterhersteller bieten unter dem Begriff Digital Power

eine Reihe von unterschiedlichen Lösungen für Stromversorgungscontroller.

Einige verstehen unter Digital Power

die Kombination von digitalen Funktionen und

Kommunikation mit einer analogen PWM. Bei anderen ist es eine

Statemachine mit einer digitalen PWM und weitere schließlich

verwenden einen DSP auf dem ein Algorithmus läuft, der die Regelschleife

schließt.

Die Power XR-ICs von Exar integrieren das Beste aus zwei Welten:

preiswerte und flexible digitale Leistungssteuerung ebenso wie

die robusten Möglichkeiten von Hochleistungs-Analogschaltern.

Damit kann der Entwickler eine kleine, auf einem SoC basierende

Stromversorgungslösung mit vier integrierten Leistungscontrollern,

einem LDO und allen notwendigen Powermanagementfunktionen

auf nur einem Chip integrieren. Power XR-Produkte reduzieren

die Entwicklungszeit von Monaten auf wenige Wochen und

ermöglichen so einen erheblichen Time-to-Market-Vorteil für Systementwickler.

Weitere Vorteile liegen darin, dass eine einheitliche

Plattform für verschiedene Kundendesigns verwendet und insgesamt

die Risiken eines Powerdesigns minimiert werden können.

Die Power XR-Produkte

Die Bausteine der Power XR-Familie integrieren drei oder vier digitale

pulsbreitenmodulierte Step-down DC/DC-Controller

72 elektronik industrie 03 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Auf einen Blick

Verluste reduzieren und on-the-fly konfigurieren

Die Power XR Technik kombiniert digitale Steuerung und Monitoring mit der High Performance

Analogtechnik von Exar und ermöglicht es Produkte zu entwickeln, die Verluste auf ein Minimalmaß

reduzieren und die on-the-fly konfigurierbar sind. Produktänderungen lassen sich auf

einfache Weise vornehmen und durch eine echte What-if-Analyse kann sich der Entwickler in

Iterationsschritten an die optimale Lösung heranarbeiten. Außerdem lässt sich eine mit Power

XR entwickelte Stromversorgung später im Feldeinsatz für Upgrades oder Reparaturzwecke

umkonfigurieren. Die verwendete Analoghalbleitertechnik ermöglicht die effiziente Aufteilung

der digitalen und analogen Schaltungsanteile im IC und damit die Möglichkeit, ein Produkt auf

alle Anforderungen zuzuschneiden und dies mit einem geringeren Platzbedarf als bei nicht konfigurierbaren

Techniken.

infoDIREKT www.all-electronics.de

598ei0312

Bild: PhotoSG - Fotolia.com

(DPWM) sowie ein komplettes Powermanagement

inklusive umfassender Überwachungsfunktionen,

zusammen mit einem

konfigurierbaren LDO für Standby-Power

und GPIOs. Die Bauelemente XRP7704,

7708, 7714, 7740 (mit vier DPWMs) und

der XRP7713 (drei DPWMs) stellen eine

komplette Powermanagementlösung in einem

IC dar. So sind beispielsweise die Ausgangsspannungen

sowie viele weitere Parameter

im Entwicklungsstadium und später

auch im Feld on-the-fly über das serielle

I 2 C-Interface konfigurierbar und rekonfigurierbar,

also vollständig programmierbar.

Die drei oder vier unabhängigen digitalen

Pulsbreitenmodulatoren regeln die

Ausgangsspannung und bieten alle erforderlichen

Schutz- und Überwachungsfunktionen

wie Strombegrenzung und

Überspannungsschutz. Die Power XR SoC-

Lösung ersetzt in einem nur 6 x 6 mm 2

messenden Gehäuse bis zu 13 einzelne ICs

nebst externer Beschaltung und umständlichem

Eindesignen. Für eine Spannungsversorgung

mit beispielsweise vier Ausgangsspannungen

kann damit die Anzahl

der bei einem analogen Aufbau bis zu 150

erforderlichen Komponenten auf unter 40

Komponenten reduziert und damit der

entsprechende Flächenbedarf auf ein Minimum

reduziert werden.

Die Merkmale der Power XR-Familie

Bild 1 zeigt die Architektur der Power XR-

Familie. Zu den besonderen Merkmalen

der Mixed-Signal-Bausteine zählen die 3

bis 4 getakteten digitalen Buck- (Stepdown)

PWM-Controller, von denen jeder

mit einem nachfolgenden nFET-Treiber

ausgestattet ist. Die Ausgangsspannungen

sind jeweils im Bereich von 0,9 V bis 5,1 V

programmierbar. Außerdem bieten die

Bausteine bis zu sechs (re)konfigurierbare

GPIO-Pins, mit deren Hilfe zum Beispiel

Power-Good-Signale generiert werden

können oder einzelne oder Gruppen von

Die Bauelemente XRP7704, XRP7708, XRP7714, XRP7740 (mit vier DPWMs) und der XRP7713 (drei

DPWMs) stellen eine komplette Powermanagementlösung in einem IC dar.

www.elektronik-industrie.de


Analoge-/Mixed-Signal-ICs

Bild 1: Architektur der Power XR-Familie.

Alle Bilder: Exar/Eurocomp

Bild 2, oben:

Applikation des

XRP7740 (V in

= 12 V,

I out

= 3 bis 15 A, V out

=

0,9 bis 2,5 V).

Bild 3, links: Das Tool

Digital Power Studio

ermöglicht schnelles

und einfaches Design

von komplexen

Leistungslösungen.

Kanälen individuell ein- und ausgeschaltet werden können. Die

Bausteine werden via I 2 C-Interface programmiert und sind so einfach

in Systeme einzubinden. Weitere wesentliche Merkmale sind:

■■ Unabhängige digitale Pulse Width Modulator (DPWM) -Kanäle

mit einer digitalen 5-Koeffizienten PID-Regelung.

■■ Hohe Integration: Eliminiert externe Schaltungen und Komponenten,

die für Kompensation, Parameterabgleich, Überwachungsfunktionen

und Schnittstellen notwendig wären.

■■ Programmierbarer DPWM-Frequenzbereich (300 kHz bis 1,5

MHz) ermöglicht hohe Effizienz und optimiert die Größe der

Komponenten.

■■ Komplettes Power-Monitoring und -Reporting.

■■ Unabhängig gesteuerte Start-up-Verzögerung und Rampe für

jeden der integrierten Regler.

■■ Unabhängig gesteuerte Soft-stopp-Verzögerung und Rampe für

jeden Regler mit einer programmierbaren Stopp-Spannung.

■■ Übertemperaturschutz (OTP) und Unterspannungs-Lockout

(UVLO); Überstromschutz je Kanal (OCP) sowie Überspannungsschutz

(OVP).

Außerdem verfügen die Bausteine über einen built-in LDO

(konfigurierbar für Spannungswerte bis 3,3 V oder 5 V, 100 mA),

sowie Überstromschutz, Temperaturüberwachung und Konfigurationsregister

sowie einen nichtflüchtigen Systemspeicher in dem

die Bausteinkonfiguration abgelegt wird.

Applikationen

Die Power XR Familie ist eine vollständige digital (re)konfigurierbare

SOC-Stromversorgungslösung, die über einen breiten Bereich

von Eingangsspannungen verfügt und so mit einer Vielzahl von

embedded Prozessoren, FPGAs, ASICs oder SoCs eingesetzt werden

kann. Sie bietet eine hohe Effizienz von bis zu 93 % an vier

kombinierten Ausgangskanälen. Zu den möglichen Applikationen

zählen Consumer-Set-Top-Box (STB), IP-Kameras, Plasma Display

Panel (PDP) sowie Server und Speichersysteme. Weitere Anwendungen,

in denen die Programmierbarkeit von Vorteil ist, finden

sich in Testsystemen, Point of Sales-Geräten, Medizingeräten

sowie in Netzwerk- und Telekommunikationsgeräten und Ethernet-Adapter-Karten.

Entwicklungsunterstützung

Power Architect von Exar ist eine einfach anzuwendende und kostenlos

verfügbare Softwareumgebung, die den Entwickler mit einer

grafischen Oberfläche in die Lage versetzt, komplexe sequenzielle

Schaltungen und Leistungssysteme zu entwerfen und Spannung,

Strom und andere Parameter in Sekunden anzupassen, alles

ohne Hardwareänderungen. Das interaktive Designtool ermöglicht

es, mit ein paar Mausklicks, eine komplette, optimierte 4-Kanal-Stromversorgung

mit komplexem Sequencing und vielen fortschrittlichen

Powermanagement-Merkmalen zu entwickeln.

Für die Power XR-Familie sind einfach zu handhabende Evaluierungsplattformen

verfügbar, mit denen in weniger als einer Stunde

erste Designergebnisse erzielt und erste Messungen durchgeführt

werden können. (jj)

n

Der Autor: Stefan Landau ist Sales Manager Exar bei Eurocomp in Bad

Nauheim.

74 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Analoge-/Mixed-Signal-ICs

Neue Produkte

4 A Ausgangsstrom

DC/DC-Wandler mit 2,7...6,5 V Eingang

Mit 12 GS/s einer der schnellsten

14-Bit-DA-Wandler in CMOS

Bild: Analog Devices

Analog Devices hat jetzt den DC/

DC-Wandler ADP2164 für 4 A

Ausgangsstrom im Programm,

der einen Umwandlungs-Wirkungsgrad

von mehr als 96 %

erzielt. Der Reglerbaustein eignet

sich für den Eingangsspan-

nungsbereich 2,7...6,5 V und

bietet einen bei 0,6 V beginnenden

Ausgangsspannungsbereich.

Er enthält Schalt-FETs mit

niedrigem On-Widerstand. Das

kompakte QFN-16-Gehäuse hat

eine Kantenlänge von nur 4 mm

x 4 mm. Die Schaltfrequenz

lässt sich auf Werte zwischen

500 kHz und 1,4 MHz programmieren

oder zu einem externen

Takt synchronisieren. Ebenso

besteht die Möglichkeit, 2

ADP2164-Regler um 180° phasenversetzt

zu synchronisieren.

infoDIREKT

570ei0312

Bild: Fujitsu Semiconductor

Fujitsu Semiconductor präsentiert

mit dem MB86066 Anakin einen

DA-Wandler, der eine 14-bit-Auflösung

mit einer Umwandlungsrate

von bis zu 12 GS/s hat. Im DA-

Wandler integriert sind zwei kaskadierte

x2-Interpolationsfilter

und reduziert damit die für 3 GS/s

erforderlichen Eingangsdaten für

einen Betrieb mit voller Übertra-

gungsgeschwindigkeit. Die Eingangsdaten

werden auf zwei parallele

LVDS-Busse aufgeteilt, die

jeweils bis zu 1,5 GS/s in einen

DDR-RAM mit 750-MHz-Takt

schreiben. Zwei weitere LVDS-

Busse unterstützen Anwendungen

mit extrem großer Bandbreite, die

Eingangsdaten von 6 GS/s benötigen.

Der IC befindet sich in einem

15 mm x 15 mm Kunststoff-BGA

mit 324 Kontakten. Die Leistungsaufnahme

bei Betrieb mit 12 GS/s

und Aktivierung beider Filter ist

2,2 W und sinkt bei Kabelmodems

mit 5,3 GS/s auf bis zu 950 mW.

infoDIREKT

569ei0312

SPI- und 3-Draht-Schnittstellen

Niederspannungs-Digitalthermometer/Thermostat-IC

Bild: Maxim Integrated Products

Die Digitalthermometer/Thermostat-ICs

MAX31722/MAX31723

von Maxim ermöglichen es, die

lokale Temperatur wahlweise

über eine SPI- oder 3-Draht-

Schnittstelle abzufragen. Die

Temperatursensoren benötigen

eine Betriebsspannung von nur

1,7 V. Als Ruhestrom werden 2,4

µA angegeben. Die Messwertauflösung

kann zwischen 9 und 12

Bit betragen; der gewünschte

Wert ist vom Entwickler wählbar.

Das Bauteil ist in einer hochgenauen

Version (MAX31723, ±0,5

°C) und in einer Version mit geringerer

Genauigkeit (MAX31722,

±2,0 °C) verfügbar. Die Thermostat-Schwellenwerte

und die Konfigurationsdaten

werden nichtflüchtig

gespeichert. Beide Bauteile

bieten Single-Shot- und

kontinuierliche Temperaturmessung.

Im Single-Shot geht das

Bauteil nach einer Messung in

den Sleep-Modus und wird wieder

geweckt, wenn der Benutzer

die nächste Messung initiiert. Im

kontinuierlichen Modus misst das

Bauteil ständig autonom die Temperatur.

Die Bauteile akzeptieren

den Spannungsbereich 1,7...3,7 V

und sind für den Temperaturbereich

–55...+125 °C spezifiziert.

infoDIREKT

566ei0312

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 75


Neue Produkte

Verschlankte Elektronik-Schleppkettenleitung

Bis zu 30 Prozent weniger Gewicht

Schaltleistung bis 100 W

Magnetisch aktivierte Reed-Sensoren

Bild: TKD

Der Kabelanbieter TKD hat seine

Elektronikleitung durch eine

schlankere und leichtere Kabeltype

ersetzt. Ergebnis ist die Kaweflex

3333 SK-C-PUR, die verglichen

zum direkten Vorgängermodell

in Sachen Gewicht und Au-

ßendurchmesser mit einer

Ersparnis von 30 Prozent aufwartet.

Das Spektrum reicht von mehr

Flexibilität und höherer Lebensdauer

bei dauerndem Biegewechsel-Stress

über weniger Masse

und größere Packungsdichte in

der Schleppkette bis zu geringeren

Kosten. Die Leitung ist halogenfrei,

flammwidrig und adhäsionsarm.

Der PUR-Außenmantel

ist weitgehend beständig gegen

Kühlflüssigkeiten, Schmiermittel

und Öle.

infoDIREKT

563ei0312

Bild: Meder electronic

Meder electronic hat die magnetisch

aktivierten Reed-Sensoren

der Baureihe MK27 vorgestellt.

Sie ist hat ein robusten Aluminium-Gehäuse,

welches den Magneten

und den Sensor in extremen

Bedingungen schützt. Der Reed-

Sensor wird im Set mit dem M27

Betätigungsmagneten geliefert,

der bereits kalibriert ist. Der Sensor

hat ein durch einen Metallmantel

isoliertes Kabel, wurde für

Schraubbefestigung entwickelt

und wird typischerweise auf eine

feste Oberfläche montiert, während

der Betätigungsmagnet auf

dem beweglichen Teil befestigt

wird. Der Reed-Sensor ist mit

10...100 W Schaltleistung,

200...1000 V DC Schaltspannung

und 0,5...1,0 A Schaltstrom erhältlich.

infoDIREKT

574ei0312

Plattform für ICT- und AdvancedTCA-Anwendungen

400 W DC/DC-Wandler

End-to-End-Lösungen für High-Speed-Kanäle

Interoperabilität bei 25 Gbit/s-Kanälen

Bild: Ericsson

Ericsson hat seine zweite Digital-

Power Advanced Bus-Converter-

Plattform für leiterplattenmontierte

DC/DC-Module vorgestellt. Die

Plattform FRIDA II basiert auf dem

32-Bit-Mikroprozessor-Core

ARM7TDMI-S und enthält neue

Hardware und Firmware, die daraufhin

optimiert wurde, bei jedem

scopes und mehr

Messtechnik

zum fairen Preis

Betriebspunkt den

höchsten Wirkungsgrad

zu garantieren.

Sie stellt eine genau

geregelte Ausgangsspannung

(2 %) über

den gesamten Betriebsbereich

von 36

bis 75 V zur Verfügung.

Der Totzeit-Regelalgorithmus

ist

ebenfalls um zusätzliche Funktionen

erweitert worden und ermöglicht

im Vergleich nun geringere

Schaltverluste und entlastet die

Bauteile während des Schaltens.

Der integrierte Leistungscontroller

verringert zusammen mit den Regelalgorithmen

die Anzahl erforderlicher

Bauteile für die FRIDA-II-

Plattform um etwa 10 %. Der integrierte

Transformator und die

Rückkopplungsbauteile wurden

ebenfalls speziell entwickelt, um

eine Isolationsspannung von 2250

V DC für Anwendungen mit entsprechend

hohen Anforderungen

zu gewährleisten. Das erste Produkt

wird der Quarter-Brick Advanced

Bus-Converter BMR456

sein, der eine Ausgangsleistung

von 400 W und mehr zur Verfügung

stellt. Es folgt der 1/8-Brick-Wandler

BMR457 mit einer Ausgangsleistung

von 250 W und mehr.

infoDIREKT

517ei0312

Bild: Spezial Electronic Bild: Molex

Für die nächste Generation von

100 Gbit/s Ethernet und 100

Gbit/s InfiniBand Enhanced Data

Rate (EDR) -Anwendungen bietet

Molex ein breites Spektrum an

End-to-End-Lösungen für High-

Speed-Kanäle an. Die Produkte

gewährleisten hohe Datenraten

bei extrem niedrigem Nebensprechen

und maximaler Signalintegrität

und eignen sich damit her-

Schlüsselfertig für Version 4.0

Bluetooth Low Energy Modul

SE Spezial-Electronic hat jetzt das

Bluetooth-Modul OLP425 von

connect Blue im Programm. Es

basiert auf dem Bluetooth 4.0

Standard, nutzt die Bluetooth Low

vorragend für Mobilfunk und Datenübertragung

und für Anwendungen

in der Speicher- und

Netzwerktechnik. Am Beginn eines

typischen Kanals könnte zum

Beispiel ein SMT-I/O-Stecker im

Format zSFP+ stehen, die die an

einem Switch-Gehäuse eingehenden

Daten entgegennehmen (beispielsweise

ein Signal). Die

20-poligen zSFP+-Stecker sind

für serielle 25-Gbit/s-Kanäle ausgelegt.

Anschließend könnte das

Signal über einen Searay-Boardto-Board-Mezzanine-Steckverbinder

auf ein Motherboard geführt

werden.

infoDIREKT

Energy Technology und kann als

einfaches Modul mit digitalen und

analogen GPIOs geliefert werden

oder komplett ausgestattet mit

Batterie sowie Temperatur-, Beschleunigungs-

und Feuchtesensor.

Neben der Bluetooth 4.0-Zertifizierung

besitzt das Modul auch

die Funkzulassungen R&TTE/CE,

FCC und entspricht den EMC, Safety

und Medical-Standards.

infoDIREKT

564ei0312

565ei0312

76 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Bild: MPE-Garry

W2B-Selector auf der Homepage

Wire To Board Lösungen

MPE-Garry hat in den letzten 10

Jahren das Angebot im Bereich

Wire To Board (W2B) stark erweitert.

Von genormten IDC-Steckverbindern

über Crimp- und Löt-

Steckverbinder bis hin zu Fine-

Pitch FFC-Steckverbinder erstreckt

sich das mittlerweile

äußerst umfangreiche Sortiment.

Um die W2B-Produkte noch besser

präsentieren zu können, hat

die Firma eine Musterplatine mit

den gängigsten W2B-Lösungen

angefertigt, die von den Außendienstmitarbeitern

und den Distributoren

mitgeführt wird. Um über

Steckverbinder von dieser Platine

technische Daten

oder Maßzeichnungen

abzurufen, hat

MPE-Garry auf seiner

Webseite den W2B-

Selector installiert.

Hier sieht man ein

Foto der Platine mit

einer Lupe. Durch

Ziehen eines Auswahlcursors

oder

durch einen Klick auf das gewünschte

Produkt erscheint dieses

dann in der Lupe. Im rechten

Teil des Fensters erscheint ein

Bild des Produktes sowie auch

der passenden Gegenstücke.

Durch Klicken auf den Link „Mehr

Informationen“ oder auf das Bild,

öffnet sich ein neues Fenster mit

allen technischen Daten und

Maßzeichnungen. Von hier aus

besteht die Möglichkeit, dieses

Produkt bei MPE-Garry anzufragen

oder ein Muster zu bestellen.

infoDIREKT

575ei0312

45°-Kabelabgang variabel in vier Richtungen

Multiflexibel, platzsparend und doppelt schnell

Oft kopiert –

doch nie erreicht:

Leiterplatten

online kalkulieren

FREE STENCIL

Bestückung

online

Kostenlose

Layoutsoftware

Akzeptierte

Layoutformate

Kollisionsprüfung

zum Anfassen

Watch“ur“PCB

Pünktlich oder

kostenlos

8h-Eilservice









Das Original seit 1994!

www.pcb-pool.com

Basista Euro- Leiton WEdirekt multi-cb

circuits





✓ ✓

16 6 1 3 5 3

Kelvin-Messtechnik


PCB-POOL ® ist eine eingetragene Marke der Beta LAYOUT GmbH

Bild: Harting

Die Harting-Technologiegruppe

hat einen platzsparenden gewinkelten

RJ45-Steckverbinder aus

der RJ-Industrial-Baureihe auf

den Markt gebracht. Der 45°-Kabelabgang

kann variabel in vier

Richtungen montiert werden. Der

Anwender hat so die Möglichkeit,

mit nur einer Artikelnummer immer

die passende Kabelabgangsrichtung

zu realisieren. Der RJ Industrial

10G gewinkelt bietet gepaart

mit der Schneidklemm-Anschlusstechnik

für einen großen

Adern- und Kabeldurchmesser-

bereich das Maximum

an Flexibilität.

Die Schneidklemmen

sind für flexible und

starre Leiter mit

Adernquerschnitten

von AWG 27/7 bis

AWG 22/1 ausgelegt.

Es können Kabel mit

einem Durchmesser

von 4,5 mm bis 8

mm angeschlossen werden. Eine

einfache Konfektionierung durch

werkzeuglosen und sicheren

Schnellanschluss und Datenübertragungsraten

bis 1...10 Gbit/s

Ethernet machen den RJ Industrial

10G doppelt schnell. Diese

IP20-Variante ist durch ihre kompakte

Bauform auch multiportfähig.

Es werden alle bekannten

IP65/67-Typen von Push Pull bis

Han 3A mit diesem RJ45-Einsatz

angeboten.

infoDIREKT

573ei0312

www.stecken und messen.de

Ottmar Schnepp

elektronische Bauteile

Auweg 5

D 74861 Neudenau

Fon 06264 9203-0

Fax 06264 920333

e-mail faosp@web.de

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 77


Literatur

Bild: Elektor

Bild: GHM Messtechnik

Fachbuch, Band 1: Grundlagen

Stromversorgung ohne Stress

Eines haben alle elektronischen Schaltungen

und Geräte gemeinsam: ihre

Funktion steht und fällt mit der Stromversorgung.

Schon deshalb muss man

dieser Baugruppe besondere Aufmerksamkeit

widmen. Dieses Buch beinhaltet

Grundlagen und Schaltungen der

Stromversorgungstechnik für elektronische

Geräte aus der Praxis. Dem aktuellen

Trend folgend hat der Autor der mobilen

Stromversorgungstechnik und der

Schaltnetzteiltechnik besondere Aufmerksamkeit

gewidmet. Dabei wird berücksichtigt,

dass die Stromkonstanter gegenüber den Spannungskonstantern

zunehmend an Bedeutung gewinnen. Man findet im Buch außer

den notwendigen Grundlagen zum Bau eigener Stromversorgungsgeräte

und -baugruppen auch ganz praktische Anwendungsbeispiele, etwa

für den Ersatz defekter Netztransformatoren, für die mobile Stromversorgung

auf Fahrradtouren oder für den Betrieb von LEDs. In einem Forschungsprojekt

hat sich der Autor F. P. Zantis ausführlich mit der Stromversorgung

von eigensicheren Geräten auseinandergesetzt.

Von Franz P. Zantis, Elektorverlag, Format: 17 x 23,5 cm (kartoniert) 294

S., Preise: € 38,00 (D) / € 39,10 (A) / CHF 47,20, ISBN: 978-3-89576-

248-2

infoDIREKT

GHM Messtechnik Produktübersicht

Professionelle Messtechnik 2012

459ei0312

Die Produktübersicht der GHM Messtechnik

wurde als Sammel-Ordner angelegt,

der in sieben Kapiteln das Gesamtangebot

der GHM-Gruppe zusammenfasst.

Nach einer Übersicht aller

Produktgruppen der beteiligten Firmen

Greisinger electronic, Honsberg Instruments,

Martens Elektronik und Imtron

Messtechnik, die auch als Wegweiser

auf die im Ordner untergebrachten umfangreichen Produktinformationen

dient, befinden sich Unterordner mit ausführlichen Produktinformationen.

Diese Produktinformationen sind wiederum nach den Einsatzgebieten

gegliedert: In industrielle Sensorik und Messtechnik, Prozessmesstechnik

Hygienic Design, Labormesstechnik, Industrieelektronik

und Messdatenerfassung. Auf den insgesamt 1260 Seiten findet man

professionelle Messtechnik für die Größen Temperatur, Durchfluss, Füllstand,

Feuchte, Druck und Kraft, u.a. angefangen von den zugehörigen

Sensoren über Anzeigeinstrumente, Handmessgeräte bis hin zur Reglern,

Messumformern, Signalkonidionierern, Trennverstärkern, Sicherheits-

und Überwachungsgeräten sowie Komponenten der Leistungselektronik.

Außerdem Kalibriergeräte, Datenlogger und Geräte zur Messdatenüberwachung

sowie rechnersteuerbare Messverstärker. Für die

Messtechnik für den Einsatz in der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie

ist eine eigene Übersicht vorhanden, ebenso für die Analysetechnik

von pH, Redox, Leitfähigkeit u.a.

Bild: reichel elektronik

1140 Seiten umfasst der Katalog 1/2012

mit mehr als 5000 neuen Produkten aus

den Bereichen der Elektronik-Komponenten

sowie der PC- und Netzwerktechnik.

Durch das stetig wachsende

Angebot und bewährt guten Service

überzeugt reichelt elektronik – sowohl

im Internet auf www.reichelt.de als

auch auf den 1140 Seiten geballter

Technik-Kompetenz im neuen Hauptkatalog.

Der Katalog ist kostenlos erhältlich

und kann über www.reichelt.de bestellt

oder als so genannter „Blätterkatalog“ mit direkter Verlinkung zum

Internetshop eingesehen werden.

infoDIREKT

477ei0312

Keithley Instruments hat seinen Testund

Messtechnik-Produktkatalog 2012

vorgestellt. Der auf einer CD verfügbare

Katalog enthält detaillierte Informationen

und technische Daten zu den universellen

und hochempfindlichen Quellen- und

Messprodukten, DC-Schaltlösungen,

Halbleiter-Testsystemen und Schaltlösungen

mit geringem Leckstrom. Nützliche

Auswahlhilfen und Anleitungen unterstützen

den Anwender bei Auswahl der richtigen Lösung für die jeweilige

Aufgabe. Ein kostenloses Exemplar der CD kann über die Homepage

angefordert werden. Der Katalog ist nach Test- und

Messtechnik-Produktkategorien sortiert.

Bild: Keithley Instruments

Bild: Maxim

Reichelt elektronik

1140-Seitiger Hauptkatalog 1/2012

Keithley Instruments

Test- & Messtechnik-Katalog 2012

infoDIREKT www.all-electronics.de

Die Anforderungen an Smart Meter

Smart Grid Solution Guide

501ei0312

Der Maxims Solutions Guide 2011 zeigt

auf rund 50 Seiten Lösungen zum Thema

Smart Grid. Dabei geht es um Smart

Meter und die Anforderungen dazu, die

im Detail beschrieben werden. Gefolgt

von den Produkten, die die Firma dazu

im Programm hat (Energy-Meter SoCs,

MEMs RTC und andere). Vergleichbar

aufgebaut sind die Kapitel Power-grid

Monitoring und Communication sowie

Energy Measurement. Der Solution Guide

eignet sich zum Einlesen in das Thema und zeigt viele Applikationsbeispiele.

Maxim war unter anderem Teilnehmer unseres Smart Metering

Roundtables (elektronik industrie 12-2011, S. 20ff).

infoDIREKT

500ei0312

infoDIREKT

436ei0312

78 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


Gewinnspiel

elektronik industrie-Leser gewinnen immer

Gewinnen Sie ein Entwicklungskit für LED-Beleuchtungen, gespendet

von Microchip im Wert von rund 249 US-$!

Einsendeschluss:

??.??????.2012

Die Zeitschrift elektronik industrie verlost ein

LED Lighting Development Kit (DM330014) von

Microchip. Mit dem Entwicklungskit lassen

sich die Funktionen und Fähigkeiten der

dsPIC33F-GS-Serie digitaler Signalcontroller

(DSCs) zur Entwicklung von LED-Beleuchtungen

schneller nutzen. Der dsPIC33F GS DSC

und das Entwicklungskit ermöglichen eine zu

100 % digital geregelte Ballast-Funktion

sowie das Dimmen und Einstellen

des Farbtons. Das Kit enthält ein LED-

Baseboard mit integriertem dsPIC33F-

J16GS504, eine DC/DC-Buck- und DC/

DC-Boost-Tochterkarte. Die Vorteile der

digitalen Technik im Referenzdesign

und der dsPIC33-GS-Serie:

■■geringere Systemkosten durch höhere

Integration,

■■höherer Wirkungsgrad durch digitale

Regelungstechnik,

■■flexible und wiederverwendbare Designs,

■■ fortschrittliche Leistungsmerkmale – implementiert

in Software.

Beispielanwendungen: Zu den LED-Beleuchtungsanwendungen,

die das Kit unterstützt, zählen

dimmbare LCD-Hintergrundbeleuchtungen,

Signage, LED-Ersatz von fluoreszierenden Lampen

und Glühbirnen, architektonische Beleuchtung

und Lampen/Leuchten im Automobilbereich.

Letztere umfassen externe Anwendungen

wie Frontleuchten, Tagesfahrlicht und

Signalleuchten.

Die wesentlichen Leistungsmerkmale des Kits

sind: Farbregelung für RGB-LEDs, unterstützt

DMX512-Standard für Helligkeitsregelung,

flexible Eingangsspannung einschließlich

Buck- und Boost-Topologien, voll dimmbar,

voll digital regelbar, Fehlerschutz, Vollregelung

mit einem einzigen dsPIC33FJ16GS504

DSC.

Um ein LED Lighting Development Kit zu gewinnen,

geben Sie Ihre Kontaktdaten bis zum

30. April 2012 über den folgenden Link ein:

http://www.microchip-comps.com/elin-led

Viel Glück wünscht die Redaktion!

Die Gewinner der Gewinnspiele werden jeweils

in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht.

Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.

infoDIREKT www.elektronik-industrie.de

585ei0312

fluxoph

obEbEsc

hichtung

Wir machen komplexe Sachverhalte regelmäßig transparent. Zuverlässig und

mit höchster redaktioneller Qualität. Deshalb sind die Fachzeitschriften und

Online-Portale von Hüthig in vielen Bereichen von Wirtschaft und

Industrie absolut unverzichtbar für Fach- und Führungskräfte.

Hüthig GmbH

Im Weiher 10

D-69121 Heidelberg

Tel. +49(0)6221/489-0

Fax +49(0)6221/489-279

www.huethig.de

hue_image_woerter_178x126mm.indd 3 26.04.2011 16:13:01

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03/2012 79


High Tech Toy

Leistungsverstärker Hero

Wenn es auf äußerste Präzision ankommt

Sei es die Feinjustierung der Zielkoordinaten beim Raketenstart oder die Untersuchung von Magnetkennlinien,

Anwendungen in der Adaptronic, die Bordnetzsimulation oder der Komponententest in der Automobilentwicklung,

die Entwicklung von getakteten Antrieben und Frequenzkonvertern oder die Simulation von HGÜ-Übertragungsnetzen

– bei allen diesen Anwendungen kommt es auf hohe Genauigkeit an und da werden die Präzisionsverstärker

der Hero-Serie eingesetzt. Einen typischen Vertreter haben wir aufgeschraubt und zeigen wie er funktioniert.


Autor: Siegfried W. Best

Bild 1: Der Abschusswinkel des Spaceshuttles wird mit Präzisionsverstärkern

der Hero-Serie bestimmt.

80 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


High Tech Toy

Bild 2: Blockschaltbild eines Hero-Präzisionsverstärkers.

Bild 3: Regelplatine mit den Hauptkomponenten (siehe Text).

Bild 4: Leistungsendstufe mit 432 parallelgeschalteten MOSFETs auf Kühlkörper montiert.

Zu den wesentlichen Merkmalen eines rein linear geregelten

Präzisions- Leistungsverstärkers zählen eine geringe Restwelligkeit,

ein optimales Signal-/Rauschverhältnis, der

echte 4-Quadrantenbetrieb als Quelle und Senke, präzise

Nulldurchgänge, hohe Bandbreite und beliebige arbiträre Funktionen.

Außerdem dürfen keine Schaltstörungen auftreten und der

Quellwiderstand des Ausgangs im U-Betrieb muss gegen null Ohm

gehen bzw. im I-Betrieb extrem hochohmig sein.

Anhand des Wirkschaltbildes (Bild 2) und der Bilder 3, 4 und 5

wird im Folgenden die Funktion eines Hero Präzisions-Leistungsverstärkers

erklärt.

Die Steuerspannung von einem Funktionsgenerator oder einer

PC-Karte gelangt über den Analogeingang (UIN) zur Regel- und

Steuerplatine, die für die unterschiedlichsten Applikationen anpassbar

ist. Hierzu ist eine Reihe von Steckplätzen vorgesehen.

Nach der Pegelanpassung mittels OpAmps erfolgt die galvanische

Trennung über Isolierverstärker von Analog Devices (3 in Bild 3).

Dann erfolgt die nötige Signalkonditionierung (zum Beispiel Umschaltung

U auf I oder Soll/Ist-Vergleich, 8 in Bild 3), abgestimmt

auf die geforderten Spezifikationen.

Nun wird das aufbereitete Steuersignal zum Sollwert und der

Leistungsendstufe (Bild 4) zugeführt. Mit dem zurückgeführten

Ausgangssignal (Istwert – Steckverbinder 7 in Bild 3) entsteht der

Regelkreis, der mit höchster Präzision abgeglichen wird, um auch

bei hoher Bandbreite L- und C-Lasten betreiben zu können. Die

Leistungsendstufe besteht aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten

n- und p-Kanal Power-MOSFETs (beispielsweise von Hitachi,

das Bild 4 zeigt 144 der insgesamt 432 MOSFETs), die selektiert

und gepaart wurden. Der Ausgangsstrom gelangt über zwei Hochleistungsshunts

der Firma Isabellenhütte (in Bild 5 nur einer sichtbar)

zum Ausgang des Verstärkers. Die Shunts sind auf massivem

Kühlkörper montiert, um einer Temperaturdrift vorzubeugen.

Die über den Shunts erfasste Spannung steht galvanisch getrennt

(3 in Bild 3) über die Anzeigeverstärker (Operationsverstärker) an

den Ausgängen IMON, IPeakMON zur Verfügung, die Ausgangsspannung

wird an einem entsprechenden Teiler abgegriffen, mit

Differenzverstärkern (3 in Bild 3) entkoppelt und steht am Ausgang

UMON zur Verfügung.

Die Regelgröße des Verstärkers kann innerhalb von µs digital

zwischen Spannung und Strom (8 in Bild 3) umgeschaltet und

außerdem der Leistungsverstärker zwischen zwei Leistungsbereichen

umgeschaltet werden. Die Temperaturüberwachung der

Endstufe erfolgt mittels Sensoren, die über Anschlüsse (6 in Bild

3) mit der Regelplatine verbunden sind. Außerdem wird die Verlustleistung

kontinuierlich überwacht (Anschluss 5 in Bild 3).

Die Steuerung des Verstärkers erfolgt über die Frontplatte (angeschlossen

an Steckverbinder 4a in Bild 3) oder Remote (4b) von

einem Computer aus. Anzeigeinstrumente werden bei 1 in Bild 3

angeschlossen. (jj)


Kontakt: Rohrer GmbH, Philip-Reis Str. 13, 81479 München

Tel. 089/897 01 20

infoDIREKT www.all-electronics.de

588ei0312

Info-Kasten

alle Bilder: Rohrer

Wesentliche technische Daten der Hero-Serie

Regelgröße Ua/Ia umschaltbar

±50 V/±50 A bis ±150 A/200 ms

±25 V/±50 A bis ±150 A/200 ms

Frequenzbereich I-Betrieb 40 kHz (-3 dB)

Nullpunkt-Stabilität ±0,005 %/K vom Endwert

DC-Linearität ±0,01 % vom Messwert

AC-Stabilität-Aussteuerung 0,01 %/K bei unter 1 kHz

■ 2 analoge Monitore für Ia1-Skalierung 1 V = 10 A; Ia2-Skalierung

1 V = 50 A

■ Verlustleistung bei RT dauernd 900 W DC/AC-Betrieb

Spitzenverlustleistung 10 µs < 100 µs = 10 kW


Bild 5: Netzteil mit Gleichrichtern und Ladeelkos. Die zugehörigen Netztrafos

befinden sich zusammen mit 12 Umschaltrelais im Unterteil des Verstärkers.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 81


Verzeichnisse/Impressum

Inserenten

AUG Elektronik, A-St. Martin a.W. 23

batteryuniversity.eu, Karlstein (Main) 31

BECOM Electronics, A-Lockenhaus 22

Beta LAYOUT, Aarbergen 77

Bicker Elektronik, Donauwörth 41

Conrad Electronic SE, Hirschau 13, 15

COSMIC, Stuttgart 58

dataTec, Reutlingen 75

Demmel, A-Wien 21

Digi-Key, USA-Thief River Falls

Titelseite, 2. US

Distrelec Schuricht, Bremen 5

E-A Elektro-Automatik, Viersen 39

EKF Elektronik, Hamm 47

Emba-Protec, Vlotho

3. US

EMTRON Electronic, Nauheim 25, 41

ET System, Altlußheim 29

Fischer Elektronik, Lüdenscheid 3

Frei, Albstadt 43

Ginzinger electronic,

A-Weng im Innkreis 23

GlobTek, USA-Northvale 33

GLYN GmbH & Co. KG,

Idstein 67, 69, 71, 73

HAMEG, Mainhausen 76

Häusermann, A-Gars am Kamp 22

iC-Haus, Bodenheim 27

LICO Electronics, A-Kledering / Wien 23

Linear Technology, Ismaning 7

MC-Components, A-Wimpassing 22

MF Instruments,

Albstadt-Truchtelfingen 49

Microchip Technology, GB-Wokingham 11

MSC Vertriebs, Stutensee 59

OMICRON electronics, A-Klaus 22

PCE, Dietmannsried

Beilage

PIK-AS, A-Mariasdorf 21

PLS, Lauta 63

RECOM ELECTRONIC, Dreieich Titelseite

Rohm Semiconductor, Willich 9

RS Components, A-Gmünd 17

RUTRONIK, Ispringen 51

Schnepp, Ottmar, Neudenau 77

Schukat electronic, Monheim 35

Schulz-Electronic, Baden-Baden 37

Silicon Laboratories, USA-Austin 4. US

technosert electronic,

A-Wartberg ob der Aist 21

Würth Elektronik eiSos, Waldenburg 31

Zuken, Hallbergmoos 45

Unternehmen

ACAL BFi Germany 44

Advantech 6

Agilent Technologies 14

Altium 10

Amplicon 47

Analog Devices 10, 75

Arrow Electronics 6

Atlantik Elektronik 12

Atmel 10

austriamicrosystems 16

BEST-Klebstoffe 15

Bicker Elektronik 43

Boston Engineering 6

Codico 16

Compumess 42

congatec 6, 52

connect Blue 76

Cosmic Software 50

Cyth Systems 6

Data Modul 6

EDT 12

Elektorverlag 78

Emtron electronic 42

Energy Micro 11

EnOcean 6

Enpirion 41

Ericsson 76

ET System electronic 36

Eurocomp 72

Exar 72

Freescale 8

Fujitsu Semiconductor 8, 75

Future Electronics 6, 11

GHM Messtechnik 78

Globtek 42

Glyn 12

Green Hills Software 47

Hacker-Datentechnik 47

Harting 77

Häusermann 16

iC-Haus 64

IDT 28

IMST 15

IPC2U 12

Keithley Instruments 78

Kontron 6, 48

Linear Technology 71

Maxim 10, 16, 75, 78

Mean Well 42

Meder electronic 76

Meilhaus 14

Melecs 16

MEN 13

Microchip 8, 79

Micro Power Direct 42

Mitsubishi Electric 13

Molex 76

MPE-Garry 77

MSC 6, 12

MTM Power 42

National Instruments 6, 14

Netmodule 12

Nürnberg Messe 6

Optogan 12

Peta Logix 10

Qualcomm Atheros 6

Recom Electronic 20, 24

reichelt elektronik 78

Renesas Electronics 60

RFM 6

Rigol Technologies 14

Rohde & Schwarz 14

Rohrer 80

S.E.A. Datentechnik 6

Schukat electronic 15

Seco 6

SE Spezial-Electronic 76

Sharp 13

Sierra Wireless 6

Silicon Labs 9

STMicroelectronics 8, 32

TDK-Lambda 43

Tecnova 6

Tektronix 14

Telemeter Electronic 42

Texas Instruments 10

TKD 76

Toshiba Electronics 8, 38

TQ 13

Tracopower 42

TTi 42

Wire Flow 6

Wiznet 44

Xilinx 10

Zilog 8

ZMDI 68

Impressum

REDAKTION

Chefredakteur:

Dipl.-Ing. Hans Jaschinski, (jj) (v.i.S.d.P.),

Tel: +49 (0) 6221 489-260,

E-Mail: hans.jaschinski@huethig.de

Redaktion:

Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av)

Tel: +49 (0) 89 60 66 85 79, E-Mail: ei@avollmer.de

Redaktion all-electronics:

Hilmar Beine (hb), Tel.: +49 (0) 6221 489-360,

Melanie Feldmann (mf), Tel.: +49 (0) 6221 489-463

Dr. Achim Leitner (lei), Tel.: +49 (0) 8191 125-403

Ina Susanne Rao (rao), Tel.: +49 (0) 8181 125 494

Harald Wollstadt (hw), Tel.: +49 (0) 6221 489-308

Office Manager und Sonderdruckservice:

Waltraud Müller, Tel: +49 (0) 8191 125-408

E-Mail: waltraud.mueller@huethig.de

Anzeigenleitung:

Frank Henning, Tel: +49 (0) 6221 489-363,

E-Mail: frank.henning@huethig.de

Anzeigendisposition:

Angelika Scheffler, Tel: +49 (0) 6221 489-392,

E-Mail: ei-dispo@huethig.de

Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 41 vom 01.10.2011

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

Vertrieb: Stefanie Ganser

Abonnement-Service:

Tel: +49 (0) 6123 9238-257, Fax: +49 (0) 6123 9238-258,

E-Mail: aboservice@huethig.de

Leser-Service:

Tel: +49 (0) 6123 9238-257, Fax: +49 (0) 6123 9238-258

E-Mail: leserservice@huethig.de

Leitung Herstellung: Horst Althammer

Art Director: Jürgen Claus

Layout und Druckvorstufe:

Vera Faßbender

Druck: pva GmbH, Landau

ISSN-Nummer: 0174-5522

Jahrgang/Jahr: 43. Jahrgang 2012

Erscheinungsweise: 10 Ausgaben jährlich

Bezugsbedingungen/Bezugspreise 2012 (unverbindliche

Preisempfehlung):

Jahresabonnement (inkl. Versandkosten) Inland € 178,00;

Ausland € 188,00. Einzelheft € 19,00, zzgl. Versandkosten. Der

Studentenrabatt beträgt 35 %. Kündigungsfrist: jederzeit mit

einer Frist von 4 Wochen zum

Monatsende. Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt.

© Copyright Hüthig GmbH 2012, Heidelberg.

Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz

sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion, vom Ver leger 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 Veröffent lichung

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

Frankreich, Belgien:

SL REGIE, Sophie Lallonder,

12 allée des Crételles, F-37300 Joué-Lès-Tours,

Tel: +33/2/47 38 24 60, Fax: +33/2/90 80 12 22,

E-Mail: sophie.lallonder@wanadoo.fr

Schweiz, Liechtenstein:

Holger Wald, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg

Tel.: +49 6221 489-206, Fax.: +49 6221 489-482

E-Mail: holger.wald@huethig.de

USA, Kanada, Großbritannien, Österreich:

Marion Taylor-Hauser, Max-Böhm-Ring 3, 95488 Eckersdorf,

Tel.: +49/921/31663, Fax: +49/921/32875,

E-Mail: taylor.m@t-online.de

Angeschlossen der Informationsgemeinschaft zur

Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern (IVW),

(Printed in Germany)

Datenschutz

Ihre personenbezogenen Daten werden von uns und den

Unternehmen der Süddeutscher Verlag Mediengruppe, unseren

Dienstleistern sowie anderen ausgewählten Unternehmen

verarbeitet und genutzt, um Sie über interessante Produkte und

Dienstleistungen zu informieren. Wenn Sie dies nicht mehr

wünschen, schreiben Sie bitte an: leserservice@huethig.de

82 elektronik industrie 03/2012

www.elektronik-industrie.de


„Heben Sie ab, z.B. mit einem

besseren Betriebsergebnis

als Ihre Konkurrenz.“

Schutzverpackungen mit Verstand

müssen sich „flexibel“ den ändernden Prozessen

des globalen Wirtschaftsmarktes anpassen.

- Extrem schneller Verpackungsvorgang

- Präzise Kalkulation der Prozesskosten

- Reduzierung der Verpackungsvielfalt

um bis zu 90%

- Verpacken in chaotischer Reihenfolge möglich

- Kein zusätzliches Füllmaterial (z.B. Schaum, etc.)

- Umweltfreundlich, da ungetrennt zum Altpapier

- Wiederverwendbar

Jetzt informieren und mit unseren Verpackungen

Prozesskosten reduzieren.

www.emba-protec.de

Emba-Protec GmbH & Co. KG

Telefon +49 (0) 57 33 881 97-0

info@emba-protec.de

®


ÄNDERUNGEN IN LETZTER MINUTE

MÜSSEN NICHT GLEICH ALLES ÄNDERN.

ERSCHWERT IHRE MCU IHNEN DIE ARBEIT UNNÖTIG?

Neu: Precision32

32-Bit-Mixed-Signal-MCUs, die Ihnen die Arbeit vereinfachen.

Sind Sie es leid, bis spät Abends zu arbeiten, nur weil sich mit

Ihrer MCU neue Funktionen oder Änderungen in letzter Minute

nur schwer unterbringen lassen?

Silicon Labs’ neue Precision32 Mixed-Signal MCUs verwenden eine

patentierte Dual-Crossbar-Architektur, mit der sich die Peripherie und

die Pinout-Platzierung frei wählen lassen, ohne sich Gedanken über

vorgegebene Einschränkungen und Anschlusskonflikte machen zu müssen.

Das PCB-Routing vereinfacht sich, die PCB-Layer werden weniger und die

Entwicklungsdauer sowie die Kosten verringern sich.

Auf der Basis des ARM® Cortex-M3-Cores bieten die neuen Precision32

SiM3U1xx- und SiM3C1xx-MCUs sowohl USB- als auch Nicht-USB-Versionen

mit 32 bis 256 KByte Flash, 8 bis 32 KByte RAM und Gehäusen mit 40 bis 80

Pins – alles ab sofort verfügbar.

Führen Sie praktisch jede Peripherie an jeden

beliebigen Pin aus!

Mit der kostenlose Precision32 Eclipse-basierten IDE und der

AppBuilder Drag-&-Drop GUI lassen sich der Peripherie-Mix und

die Pinout-Platzierung einfach anpassen, Taktmodi einstellen –

und sogar Quellcode generieren!

Änderungen in letzter Minute? Kein Problem.

Zum Download von White Papern und Datenblättern, kostenlosen

Software-Tools und zur Bestellung von Hardware, um sofort mit dem

Prototyping zu beginnen, unter: www.silabs.com/32bit-MCU

© 2012 Silicon Laboratories Inc. Alle Rechte vorbehalten.

Die Technik für die Mixed-Signal-Welt.

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine