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

05/2012

Das Entwickler-Magazin von all-electronics

Aktive Bauelemente

AD-Wandler richtig ansteuern,

damit man an alle Codes eines

SAR-ADCs kommt Seite 26

Sensoren

Echte Gestenerkennung für alle

durch sinnvollen wirtschaftlichen

Einsatz von 3D-HMI Seite 32

Messtechnik

Erfassung und Analyse von HFund

Mikrowellen-Signalen mit

Streaming auf PXI-Basis Seite 52

In Minuten konfigurieren

Grafisches Konfigurationstool Seite 18

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www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 3

DIGIKEY.COM


Editorial

Trends in der

Mikroelektronik

Alljährlich gibt der ZVEI Bereich Electronic Components and Systems seine

Mikroelektronik-Trendanalyse heraus, diesmal hat das Autorenteam Dr. Barbara

Schaden und Dr. Ulrich Schäfer den Blick bis ins Jahr 2016 gerichtet.

Ein kurzer Einblick in die Trendanalyse soll den Geschmack auf mehr anregen.

Der weltweite Umsatz mit Halbleitern lag in US-Dollar betrachtet im Februar

2012 auf dem Niveau des September 2008. Im Jahr 2011 betrug das

Marktvolumen 300 Mrd. $. Das was der ZVEI schon seit einigen Jahren beobachtet

setzt sich fort: Das langjährige Mikroelektronik-Wachstum hat sich im

oberen einstelligen Bereich eingependelt. Der Mittelwert für die Jahre 2001 bis

2016 liegt nach den Prognosen des ZVEI bei +7 % pro Jahr. Zum Vergleich:

Der Zeitraum 1960 bis 2000 wurde noch mit einem mittleren Geld -bewerteten

Wachstum von +15 % verwöhnt.

Die seit 1991 vom ZVEI gemessene

Stückzahlentwicklung bei ICs liegt unverändert

bei im Mittel 9 %.

Die Branche ist erwachsen geworden.

Was sich positiv anhört, hat den

Nachteil, dass sich die Entwicklungen

im Mikroelektronik-Weltmarkt immer

mehr der Entwicklung der Weltwirtschaft

annähert. 2011 führte die

Abschwächung der Weltwirtschaft zu

einer Stagnation im Mikroelektronik-

Dipl.-Ing. Hans Jachinski,

Chefredakteur elektronik industrie

www.elektronik-industrie.de

Weltmarkt.

Die regionale Verschiebung der

Marktanteilsentwicklung in Richtung

Asien/Pazifik (ohne Japan) hat sich ungebremst auf jetzt fast 55 % fortgesetzt.

Deutschland konnte seinen Anteil am weltweiten Halbleitermarkt im vergangenen

Jahr leicht von 4,6 % auf 4,8 % steigern.

Soweit der Status Quo. Wie wird es nach den Prognosen des ZVEI im Jahr

2016 aussehen Falls die Prognosen mit durchnittlich 7 % Umsatzwachstum

pro Jahr für den weltweiten Halbeitermarkt zutreffen, wird er dann eine Größe

von 414 Mrd. US-Dollar haben. 230 Mrd. $ oder 56 % davon werden in Asien

erzielt, 17 % in Amerika und und 15 % in Japan. Europas Anteil dürfte dann

bei rund 12 % liegen.

Bemerkenswert: China ist zwar als Abnehmer mikroelektronischer Bauelemente

im Jahr 2009 an die erste Stelle als Markt für Mikroelektronik gerückt,

chinesische Halbleiterhersteller haben aber nur einen Weltmarktanteil von weniger

als 1 %, spielen also kaum eine Rolle. Und daran wird sich auf Grund der

sehr hohen Investitionskosten nach Einschätzung des ZVEI auch in absehbarer

Zeit nichts ändern. Es sei denn, chinesische Firmen kaufen sich amerikanische

oder europäische Halbleiterhersteller dazu.

Hans Jaschinski, hans.jaschinski@huethig.de

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Inhalt

Mai 2012

Coverstory

18

Innerhalb von Minuten konfigurieren

Eine einfach zu bedienende Konfi gurationsschnittstelle

ermöglicht zusammen mit Softwaretools, die das Pinout

und die Peripherie eines ICs grafi sch konfi gurieren,

die schnelle Festlegung der Anschlussoptionen und

das Generieren des Initialisierungs-Codes.

32

Echte Gestenerkennung für alle

Die freie Bewegung im Raum, ohne Eingabe- oder Bediengeräte

verspricht eine natürlichere und einfachere Bedienung komplexer

Geräte. Doch ist diese Bedienung tatsächlich nur für futuristische

Produkte möglich

62

HF-Zellen-Test

Um komplexe HF-Transceiver

entwickeln zu können,

muss jeder einzelne

interne Schaltungsblock

evaluiert und charakterisiert

werden.

Märkte + Technologien

06 Die Top 5

07 LeCroy erhöht auf 65 GHz

Oszilloskope mit 100 GHz Echtzeit-

Bandbreite kommen 2013

08 Zuverlässigkeit muss nicht

teuer sein

Ein Kommentar von Peter Hoser,

Fujitsu Technology Solutions

10 News und Meldungen

16 Alles rund um Li-Akkus

Sicherheit und andere Themen

im Fokus

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

18 Innerhalb von Minuten

konfigurieren

Einfach zu bedienendes grafisches

Konfigurationstool

Aktive Bauelemente

22 Spannungsreferenzen für

A/D-Wandler

Floating Gate-Array oder bipolar –

ein Vergleich

26 A/D-Wandler richtig ansteuern

Wie man alle Codes eines High Performance

SAR-ADC bekommt

30 Highlights

STMicroelectronics, Infineon Technologies,

Renesas Electronics

Sensoren

32 Echte Gestenerkennung für alle

Sinnvoller und wirtschaftlicher Einsatz

von 3D-HMI

36 Moderne Druckmesstechnik

Differenzdrucksensoren –

ein mehrdeutiger Begriff

40 Innovative Wandlertechnologie

Als Basis für ein Hart-Modem-IC

44 Positionserfassung

Encoder mit oder ohne Motorkommutierungssignale

46 Füllstandsmessung ohne

nukleare Strahlung

Elektromagnetische Wellen in Berührung

mit Wassermolekülen ersetzen

Messungen mit nuklearer Strahlung

48 EPC-Gen2-konformer

UHF-RFID-Chip

Integrierter Temperatursensor, SPI-

Schnittstelle und Unterstützung für

Battery-Assisted-Passive-Betrieb

50 Neue Produkte

Messtechnik

52 Datenstrom-Informationen

Erfassung und Analyse von HF- und

Mikrowellen-Signalen

56 FFT mit einem Oszilloskop

Gundsätzliche Überlegungen und

Anwendungen

4 elektronik industrie 05 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Inhalt

Mai 2012

› AKTIVE BAUELEMENTE

› PASSIVE BAUELEMENTE

› ELEKTROTECHNIK

› MESSTECHNIK

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60 Schneller messen mit FPGA-Technik

FPGAs erhöhen die Leistung und ermöglichen

Echtzeitmessungen

62 Test von HF-Zellen

Auf Basis modularer PXI-Testsysteme

66 Neue Herausforderungen in der Thermografie

Zugriff auf Wärmebildkameras – unabhängig von den

verfügbaren Mitteln

68 Teamwork

So setzt man die Maschinenrichtlinie erfolgreich um!

72 Infrarot-Optik

Vielfältig einsetzbares Thermografiesystem

73 Neue Produkte

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

Mobilfunk kann abweichen

AUSSUCHEN.

ANKLICKEN.

AUSPACKEN.

Rubriken

03 Editorial

Trends in der Mikroelektronik

78 Literatur

79 Gewinnspiele

80 High Tech Toy

Eminent EM8100: Web-TV-Box

82 Impressum

82 Verzeichnisse

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Märkte + Technologien

TOP

5

Artikel

1

Smart Meter

für das Smart Home

599ei0312

Toshiba Electroncis

Hier präsentiert Ihnen die elektronik industrie jeden Monat die Top 5 Artikel,

News und Produkte von unserer Internetseite www.all-electronics.de.

Unsere Leser haben diese Inhalte in den letzten vier Wochen am häufigsten

gelesen. Interessieren Sie sich für spezielle Informationen, gehen Sie auf www.

all-electronics.de und geben die infoDirect-Kennziffer (Beispiel 599ei0412) in

das Suchfeld ein. Übrigens finden Sie auf unserer Internetseite die Inhalte der

elektronik industrie seit 1999. Um immer auf dem Laufenden zu sein, abonnieren

Sie unseren Newsletter unter www.all-electronics.de.

2

3

4

5

Österreichs Elektronikindustrie

576ei0312

Beitrag der Redaktion

Kunststoffgehäuse für schwere Steckverbinder

598ei0412

Phoenix Contact

Mehrdimensionale LED-Beleuchtung

584ei0412

Der Null-Watt-Standard

593ei0412

Häusermann

Power Integrations

NEWS

1

NI is still going strong

Interview mit CEO Dr. Truchard

500ei0412

National Instruments

2

3

Wechselwirkung organischer Halbleiter

525ei0412

Forschungszentrum Jülich

Wireless Power Consortium

528ei0412

Würth Elektronik

4

Synopsys mit 3D-IC-Initiative

527ei0412

Synopsys

5

Echte Analogbandbreite von 63 GHz

501ei0412

Agilent Technologies

PRODUKTE

1

Blackfin-Prozessoren mit

Hardware-Beschleuniger

502ei0412

Analog Devices

2

3

Treiber für weiße LEDs

549ei0412

Leiterplattenverbinder

567ei0412

Allegro Microsystems

Harting

4

Mikrominiatur-Steckverbinder

551ei0412

Molex

5

Hochleistungs-Reed-Relais

565ei0412

Pickering

6 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

LeCroy erhöht auf 65 GHz

Oszilloskope mit 100 GHz Echtzeit-Bandbreite kommen 2013

Es geht Schlag auf Schlag. Kaum hatte Agilent

mit der Ankündigung eines 63 GHz-

Echtzeit-Oszilloskops das ebenfalls angekündigte

60 GHz-Oszilloskop von LeCroy

in der Echtzeitbandbreite überboten,

kommt auch schon die LeCroy-Reaktion.

Die Antwort heißt 65. Das 65-GHz-Ozilloskop

gehört zur modularen Oszilloskop-

Plattform LabMaster 10 Zi. Gleichzeitig

wurde für die Plattform die LeCroy-Roadmap

für den Weg hin zu 100 GHz-Echtzeit-

Oszilloskopen präsentiert.

Das Vergrößern der Bandbreite

auf 65 GHz wurde durch die über

den Erwartungen liegenden Ergebnisse

der im 8HP SiGe-Prozess gefertigten

LeCroy-Chipsätze möglich.

Die 100 GHz Echtzeit-Oszilloskope

von LeCroy werden 2013 auf

den Markt kommen und diese verbesserten

Chipsätze sowie die patentierte

Digital Bandwidth Interleave

Technik (DBI) verwenden.

Derzeit liefert LeCroy Oszilloskope

mit 45 GHz Echtzeitbandbreite aus,

die ebenfalls die DBI-Technologie

enthalten.

in Santa Clara, Kalifornien, zeigte LeCroy

erstmals die Darstellung von Augendiagrammen,

Histogrammen, Badewannenkurven,

Jittermessungen und so weiter auf

vier Signalen gleichzeitig mit umfangreichen

Referenz- und Vergleichsmöglichkeiten.

Darüber hinaus wurde ein Crosstalk-

Analyse-Paket vorgeführt. Diese Pakete

haben alle Beta-Tests bestanden und werden

ab Juli 2012 verfügbar sein. Die neuen

Funktionen sind ideale Anwendungen, die

vier Lanes mit seriellen Daten testen, wie

beispielsweise bei 40 GbE (4 x 10 Gbit/s)

oder 100 GbE (4 x 25 oder 28 Gbit/s). Es

können visuell mehrere Signale gleichzeitig

auf Übersprechen untersucht und Messungen

des Amplitudenrauschens an besonderen

Abtastpunkten im Unit Intervall (UI)

mit anschließender Analyse der Ursachen

des Crosstalks durchgeführt werden. (jj) n

infoDIREKT

513ei0512

Bild: LeCroy

Die Oszilloskope

der Lab

Master 10

Zi-Plattform

können bei

LeCroy jetzt bis

65 GHz

Bandbreite

bestellt

werden.

In der LabMaster 10 Zi-Plattform

sind mehr als zehn verschiedene

Module enthalten. Die leistungsfähigsten

Module ermöglichen

mit 36 GHz Echtzeitbandbreite

simultan auf vier Kanälen

oder gleichzeitig auf zwei Kanälen

mit 65 GHz. Man muss dafür allerdings

schon stolze 450.000 $ hinlegen.

Mit der proprietären ChannelSync-Architektur

können sehr

genau bis zu 20 separate LabMaster-Module

synchronisiert werden.

LeCroy wird mit der Auslieferung

der LabMaster 10 Zi-Module an

die Kunden in diesem Sommer beginnen.

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Märkte + Technologien

Zuverlässigkeit muss nicht teuer sein

Ein Kommentar von Peter Hoser, Fujitsu Technology Solutions

Bild: Fujitsu

Peter Hoser, Sales Director OEM, Fujitsu Technology Solutions zum Thema

Embedded-Entwicklungen und -Trends.

Es ist spät nachts, bitterkalt und zu allem Übel regnet es auch noch.

Jetzt schnell noch ein Ticket für die Bahn und ab nach Hause.

Denkste – der Ticketautomat ist mal wieder außer Betrieb!

Das ist ärgerlich, aber für den Insider leider nicht überraschend.

Denn häufig kommen im Bereich von Kiosk-Terminals, Digital Signage

oder Videoüberwachung (um nur ein paar wenige Applikationen

zu nennen) aus Kostengründen oder gar Unwissenheit der

Hersteller handelsübliche Desktop-PCs oder -Mainboards zum

Einsatz. Den widrigen Umgebungsbedingungen beim Einsatz im

Freien oder auch nur dem Dauerbetrieb sind diese aber oft nicht

lange gewachsen – zum Ärger der Anwender und Endkunden, die

von automatisierten Systemen zu Recht permanente Verfügbarkeit

erwarten.

Intel versucht deshalb mit so genannten Embedded Building

Blocks, also Bausätzen für robuste Industrie-PCs, den PC-Herstellern

den Einstieg in den Embedded-Computing-Markt schmackhaft

zu machen. Mit standardisierten, abgestimmten Komponenten

sollen die Hersteller günstige Industrie-PCs für alle möglichen

Applikationen herstellen können.

Kann diese Rechnung aufgehen

Ich frage mich: Kann diese Rechnung aufgehen Hohe Materialkosten

für die aufwändig gestalteten Embedded Building Blocks,

fehlende Ressourcen für technischen Support, lange Entwicklungszeiten,

häufig kleine Losgrößen, ein erhöhtes Gewährleistungsrisiko

und die Erschließung eines neuen Kundenkreises könnten Integratoren

schnell an ihre Grenzen stoßen lassen. Zudem gibt es in

dieser Liga bereits ausreichend professionelle Industrie-PC-Hersteller.

Dennoch bietet gerade die stetig wachsende Zahl an Applikationen,

die aufgrund ihrer Anforderungen einer Mischung aus kos-

tengünstigem Desktop-PC und langlebigem, zuverlässigem Industrie-PC

bedürfen, eine gute Chance für PC-Hersteller. Zu diesen

semi-industriellen Anwendungen gehören Kiosk-Terminals oder

auch digitale Anzeigen und Werbetafeln.

Für viele dieser Kunden dürften die Intel-Bausätze bereits zu

speziell und damit auch zu kostspielig sein. Diese Zielgruppe benötigt

für ihre Anwendungen ein einfacheres Konzept: Desktop-

PCs auf der Basis von auf Dauerbetrieb ausgelegten Desktop-

Mainboards mit verlängerter Verfügbarkeit, kostengünstige Industrie-Mainboards

aus Massenproduktion oder am besten vollständig

zertifizierte, PC-ähnliche Bausätze, wie sie Fujitsu

beispielsweise mit dem D3003-S anbietet. Die vertraute Mainboard-Technologie,

die guten Einkaufskonditionen für Hard- und

Software sowie deren niedrige Fertigungskosten sollten es PC-

Herstellern einfach machen, die Lücke zwischen Desktop- und

Industrie-PCs zu schließen. Entscheidend für den Erfolg des Building

Block-Konzepts sind neben der Einfachheit und dem Preis-

Leistungs-Verhältnis des Bausatz-Systems auch die Auswahl des

am besten geeigneten Konzepts für die jeweilige Anwendung: Die

Fertigung von aufwändigen kundenspezifischen Industrie-PCs

und -Steuerungen wird auch weiterhin bei spezialisierten Herstellern

definitiv besser aufgehoben sein. Doch mit Spezial-Mainboards,

wie denen von Fujitsu Technology Solutions, können auch

auf Volumen getrimmte PC-Hersteller effizient und profitabel semi-industrielle

PCs oder standardisierte IPCs produzieren. Ob

dieses Konzept erfolgreich sein kann Ja. Oder, um es international

zu formulieren: „With the right blocks, embedded building no longer

shocks!“ (ah)

infoDIREKT www.all-electronics.de

606ei0512

Das Mainboard D3003-S bietet mit einem erweiterten Temperaturbereich und

langlebigen Komponenten eine hochwertige Hardware-Plattform.

Bild: Fujitsu Technology Solutions

8 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Machen Sie Ihre Wertschöpfungskette sicher

Hochverschlüsselte Authentifizierung schützt Ihre FPGA-IP vor Plagiaten

Ihr Design darf nicht das schwache Glied in Ihrer Wertschöpfungskette sein. Dazu haben Sie zu viel in die Produktentwicklung

investiert, als dass Sie das Design Ihrer FPGAs ungeschützt lassen sollten. Mit Maxims sicheren 1-Wire®-Speichern können Sie

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Authentifizierungsschema genügt ein einziger FPGA-Pin. Eine lohnenswerte Investition zum Schutz Ihrer Ideen, deren Verlust

Sie bestimmt nicht riskieren wollen.

Die Vorteile der Technologie

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• Durch die Challenge-Response-Authentifizierung von SHA-1 funktioniert Ihr Design nur in lizenzierter Umgebung

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© 2012 Maxim Integrated Products, Inc. Alle Rechte vorbehalten. Innovation Delivered, Maxim, das Maxim-Logo und 1-Wire sind Warenzeichen oder eingetragene Warenzeichen der Maxim Integrated Products, Inc. in den USA und anderen Ländern.

Alle anderen Firmen- und Produktnamen können geschützte Namen oder Warenzeichen ihrer jeweiligen Eigentümer sein.


Märkte + Technologien

Design-Suite für All Programmable-Bausteine

Integration und Implementierung programmierbarer Systeme

Bild: Xilinx

Die Design-Suite Vivado beschleunigt die Produktivität bis zum Vierfachen.

Die Design-Suite Vivado von Xilinx ist eine

IP- und System-zentrische Entwicklungsumgebung

zur Erhöhung der Design-

Produktivität für die nächsten Generationen

von All-Programmable-Bausteinen.

Die Werkzeuge beschleunigen nicht nur

die Entwicklung von programmierbarer

Logik und I/O, sondern auch die Systemintegration

und -Implementierung in Bausteine,

die mit der 3D-Stacked-Silicon-Interconnect-Technologie,

ARM-Prozessorsystemen,

AMS (Analog Mixed Signal)

und einem signifikanten Anteil von Halbleiter-IP-Cores

aufgebaut sind. Mit einer

bis zu vierfach schnelleren Entwicklung

bzw. höheren Produktivität im Vergleich

zu existierenden Entwicklungsumgebungen,

beseitigt die Design-Suite Vivado den

größten Engpass bei der Integration und

Implementierung von programmierbaren

Systemen.

„In den letzten 12 Monaten wurden die

Vivado-Tools von über 100 Kunden und

Mitgliedern des Alliance-Programs getestet,

auch von Anwendern unserer auf der

Stacked-Silicon-Interconnect basierenden

Virtex-7-Bausteinen, die eine extrem hohe

Kapazität und Bandbreite haben“, so Victor

Peng, Senior Vice President of Platforms

Development von Xilinx bei der Vorstellung

der Entwicklungsumgebung auf dem

Globalpress Summit in Santa Cruz.

Vivado ist eine hochintegrierte Entwicklungsumgebung

(IDE) mit Tools, die von

System- bis IC-Ebene alle mit einem gemeinsamen,

skalierbaren und zentralen

Datenmodell und einer gemeinsamen Debugging-Umgebung

arbeiten. Sie wurde

entworfen, um die Kombination aller Typen

von programmierbaren Technologien

zu ermöglichen und damit Designs mit bis

zu 100 Millionen ASIC-Gatter-Äquivalenten

zu realisieren. Die Design-Suite ist auch

eine offene Umgebung, die auf Industriestandards

basiert, wie beispielsweise die

AMBA4 AXI4-Verbindungsspezifikatio-

nen, IP-XACT-IP-Packaging-Metadaten,

der Tool-Command-Language (Tcl) und

die Synopsys Design Constraints (SDC).

Sie enthält auch ESL-Entwicklungswerkzeuge

(electronic system level) zur schnellen

Synthese und Verifizierung von auf C-

basierender algorithmischer IP; auf Standards

basierendem Packaging sowohl von

algorithmischer als auch RTL-IP zur Wiederverwendung;

auf Standards basierende

IP-Kombination und Systemintegration

von allen Arten von Systemfunktionsblöcken.

Die Vivado-Werkzeuge enthalten einen

hierarchischen Baustein-Editor und Floor-

Planner, ein drei- bis 15-mal schnelleres

Logiksynthese-Werkzeug mit Unterstützung

für System Verilog und eine viermal

schnellere und deterministischere Placeand-Route-Engine,

die analytische Funktionen

verwendet, um Variablen wie Timing,

Verdrahtungslängen und Routing-Probleme

zu minimieren. Darüber hinaus ermöglichen

es die inkrementellen Abläufe den

Ingenieuren durch ECOs (engineering

change orders) verursachte Änderungen

schnell auszuführen, indem nur ein kleiner

Teil der Entwicklung neu implementiert

wird, wobei die Leistungsfähigkeit insgesamt

erhalten bleibt. Durch Nutzen des

neuen gemeinsamen skalierbaren Datenmodells

bieten die Werkzeuge schließlich

Leistungs-, Timing- und Flächenabschätzungen

auf jeder Stufe des Entwicklungsablaufs,

was eine Vorabanalyse und anschließende

Optimierung mit den enthaltenen

Funktionen wie automatischem

Clock-Gating ermöglicht.

Der allgemeine Zugang zu der Design-

Suite Vivado Version 2012.2 soll im

Frühsommer dieses Jahres möglich sein,

gefolgt von der Verfügbarkeit

von WebPACK

und der Unterstützung

der Zync-7000-Extensible-Processing-Plattform

später in diesem

Jahr. (jj)

n

Bild: Hans Jaschinski

Victor Peng, Senior Vice President of Platforms

Development bei Xilinx bei der Vorstellung der

Design-Suite.

Bild: Xilinx

infoDIREKT 515ei0512

Vivado HLS ermöglicht

den Designbeginn auf

Systemebene.

10 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Designs mit bis zu 2 Mrd. Gattern

Emulations-Plattform Veloce 2 mit Virtua LAB

Bild: Mentor Graphics

Das Herz der neuen Plattform ist der

eigenentwickelte Emulations-ASIC Crystal 2.

Jim Kenney, Marketing Direktor in der

Emulation Division von Mentor Graphics

präsentierte auf dem Globalpress Summit

in Santa Cruz erstmals mit Veloce 2 die

nächste Generation an Emulationslösungen

für die Verifikation von Elektroniksystem-

und Systems-on-Chip-Designs. Sie

wurde für Designs mit bis zu 2 Mrd. Gattern

entwickelt und bietet im Vergleich zur

ersten Veloce-Generation die doppelte

Leistung, die doppelte Kapazität und vervierfacht

die Produktivität bei identischen

Abmessungen und gleicher Leistungsaufnahme.

Darüber hinaus ermöglicht ein neues, als

Veloce Virtua LAB bezeichnetes Konzept

den Zugriff auf softwarebasierte Peripherie-Elemente.

Es ist mit der Veloce-Plattform

verbunden und liefert eine „virtuelle

Laborumgebung“ zur Verifikation komplexer

Elektroniksysteme inklusive Embedded-Software

und SoCs, bevor das erste

Silizium verfügbar ist.

Die neue Emulationslösung basiert auf

dem von Mentor Graphics entwickelten

Emulations-ASIC Crystal 2. Er bildet mit

schneller Kompilierung, vollständiger Debug-Visibility

und fortschrittlicher Speichermodellierung

die Grundlage der Verbesserungen

von Veloce 2. Die Software-

Suite für Veloce 2 ist rückwärtskompatibel

zur ersten Generation.

Das Veloce Virtua LAB baut auf der Fähigkeit

des Emulators auf, in RTL geschriebene

Hardwaredesigns mit Megahertz-Geschwindigkeit

ablaufen zu lassen. Durch

die Integration von RTL-Modellen von

wichtigen Peripherietechnologien wie USB,

Ethernet, PCIe und dergleichen ist das Tool

Bild: Mentor Graphics

in der Lage, ein vollständig virtuelles System

zu erstellen, mit dem Systementwickler

die Hardware und Embedded-Software

validieren können, bevor irgendeine Hardware

gefertigt wird. Da das Veloce Virtua

LAB komplett auf Software basiert, kann es

leicht dupliziert werden, um mehrere Software-

und Hardwareentwickler simultan

zu unterstützen.

Bisher mussten Systementwickler physikalische

Peripherieelemente mit dem Emulator

über Hardware-Speed-Adapter verbinden,

was das Verfahren umständlich

und die gleichzeitige

Unterstützung

mehrerer Entwickler

teuer macht.

Faktisch nimmt Veloce

Virtua LAB

den Emulator aus

der Laborumgebung

heraus und

bringt ihn in eine

Datenzentrumsumgebung,

wo die

Ressourcen über

mehrere Projekte

und Standorte verteilt

werden können. Die Peripheriekomponenten

des Veloce Virtua LAB sind für

die meisten populären Protokolle erhältlich,

zum Beispiel für Multimedia-Video-/

Audio-Standards, Multi-Gigabit-Ethernet,

USB und PCI-Express, weitere werden folgen.

(jj)

n

infoDIREKT

Bild: Hans Jaschinski

Jim Kenney, Marketing

Direktor in der

Emulation Division von

Mentor Graphics.

514ei0512

Die vierfache Produktivitätsteigerung durch die

Veloce 2 Plattform bietet zusammen mit der

Virtua LAB-Peripherie eine recht gute Verifikationsumgebung

für Embedded-Software- und

SoC-Komponenten.

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Rittal und SFC Energy kooperieren

Entwicklung und Vertrieb von Brennstoffzellen-Komplettlösungen

Bild: Rittal

Als erstes Ergebnis ihrer

Kooperation präsentieren

Rittal und SFC die individuell

anpassbare Outdoor-Energiekomplettlösung

Efoy

ProCabinet.

Rittal und SFC Energy haben

eine Kooperationsvereinbarung

zur gemeinsamen Entwicklung

und zum gemeinschaftlichen

Vertrieb von

Brennstoffzellen-Komplettlösungen

in einem Leistungsbereich

von 25 bis 500 Watt auf

der Basis von SFCs DMFC (Direktmethanol-Brennstoffzellen)-Technologie

geschlossen.

Im Rahmen der Vereinbarung

wird die kommerzielle

Expertise von Rittal im Bereich

der Schaltschranktechnologie

mit dem Brennstoffzellen-

Know-how und der Anwendungserfahrung

von SFC zur

Entwicklung und Herstellung

von Outdoor-Stromversorgungslösungen

für industrielle

Anwendungen kombiniert. Synergieeffekte

in der Kundenakquise

erwarten beide Unternehmen.

Die Kunden von Rittal

aus dem Bereich Schaltschranktechnik

profitieren von

den zuverlässigen, umweltfreundlichen

und wetterunabhängigen

Stromerzeugern von

SFC, den Nutzern der SFC-

Brennstoffzellen kommt die

Erfahrung von Rittal im Aufbau

kompakter und robuster

Gehäuselösungen mit voller

Outdoor-Tauglichkeit zugute.

Als erstes Ergebnis ihrer Kooperation

präsentierten die

beiden Unternehmen zur Hannover

Messe 2012 das Efoy

ProCabinet. Es handelt sich

hierbei um eine individuell anpassbare

Outdoor-Energiekomplettlösung

für die autarke

Stromversorgung mit Efoy Pro

Brennstoffzellen im Outdoor-

Gehäuse von Rittal.

Im Betrieb liefert Efoy Pro-

Cabinet wie eine netzferne

Steckdose, äußerst zuverlässig

und wetterunabhängig Strom

für industrielle Anwendungen

und auch für Insellösungen,

zum Beispiel im Verkehrsmanagement,

in der Bahntechnik,

in der Öl- und Gas- sowie in

der Windindustrie und als Notstromversorgung

für kritische

Infrastrukturen und bei Anwendungen

im Telekommunikationsbereich.

(ah)

infoDIREKT

618ei0512

Bild: ZVEI

ZVEI auf der Hannover Messe

Kraftvoller Schub für die Elektroindustrie

ZVEI-Präsident Friedhelm Loh

sieht durch den Verlauf der

Hannover Messe seinen Optimismus

für dieses Jahr bestätigt:

„Der Innovationsmotor

Deutschland dreht sich kraftvoll.

Ob es um das immer wichtigere

Leitthema Energieeffizienz

geht, um erneuerbare

Energien, Smart Cities oder

Automatisierung – überall werden

die Technologien der deutschen

Elektroindustrie gebraucht.“

Die Hannover Messe

2012 habe die Erwartungen der

deutschen Elektroindustrie

übertroffen. Loh verwies auf

eine Befragung der Mitglieder

des ZVEI zum Abschluss der

Auf der

Hannover

Messe war

die grüne

Technologie

im

Vormarsch.

Messe. Danach haben nahezu

alle Aussteller angegeben, sehr

zufrieden zu sein. Es seien teilweise

mehr Besucher als jemals

zuvor gekommen und die Qualität

der Gespräche sei gut gewesen.

Die Wahl Chinas zum

diesjährigen Partnerland habe

ihr neue, wichtige Impulse gegeben,

gerade auch als größter

internationaler Messe für Energieeffizienz-Technologien.

Das

Motto der Messe, greentelligence,

habe sich als hochaktuell

erwiesen. Nicht umsonst

gingen laut einer Konjunkturumfrage

des ZVEI 93 Prozent

der Mitgliedsunternehmen von

weiterhin steigenden Erlösen

in 2012 aus, betonte der ZVEI-

Präsident. Ein Hindernis sieht

Friedhelm Loh in fehlenden

Fachkräften. Es sei deshalb

richtig, dass die Hannover

Messe mit der Aktion „Tecto-

You“ junge Leute auf die Messe

ziehe, um Begeisterung für

Technik zu wecken. Mit zahlreichen

Veranstaltungen hat

der ZVEI in diesem Jahr seinen

Auftritt bei der Messe ausgeweitet.

Dazu gehörte die Präsentation

des europäischen

Manifests Electra II von Orgalime,

der europäischen Dachorganisation

der Metall- und

Elektroindustrie, der deutschchinesische

Energiegipfel, das

Forum Life Needs Power, die

Efficiency Arena und das Forum

Dezentrale Energieversorgung

mit dem ESCO Forum

für Energiedienstleister. „Wir

haben damit klar gezeigt, dass

die Elektroindustrie die Kompetenz

zur Lösung zentraler

Herausforderungen für Industrie,

Politik und Gesellschaft besitzt“,

resümierte Loh. (ah)

infoDIREKT

614ei0512

Power Integrations übernimmt

CT-Concept

Expansion in die

Schweiz

Power Integrations, Entwickler

von integrierten Hochspannungsschaltkreisen

zur Leistungswandlung,

hat am 2. April

die Übernahme-

Vereinbarung der

CT-Concept

Technologie AG

unterzeichnet.

Das Schweizer

Unternehmen

CT-Concept

wurde in 1986

gegründet und

entwickelt integrierte

Treiber für

IGBT-Module für die Leistungswandlung

im Hochspannungsbereich.

Zu den Anwendungen

zählen unter anderem

Umrichter für industrielle Antriebslösungen,

Stromerzeugung

aus erneuerbaren Energien,

Bahnantriebe, Hochspannungs-Gleichstromübertragung

etc. (rao)

infoDIREKT

Balakrishnan sieht

die Concept-Produkte

als

vielversprechende

Erweiterung.

219ejl0212

Bild: Power Integrations

12 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Agilent Technologies` Application Forum am 21. Juni in Berlin

Weitere Informationen unter: www.agilent.de/find/applicationforum

Je früher Sie den Fehler erkennen,

desto schneller kann er behoben werden.

Nur die neuen Handheld-Oszilloskope von Agilent bieten

ein Dual Window Zoom. Die Horizontal-Schwenk- und

Zoom-Funktionen sorgen für mehr Durchblick bei

Signalproblemen. Signalabweichungen lassen sich

somit früher erkennen und die Problembehebung

beschleunigen. Kanal-zu-Kanal-Isolierung macht

Agilents Oszilloskope ideal für anspruchsvolle

Leistungselektronik in Industrie-Umgebungen.

Scannen Sie den QR

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um die VGA-Qualität

kennenzulernen

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Bandbreite 100 MHz 200 MHz

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VGA (640 x 480 Pixel)

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Isolationskanäle CAT III 600 V (10:1 probe)

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in dunklen Umgebungen.

Finden Sie heraus, warum die Abtastrate allein nicht

ausschlaggebend ist. Download der Applikationsschrift unter

www.agilent.com/find/hhscope_apps

© 2012 Agilent Technologies, Inc.

Deutschland: 07031 464 6333 Österreich: 01 360 277 1571 Schweiz: +41 44 308 66 66


Märkte + Technologien

Der Audio-DSP-Markt explodiert

Tensilica hat über 300 Millionen HiFi Audio/Voice-DSPs im Markt

Bild: Hans Jaschinski

Der Gründer und CTO von Tensilica,

Chris Rowe, referierte auf

dem Globalpress Summit über

den seit zehn Jahren wachsenden

Trend von Audio in mobilen

Chris Rowe, Gründer und CTO der

Tensilica, Inc. auf dem Globalpress

Summit in Santa Cruz.

Geräten und ging dabei besonders

auf die immer komplexer

werdenden Software-Stacks in

diesen Geräten ein. So werden

zukünftig Smartphones beispielsweise

multi-channel Entertainment

direkt unterstützen,

im Spielebereich sogar mit bis

zu 32 Streams gleichzeitig. Andere

Stichworte dabei sind

5.1-Kanal-Virtualisierung, aktive

Rauschunterdrückung, Beam

Forming Mikrofon-Arrays und

ständig laufende Spracherkennungssoftware.

Mit Recht stolz

ist Chris Rowe auf die jetzt erreichten

Meilensteine: Tensilica

hat 300 Million HiFi Audio/Voice

-DSPs verkauft. Es sind vom Unternehmen,

das mehr als 30

Partner hat, über 100 verschiedene

Software-Pakete Audio/

Sprach-Encoder und -Decoder,

Audio-Verbesserungssoftware

und Pre-Processing-Pakete erhältlich.

Bemerkenswert ist der

geringe Leistungsverbrauch der

ICs: so benötigt eine Echtzeit-

MP3-Decodierung bei 5,7 MHz

beispielsweise nur 0,13 mW.

Tensilica hat jetzt auch die HiFi

Audio-DSP-Bibliothek mit dem Dynamic

Resolution Adaptation Audio-Standard

(DRA-Standard), ein

von China verabschiedeter nationaler

Audio-Standard für mehrkanaliges

Audio-Decoding (GB/T

22726-2008). Um allen erforderlichen

Entwicklungen gerecht zu

werden, hat Tensilica in Pune/Indien

das F&E-Zentrum gerade in ein

Gebäude mit doppelter Fläche mit

dem Ziel verlagert, bis zum nächsten

Jahr die Mitarbeiterzahl um 50

% zu erhöhen. (jj) n

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516ei0512

MEMS-Mikrofone

Wohnungen der Zukunft mit Sprachsteuerung

Distributionsabkommen

Municom und Vectron kooperieren

STMicroelectronics wird im europäischen

Forschungsprojekt

DIRHA (Distant Speech Interaction

for Robust Home Applications) eine

zentrale Rolle spielen. Das

Projekt mit einer Laufzeit von drei

Jahren dient der Erforschung und

dem Prototyping von Lösungen

für die natürliche, per Sprache

erfolgende Interaktion zwischen

Mensch und Maschine in den intelligenten

Häusern der Zukunft.

Es widmet sich der Herausforderung

einer über eine größere Distanz

erfolgenden Sprach-Interaktion,

in der für eine Wohnungsumgebung

typischen Situation

mit mehreren Geräuschquellen

und mehreren sprechenden Personen.

Angestrebt wird die Realisierung

eines ständig präsenten

und aufnahmefähigen Klangraums,

in dem der Anwender

nicht mehr in ein Mikrofon sprechen

muss, um erkannt und verstanden

zu werden. Die MEMS-

Mikrofone von ST eignen sich mit

ihren physischen und akustischen

Parametern sehr gut für die hohen

Anforderungen, die von einem

Distanz-Sprachinteraktionssystem

gestellt werden. (ah) n

infoDIREKT

647ei0512

Bild: municom

Municom übernahm im April 2012

die exklusive Distribution frequenzbestimmender

Bauelemente

von Vectron International für

die DACH-Region. Das US-Amerikanische

Unternehmen ist Her-

Jens Daube (links), Regional Sales

Manager bei Vectron und Dr.

Christian Benz (rechts), Gesamtvertriebsleiter

bei Municom.

steller von Quarzoszillatoren für

die Bereiche Kommunikation, RF/

Microwave, GPS, Instrumentierung,

der Luft- und Raumfahrt

etc.. Dadurch erweitert Municom

sein Portfolio an Hochfrequenz-

Bauelementen. Das Vertriebsteam

fokussiert sich seit langem auf die

Design-In Unterstützung in vielen

Märkten. (ah)

n

infoDIREKT

645ei0512

Nachwuchspreis

Auszeichnung Green Photonics für Jan Meiß

Sicherheitslösungen für eingebettete Systeme

Etas plant Übernahme von Escrypt

Der Wissenschaftler Jan Meiß

wurde am 23. April auf der Hannover

Messe mit dem Nachwuchs

preis Green Photonics der Fraunhofer-Gesellschaft

ausgezeichnet.

In seiner Doktorarbeit, die er am

Institut für Angewandte Photophysik

an der TU Dresden und

dem Fraunhofer-Institut für Photonische

Mikrosysteme IPMS erstellte,

entwickelte er gemeinsam

mit Heliatek organische Solarzellen,

die deutlich weniger Material

benötigen, kostengünstiger sind

und sich leichter in eine Produktionslinie

integrieren lassen als übliche

organische Module. Die photovoltaischen

Zellen sind mehr als

viermal so effizient wie vergleichbare

organische. Zudem haben

die Solarzellen mit 400 Quadratmillimetern

erstmals modulrelevante

Größen. Im Vergleich: Typische

Größen der organischen Solarzellen

liegen bei vier bis sechs

Quadratmillimetern. (ah) n

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644ei0512

Etas plant Escrypt, ein auf Sicherheitslösungen

für eingebettete

elektronische Systeme spezialisiertes

Systemhaus mit Sitz

in Bochum, zu übernehmen. Ein

dementsprechender Vertrag

wurde bereits am 26. April 2012

in Düsseldorf unterzeichnet. Die

Transaktion steht unter dem Vorbehalt

kartellbehördlicher Genehmigungen.

Über den Kaufpreis

wurde Stillschweigen vereinbart.

Etas erweitert damit

sein bislang bestehendes Pro-

duktportfolio für eingebettete

Systeme. Der Grundstein für den

Ausbau wurde bereits Anfang

2012 mit dem neuen, weltweit

agierenden Geschäftsfeld für

globale Beratungs-Dienstleistungen

„Embedded Systems

Consulting“ gelegt. Ausgebaut

werden soll nun insbesondere

das Angebot in den Bereichen

Funktionale Sicherheit und Embedded

Security. (ah) n

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646ei0512

14 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

32-bit ARM Cortex-M0-Mikrocontroller

Mit Smart Card und LCD-Interface

Fünf pan-europäische Sharp Product Domains

Neuausrichtung in Europa

Bild: Atlantik Elektronik

Mit den Ultra Low Power ARM

Cortex-M0-Derivaten von Nuvoton

erweitert Atlantik Elektronik

sein Portfolio an ARM-Cortex-

M0-MCUs auf über 80 unterschiedliche

Derivate. Die Mikrocontroller

sind mit einem ARM

Cortex-M0-Kern mit bis zu 32

MHz und integrierten analogenund

Mixed-Signal-Komponenten

ausgestattet. Verschiedene Arten

schneller Kommunikationsschnittstellen

sind integriert.

Der Betriebsspannungsbereich

beträgt 1,8 V ~ 3,6 V, der industrielle

Temperaturbereich reicht

von -40 bis +85°C, der Ruhe-

strom ist 1,5 µA. Dadurch eignet

sich die Serie für tragbare, batteriebetriebene

Geräte und Sensoren

in Medizintechnik und

Energiedatenerfassung. Die

Stromaufnahme beträgt 200 µA/

MHz (im Normal Mode) und 100

µA/MHz (im Idle Mode). Der Cortex-M0-Kern

ist mit 32 MHz getaktet.

Er beinhaltet bis zu 64 k

Flash sowie 16 k SRAM. Zur Anbindung

von Displays steht eine

LCD-Schnittstelle zur Verfügung.

Neben zwei Smart Card-Schnittstellen

(ISO-7816-3), bis zu 16

Touch Key-Schnittstellen und

einer USB-Schnittstelle ergänzen

mehrere Timer, Echtzeituhr,

Watchdog-Timer RTC, UART,

SPI/Microwire, I²C, PWM-Timer,

GPIO, USB 2.0 FS Device, Reset-

Controller, 12-bit ADCs und

Brown-out-Detektor die hoch

integrierten Funktionen. (ah) n

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623ei0512

Bild Sharp Electronics

Paul Molyneux, CEO Sharp Europe.

Die Sharp Electronics Europe

GmbH führt die Neuausrichtung in

Europa fort. „Ziel dieser Veränderungen

ist es, den Aufbau der

neuen Europa-Organisation mit

dem kürzlich ernannten europäischen

Management-Team weiter

voran zu bringen. Rentabilität und

Wachstum unseres Unternehmens

in Europa sollen wieder auf

einem langfristigen und nachhaltigen

Fundament stehen“, sagte

Paul Molyneux, CEO Sharp Europe

am Freitag den 13. April in Hamburg.

Im November 2011 hatte

das Unternehmen begonnen, sei-

ne bisherige dezentralisierte,

Länder-basierende Struktur auf

eine zen-trale pan-europäische

Organisation umzustellen, ausgerichtet

auf fünf pan-europäischen

Product Domains (Consumer

Electronics, Information Systems,

Microelectronics, Solar Solutions

und Eastern Europe). Diese Domains

bilden die zukünftige Basis

für Sharps Kernkompetenzen in

Europa.

Zum ersten Mal in seiner Geschichte

baut Sharp ein pan-europäisches

Headquarter auf, das

seinen Sitz in London haben wird.

Alle Domains, mit Ausnahme der

Bereiche Microelectronics (München)

und Eastern Europe (Warschau),

werden ihre Führungsspitze

in der neuen Europazentrale

haben, zusammen mit dem

Management aller Shared Services-Funktionen.

(jj)

n

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576ei0512

Highspeed-Logik-IC-Familie

Spannungstoleranter Ausgang mit Schmitt-Trigger-Funktion am Eingang

Bild: Toshiba Electronics Europe

dert, dass kein

Strom mehr rückwärts

in den Ausgang

fließen kann.

Dieses führt effektiv

zu einem Ausschaltschutz

für den Logikbaustein

für den

Fall, dass das Board,

auf dem sich der IC

befindet, von der

Spannungsversorgung getrennt

wird. Des weiteren wurde eine

Schmitt-Trigger-Funktion in die

Eingangsstufe der Serie implementiert.

Mit diesem Trigger können

die Logik-ICs mit sehr langsamen

oder verzerrten Eingangssignalen

betrieben werden, wie

sie in industriellen Anwendungen

allgegenwärtig sind, wenn lange

Verbindungsleitungen verwendet

werden. So konnte aufgrund des

Schmitt-Triggers der Bereich der

zulässigen Anstiegsgeschwindigkeit

des Eingangssignals bei dieser

Serie auf 0-1000 ns/V erwei-

Toshiba Electronics Europe (TEE)

erweitert seine Highspeed-Logik-

IC-Familie TC74VHC um neue

Bausteine, die eine Schmitt-Trigger-Funktion

am Eingang mit

spannungstolerantem Ausgang

kombinieren. Diese Logik-ICs

können sowohl sich langsam ändernde

Eingangssignale verarbeiten,

als auch eine Schnittstellenfunktionalität

zwischen Systemen

mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen

ausüben. Dazu

wurde im Vergleich zum ursprünglichen

Design die Ausgangsstruktur

der Serie so geäntert

werden, während er bei der

Standard-TC74VHC-Serie auf

0-20 ns/V beschränkt ist. Damit

eignet sich die neue Serie sehr gut

für Industrie- und Consumer-Anwendungen.

Sie umfasst Hex- und

Octal-Inverter, Buffer, Transceiver,

Signalspeicher (Latches) und Flip-

Flops. Die Bausteine arbeiten mit

einer Versorgungsspannung zwischen

1,8 und 5,5 V. Aufgrund ihres

Mindest-Ausgangsstroms von

16 mA bieten diese Basteine eine

hohe Fan-Out-Belastbarkeit. Die

Logik-ICs werden im Standard-

TSSOP-Gehäuse oder im kleineren

VSSOP-Gehäuse für Anwendungen

mit begrenztem Platz angeboten.

Die Logik-ICs können sowohl

sich langsam ändernde Eingangssignale

verarbeiten, als

auch eine Schnittstellenfunktionalität

zwischen Systemen mit unterschiedlichen

Versorgungsspannungen

ausüben. (ah) n

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622ei0512

Wo ist

Conrad

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

Alles rund um Li-Akkus

Sicherheit und andere Themen im Fokus

Sven Bauer (BMZ): „Verlassen Sie sich

nie auf nur einen Zellenhersteller.

Versuchen Sie immer, zwei oder drei

Zellen aus verschiedenen Regionen der

Welt zu verwenden“, um so stets die

Belieferung sicher zu stellen.

Bild: Alfred Vollmer

Wie bereits in den Vorjahren war auch das

5. Entwicklerforum Akkutechnologien, das

am 18. und 19. April 2012 in Aschaffenburg

stattfand, ein absolutes Highlight für die

Branche, denn es gab jede Menge praxisnahe

Infos – bei weitem nicht nur für Entwickler!

Veranstalter war wiederum Batteryuniversity.eu.

Im Gegensatz zu den Vorjahren,

wo unter anderem auch die systematische

Substition von NiCd sowie ein

Migrationspfad über NiMH hin zu Akkus

auf Lithium-Basis stets eine gewichtige

Rolle spielte, gab es in diesem Jahr nur ein

Thema: Akkus auf Lithium-Basis und ihre

Infrastruktur, vom Laden über die Überwachung

und das Batterie-Management,

bis zu Themen wie Sicherheit, Liefersituation,

Recycling, Anwendung(en) etc.

Second Source ist notwendig

Ein Highlight gab es gleich zu Beginn, als

Sven Bauer, Geschäftsführer der BMZ

GmbH sowie von batteryuniversity.eu, in

seiner lockeren Art die wahren Probleme

der Branche ansprach. So gab er den Industriekunden

den folgenden Tipp: „Verlassen

Sie sich nie auf nur einen Zellenhersteller.

Versuchen Sie immer, zwei oder drei Zellen

aus verschiedenen Regionen der Welt zu

verwenden“, um so stets die Belieferung sicher

zu stellen.

Den nach den Laptops/Netbooks/Handys

weltweit zweitgrößten Markt für Batterien,

der gleichzeitig der größte Batteriemarkt

Europas ist, gab es vor fünf Jahren

noch nicht: der Markt für E-Bikes und Pedelecs.

Dieses Jahr sollen Sven Bauer zufolge

eine Million E-Bikes in Europa verkauft

werden; davon ist Deutschland der größte

Markt, der zweitgrößte ist Holland. „Damit

haben die E-Bikes die Power-Tools auf

Platz 3 verwiesen.“

Bauer berichtet aus der Praxis, dass es

bei Zwischenfällen mit Li-Ionen-Batterien

bisher stets „verhältnismäßig wenig Tote

und Schwerverletzte, immer nur Leichtverletzte

gegeben“ hat. Den Grund dafür sieht

Bauer in der Größe der Geräte: Wenn ein

Laptop, Handy oder Akkuschrauber zu

heiß wird, lege man das Gerät beiseite – eine

Handlung, die sich als schwierig erweise,

wenn man gerade in einem Elektroauto

säße. „Wenn ein Auto anfängt zu brennen,

und Sie kommen nicht mehr heraus, ergibt

sich eine ganz andere Thematik.“ Für „alles,

was Sie näher am Körper tragen, was

Sie nicht direkt wegwerfen können“ gelte

jetzt eine „extreme Verschärfung der EU“:

„Sie müssen jetzt eine Wahrscheinlichkeitsberechnung

machen, und Sie müssen

sich selbst anzeigen, wenn der dritte Brand

bei einem Produkt aufgetreten ist. Dann

sagt Ihnen Vater Staat, wie Sie

den Recall gestalten müssen.“

Obwohl Bauer per se sehr

innovationsfreudig ist, hat er

dennoch stets auch die kommerzielle

Seite voll im Blick:

„Versuchen Sie, nie der erste

zu sein; versuchen Sie, der

zweite zu sein. Der Erste, der

Lithium-Ionen ins Fahrzeug

bringt, hat das Problem, dass

jede Fachzeitschrift und jede

TV-Station darauf anspringt.“

Wenn es dann erst einmal mehrere Zwischenfälle

wie beispielsweise Brände gegeben

habe, sinke das besondere Interesse

der Medien und die Menschen nähmen die

durchaus bedauerlichen Zwischenfälle als

normale Unwägbarkeit hin.

Zahlen über E-Fahrzeuge

Außerdem ließ Bauer in punkto E-Fahrzeuge

Zahlen sprechen: „Es wurden in

Deutschland bisher erst zirka 1800 Elektrofahrzeuge

angemeldet; davon 108 durch

Privatpersonen.“ Allerdings geht er davon

aus, dass sich diese Situation in den nächsten

Jahren beachtlich verändern wird – unter

anderem weil die Branche das Ziel habe,

den Preis für Li-Akkus von derzeit 500 US-

$/kWh bis zum Jahr 2020 auf 200 US-$/

kWh zu senken.

Einen wichtigen Tipp gab er den insgesamt

über 700 Besuchern dann nach seiner

Analyse der Liefersituation noch mit auf

den Weg: Aus Sicherheitsgründen gelte die

Regel, keine großen Zellen einzusetzen:

„Warum Sie können eine 100-Ah-Zelle

nicht safety-seitig handlen bei einem internen

Kurzschluss.“ Ergo: Eine große Anzahl

relativ kleiner Zellen wird uns noch lange

beschäftigen. (av)

n

infoDIREKT

201ei0512

16 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Märkte + Technologien

LED-Technologie begeistert Besucher

Strahlende Aussichten auf der Light + Building

Bilder: Messe Frankfurt Exhibition

Technische Leuchten und Lampen brillieren durch

Farb- und Formvielfalt.

Vom 15. bis 20. April 2012 trafen sich in

Frankfurt/M. 2352 Austeller auf der Light

+ Building – ihres Zeichens der weltgrößten

Messe für Licht und intelligente Gebäudetechnik.

Auf 240.000 qm und 18 Hallenebenen

präsentierten Unternehmen rund

196.000 Besuchern variantenreiche Innovation

aus der Welt des Lichts, der Elektrotechnik,

der Haus- und Gebäudeautomation

sowie Software für das Bauwesen. Zum

12-jährigen Bestehen der Messe wählten

die Veranstalter das Leitthema Energieeffizienz

mit den beiden Schwerpunkten Gebäude

als grüne Kraftwerke und Digitalisierung

von Licht und Gebäude. Besonderes

Interesse weckte die vorgestellte LED-

Technologie als Basis für innovative

Lichtquellen. In den Hallen 1 bis 6 und 10

sowie im Forum und in der Festhalle zeigten

Hersteller ihre Neuheiten zu Leuchten

und Lampen sowie Außenleuchten für den

öffentlichen Bereich. Halle 4 widmete sich

den lichttechnischen Komponenten und

deren Zubehör wie LEDs und fertigen Modulen,

Retrofits, Treibern, Optiken etc. Zu

den Anbieter zählten unter anderem Sharp,

Cree, Toshiba, Bridglux, Aura Lighting,

Eurolighting, Optogan, MAZet, Häusermann,

M+R und Samsung. Aufgrund der

LED-Technologieentwicklung ändern sich

der Aufbau von LED-Lichtsystemen und

auch die Verbindungstechnologie ständig.

Um einen einheitlichen Standard für

Schnittstellen von LED-Lichtmodulen zu

entwickeln, wurde das Zhaga-Konsortium

von den Gründungsmitgliedern Osram,

Philips, Panasonic,

Acuity Brands

Lighting, Cooper

Lighting, Schréder,

Toshiba, Trilux und Die Light + Building

Zumtobel vorgestellt.

In Halle 5

fand bereits zum 12.

Mal statt.

und auf dem Agora-Freigelände

lag der Fokus auf Urban

Lighting, also Außenleuchten für öffentliche

Bereiche wozu innovative Straßenbeleuchtungskonzepte

zählen. Der Bereich

der Elektrotechnik beinhaltete auch Schaltanlagen

und Steuerungsbau genauso wie

Handwerkszeuge und Markierungssysteme

für die Elektroinstallation. Vertreter waren

General Electric, Phoenix Contact, Rittal,

Siemens, Wago und Weidmüller. Parallel

zur Light + Building lockte die Luminale –

als öffentliches Lichtfestival – mit rund 160

Lichtereignissen zu einem Besuch der

Rhein-Main-Region. (rao)

infoDIREKT

200ei0512

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Aktive Bauelemente

Coverstory

Innerhalb von Minuten konfigurieren

Einfach zu bedienendes grafisches Konfigurationstool

Da 32-Bit-MCUs immer komplexer und anspruchsvoller werden, steigen auch die Konfi gurationsmöglichkeiten

eines jeden GPIO-Pins und der Peripherie. Eine einfach zu bedienende Konfi gurationsschnittstelle ermöglicht

zusammen mit Softwaretools, die das Pinout und die Peripherie eines Bausteins grafi sch konfi gurieren, die

schnelle Festlegung der Anschlussoptionen und das Generieren des Initialisierungs-Codes einer Anwendung.

Autor: Evan Schulz

Bild: Cybrain - Fotolia.com

18 elektronik industrie 05 / 2012


Aktive Bauelemente

Coverstory

Wie kann nun ein intelligentes GUI-basiertes (Graphical

User Interface) MCU-Konfigurationstool den Entwicklungsprozess

genau vereinfachen Sobald die Designspezifikation

einer Anwendung beendet ist, kann

der Entwickler mögliche MCUs für das Design in Betracht ziehen.

Da sich ARM zu einem De-facto-Standard bei 32-Bit-MCUs entwickelt

hat, enthalten viele neue MCUs heute ARM Cortex-CPUs.

Obwohl eine MCU die Anforderungen hinsichtlich Code-Raum,

RAM, Peripherie und Analogfunktionen erfüllen kann, muss sie

auch imstande sein, alle erforderlichen Funktionen physikalisch an

ihren Pins bereitzustellen. Falls jede Peripherie oder Funktion an

jedem Anschluss zur Verfügung stehen würde – und das ohne Einschränkungen

– müsste der Entwickler nur die Spezifikationen

überprüfen. In den meisten Fällen werden die Peripheriefunktionen

einer MCU jedoch an verschiedenen Anschlüssen gemultiplext.

Es liegt dann am Entwickler festzustellen, ob sich die MCU

so konfigurieren lässt, dass sie den Designanforderungen entspricht.

MCU mit hochkonfigurierbaren Anschlüssen

Im Idealfall wählt der Entwickler eine MCU mit hochkonfigurierbaren

Anschlüssen, was die Wahl kleinerer, preiswerter Bausteine

für die Anwendung ermöglicht. Zusätzliche Konfigurationsflexibilität

vereinfacht auch die Umsetzung kurzfristiger Designänderungen.

Zu den Neuerscheinungen im ARM-Cortex-basierten MCU-

Markt zählt die Precision32-MCU-Familie von Silicon Laboratories.

Sie basiert auf einer einfach konfigurierbaren Dual-Crossbar-

Architektur, die Entwicklern diese Pinout-Flexibilität bietet.

Mithilfe der Dual-Crossbar-Architektur kann der Entwickler einen

Mix aus digitalen und analogen Funktionen den GPIO-Pins

zuweisen.

Wenn Entwickler mit der Suche möglicher 32-Bit-MCUs für ihre

Embedded-Anwendungen beginnen, müssen sie lernen, wie

verschiedene MCUs und dazugehörige Tool-Pakete konfiguriert

und eingesetzt werden. In den meisten Fällen kann dies eine sehr

zeitaufwändige Tätigkeit sein. Steht dafür ein einfach zu bedienendes

grafisches Konfigurationstool zur Verfügung, mit dem sich die

Anschlussmöglichkeiten eines Bausteins bestimmen lassen und

das Initialisierungs-Code schnell generiert, verringert sich dadurch

die Gesamtentwicklungsdauer erheblich. Um Entwicklern

bei der Arbeit mit Precision32-MCUs zu helfen, bietet Silicon Labs

ein GUI-basiertes AppBuilder-Softwaretool an, mit dem sich Anschlüsse

und Peripherie einfach konfigurieren lassen. Gleichzeitig

liegt eine Momentaufnahme vor, wo die Pin-Funktion am MCU-

Gehäuse zur Verfügung steht und welche Peripherie dazu konfiguriert

wird. Bild 1 zeigt eine musterhafte Darstellung des AppBuilder-Tools.

Anschlüsse und Peripherie einfach konfigurieren

Mit dem AppBuilder-Tool können Entwickler die Anschlusskonfiguration

einfach ändern und sehen in Echtzeit sofort die Auswirkung

auf andere Pin-Funktionen. Diese GUI-basierte Pin-Konfiguration

ist vor allem dann hilfreich, wenn mit einem Board-Design

und der gleichzeitigen Code-Entwicklung begonnen wird. So

kann der Firmware-Entwickler eine Vorlage möglicher Anschlussoptionen

bereitstellen, die der Hardware-Entwickler überprüft.

Um die Gesamtsystemkosten zu verringern, wählt der Hardware-

Entwickler das Pinout, welches das einfachste Leiterplattendesign

(PCB-Layout) und die geringste Zahl an PCB-Layern realisiert.

Darüber hinaus ermöglicht das AppBuilder-Tool eine einfache Abschätzung

kurzfristiger Änderungen der Anschlussbelegung.

Schnelle grafische Konfiguration von 32-Bit-MCUs.

Ein weiterer Vorteil eines Grafik-Tools zur Pin-Konfiguration

ist, dass sich die Code-Entwicklung für die Pin-Konfiguration erübrigt.

Jegliche Komplexität rund um diese Konfiguration wird

somit abstrahiert. Sobald das Pinout oder die Anschlusskonfiguration

geändert werden, generiert das Tool automatisch den entsprechenden

Code. Bild 2 zeigt ein Beispiel des Pin-Konfigurationscodes,

wie er durch die AppBuilder-Software generiert wird. Der

Code verwendet Funktionen, die im Hardware Access Layer definiert

sind, der Teil des Precision32-Software-Development-Kit

(SDK) ist und eine Zugriffsebene für die Register bietet.

Neben der Code-Generierung sollte ein Pin-Konfigurationstool

intelligent genug sein, den Anwender auf Fehler hinzuweisen.

Konfiguriert der Entwickler zum Beispiel fälschlicherweise einen

Anschluss für eine Digitalfunktion obwohl dieser als Analogeingang

für den A/D-Wandler vorgesehen ist, sollte das Tool den Anwender

automatisch darauf hinweisen, dass ein Analoganschluss

gerade für eine Digitalfunktion konfiguriert wird und dieses Problem

zu lösen ist.

Das AppBuilder-Tool stellt eine Liste aller gefundenen Fehler

zur Verfügung. Ein Doppelklick auf einen Fehler führt den Anwender

zu den Konfigurationseinstellungen, die falsch sind und in

Rot dargestellt werden. Sobald alle erkannten Probleme beseitigt

sind, werden sämtliche Fehler aus der Fehlerliste automatisch entfernt.

Diese Funktion ist nicht nur auf die Anschlusskonfiguration

beschränkt sondern gilt auch für die Peripheriekonfiguration.

Konfiguriert der Entwickler zum Beispiel das I2C0-Modul für den

Einsatz, vergisst dabei aber die Aktivierung des Takt-Gates zum

I2C0-Modul, erzeugt AppBuilder eine Fehlermeldung. Führt der

Auf einen Blick

Schnelle grafische Konfiguration

Rapid-Prototyping-Hilfsmittel wie Silicon Labs’ AppBuilder-Tool ermöglichen

eine schnelle grafi sche Konfi guration einer 32-Bit-MCU –

und das ohne langwieriges Lesen von Datenblättern oder Erlernen

von Registereinstellungen. Um den Designprozess noch weiter zu

vereinfachen, generiert das Tool auch Quellcode und ein Projekt, das

der Entwickler als Startpunkt für seine Firmware-Entwicklung nutzen

kann. Letztlich bieten GUI-basierte Software-Konfi gurationstools, wie

der AppBuilder, eine sehr gute Ressource für Entwickler, die ihre Gesamtentwicklungskosten

und die Komplexität senken, sowie die

Markteinführungszeit beschleunigen wollen.

infoDIREKT www.all-electronics.de

608ei0512

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 19


Aktive Bauelemente

Coverstory

Bild 3: Beispiel einer Fehlerliste in AppBuilder.

Bild 4: Konfiguration der Tasksteuerung mit I2C-Fehler.

Bilder: Silicon Laboratories Inc.

Oben, Bild 1: Beispiel-

Darstellung des

AppBuilder-Tools für

Peripherie-Pinouts.

Links und rechts, Bild 5:

Einfache Konfiguration

über das AppBuilder Tool.

Bild 2: Konfigurations-Code.

Anwender einen Doppelklick auf der Fehlermeldung aus, zeigt das

Tool automatisch den Parameter, der geändert werden muss und

stellt diesen in Rot dar. Beim Doppelklick des oben genannten

Fehlers in Bild 3 öffnet sich das Clock-Control-Configuration-

Fenster mit rot hervorgehobener I2C0-Clock-Enable-Auswahl

(Bild 4). Durch Anklicken der I2C0-Box im Fenster wird der Fehler

von der Fehlerliste gestrichen. Ohne Zugriff auf ein grafisches

Konfigurationstool würde ein Entwickler erhebliche Zeit benötigen,

um eine Konfiguration von Fehlern zu befreien, vor allem

wenn es sich um einen Single-Bit-Fehler handelt. Das Tool hebt

Fehler automatisch hervor, und der Entwickler kann seine Zeit für

die weitere Entwicklungsarbeit verwenden, anstatt ein Debugging

durchführen zu müssen.

Konfiguration der MCU-Peripherie

Die Konfiguration der MCU-Peripherie stellt ein weiteres Hindernis

dar. Ohne die Hilfe eines Software-Konfigurationstools wäre

dies ein zeitaufwändiger Prozess. Entwickler müssen sich durch

umfangreiche Datenblätter und Handbücher kämpfen, um herauszufinden,

welche Bits innerhalb der Peripherie konfiguriert werden

müssen, um die gewünschte Einstellung zu erhalten. Vor allem,

wenn mehrere MCUs von verschiedenen Anbietern gleichzeitig

evaluiert werden sollen, wird der Zeitaufwand groß. Mit Hilfe

eines Softwaretools wie AppBuilder sind alle konfigurierbaren Parameter

einsehbar und Änderungen lassen sich einfach durchführen.

AppBuilder ermöglicht eine schnelle Konfiguration durch

Check-Boxen, Drop-Down-Felder und Textfelder. Wie bei der Anschlusskonfiguration

generiert jede Peripherie-Einstellung automatisch

den entsprechenden Konfigurations-Code und die Peripherie-Konfigurationsfehler

werden im Fehlerlisten-Fenster hervorgehoben.

Die AppBuilder-Software ermöglicht die grafische

Konfiguration der AHB- (Advanced High-Speed Bus) und APB-

Taktquellen (Advanced Peripheral Bus). Bild 4 zeigt das Taktsteuerungskonfigurationsfenster

des AppBuilders. Somit erübrigt sich

die Entwicklung von Konfigurations-Code. Der Entwickler kann

die gesamte Startup-Konfiguration innerhalb des Tools festlegen.

Zu diesem Zeitpunkt werden innerhalb des Softwaretools die

Anschlüsse, Peripherie und Taktquellen konfiguriert. Der Entwickler

kann mit dem Schreiben der Firmware und der Applikationsimplementierung

fortfahren. Ein Software-Konfigurationstool

sollte zumindest die generierten Dateien ausgeben, die anschließend

in ein bestehendes Projekt importiert oder dort hinzugefügt

werden können. Mit dem AppBuilder-Tool lässt sich die Systemkonfiguration

auch in ein neues Projekt exportieren, das sich nach

dem Export der Quelle auf ein Projekt automatisch öffnet. Ist das

neue Projekt innerhalb einer integrierten Entwicklungsumgebung

(IDE) geöffnet, kann der Entwickler beginnen, die Firmware hinzuzufügen

und die Applikation zu testen. Das AppBuilder-Tool

ermöglicht den Entwicklern, von Grund auf zu beginnen und mit

einem neuen Projekt abzuschließen, bei dem der Code automatisch

generiert wurde, und der dann die MCU für den Einsatz in

einer IDE und zur weiteren Entwicklungsarbeit konfiguriert.

Schnelle und einfache Konfiguration

Bei der Beurteilung einer MCU-Plattform für ein neues Embedded-Design

sollten Entwickler eine Lösung wählen, die GUI-basierte

Softwaretools enthält. Damit lässt sich der Prototyping- und

Konfigurationsprozess straffen und vereinfachen. GUI-basierte

Software-Tools der nächsten Generation, wie Silicon Labs’ App-

Builder, helfen bei der schnellen und einfachen Konfiguration der

Anschlüsse und Peripherie einer 32-Bit-MCU, was die Markteinführung

des Endprodukts beschleunigt. Hat der Entwickler mögliche

MCUs gefunden, die den Spezifikationen der Anwendung entsprechen,

kann er GUI-basierte Tools zur Bestimmung gültiger

Pinout-Optionen nutzen. Finden sich mehr als eine gültige MCU-

Option, lassen sich die Pinouts mehrerer Kandidaten an den Hardwareentwickler

weiterleiten, der dann die Anschlussbelegung auswählt,

die zum einfachsten PCB-Layout führt. Um die Designkomplexität

weiter zu verringern, lassen sich über die grafische Benutzerschnittstelle

Peripherie, Takte und Anschlüsse konfigurieren.

(ah)

n

Der Autor: Evan Schulz, Applications Engineer, Embedded

Mixed-Signal-Products, Silicon Laboratories, Austin/Texas.

20 elektronik industrie 05/2012

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pename NATIVE,

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Aktive Bauelemente

Spannungsreferenzen

für A/D-Wandler

Floating Gate-Array oder bipolar – ein Vergleich

Batterien fallen mit der Zeit von ihrem Nennwert ab. Um bei größeren Systemen einen zuverlässigen Spannungswert

einhalten und Spannungsabfälle vermeiden zu können, werden Spannungsreferenzen eingesetzt. In diesem

Beitrag diskutiert Intersil zwei dominante Typen von Spannungsreferenzen und ihre Vor- und Nachteile im Betrieb:

Jedes Schaltungsdesign hat seine spezifischen Trade-offs, anhand derer sich der Entwickler wahlweise für FGA-

Referenzen oder für bipolare Bandgap-Bausteine entscheiden sollte.

Autorin: Tamara Schmitz

Mit steigender Performance

der verschiedenen Applikationen

sind immer wieder

neue Schaltungen für die

Spannungsreferenzen nötig.

22 elektronik industrie 05/2012

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Aktive Bauelemente

Spannungsreferenzen gehören zu den einfachsten Komponenten

elektronischer Systeme: Sie stellen eine spezifische

Ausgangsspannung bereit. Das ist alles. Trotzdem werden

sie immer wichtiger, da mehr und mehr Geräte batterieversorgt

sind. Die Spannung von Batterien tendiert dazu, über der

Zeit von ihrem Nennwert abzufallen. Natürlich kann man einfach

mit der jeweils aktuellen Batteriespannung arbeiten, also mit einem

groben, ungefähren Spannungswert. Doch dabei ist Vorsicht

geboten. Chemie und Dichte von Batterien sind von sehr unterschiedlicher

Natur. Lithium-Batterien halten die Nennspannung

über ihre Lebenszeit recht gut ein. Bleisäure- und Alkaline-Batterien

jedoch verlieren an Spannung, sobald sie Strom liefern. Wegen

dieser kaum abschätzbaren Spannungsabfälle werden Spannungsreferenzen

eingesetzt, die in größeren Systemen für einen zuverlässig

eingehaltenen Spannungswert sorgen.

Das scheint recht einfach. Doch die Referenzspannung muss

über weite betriebliche Spielräume und Vorkommnisse gewährleistet

werden – beim Austausch der Stromversorgung, unter variablen

Lastbedingungen, Temperaturwechsel und vielem anderen

mehr. Neben der physischen Qualifizierung der Spannungsreferenz

für mannigfache Betriebsbedingungen gibt es interne Messverfahren

zur Bestimmung ihrer Qualität wie Leistungsverbrauch,

genaue Einhaltung des Spannungspegels und Rauschanteil. Je besser

dieser gemessene Qualitätswert, desto besser ist die Referenz.

Als Beispiel denke man an die Spannungsreferenz in einem A/D-

Wandler. Sie ist unter anderem als Ausführung mit 1024, 2048 oder

4096 V verfügbar. Diese Referenzen sind speziell für den Wandlermarkt

ausgelegt, da ihre Ausgänge, gemessen in Millivolt, den

Spannungspegeln von Wandlern mit 10, 11 und 12 Bit Auflösung

entsprechen. Erst eine hinreichend genaue Spannungsreferenz gewährleistet

die hoch qualitative Wandlung von analogen und digitalen

Signalen.

Eine lange bewährte Methode zur Erzeugung einer Referenzspannung

ist die Bandgap-Schaltung. Bandgap ist ein cleveres

Auf einen Blick

Spannungsreferenz mit Floating Gate Array

Intersils Floating-Gate-Array-Spannungsreferenzen übertreffen die

Leistung herkömmlicher Bandgap-Referenzen. Die FGA-Technologie

erzeugt sehr genaue und stabile Referenzspannungen, indem sie eine

präzisen Ladung in einer Floating-Gate-Zelle speichert, die sich durch

äußere Einfl üsse wie Temperaturschwankungen, Eingangsspannung

und Zeit kaum beeinfl ussen lässt.

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Aktive Bauelemente

Bild 2: Typische Auslegung des Bausteins ISL21010 und vergleichbarer

Referenzen. Sie erzeugen den Referenzpegel für den ADC. Der ISL28134, ein

sehr rauscharmer chopper-stabilisierter Verstärker, liefert die Eingangsspannung.

Bilder: Intersil

Bild 1: Blockschaltbild einer Mobilfunk-Basisstation. Spannungsreferenzen

sind dabei Komponenten von vitaler Bedeutung für zuverlässige Spannungspegel,

sowohl im ADC, wie im DAC.

Bild 3: Links die Ausgangsspannung des Bausteins ISL21010, mit Fokus auf

das niederfrequente Rauschen. Rechts das niederfrequente Rauschen des

ISL21009.

Schaltungsprinzip, das auf den grundlegenden Eigenschaften bipolarer

Transistoren basiert. Dazu zählt, dass die Spannung am p-n-

Übergang eines bipolaren Transistors fällt, wenn dessen Temperatur

steigt. Die Bandgap-Schaltung nutzt diese Charakteristik, um

einen Strom so zu skalieren, dass er umgekehrt proportional zur

Temperatur verläuft. Daraus lässt sich ein Signal ableiten, das proportional

zur Temperatur verläuft.

Bandgap-Referenz

Diese beiden gegenläufigen Signale lassen sich funktional kombinieren,

um die Effekte des Temperaturgangs zu kompensieren. In

den späten 60er Jahren war das eine bedeutende Entdeckung, die

in den frühen 70ern weithin in die Schaltungstechnik Eingang gefunden

hat. Die Bezeichnung Bandgap stammt aus der Tatsache,

dass die typische Ausgangsspannung von 1,25 V nahe der Bandgap-Spannung

von Silizium (1,22 V) liegt. Da die Bandgap-Schaltung

auf einem p-n-Übergang basiert, könnte man annehmen,

dass die damit gebauten Spannungsreferenzen bipolare Prozesse

erfordern. Das ist aber nicht der Fall. Auch CMOS-Prozesse haben

parasitische bipolare Transistoren, die, obwohl von geringerer

Qualität, durchaus für die in einer Bandgap-Schaltung benötigten

Signale herangezogen werden können.

CMOS-Floating-Gate-Referenz

Zur Konfiguration einer Spannungsreferenz in CMOS-Technologie

gibt es mehr als eine brauchbare Methode. Wird kein parasitischer

bipolarer Bandgap genutzt, besteht eine Alternative im Einsatz

einer Schaltung namens FGA (floating gate array). Dieser Typ

von Spannungsreferenz heißt dementsprechend Floating Gate Array-Referenz.

Er nutzt das undefinierte Floating Gate eines CMOS-

Transistors. Der Ladungsvorgang zieht eine gewisse Menge von

Elektronen zum Floating Gate. Die Menge der am Gate gesammelten

Elektronen ist proportional zur Größe des Signalflusses vom

Drain zur Source. Diese Verknüpfung ermöglicht eine vom Anwender

programmierbare Referenzspannung. Oder der Hersteller

stellt die vom Anwender benötigte Spannung fest ein. Der Wert

dieser Spannung ist außerordentlich stabil, denn die Elektronen

am Floating Gate sind im dielektrischen Material gefangen, ähnlich

wie in einem Glaskörper.

Vergleich der Eigenschaften von FGA und Bandgap

Wie vergleicht sich die FGA-Referenz zum Bandgap Jedes Schaltungsdesign

hat seine spezifischen Trade-offs. Einer der wichtigsten

Parameter in diesem Zusammenhang ist der Leistungsverbrauch.

Jede Schaltung, die mehr Leistung verbraucht, kann damit

ihre Performance steigern. Deshalb kommen für den folgenden

Vergleich zwei Komponenten mit ähnlich hohem Versorgungsstrom

zum Einsatz (innerhalb eines Faktors von Drei). Die beiden

Bausteine sind der ISL21009, einer von Intersils FGA-Komponenten,

und der ISL21010, einer von Intersils bipolaren Referenzbausteinen

(Bild 2). Tabelle 1 vergleicht ihre Performance.

Auf den ersten Blick sind beide Referenzen beinahe gleichwertig.

Die Ausgangsspannung beträgt 2,5 V, wobei die Anfangsgenauigkeit

der bipolaren Referenz etwas besser ist. Andererseits akzeptiert

die FGA-Schaltung einen wesentlich breiteren Bereich von

Versorgungsspannungen. Ausgangsspannung und Versorgungsbereich

sind Spezifikationen, die vom System vorgegeben sind. Die

weiteren Spezifikationen geben Aufschluss über die natürlichen

Stärken und Schwächen der bipolaren Bandgap- gegenüber der

CMOS FGA-Spannungsreferenz.

Ganz weit oben in der Vergleichsliste der Daten steht der Temperaturkoeffizient.

Er zeigt an, wie die Ausgangsspannung der Referenz

in Bezug auf die Temperatur variiert. Resultat: Die FGA-

Referenz ist um den Faktor Fünf besser als die bipolare. Das macht

Sinn, wenn man die Schaltungsstrukturen betrachtet. Das FGA-

Prinzip hat eine am Floating Gate isolierte Ladung. Beim Bandgap-

Prinzip kompensieren sich die Effekte beider, am p-n-Übergang

generierten Signale mit ihren bekannten Temperaturgängen. Diese

24 elektronik industrie 05/2012

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Aktive Bauelemente

Fähigkeit zur gegenseitigen Auslöschung könnte ihre eigene charakteristische

Performance über der Temperatur aufweisen.

Als nächstes betrachten gilt es, das typische Rauschen im Ausgang

zu beachten. Dieses liegt beim FGA-Prinzip um das Siebenfache

niedriger als beim Bandgap-Prinzip. Nochmals: Die Steuersignale

sind beim CMOS-Prozess statisch isoliert, anstatt durch die

Transistoren zu fließen wie beim bipolaren Gegenstück. Das ergibt

ein typisches Ausgangsrauschen von 4,5 µVpp beim ISL29009 statt

der immer noch respektablen 37 µVpp beim ISL29010. Der gleiche

Trend ist evident beim niederfrequenten Rauschen. Als niederfrequentes

Rauschen gilt das zwischen 0,1 und 10 Hz gemessene Rauschen.

Beispiele dafür zeigt Bild 3. Während die Kurven ähnliche

Signalverläufe abbilden, ist zu beachten, dass das Ausgangsrauschen

der FGA-Referenz (ISL21009) um den Faktor 1000 vergrößert

dargestellt ist.

Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Langzeitdrift

Ein weiterer zu beachtender Parameter ist die Langzeitdrift. Niemand

möchte, dass die eben entworfene Referenz bei der Alterung

eine schwache Performance an den Tag legt. Diese Drift sollte also

so klein wie möglich sein, um mögliche Änderungen zu minimieren.

Auch hier gilt: Die FGA-Referenz ist dem Bandgap um den

Faktor Zwei überlegen – mit einem gemessenen Wert von 50 ppm

versus 110 ppm.

Baustein FGA Bandgap

(ISL21009)

(ISL21010)

Uout (V) 2,5 2,5

Anfangsgenauigkeit (mV) 0,5 0,2

Temperaturkoeffizient (ppm/°C) 3 15

Isupply (uA) 180 80

Usupply, Bereich (V) 3,5 ... 16,5 2,6 ... 5,5

Typisches Ausgangsrauschen (µVpp) 4,5 37

Stabilität der Langzeitdrift (ppm) 50 110

Niederfrequentes Rauschen (µVpp) 4,5 67

Tabelle 1: Spezifikationen der beiden im Beitrag verglichenen Schaltungen:

Die FGA-Variante (ISL21009) und die bipolare Lösung (ISL21010).

Viele der Vorteile der FGA-Referenz stammen aus der Struktur

der Schaltung – dem Floating Gate. Natürlich hat jede neue Lösung

ihre Vor- und Nachteile. Ein interessanter Nachteil der FGA-Topologie

ist ihre Empfindlichkeit gegen wiederholte Bestrahlung mit

Röntgenlicht. Röntgenstrahlung kann genügend Energie bereitstellen,

um die am Floating Gate gefangenen Elektronen aus ihrem

Glaskäfig zu befreien. Natürlich braucht es eine gewisse Dosis von

Röntgenenergie, um eine merkliche Zahl von Elektronen freizusetzen

und damit die Spannung am Gate zu verringern. Als Größenordnung:

Man müsste eine nicht abgeschirmte Schaltung an die 50

Mal durch eine X-Ray-Sicherheitsschleuse am Flughafen tragen,

um diesen Effekt zu erzielen. In vielen Fällen sind die Spannungsreferenzen

zusammen mit vielen anderen Schaltungen auf der Unterseite

einer Leiterplatte montiert. Dabei kann das Gehäuse als

Abschirmung der FGA-Referenz fungieren.

In gewisser Weise ist die Auswahl der Beispielschaltungen irreführend.

Bipolare Prozesse tendieren dazu, größere Versorgungsspannungen

zu verarbeiten als ihr CMOS-Gegenstück. Bipolare

Schaltungen können so ausgelegt werden, dass sie geringeres Rauschen

und höhere Genauigkeit erzielen, wenn man einige Tradeoffs,

wie den geringfügig höheren Leistungsverbrauch, vernachlässigt.

Und für FGA-Schaltungen gilt: Ihr Versorgungsstrom ist meist

so gering, dass sie sich für batterieversorgte Systeme und für Energy-Harvesting

eignen. Dank der dielektrische Isolation des Gates

wird die Spannung über etwa 100 Jahre zuverlässig gehalten.

Beide sind gut, CMOS führt

Als Konsequenz gilt, dass beide Topologien hoch qualitative Spannungsreferenzen

darstellen. Somit stellen die vom System und vom

Kostenbudget gegebenen Anforderungen die stärkeren Entscheidungskriterien

dar. Die FGA-Topologie belegt, dass CMOS das

Schwergewicht beim Wettstreit der Referenzen ist, während Bandgap

als solider Herausforderer gilt. Die Entwickler der bipolaren

Technologie haben mittlerweile ihre Referenzen immer weiter verbessert.

Mit kontinuierlich steigender Performance entstehen ständig

neue Schaltungen zur Spannungsreferenz. (ah) n

Die Autorin: Tamara Schmitz ist Senior Principal Applications Engineer bei

Intersil in Milpitas, Kalifornien.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05/2012 25


Aktive Bauelemente

dOlor auguerostrud tie

magna at, quatum

eugue te el iriustie feu

feummodolor si blaor

aciduisi ex ea alit

lamet wisit, quat

augait nullan ut am

dip ex ea autat ea

AD-Wandler richtig ansteuern

Wie man alle Codes eines High Performance SAR-ADC bekommt

Um den beeindruckenden Dynamikbereich auszunutzen, muss man sicherstellen, dass das größte Eingangssignal

den Vollausschlagbereich des ADCs ausnutzt. In anderen Worten, man muss alle Codes bekommen. Und wie

macht man das

Autor: Kris Lokere

Das Signal to Noise Ratio (SNR, Signal/Rausch-Verhältnis)

eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) ist definiert als

das Verhältnis des größten Signals, das der ADC verarbeiten

kann, zum Grundrauschen des ADCs. Um ein

SNR von bis zu 102 dB zu erzielen, spezifiziert die LTC2379-Familie

einen differentialen Eingangsbereich von 10 V SS

, was einem Eingangsspannungshub

oder auch Swing genannt von je 0 V bis 5 V

entspricht.

Am Eingang des ADCs befindet sich ein Verstärker, dessen Aufgabe

es ist, eine adäquate Spannungsquelle für die Aufladung der

Abtastkondensatoren des ADCs darzustellen. Die Eingänge des

ADCs sind die Ausgänge des Verstärkers, das heißt, soll der Ein-

26 elektronik industrie 05 / 2012


GlobTek elektronik industrie 4.3.12_Layout 1 4/3/2012 8

Auf einen Blick

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von Linear Technology mit einem Signal/Rausch-Verhältnis von

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angemessenem Zeitraum zur Verfügung.

gang des ADCs von 0 V bis 5 V gehen, muss der Ausgang des Verstärkers

auch von 0 V bis 5 V reichen.

±15-V-Speisespannung

Das ist einfach, wenn ein großer Versorgungsspannungsbereich

verfügbar ist. Zum Beispiel wenn man einen Schaltungsteil im

Frontend hat, der mit ±15 V versorgt wird. In diesem Fall kann

jeder Operationsverstärker eingesetzt werden, der an solchen

Spannungen arbeitet und am Ausgang die 0 V bis 5 V bereitstellt.

Man kann beispielsweise den LT1468 einsetzen, um eine brauchbare

Kombination aus DC-Genauigkeit und schneller Einschwingzeit

zu haben oder den LT1124 für sehr geringe Drift in Kombination

mit geringem 1/f-Rauschen, oder den LT6011, wenn Mikropower

in einem kleinen Gehäuse gefordert wird.

Falls man den großen ±15-V-Bereich nicht verwenden will,

trotzdem aber den kompletten Swing 0 V auf 5 V, lässt sich eine

spezielle Versorgungsspannung nur für den letzten Verstärker vor

dem ADC einsetzen, zum Beispiel -2 V und +7 V. Das Referenzdesign

des LT6350, das den LTC2379-18 ansteuert, bewerkstelligt

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Aktive Bauelemente

Bilder: Linear Technology

Bild 1: Versorgt man den LT6350 mit +7 V und -2 V gibt es genügend

Spielraum an jedem ADC-Eingang von 0 V bis 5 V.

Bild 2: Der differenzielle Operationsverstärker LTC6362 erzielt eine Linearität

von über 110 dB selbst dann, wenn jeder Ausgang bis auf 250 mV bis zur

nächsten Rail schwingt. Das liefert -1 dB Vollausschlag an Swing in den ADC

LTC2397-18 wenn er im Grundzustand arbeitet. Konfiguriert man den ADC im

DGC-Mode, müssen die Ausgänge des LTC6362 nur differentiell um 8 V ss

schwingen, damit alle Codes am ADC geltend gemacht werden.

Bild 4: Durch invertierende Konfiguration des ersten Operationsverstärker

des LT6350 ändert sich die Eingangsspannung des ICs nicht, selbst wenn ein

±10-V-Signal anliegt. Das DGC des LTC2379-18 interpretiert einen 0,5-V- auf

4,5-V-Swing am Operationsverstärker-Ausgang als Vollausschlag.

Bild 3: Der LTC6360 hat eine interne on-chip-Ladungspumpe, die eine kleine

negative Biasspannung on-chip erzeugt, die die Ausgangsstufe versorgt. Auf

diese Weise kann der Ausgang komplett auf 0 V schwingen ohne nahe an

Verzerrungen zu kommen. Dadurch kann man eine komplementäre

Einfachversorgung bauen, die bis zum Vollausschlag in den pseudo-differenziellen

LTC2379-18 ADC schwingt (einschließlich Null).

exakt dieses (Bild 1). Die +7-V-Versorgung ist auch geeignet, eine

5-V-Referenz zu versorgen.

5-V-Speisespannung

Was aber wenn man den Verstärker aus einer 5-V-Versorgung

speisen muss Man möchte annehmen, dass man bei einem Railto-rail

Operationsverstärker mit einfachen 0 V bis 5 V auskommt,

dem ist aber nicht so. Rail-to-rail-Ausgänge sind nicht echt Railto-rail.

Im günstigsten Fall reichen sie bis 10 mV an die Rail-Spannung

heran, verbunden mit hartem Clipping und manchmal langer

Sättigungserholungszeit. Wird hohe Linearität (geringe Verzerrung)

gefordert, muss die Ausgangsspannung mindestens einige

100 mV Abstand von der Rail-Spannung haben. Der LTC6362

zum Beispiel ist ein differenzieller low power Operationsverstärker,

der an einfachen 5 V arbeitet (Bild 2). Seine Ausgänge können

bis 100 mV von jeder Rail schwingen, dabei erreichen sie eine Linearität

von über 110 dB innerhalb 250 mV von jeder Rail. Wenn

das Design so ausgelegt ist, dass das größte Signal diese Konditionen

nicht überschreitet, sind mindestens 90 % der ADC-Codes

anwendbar, was bedeutet, dass man bis auf 1 dB im vorgegebenen

Dynamikbereich bleibt. In vielen Fällen ist das die beste Lösung. Es

ist außerdem gut zu wissen, dass der Verstärker die Eingänge des

ADCs nicht übersteuern oder schlimmstenfalls zerstören kann.

Das stellt sozusagen einen natürlichen Schutz dar.

Mit Digital Gain Compression

Die LTC2379-Familie bietet ein innovatives Merkmal, genannt Digital

Gain Compression (DGC). Mit diesem Merkmal interpretiert

der ADC einen Swing von 10 % auf 90 % der Referenzspannung als

Vollausschlag. Auf diese Weise schwingt der Verstärkerausgang bei

einer 5-V-Referenz nur von 0,5 V bis 4,5 V, und alle 262.144 Codes

des 18-Bit-ADCs werden verwendet. Man kann auch die Verstärkung

des Frontend so einrichten, um Vollausschlag mit 18-Bit-

Auflösung zu bekommen, wenn der Verstärker mit einfachen 5 V

auskommt. Obwohl man alle Codes bekommt, ist der Dynamikbereich

etwas reduziert, da der analoge Spannungsswing von 10 V SS

auf 8 V SS

verkleinert ist, wobei das thermische Rauschen gleich

bleibt. Bei 18-Bit-ADCs ist das Quantisierungsrauschen generell

gering und nur das thermische Rauschen spielt eine Rolle. Als Ergebnis

daraus resultiert ein Verlust von 2 dB beim SNR im DGC-

Mode. Bei einem 16-Bit-ADC verliert man nur 1 dB beim SNR im

DGC-Mode, weil man davon profitiert, dass das Quantisierungsrauschen

entsprechend zurückgeht.

Ohne Digital Gain Compression

Die auf Masse bezogene (oder pseudo-differenzielle) LTC2369-

Familie unterstützt den Digital Gain Compression nicht. Das Weglassen

erfolgte hier absichtlich, da bei auf Masse bezogenen unipolaren

Signalen die Performance nahe Null (Nullpunktfehler) oft

sehr wichtig ist. Der Nullpunktfehler ist gering, wenn das Signal

klein ist. Dabei muss man die feine Auflösung und das geringe

Rauschen des high performance ADCs in die Bewertung mit einbeziehen.

Bei einem differenziellen ADC wird der Nullpunkt erreicht,

wenn beide Eingänge gleichwertig sind. Beim unipolaren

auf Masse bezogenen ADC wird dagegen der Nullpunkt erreicht,

wenn das Eingangssignal Massepotenzial hat. Der Verstärker muss

also bis auf Massepotenzial herunter schwingen. Ist keine negative

Versorgung vorhanden, kommt der LTC6360 zur Hilfe. Dieser

rauscharme, DC-präzise und schnelle Operationsverstärker hat eine

internen on-chip Ladungspumpe, die eine kleine negative Bias-

28 elektronik industrie 05 / 2012

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Aktive Bauelemente

spannung on-chip erzeugt, die die Ausgangsstufe versorgt. Auf

diese Weise kann der Ausgang komplett auf 0 V schwingen ohne

nahe an Verzerrungen oder Clipping zu kommen. Auf der Highside

kann der Ausgang des LTC6360 bis auf 4,5 V schwingen. Man

kann entweder das als größtes Signal festlegen und kommt so auf

1 dB vor Vollausschlag bei einer 5-V-Referenz. Oder man setzt eine

4,096-V-Referenz ein und geht bis Vollausschlag. Diese Lösung arbeitet

komplett an einfachen 5 V sogar einschließlich der Referenz

(Bild 3).

Begrenzungen des Eingangsswings

Alles bisher Besprochene schließt ein, dass der Ausgangsswing des

Operationsverstärkers den ADC treibt. Als nächstes müssen die

Begrenzungen des Swings am Eingang berücksichtigt werden.

Manchmal soll der letzte Operationsverstärker vor dem ADC

nur als Puffer fungieren, ohne jede Verstärkung oder Pegelanpassung.

Beim Operationsverstärker mit Verstärkungsfaktor 1 ist der

Swing am Eingang so wie der am Ausgang. Hat man wiederum eine

weite Versorgung wie ±15 V, oder -2 V, +7 V zur Verfügung, ist

das kein Problem. Will man aber den Operationsverstärker von

einfachen 5 V versorgen, ist es verführerisch zu denken, dass alles

was man machen muss ist, einen der vielen angebotenen Operationsverstärker

mit Rail-to-rail-Eingang auszusuchen und die Schaltung

wird funktionieren. Rail-to-rail-Eingangsstufen sind aber aus

zwei parallelen Eingangsstufen zusammengesetzt: eine arbeitet,

wenn der Eingang nahe der positiven Rail ist, und die andere arbeitet,

wenn der Eingang nahe der negativen Rail (oder Masse) ist.

Jede dieser Eingangsstufen hat ihre eigene Offsetspannung. Wandert

das Signal von der einen Eingangsstufe zur anderen, gibt es

eine Stufe in der Offsetspannung an einem Übergabepunkt. Daraus

resultiert eine Nichtlinearität in der Übertragungsfunktion der

Schaltung. Da muss man sich durch einen Blick in das Datenblatt

vergewissern, ob der Offset für beide Eingangsstufen angepasst ist.

Falls nicht, ist die Nichtlinearität zu schlecht für eine 16-Bit- oder

18-Bit-INL-Performance. Auf der anderen Seite hat der LTC6360

ein Offset über den Eingangsbetriebsbereich mit sehr engen Toleranzen.

Als Ergebnis bleiben die harmonischen Verzerrungen unter

-100 dB, auch wenn das Signal von 0 V auf 4 V schwingt. Der

Übergabepunkt ist bei diesem Verstärker bei 3,6 V.

Invertierender Operationsverstärker

Eine alternative Lösung, um die Anforderungen beim Eingangsswing

zu milder, ist es, den Operationsverstärker invertierend

zu betreiben. Bild 4 zeigt als Beispiel den LT6350, bei dem

jeder Operationsverstärker invertiert betrieben wird, so dass die

Eingänge das Potenzial etwa in der Mitte der DC-Versorgung haben.

Auf diese Weise gibt es kein Problem beim Gleichtaktbetrieb

am Eingang. Ein differenzieller Operationsverstärker, wie der

LTC6362, ist immer invertierend. Wird er für die Umsetzung von

massebezogenen Signalen auf differenzielle Signale verwendet,

schwingen die Eingänge des Operationsverstärkers, aber viel weniger

als das eigentliche Signal. Es ist zu bemerken, dass in jeder dieser

invertierenden Konfiguration die Eingangsimpedanz resistiv

ist, deshalb ist sicherzustellen, dass die vorangehende Stufe diesen

Widerstand treiben kann. (jj)


Der Autor: Kris Lokere ist Design Manager, Signal Conditioning Products bei

der Linear Technology Corporation.

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-> Digital signal processing

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Aktive Bauelemente

Drahtloser Transceiver

Betriebszeit von drahtlosen Sensorknoten verdoppeln

Bild: STMicroelectronics

Zu den Anwendungsgebieten des leistungsfähigen

und wenig Strom verbrauchenden

drahtlosen Transceivers gehören die Automatic-Meter-Infrastruktur

und andere

drahtlose Sensorknoten beispielsweise in

Alarm- und Überwachungssystemen, der

Heim- und Gebäudeautomation sowie in

industriellen Überwachungs- und Steuerungseinrichtungen.

Der Transceiver Spirit1

von STMicroelectronics kombiniert

eine sehr gute Empfängerempfindlichkeit

Der Transceiver Spirit1 von STMicroelectronics

kombiniert eine sehr gute Empfängerempfindlichkeit

mit niedrigem Stromverbrauch.

mit niedrigem Stromverbrauch.

Die neuen intelligenten Stromzähler

(Smart-Meter) ersetzen die traditionellen

elektromechanischen Zähler und sind für

die Energieversorgungs-Unternehmen und

deren Kunden gleichermaßen vorteilhaft.

Funktionen wie die volle Fernbedienbarkeit,

die Analyse von Leistungsspitzen und

Verbrauch sowie Manipulationsschutz,

Störungswarnungen und zeitabhängige Tarife

sorgen dafür, dass die Bereitstellung

und Nutzung von Elektrizität, Gas und

Wasser effizienter und wirtschaftlicher

wird.

Der Transceiver dient der Kommunikation

zwischen den Smart-Metern in den

einzelnen Haushalten und Gewerbebetrieben

und den für mehrere Gebäude zuständigen

Datenkonzentratoren, die die Informationen

an die zentrale Datensammelstelle

des Versorgungsunternehmens weiterleitet.

Er ermöglicht die Kurzstrecken-Übertragung

mit Frequenzen unter 1 GHz, so

Navigatsionnaya Sputnikovaya

Sistema) Signalen.

Sie sind in unterschiedlichen

Endgeräte-

Plattformen einsetzbar,

verbrauchen sehr wenig

Strom und sind besonders

effizient vor elektrostatischen

Entladungen

(ESD – Electrostatic Discharge)

geschützt.

Besonders bei schwachen

GNSS-Signalen bedeutet

eine niedrige Rauschdass

auch durch Betonwände und Gebäudestrukturen

hindurch eine sehr gute Signalübertragung

gewährleistet ist.

Der Stromverbrauch ist äußerst gering.

Laut Hersteller konnte er gegenüber auf

dem Markt existierenden Lösungen um 50

Prozent reduziert werden. Das heißt, ohne

Batteriewechsel lässt sich eine doppelt so

lange Betriebsdauer erzielen. Durch die

sehr gute Empfängerempfindlichkeit von

-120 dBm können Designer die Ausgangsleistung

ihrer Sender reduzieren und den

Gesamt-Stromverbrauch auf diese Weise

weiter absenken, während gleichzeitig ein

sehr betriebssicherer Kommunikationskanal

aufrecht erhalten bleibt. Der Transceiver

unterstützt fortschrittliche Techniken

wie Frequency Hopping, Auto-Acknowledgment

und Antenna Diversity, um die

fehlerfreie Datenübertragung auch bei

widrigen Umgebungsverhältnissen sicherzustellen.

(ah) n

infoDIREKT

620ei0512

Empfangs-Frontend-Module

Niedrige Rauschzahl und kleines Gehäuse

Bild: Infineon

Die neuen Empfangs-Frontend-Module

BGM104xN7 von Infineon Technologies

unterstützen globale Satelliten-Navigations-Systeme

(GNSS) in Smartphones und

anderen mobilen Geräten. Je rauschärmer

das Empfangs-Frontend-Modul, desto besser

ist der Satellitenempfang und umso

Die Empfangs-Frontend-Module bieten eine gute Balance zwischen

höherer Leistung und geringerem Platzbedarf.

schneller und präziser kann der GNSS-

Empfänger die Position ausgeben. Die Module

sind eine Pin-zu-Pin-kompatible Weiterentwicklung

der vorherigen Produktgeneration

BGM103xN7. Die Gehäusegröße

beträgt lediglich 2,3 x 1,7 x 0,73 mm³. Die

Module unterstützen gleichzeitig den Empfang

von GPS- (Global

Positioning System) und

Glonass- (Globalnaya

zahl eine kürzere „Time-to-First-Fix“ (TT-

FF). Das ist die Zeit, die ein GNSS-Empfänger

braucht, bis er Satellitensignale und

Navigationsdaten empfängt, um so seine

Position zu errechnen. Die neuen Module

sind 0,15 dB rauschärmer als die vorherige

Produktfamilie.

Sie integrieren SAW-Filter (Surface

Acoustic Wave) und LNA (Low Noise Amplifier).

Damit bieten sie eine sehr gute Balance

zwischen höherer Leistung und geringerem

Platzbedarf und ermöglichen

Kunden kürzere Entwicklungszeiten. Die

niedrige Rauschzahl macht Smartphones

und andere tragbare Geräte nutzerfreundlicher.

Zudem erfüllen die neuen Module

wichtige Designziele: hohe Linearität, um

Interferenzen durch andere, stärkere Funksignale

zu vermeiden; Einzel-Modul-Abdeckung

im Frequenzbereich von 1575 bis

1605 MHz sowie eine optimierte Verstärkung

für eine hohe Empfindlichkeit. (ah)n

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621ei0512

30 elektronik industrie 05/2012

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Ethernet Controller

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Überzeugen

durch Leistung

Bild: Renesas Electronics Europe

Die Ethernet Controller unterstützen eine Reihe von Kommunikationsprotokollen.

Renesas Electronics Europe präsentiert zwei Industrial-Ethernet-

Controller, die eine Reihe von Kommunikationsprotokollen unterstützen

und damit Systementwicklern helfen, ihre Materiallisten

zu verringern und einen effizienteren Maschinenbetrieb zu ermöglichen.

Muster der ersten Produkte aus dieser Serie werden voraussichtlich

gegen Jahresende 2012 erhältlich sein und CC-Link IE,

EtherCAT und Ethernet/IP unterstützen. Support für weitere Protokolle

folgt zu einem späteren Zeitpunkt. Die Bausteine bieten

einen High Speed Echtzeit-Betrieb und minimieren zeitliche

Schwankungen bei den CPU-Verarbeitungszeiten. Zusammen mit

der Verringerung der Stücklisten für Industrieautomatisierungs-

Anwendungen gewährleisten diese Controller einen stromsparenden

Betrieb, da die verschiedenen Ethernet-Protokolle in die

Hardware eingebettet sind. Die Controller bieten eine 32-Bit CPU,

einen Ethernet-Hardwarebeschleuniger, einen Industrial Ethernet

Kommunikationsswitch, zwei universelle Ether MACs (MII, GMII)

sowie einen 10/100 Mb/s PHY. Sie liefern alles für die industrielle

10/100 Mb/s Datenkommunikation, abgesehen von einer Spannungsversorgung

und einem seriellen Flash-Speicher für die Programme.

Sofern erforderlich, können Systementwickler zusätzlich

einen externen Gigabit PHY integrieren.

Die Produkte bieten eine Reihe von Kernfunktionen auf einem

Chip. So werden mehrere Ethernet-Protokolle unterstützt, wie CC-

Link IE, EtherCAT und Ethernet/IP. Die Ethernet-Funktionen sowie

ein Teil des CPU-Betriebs sind Hardware-gestützt. Integrierter

1,3 Mb SRAM und Ethernet PHY ermöglichen einen 10/100 Mb/s-

Betrieb. Eine weitere Funktion sind standardisierte Feldbus-Kommunikationsbausteine

mit Unterstützung für CC-Link, CAN,

UART, CSI und andere Schnittstellen.

Renesas plant in naher Zukunft die Vorstellung eines weiteren

Produkts zur Unterstützung des SSCNET III/H-Protokolls. Dieses

Protokoll nutzt Fiberoptik-Kabel für die Datenkommunikation

und gilt als Standardanforderung im Motorsteuerungsmarkt hinsichtlich

hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit. (ah) n

Qualität. Weltweit.

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Der passende Sensor zur Reduzierung der Systemkosten

Die Linear-Hall-Familie HAL18xy von Micronas bietet Ihnen

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Strommessung, Gangpositionssensor und Abgasklappe.

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Micronas vorprogrammierte Versionen zur Reduzierung

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624ei0512

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Sensoren

Unterschiedlichste

Konsumergeräte

lassen sich sinnvoll

und mit Mehrwert

durch Gesten steuern.

Echte Gestenerkennung für alle

Sinnvoller und wirtschaftlicher Einsatz von 3D-HMI

Die freie Bewegung im Raum, ohne Eingabe- oder Bediengeräte, wie beispielsweise Maus oder Tastatur, verspricht

eine natürlichere und einfachere Bedienung komplexer Geräte. Doch ist diese Bedienung tatsächlich nur

für futuristische Produkte möglich

Autor: Uwe Hill

Spätestens seit dem Kinofilm Minority Report und Iron

Man 2 ist die Steuerung von Geräten ohne erkennbare

Eingabegeräte zum Inbegriff neuer HMI-Konzepte geworden.

Diese freie Bewegung im Raum, ohne Eingabe- oder

Bediengeräte, wie Maus oder Tastatur verspricht eine natürlichere

und einfachere Bedienung komplexer Geräte. Hier stellt sich die

Frage, ob diese Bedienung wirklich nur für futuristische Produkte

möglich sein kann

Sehr präsent in der Diskussion ist momentan das System Kinect

der Xbox 360 von Microsoft. Hier führen zwei Kameras, in Verbindung

mit rechenintensiver Bildverarbeitung, zu einer Benutzerschnittstelle,

die schon deutlich in die Richtung der Filmvisionen

weist. Etwas einfacher und oberflächengebunden zeigen iPhone

und iPad von Apple seit wenigen Jahren erfolgreich, wie intuitiv

und simpel die Bedienung eines Gerätes über Finger-(Gesten) auf

einer Oberfläche sein kann. Die wohldosierte Erweiterung der herkömmlichen

Eingabemöglichkeiten schafft hier ein neues und begeisterndes

Bedienerlebnis und hat sehr schnell eine hohe Akzeptanz

bei den Konsumenten erreicht.

Welche Applikationen und Konsumergeräte lassen sich aber darüber

hinaus sinnvoll und mit Mehrwert durch Gesten steuern Im

Folgenden werden Beispiele beschrieben, die Applikationen einen

Mehrwert und ein Differenzierungsmerkmal durch Gestensteuerung

beziehungsweise drei-dimensionale Steuerung geben. Die

Beispiele belegen, dass die dritte Dimension nicht nur einer kleinen

Gruppe von Geräten zur Verfügung steht, sondern auch für

32 elektronik industrie 05/2012

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Sensoren

die breite Masse von Produkten technisch und wirtschaftlich Sinn

macht. Ermöglicht wird diese Bedienung durch die Halios-IC-Familie

von Elmos. Ohne den Umweg über komplexe Bildverarbeitung

bieten die ICs 909.05, 909.06 und der Vorverstärker 909.07

Gestensteuerung für viele Anwendungen.

Wer hat noch nicht nachts im Halbschlaf den Schalter der Nachttischleuchte

gesucht, nur um anschließend vom hellen Licht geblendet

zu werden oder bei dem Versuch, die Armbanduhr ohne

Licht zu finden, etwas vom Nachttisch gestoßen Mit etwas Glück

hat man wenigstens den Partner nicht geweckt.

Die Vorteile mechanischer oder zumindest taktiler Schaltelemente

geraten bei Dunkelheit leicht zum Nachteil, denn um etwas

fühlen zu können, muss man es zuerst einmal finden. Es wäre doch

viel angenehmer, wenn die Leuchte bereits erkennen könnte, was

gewünscht ist und dann den weiteren Vorgang aktiv unterstützt.

Frühzeitige Interaktion anstelle passiven Abwartens. Für diese angenehme,

intuitive und praktische Funktion reichen bereits zwei

einfache Gesten aus: Awareness und Proximity (Annäherung).

Awareness bezeichnet ein einmaliges Event, das ausgelöst wird sobald

ein Objekt in den Erfassungsbereich des Sensors eintritt. Im

Gegensatz dazu stellt Proximity ein quasi kontinuierliches Signal

dar, das den Abstand des Objekts zur Bedien- beziehungsweise

Sensoroberfläche repräsentiert.

In der Praxis könnte dies aus Sicht des Verbrauchers folgendermaßen

aussehen: Gerade aufgewacht, bewegt man die Hand in

Richtung der Leuchte. Sobald der Erfassungsbereich erreicht wird,

leuchtet die Lampe schwach auf (Awareness). Eine kontinuierliche

Annäherung an die Leuchte lässt diese jetzt zunehmend heller

werden bis hin zur maximalen Helligkeit. Ein Abbruch der Bewegung,

ein Zurückziehen der Hand, lässt das Licht sofort wieder

ausgehen.

Am Ende dieser Bewegung ist die Hand jetzt in Nähe der Lampe.

Ein kurzes, ruhiges Verweilen schaltet die Leuchte dauerhaft an

und fixiert dabei gleichzeitig die gewünschte Helligkeit. Da die wenigsten

Leseleuchten über die Rechenleistung einer modernen

Spielekonsole verfügen, sollte die verwendete Technik möglichst

geringe Ansprüche an die technische Leistungsfähigkeit der Umgebung

haben. Darüber hinaus legt das Produkt eine günstige,

voll-integrierte Lösung nahe.

Keine lästigen Fingerabdrücke bei Smartphones und Co.

Die lästigen Fingerabdrücke und Schmierer auf den gestylten

Hochglanzoberflächen von Smartphones oder eBooks stören einfach.

Eine Lösung: Häufig verwendete Funktionen kontrolliert mit

der Leichtigkeit der etablierten Fingergesten, allerdings ohne den

Bildschirm berühren zu müssen. Eine kleine Bewegung der Hand

blättert um, scrollt durch Listen oder vergrößert Bilder. Modisch

gestylte Fingernägel sind zwar das Aus für Touchscreens, für die

Auf einen Blick

Im direkten Dialog mit dem Anwender

Von der Lichtbedienung, über Smartphones und Co. bis zur Kaffeemaschine:

Es ist durchaus möglich mit wenigen Gesten, unter Verwendung

der geeigneten robusten Basistechnologie von Elmos, mit

geringem Aufwand eine neue Generation von Geräten zu schaffen.

Geräte, die in den direkten Dialog mit dem Anwender treten und so

eine einzigartige, subjektiv angenehme Wahrnehmung erzeugen.

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609ei0512

Gestensteuerung stellen sie jedoch überhaupt kein Problem dar.

Ein anderes Beispiel bietet der Bereich Videotelefonat mit dem

Netbook., wenn die Lautstärke oder die Bildgröße angepasst werden

soll, ohne lange die entsprechenden Tasten suchen zu müssen.

Einfache Gesten erlauben die bequeme Bedienung des mit etwas

Abstand vor dem Benutzer stehenden Computers, ohne dabei in

den Sichtbereich der Kamera zu kommen. Die Videoübertragung

bleibt ungestört. Ähnlich einfach wechselt eine Handbewegung

zur nächsten Präsentationsfolie. Einen hohen Mehrwert hat die

Gestenerkennung bei an der Frontscheibe angebrachten Navigationsgeräten,

die ansonsten nur durch Vorbeugen überhaupt zu erreichen

sind.

Bei eBooks wird das Stromsparen großgeschrieben, auch hier

helfen intelligente Sensor-Lösungen das Bedienerlebnis zu steigern,

ohne dabei die Akku-Laufzeit spürbar zu verkürzen. Gerade

diese mobilen Geräte sind zwangsweise wechselnden Umweltbedingungen,

wie zum Beispiel wechselnde Umgebungshelligkeit,

Staub und Schmutz oder Feuchtigkeit, ausgesetzt. Gleich bleibend

hohe Reichweite und verzögerungsfreie Reaktion der eingesetzten

Sensorik sind hier obligatorisch für ein ungetrübtes, komfortables

Bedienerlebnis.

Komfortables Bedienerlebnis

Nebenbei ersetzen neue Sensoren den gerade bei Smartphones oft

bereits vorhandenen Annäherungssensor mit geringer Reichweite

und das auch durch halbdurchlässige Oberflächen hindurch. Aktuelle

Lacke in Verbindung mit der großen Leistungsfähigkeit neuer

IC-Lösungen erlauben sogar auf das sichtbare optische Fenster

für diese Sensoren, das unschöne „Loch im Lack“, zu verzichten.

Der Mikrocontroller der jeweiligen Geräte wird dabei kaum belastet,

da die vollständige Auswertung der autark arbeitenden Sensorik

nur die kurzen Events selbst überträgt.

5:30 Uhr morgens, noch leicht schlaftrunken in die dunkle Küche,

beim Eintreten den Lichtschalter verfehlt, die bereitstehende

Kaffeetasse in die Maschine gestellt und den Kaffewahlschalter

glücklicherweise gerade noch getroffen. Das kurze Glücksgefühl

während des Mahlgeräuschs weicht Verzweiflung, als der größte

Teil des heiß ersehnten Kaffees neben die falsch platzierte Tasse

plätschert. Wie wäre dieser Morgen mit einer Gesten-gesteuerten

interagierenden Maschine verlaufen

5:30 Uhr, ab in die dunkle Küche. Beim Eintreten den Lichtschalter

verfehlt, trotzdem erkennt die Kaffeemaschine meine

Annäherung und beleuchtet sich. Die bereitstehende Kaffeetasse

in die Maschine gestellt. Prompt weist die Beleuchtung des Auslassbereichs

darauf hin, dass die Tasse nicht korrekt steht. Die

heller werdende Beleuchtung bestätigt die Korrektur der Tassenposition

und gibt das Bedienfeld frei. Während die Hand sich

dem Bedienfeld nähert, leitet die positionsabhängige Beleuchtung

den Finger intuitiv ins Zentrum der gewünschten Taste.

Nach der Entnahme der frischen Tasse Kaffee erlischt die Beleuchtung

des Auslassbereichs und der Tag beginnt. Zugegebenermaßen:

Eine derartige Häufung von Missgeschicken ist eventuell

etwas drastisch beschrieben, aber diese Geschichte zeigt

anschaulich, wie unterschiedlich ein und dasselbe Gerät durch

eine Interaktion mit dem Anwender wirken und wahrgenommen

werden kann.

Technische Herausforderungen

Wenden wir uns jetzt den technischen Hürden zu, die, unabhängig

von der eingesetzten Technologie, auf dem Weg zu einem beeindruckenden

HMI der nächsten Generation zu nehmen sind.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 33


Sensoren

Bilder: Elmos

Die Leuchte erkennt was gewünscht ist und unterstützt den weiteren Vorgang aktiv.

Im Gegensatz zu der bekannten oberflächenbasierten Eingabe

fehlt bei diesen Bedienkonzepten jedes taktile Feedback. Dieser

größere Freiheitsgrad sowohl in der Ausführung der Bewegung –

drei-dimensional – als auch die Geometrie des zu erfassenden Objekts

– zum Beispiel unterschiedliche Handhaltungen oder die Position

im für den Anwender unsichtbaren Erfassungsbereich – erschwert

die scharfe Trennung unterschiedlicher Gesten. Auch die

Einschätzung des Anwenders hinsichtlich der Korrektheit der ausgeführten

Geste ist subjektiv. Klare, lineare Signalverläufe sind hier

eher unwahrscheinlich. Beispielsweise muss eine Rotationsbewegung

klar erkannt werden und darf nicht als Wischbewegung detektiert

werden.

Darüber hinaus erfordert die vollständige Erfassung der Bewegung

einen möglichst großen Erfassungsbereich, ohne dabei den

Gerätekontext zu verlieren. Eine umgebungsunabhängige Konstanz

dieses unsichtbaren Erfassungsbereichs ist dabei der einzige

Orientierungspunkt für den Anwender. Daher ist es von großer

Wichtigkeit, dass sich der Hersteller des Produktes auf die Eigenschaften

des verwendeten Sensors unbedingt verlassen kann.

Von der Umgebung unabhängige Konstanz

Dazu kommt, dass alle Ansätze, die nicht kamerabasiert sind, die

Objektoberfläche nicht exakt erfassen, sondern sie auf eine Art

Schwerpunkt reduzieren. Der Zusammenhang zwischen diesem

Schwerpunkt, dem was der Sensor „sieht“ und der Objektgeometrie

(zum Beispiel Handhaltung) ist nicht immer direkt nachvollziehbar.

Hieraus folgen ein paar Rahmenbedingungen, die bei der Implementierung

von Gestensteuerung mit nicht-bildgebenden Technologien

beachtet werden müssen:

■■ Geringe Trennschärfe erfordert geeignete Gesten.

■■ Weniger (Gesten) ist in diesem Fall mehr (Benutzerakzeptanz).

■■ Kontinuierliches Feedback (visuell, akustisch) als Ersatz für die

taktile Orientierung ist notwendig.

■■ Die Anzahl der technischen Hürden legt die Verwendung der

besten verfügbaren Technologie nahe. Sie muss einen Fixpunkt

in dieser unscharfen Situation darstellen und zwar hinsichtlich:

■■ Reproduzierbarkeit,

■■ Robustheit gegen Licht- und Temperaturveränderungen,

■■ Konstanz in Reichweite und Geschwindigkeit,

■■ Toleranz gegen Veränderungen der Einbauumgebung,

■■ (Roh-)Signalqualität.

Neben diesen Anforderungen an die Bedienkonzepte sind noch

weitere Rahmenbedingungen zu erfüllen: Der Stromverbrauch

muss gering sein, die Lichtverhältnisse dürfen die Erfassung nicht

beeinträchtigen, Robustheit gegen Feuchtigkeit sollte je nach Applikation

gewährleistet sein und schließlich sollte der Systempreis

im besten Fall unter dem eines aktuellen kapazitiven Sensors liegen.

Genau diese Bedingungen erfüllt die Halios-IC-Familie. Der

Bauraum ist kompakt, die Stromaufnahme gering und sie ist sehr

34 elektronik industrie 05/2012

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Sensoren

Links oben: Eine kleine Bewegung der Hand

blättert um, scrollt durch Listen oder vergößert

Bilder.

Rechts oben: Mit wenig Gesten, robuster

Basistechnologie und geringem Aufwand lässt

sich eine neue Generation von Geräten

schaffen.

Links: Blockschaltbild.

robust. Diese Eigenschaften erlauben die Integration in nahezu jedes

Gerät bei gleichbleibend hoher Leistungsfähigkeit unter allen

Umgebungsbedingungen.

Das patentierte Halios-Prinzip (High Ambient Light Independent

Optical System) ist weltweit das einzige Verfahren, das mit

echter optischer Kompensation arbeitet. Dadurch lassen sich parasitäre

physikalische Effekte in der Fotodiode weitgehend neutralisieren,

angefangen beim Ambient Light Effekt bis hin zu hoher

Temperaturstabilität, weit über den Möglichkeiten der Einzelkomponenten.

Die geringe Stromaufnahme resultiert bei diesem System aus der

Robustheit des Messprinzips. Kurze Messzeiten – langes Integrieren

oder Filtern der Werte ist hier überflüssig – in Verbindung mit

dem integrierten 16-Bit-Mikrocontroller ist eine kontextspezifische

Optimierung der Messfrequenz möglich und der mittlere

Stromverbrauch senkt sich auf das applikationsspezifische Minimum.

Die Gesamtkosten für das System liegen unter denen eines

aktuellen kapazitiven Touchpads und somit im unteren einstelligen

Eurobereich.

Anschlüsse für bis zu vier Sende-LEDs

Die ICs 909.05 und 909.06 bieten Anschlüsse für bis zu vier Sende-

LEDs, um auch komplexeren Applikationen gerecht zu werden.

Typischerweise reichen zwei bis drei LEDs für die meisten Anwendungen

aus. Ein weiterer LED-Anschluss stellt den charakteristischen

Kompensationskanal dar. In einem kompakten QFN 5x5

32-Ld-Gehäuse bieten die Bausteine von Elmos neben den vier

voneinander unabhängigen Ausgangstreibern, einen speziell ausgelegten,

differenziellen Empfangspfad. Hier kann eine Fotodiode

(909.05), zwei Fotodioden (909.06) oder eine Fotodiode vollsymmetrisch

angeschlossen werden (909.06).

Die Möglichkeit, bei Bedarf mehr als eine Fotodiode einsetzen

zu können, vereinfacht das Design komplexer Applikationen teilweise

erheblich. Verschiedene Erfassungsbereiche können so einfach

und robust realisiert werden. Weiterhin stehen acht digitale

Ein- beziehungsweise Ausgänge sowie eine I²C- und eine SPI- bzw.

LIN-(UART)-Schnittstelle zur Verfügung.

Die Systeme werden durch extremen Lichteinfluss oder wechselndes

Umgebungslicht nicht beeinflusst. Die neuartige Temperaturstabilisierung

vermeidet zusätzlich Verfälschungen des Messergebnisses

durch die typischen temperaturbedingten Intensitätsschwankungen

üblicher Infrarot-LEDs. Die Reaktionszeit des Systems

kann schnell und einfach per Software angepasst werden. Die

eigentliche Messung besteht aus einem stromsparenden Pulspaket,

welches pro Kanal nur ca. 250 µs dauert. Danach steht das erhaltene

Signal im integrierten 16-bit Mikrocontroller für die kundenspezifische

Auswertung bereit. (ah)

n

Der Autor: Uwe Hill ist Geschäftsführer von Mechaless Systems, Mitglied der

Elmos-Gruppe.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05/2012 35


Sensoren

Moderne Druckmesstechnik

Differenzdrucksensoren – ein mehrdeutiger Begriff

In der Druckmesstechnik haben sich einige Begriffe eingebürgert, die verschiedene physikalische Messmethoden

bezeichnen. Dazu gehören Absolutdruck-, Relativdruck- und Differenzialdruckmessung. Dass man speziell unter

dem Begriff Differenzdruckmessung unterschiedliche Sachverhalte versteht, ist vielen Anwendern nicht geläufi g.

Am Beispiel piezoresistiver Sensoren werden Begriffe erläutert und eine häufi g benötigte Version beschrieben,

insbesondere die die Amsys als bidirektional differentielle Druckmessung bezeichnet. Autor: Dr. Norbert Rauch

Die prinzipielle Anordnung zur Differenzdruckmessung

sieht wie folgt auf: Man vergleicht zwei Drücke P 1

und P 2

,

die von außen über ein entsprechendes Gehäuse (Bild 2)

an der Unter- und Oberseite des Sensorelement anliegen

(Bild 3). Allgemein gilt: P 1

≤ P 2

oder umgekehrt P 1

≥ P 2

. In Bild 3

wird schematisch gezeigt, wie man sich die Membranauslenkung

der Differenzdruckmesszellen bei verschiedenen Druckverhältnissen

vorzustellen hat.

Bei den meisten Sensoren gilt aus weiter unten erläuterten Gründen

die Forderung, dass nur ein Druckverhältnis, also P 1

/P 2

≥ 1

oder P 1

/P 2

≤ 1 erfasst und ausgewertet werden kann. Im Allgemeinen

wird die Druckmessung mit dieser Einschränkung als Differenzdruckmessung

bezeichnet.

Allgemein gilt für die Drucksensoren, deren Membran auf den

jeweiligen Druckbereich optimiert ist, zusätzlich die Randbedingung,

dass P 1

- P 2

≤ P max

oder P 2

- P 1

≤ P max

sein muss, wobei P max

,

der zulässige Maximaldruck, durch die technologischen Gegebenheiten

der Messzelle bedingt und spezifiziert ist.

Neben der genannten Einschränkung durch den Maximaldruck

P max

gibt es noch eine Bedingung, die je nach Anwendung zu berücksichtigen

ist. Hierbei handelt es sich um die Druckfestigkeit

des Sensorgehäuses gegen den von außen wirkenden Druck. Das

bedeutet, dass P 1

und P 2

jeweils einen gewissen Wert gegenüber

dem Umgebungsdruck nicht überschreiten dürfen und umgekehrt.

Dieser Wert wird bei Amsys als maximaler System- oder Common-Mode-Druck

P System

bezeichnet.

Ein Beispiel

P max

= 20 mbar, P 1

= 10,01 bar und P 2

= 10 bar.

P 1

- P 2

= 10,01 bar -10 bar = 10 mbar < P max

, wenn das Gehäuse aber

konstruktiv auf einen Systemdruck von maximal 7 bar ausgelegt

ist, liegt an beiden Eingängen ca. 2 bar mehr gegen die Außenatmosphäre

(ca. 1 bar) an als erlaubt, was unter Umständen zur Zerstörung

des Sensors führen kann.

Das bedeutet eine weitere Randbedingung, die zu beachten ist:

P 1

, P 2

≤ P System

.

Diese beiden Randbedingungen gilt es zu berücksichtigen, wenn

der Anwender einen differenziellen Druck in einem bestimmten

Umgebungsdruck messen möchte.

Die Frage, ob P 1

/P 2

≥ 1 oder P 1

/P 2

≤ 1 erfasst wird, hat unter dem

Aspekt der Medienempfindlichkeit beim Aufbau der Amsys-

Drucksensoren eine nicht zu vernachlässigende Bedeutung.

Die Membranoberseite hat zur Kontaktierung kleine Metallflächen

(Pads aus hochreinem Aluminium), die nicht korrosionsbeständig

sind. Diese werden in der Regel durch eine Schicht aus Si-

Auf einen Blick

Bidirektional differenzielle Druckmessung

Differenzdrucksensoren messen den Unterschied zwischen zwei Drücken.

Man unterscheidet eine Differenzdruckmessung, bei der die

Druckverhältnisse gleich bleibend sind. Es gilt: der Druck an dem einen

Anschlussstutzen ist immer größer/gleich dem Druck am anderen

Stutzen. Differenzdruckmessung, die sowohl differenziellen Unter-

als auch Überdruck ermöglicht, wird als bidirektional differenzielle

Druckmessung bezeichnet. Außerdem wird erklärt, dass man

abhängig von der Anwendung bei der Auswahl der Differenzdrucksensoren

auf bestimmte Randbedingungen achten muss.

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503ei0512

36 elektronik industrie 05 / 2012


Sensoren

Bild: imageteam - Fotolia.com

elektronik industrie 05/2012

37


Sensoren

1

2

3

4

licon-Gel geschützt. Da es nur selektiv schützende Gele gibt, kann

kein universeller Schutz gewährleistet werden. Es muss also Sorge

dafür getragen werden, dass die geplanten Sensoren gegen die kontaktierenden,

gegebenenfalls korrodierenden Medien geschützt

sind.

Die Rückseite der Siliziummesszellen (am Beispiel des AMS

4711 ist dies Glas, Siliziumoxid und Keramik) ist wegen den fehlenden

Aluminiumpads gegenüber der Oberseite sehr medienbeständig.

Daher ist es oft ratsam, die kritischen Medien oder Flüssigkeiten

auf die Unterseite der Messzellen zu beaufschlagen, was

bei der Auswahl der Sensoren in Bezug auf Anwendungssicherheit

berücksichtigt werden muss.

Signalaufbereitung

Da die Siliziummesszellen bei der üblichen Brückenschaltung ein

Differenzsignal von maximal etwa ≤ 150 mV (abhängig von der

Membranempfindlichkeit) als Full-Scale-Signal erzeugen können,

ist zur Signalverarbeitung zunächst ein Instrumentenverstärker

notwendig.

Dieser Instrumentenverstärker verstärkt das Signal mit geringem

Offset und Offsetdrift, damit es problemlos weiter verarbeitet

werden kann. In der nachfolgenden Single-Ended-Conversion-

Stufe wird das Differenzsignal auf ein festes Potenzial bezogen. In

der Regel wird der Nullwert als Bezugspunkt gewählt, so dass bei

Differenzmesszellen (ideal: gleiche Widerstände vorausgesetzt)

ohne Druckbeaufschlagung als Ausgangssignal der Wert 0 V gemessen

wird. In der nachfolgenden Signalbearbeitung wird dieser

Wert entweder digitalisiert und kalibriert oder durch eine Spannungs-

oder Stromendstufe auf den gewünschten Nullpunktwert

in Volt oder mA gesetzt. In dem Beispiel des AMS 4712 beträgt

dieser Wert zum Beispiel 4 mA.

Wenn der Instrumentenverstärker so ausgelegt ist, dass er nur

positive Eingangsspannungen verstärken kann und an seinem positiven

Eingang die höhere Spannung anliegt, ergibt sich die Übertragungskennlinie

in Bild 5 mit P 1

> P 2

.

Liegt bei einer Elektronik, die für den Fall P 1

≥ P 2

entwickelt

wurde, ein negativer Wert am Eingang des Instrumentenverstärkers

an (zum Beispiel V(P 1

) < V(P 2

)) oder existiert ein negativer

Offset (zum Beispiel Verstärkeroffset), so wird das Sensorausgangssignal

so lang die Null oder einen der Null entsprechenden

Wert (beispielsweise 4 mA) anzeigen, bis das Eingangssignal die

Bedingung V(P 1

) ≥ V(P 2

) erfüllt, das Eingangssignal also größer

oder gleich der negativen Vorspannung wird.

Für den Benutzter sieht dann zum Beispiel der vorhandene negative

Offset am Verstärkereingang in der Übertragungskennlinie

in Bild 6 so aus, als ob ein Versatz vorhanden wäre, was bei einer

Zweipunktmessung (Nullpunkt und Endpunkt) als Nichtlinearität

angesehen werden kann. Dieser Versatz (negatives Eingangssignal)

müsste in der Nachweiselektronik berücksichtigt und korrigiert

werden. Das bedeutet, die Qualität des Sensorausgangssignals

hängt von der Polarität des Messzellensignals und den Eigenschaften

der Verstärkerelektronik ab.

38 elektronik industrie 05/2012

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Sensoren

5

6

alle Bilder: Amsys

7

Bild 1:

Prinzip der differenziellen Druckmessung: oben Differenzdruckmessung,

unten bidirektionale Differenzdruckmessung.

Bild 2:

Prinzipieller Aufbau eines piezoresitiven, differenziellen Drucksensors.

Bild 3:

Verhalten der Membran der Siliziummesszelle bei der Messung eines

Differenzdruckes unter den Bedingungen: P 1

= P 2

, P 1

< P 2

und P 1

> P 2

.

Bild 4:

Elektronik zur Signalverarbeitung mit analoger Stromausgangsstufe.

Bild 5:

Übertragungskennlinie bei positivem Eingangssignal, z. B. AMS4712.

Bild 6:

Übertragungskennlinie bei negativem Eingangsoffset oder P 1

< P 2

.

Bild 7: Übertragungskennlinie für bidirektional differenzielle Drucksensoren.

Bidirektionale differenzielle Sensoren

Neben den beschriebenen Anwendungen gibt es praktische Anforderungen,

bei denen in einem Drucksystem beide Bedingungen P 1

≤ P 2

als auch P 1

≥ P 2

vorkommen können. (beispielsweise Be- und

Entlüften, Unter- und/oder Überschreiten eines Flüssigkeitsniveaus,

Ein- und Ausatmen und so weiter). Diese Messaufgabe

könnte nicht mit der oben beschriebenen Differenzmessung gelöst

werden.

Da es für diesen Fall der Druckmessung keine allgemein anerkannte

Bezeichnung gibt, nennt Amsys seine Sensoren, die diese

Art von Differenzdruck messen können, bidirektional differentielle

Drucksensoren. Sie haben also die Eigenschaft differenziellen

Unter- und Überdruck messen zu können.

Der zu messende Differenzdruck kann bei diesen Sensoren sowohl

ein positives als auch ein negatives Vorzeichen haben; das

heißt, der Druck P 1

an dem Anschlussstutzen 1 (zum Beispiel

Messzellenoberseite) kann sowohl größer als auch kleiner als der

Druck P 2

am Anschlussstutzen 2 (Messzellenunterseite) sein und

das Vorzeichen kann während der Messung variieren. Für die Drücke

P 1

, P 2

an den Anschlussstutzen gilt die Bedingung:

P min

≤ |P 1

- P 2

| ≤ P max

mit der Randbedingung P 1

, P 2

≤ P System

.

Darin bezeichnet P max

den positiven und P min

den negativen

Enddruck des jeweiligen Druckbereiches, für den die Sensoren

ausgelegt sind. P System

bezeichnet den maximal zulässigen Systemdruck

in Bezug auf den wirkenden Umgebungsdruck, der von

außen an dem Gehäuse des Sensors anliegen darf. Diese bidirektional

differenzielle Messung ist nur dann möglich, wenn zwei Anforderungen

an das Sensorsystem erfüllt sind:

■■ Die Membranstruktur muss ein symmetrisches Verhalten bezüglich

der Auslenkung nach beiden Seiten aufweisen. Bei der

Membran handelt es sich um eine dünne Halbleiterschicht (einige

Mikrometer), die aus verschiedenen Schichten besteht. In

der Regel sind das neben der Siliziumschicht eine Oxid- und

eine Passivierungsschicht. Aus diesem Grunde kann das Verhalten

der Membran richtungsabhängig sein. Im schlimmsten

Fall kann es sogar zu einem Knackfroscheffekt kommen. Die

Hersteller der Siliziummesszellen müssen also für die bidirektionalen

Sensoren ein symmetrisches Verhalten der Membran

bei positiver und negativer Auslenkung gewährleisten.

■■ Die Nachweiselektronik muss in ihrem Übertragungsverhalten

bezüglich des Nullpunktes an den Messzellensignalbereich angepasst

sein. Die Übertragung der Kennlinie, die in Bild 7 dargestellt

ist, bedingt eine Verstärkerelektronik, in der nicht das

Nullpotenzial als Referenz des Instrumentenverstärkers festgelegt

ist, sondern dessen Referenz auf den 1/2 Full-Scale-Wert

gelegt werden muss. Zum Beispiel wird bei einem Sensor, der

4...20 mA als Ausgangssignal haben soll, bei den bidirektional

differenziellen Drucksensoren der Nullpunkt auf 12 mA gelegt,

so dass das Signal P 1

≤ P 2

von 4...12 mA und das Signal P 1

≥ P 2

von 12...20 mA abgebildet wird. (jj)

n

Der Autor: Dr. Norbert Rauch, AMSYS, Mainz.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05/2012 39


Sensoren

Auf einen Blick

Einchip-Hart-Modem mit niedrigem Stromverbrauch

Das Bauteil AD5700 ist das ersten komplette Hart-Modem-IC von

Analog Devices. Es ist bei der „Hart Communication Foundation“ als

Bestandteil einer „Smart Field Instrument“-Demo-Lösung registriert.

Dieses Einchip-Hart-Modem verfügt laut Hersteller über den branchenweit

niedrigsten Stromverbrauch. Es erledigt Encoding und Decoding

von HART-Kommunikationssignalen in rauen Industrieumgebungen

mit hohen Rauschanteilen. Zusätzlich dazu bietet Analog Devices

auch komplette HART-Lösungen – von Mikrocontroller-

Produkten über Verstärker und Präzisionsreferenzen, Schalter und

ADCs bis hin zu DACs mit Stromausgang.

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603ei0512

Bild: Silvano Rebai - Fotolia.com

40 elektronik industrie 05 / 2012


Sensoren

Innovative Wandlertechnologie

Als Basis für ein Hart-Modem-IC

Einen Überblick über die 4-20 mA-Technologie mit integrierter Hart-Kommunikation (Highway Addressable

Remote Transducer) gibt der folgende Artikel. Beschrieben werden die Implementierung der Hart-Kommunikation

sowie einige Anwendungsbeispiele. Ferner erläutert der Beitrag, wie Analog Devices seine langjährige Erfahrung

in die Entwicklung des industrieweit kleinsten Hart-Modem-ICs, dem AD5700, mit sehr geringer Stromaufnahme

und großem Versorgungsspannungsbereich, eingebracht hat.

Autorin: Tracey Roche

Die primäre Form der Kommunikation die in Analog-

Transmittern verwendet wird, ist die 4-20 mA-Kommunikation.

Sie ist zuverlässig, robust und immun gegenüber

umweltbedingten Interferenzen über lange Kommunikationsstrecken.

Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch, dass

das 4-20 mA-Konzept nur die Kommunikation in eine Richtung

erlaubt und auch nur eine Prozessvariable übertragen kann. Die

Entwicklung des Hart-Standards lieferte mit zusätzlichen digitalen

Kommunikationsmöglichkeiten die Grundlage zur Realisierung

„intelligenter“ Transmitter. Dabei können die gleichen verdrillten

Zweidrahtleitungen verwendet werden, wie sie auch herkömmliche

4-20 mA-Messgeräte nutzen. Erreicht wird dies durch Modulation

eines 1 mAss FSK-Signals (Frequency-Shift Keyed) auf das

4-20 mA-Analogsignal ohne Unterbrechung der Übertragung des

ursprünglichen Wertes. Vereinfacht ausgedrückt ist das Hart-Protokoll

der globale Standard zum Senden und Empfangen digitaler

Information über Analogleitungen zwischen intelligenten Geräten

und einem Steuerungs- oder Überwachungssystem.

Das Bauteil AD5700 ist das erste komplette Hart-Modem-IC von

Analog Devices. Es ist bei der „Hart Communication Foundation“

als Bestandteil einer Smart Field Instrument-Demo-Lösung registriert.

Aufbauend auf dem Know-how in der Signalverarbeitung

wurde ein Einchip-Hart-Modem mit dem branchenweit niedrigsten

Stromverbrauch entwickelt. Das Hart-Modem erledigt das Encoding

und Decoding von Hart-Kommunikationssignalen in rauen

Industrieumgebungen mit hohen Rauschanteilen.

Der Anwender profitiert von einer zuverlässigen Kommunikationsschnittstelle,

die sich schnell und einfach implementieren lässt

und bei der Hart Communication Foundation registriert werden

kann. Das komplette Hart-Modem-IC enthält alle erforderlichen

Funktionen wie Filter, Signalerkennung, Modulation, Demodulation

und Signalerzeugung (Bild 2). Diese hohe Integrationsdichte

senkt die Zahl der erforderlichen externen Bauteile und spart Platz

auf der Leiterplatte. In der Praxis kommt das Modem gegenüber

Alternativen mit 60 Prozent weniger Bauteilen aus und kann über

75 Prozent Platz auf dem Board sparen. Es wird angeboten in 4

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 41


Sensoren

Bilder: Analog Devices

Bild 1: Das Prinzip der Hart-Kommunikation.

Bild 2: Blockdiagramm des AD5700-1.

Bild 3:

AD5700/AD5700-1 Modulator-Signalverlauf.

Bild 4 (rechts):

AD5421 + AD5700: Loop-gespeiste

Übertragung als Blockschaltung.

mm x 4 mm großen 24-poligen LFCSP. Versorgt wird es mit einer

einfachen Spannung von 2 bis 5,5 V und arbeitet im erweiterten

Temperaturbereich von -40 bis +125 °C.

Hauptfunktionsblöcke für die Modulation

In Bild 3 sind die Hauptfunktionsblöcke für die Modulation ersichtlich:

FSK DDS-Engine (Direct Digital Synthesis), String-DAC

und Puffer. Der Modulator wird aktiviert, indem man das /RTS-

Signal (Request To Send) auf Low-Potenzial bringt. Der Modulator

wandelt einen Bitstrom von UART-encodierten Hart-Daten am

TXD-Eingang in eine Sequenz von 1200 Hz- und 2200 Hz-Signalen

(Bild 3) um. Dies geschieht, indem eine DDS-Engine mit nachgeschaltetem

D/A-Wander verwendet wird. Das Sinussignal wird

intern gepuffert und am Pin HART_OUT ausgegeben. Die DDS-

Engine erzeugt Signale mit kontinuierlicher Phase und vermeidet

somit eine ausgangsseitige Diskontinuität beim Umschalten zwischen

den Frequenzen. Ein sehr bedeutender Vorteil der internen

Pufferung an HART_OUT ist die daraus resultierende High-Drive-

Fähigkeit. Damit lassen sich kostspielige Analogpuffer und zeitraubendes

Debugging einsparen. Der HART_OUT-Pin ist mit DC auf

0,75 V vorgespannt und sollte kapazitiv an die Last gekoppelt sein.

Sobald sich /RTS auf logischem High-Pegel befindet, ist der Modulator

deaktiviert und der Demodulator aktiviert. Somit sind diese

Bauteile AD5700/AD5700-1 im Empfangsmode. In dieser Betriebsart

sind die relevanten Blöcke das interne Bandpassfilter, der

ADC und die DSP-Engine. High-Pegel an CD (Carrier Detect) bedeutet,

ein gültiges Trägersignal ist vorhanden. Der Empfänger demoduliert

das FSK-modulierte Signal am HART_IN-Pin. Die demodulierten

Daten werden über den RXD-Pin an der UART-

Schnittstelle an den Host-Prozessor geschickt. Durch die Empfängerarchitektur,

die gewählt wurde, ist der AD5700 in rauen

Industrieumgebungen absolut robust gegenüber Rauschen und Interferenzen.

Eine Kombination aus analoger und digitaler Filterung

sorgt für sehr gute Empfindlichkeit und korrekte Ausgangssignale

am RXD-Pin.

Zwei Möglichkeiten zur Konfiguration des Filters

Der Hart-Bitstrom entspricht einem Standard-UART-Frame mit

einem Start-Bit, 8 bit Daten, einem Parity-Bit und einem Stop-Bit.

Im Demodulationsbetrieb bieten die Bauteile zwei Möglichkeiten

zur Konfiguration des Filters: ein internes Filter (Hart-Signal liegt

an HART_IN) und ein externes Filter (Hart-Signal liegt an ACP_

IP). Das externe Filter unterstützt auch explosionsgeschützte und

eigensichere Systeme mit dem Hart-Modem-IC. Dieser besteht aus

einem 150 kΩ-Widerstand, der den Strom auf einen ausreichend

niedrigen Pegel begrenzt, damit die Sicherheitsanforderungen eingehalten

werden. In sicherheitsrelevanten Anwendungen, in denen

die Bauteile vom hohen Pegel der Schleifenspannung isoliert werden

müssen, ist es ratsam, die externe Filteroption einzusetzen.

Der Eingang hat einen höheren Transienten-Spannungsschutz und

sollte keine zusätzlichen Schutzschaltungen erfordern – auch nicht

in anspruchsvollsten Industrieumgebungen.

42 elektronik industrie 05 / 2012

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Sensoren

Die drei restlichen Funktionsblöcke in Bild 2 sind die UART-

Schnittstelle, die interne Referenz und der Oszillator (Quarz-Oszillatorblock

am AD5700/AD5700-1 und interner RC-Oszillator

nur am AD5700-1). Die UART-Schnittstelle wurde bereits oben

erwähnt. /RTS & TXD sind die wichtigen Signale für die Modulation,

während CD & RXD für die Demodulationsfunktion wichtig

sind. Der AD5700 enthält auch eine interne 1,5 V-Referenz und

zugehörige Puffer. Alternativ akzeptiert er eine externe 2,5 V-Referenz,

die nur verwendet werden kann, wenn die AVDD-Versorgung

über 2,7 V liegt. Ob die interne oder die externe Referenz

verwendet wird, lässt sich über die Polarität des REF_SEL-Pins bestimmen.

Hinsichtlich Taktung unterstützt dieses Modem zahlreiche

Taktkonzepte. Dies ermöglicht einfache und preiswerte Lösungen.

Es kann einen externen Quarz, Keramikresonator oder den

CMOS-Eingang nutzen. Der AD5700-1 ist das erste Hart-Modem-

IC welches einen internen Oszillator mit 0,5 Prozent Genauigkeit

und geringem Stromverbrauch enthält. Dies wiederum reduziert

die Zahl der externen Schaltungen sowie die Kosten. Die hohe

Funktionsdichte auf dem Chip vereinfacht die Entwicklung Hartkompatibler

Systeme erheblich und liefert als Ergebnis zuverlässige,

kosteneffiziente, robuste und vernetzbare Lösungen.

Anwendungsbeispiel mit geringer Stromaufnahme

Nach der Vorstellung des Konzepts der Hart-Kommunikation und

dieses neuen Hart-Modem-ICs könnte man fragen, warum ein geringer

Stromverbrauch so wichtig ist. Bild 4 zeigt, wie das AD5700/

AD5700-1 Hart-Modem mit dem AD5421 und einem neuen Mikrocontroller

zur Entwicklung einer schleifengespeisten Übertragungsschaltung

verbunden werden kann. Die Schaltung hat Konformitätstests

durchlaufen, wurde überprüft und von der Hart

Communication Foundation als eine zugelassene Hart-Lösung registriert.

Die wichtigste Auflage in solchen 4-20 mA schleifengespeisten

Anwendungen ist, dass die gesamte Schaltung weniger als

3,5 mA aufnimmt (die „Low Alarm“-Einstellung, 0,5 mA unter

dem 4 mA Signal-Floor). Hier wird die Low-Power-Spezifikation

des AD5700 am wichtigsten. Es zählt jedes Mikroampere. Nimmt

jedes IC der Entwicklung möglichst wenig Strom auf, kann das

Budget von 3,5 mA eingehalten werden. Die Anwendung wird wie

gewünscht funktionieren. Mit einer typischen Stromaufnahme von

Bild 5: Beispiele für DAC-Wandler mit

Stromausgang von Analog Devices für

den Anschluss an die neuen

Hart-Modem-ICs AD5700/AD5700-1.

124 µA beziehungsweise 86 µA in der Übertragungs- oder Empfangsbetriebsart

und zugehörigen Maximalwerten von 140 oder

115 µA wird der Modem-IC nicht wesentlich zur gesamten Strombilanz

beitragen.

Beispiel eines 4-20 mA DACs

Bild 5 zeigt das Beispiel eines 4-20 mA DACs. Das Hart-Modem

AD5700 wurde für die einfache Anbindung an diese Produkte entwickelt.

Der AD5421 wurde bereits im Hinblick auf schleifengespeiste

intelligente Transmitter-Anwendungen erwähnt. Beim

AD5422 handelt es sich um einen 16-bit-DAC mit Spannungsund

Stromausgang. Das Bauteil eignet sich für Messgeräte für den

Feldeinsatz oder Analog-I/O-Karten. Der AD5755-1 ist 81% ein neuer

vierkanaliger 16-bit-DAC mit innovativer dynamischer Power-

Control-Technologie für Mehrkanalanwendungen. Analog Devices

kann mit Wandlern, Verstärkern und Hart-Modems, die optimal

aufeinander abgestimmt sind, die komplette Signalkette abdecken.

Die Kombination aus industrietauglichen Wandlern und

den Bauteilen AD5700/AD5700-1 vereinfacht Systementwicklungen,

sorgt für höhere Zuverlässigkeit und ermöglicht den schnellen

78%

und einfachen Einsatz Hart-konformer Systeme. (ah)


Die Autorin: Tracey Roche,

Applications Engineer bei

Analog Devices .

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85%

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Sensoren

Positionserfassung

Encoder mit oder ohne Motorkommutierungssignale

Die Integration der Positionserfassung in einem Encoder-Chip eröffnet jetzt auch die Option, die UVW-Kommutierungssignale

für die BLDC-Motorsteuerung auf dem selben Chip zu erzeugen. Die damit erzielte Einsparung von

Verbindungsleitungen durch Reduzierung der Bauelementezahl von Mehrchip- auf eine Singlechip-Lösung in

Mixed-Signal CMOS-Technologie resultiert in verringerten Systemkosten und verkürzten Signal-Latenzzeiten.


Autor: Dr. David Lin

Energieeffizienz ist gefragt. Die Latenzzeit ist besonders entscheidend

bei schnell laufenden Motoren und der Forderung

nach einer genauen Positionserfassung. Das wesentliche

Ziel ist es, durch eine zeitlich exaktere Motorkommutierung

die Umschaltverluste zu verringern und so die Effizienz zu

verbessern. Für die Erzeugung der Kommutierungssignale UVW

nutzt man im einfachsten Fall drei im Motor um 120° elektrisch

versetzt eingebaute Hall-Sensoren, die die UVW-Signale generieren.

Diese werden dann direkt der Motorsteuerung zugeführt oder

über einen Mikrokontroller ausgewertet, um dann die Treiberstufen

anzusteuern.

UVW-Erzeugung

Weitere Möglichkeiten, Kommutierungssignale zu erzeugen, sind:

■■ Ableitung von Position und Drehzahl durch Erfassung der

Gegen-EMK,

■■ Kommutierungscodescheiben, die optisch/magnetisch

abgetastet werden,

■■ Berechnung im Mikrocontroller aus den Positionsdaten des

Motor-Encoders,

■■ Ableitung im Motor-Encoder mit UVW- und Positionsdatenausgabe.

Die sensorlose Ermittlung der Position über eine Messung der induzierten

EMK im Nulldurchgang ist für höhere und konstante

Drehzahlen geeignet, während bei geringen und dynamisch veränderlichen

Drehzahlen die Positionsbestimmung des Rotors ungenau

wird und virtuelle Modelle bzw. Algorithmen für den Anlauf

erfordern.

Spezielle optische Kommutierungsencoder sind in einfachen

Anwendungen mit Blockkommutierung weit verbreitet. Eine

UVW-Berechnung aus den Positionsdaten des Motorencoders ist

flexibel und bei entsprechender Rechenleistung des Mikrocontrollers

leicht zu implementieren. Auch lässt sich mit dieser Methode

eine sinusförmige Kommutierung realisieren. Nicht zu vernachlässigen

ist dagegen die Latenzzeit von der Positionserfassung bis zur

Ausgabe der UVW-Signale. Zu berücksichtigen sind die Verarbeitungszeit

im Encoder, die Übertragungszeit zum Mikrocontroller,

sowie die dort anfallende Zeit zur Umrechnung in UVW-Signale

und deren Ausgabe. Je nach Aufbau des Encoders und der Übertragungsart

können diese Zeiten sich leicht zu einer mehrere hundert

Mikrosekunden großen Latenzzeit aufaddieren.

Die Integration der UVW-Generierung im Encoderbaustein ergibt

die kürzeste Latenzzeit, wenn diese Signale direkt aus den

Sensordaten per Digitalwandlung gewonnen werden. Bild 1 zeigt

die Architektur des magnetischen Ein-Chip-Encoder iC-MH8. Er

44 elektronik industrie 05/2012

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Sensoren

enthält ein Hallsensor-Array und eine anschließende Signalverstärkung

und Amplitudenregelung der Hallsensorsignale, deren

Sinus- und Cosinus-Signalkanäle das Abbild der Magnetfeldkomponenten

sind. Als Analogsignale können diese Sinus-/Cosinus-

Signale in differenzieller Form ausgegeben und von angeschlossenen

Verarbeitungseinheiten, zum Beispiel einem Mikrocontroller,

ausgewertet werden.

Die differenzielle Sinus/Cosinus-Übertragung ist eigensicher

und ein Leitungsbruch oder Kurzschluss kann unmittelbar erkannt

werden, indem die Positionswerte durch Auswertung ihrer momentanen

Signalamplitude (Sin(ωt) 2 + Cos(ωt) 2 = konstant) im

Mikrocontroller oder mit einem externen Safety-Monitorbaustein,

wie zum Beispiel dem iC-RC1000, überwacht werden.

Die Präsenz des Magneten auf der Motorachse wird ebenfalls

überwacht; bei Magnetfeldverlust oder Übersteuerung wird ein

Fehlersignal am Pin NERR ausgegeben.

Separater Digitalwandler

Für die Erzeugung der UVW-Kommutierungssignale ist ein separater

Digitalwandler vorhanden, der sich für 2-, 4- oder 8-polige

Motoren konfigurieren lässt. Die steigende Flanke vom U-Signal

(siehe Zeitdiagramm in Bild 1) markiert dabei die Nullposition

und kann mit 256 Schritten in Inkrementen zu 1,4 Grad programmiert

werden. Für die Übertragung der UVW-Signale über längere

Leitungen sind differenzielle RS422-Treiber vorgesehen. Die Auflösung

des 12-Bit-Interpolators ist einstellbar und ermittelt die absolute

Winkelposition. Sie kann über die SSI/BiSS-Schnittstelle jederzeit

seriell ausgelesen werden. Zusätzlich generiert der iC-MH8

die inkrementellen ABZ-Signale, die Positionsänderung schon ab

0,1Grad signalisieren [1].

Der iC-MH8 ermöglicht bei 12-Bit-Auflösung eine Positionserfassung

bis zu 120.000 U/min. Die Bandbreite des internen analogen

Verstärkers liegt bei 20 kHz und bewirkt eine drehzahlproportionale

Phasenverschiebung zur tatsächlichen Position. Die Latenzzeit

des Interpolator selbst ist kleiner als 1 µs. Zum Ausgleich

von Bauteil- und Montagetoleranzen lassen sich Sinus- und Cosinus-Signale

in Amplitude und Offset abgleichen. Durch Einprogrammierung

eines Nullpunktoffsets kann die Absolutposition

innerhalb von 360 Grad in 1,4-Grad-Schritten verändert und damit

nachträglich angepasst werden.

Auf einen Blick

UVW-Kommutierungssignale für die BLDC-

Motorsteuerung

Energie-Effi zienz ist in der Industrie ein zentrales Thema, da mehr als

60 Prozent des Stromverbrauches durch Elektromotoren entsteht. Die

größte Einsparung ergibt sich durch, dem Bedarf anpassbare, drehzahlgeregelte

Antriebe und eine Reduzierung der Motorverluste. Eine

präzisere Positionserfassung und elektronische Kommutierung leistet

hierzu einen wichtigen Betrag. Eine Integration von optischen und

magnetischen Sensoren mit dem Mixed-Signal-Encoder-ICs auf einem

Chip ergibt die Möglichkeit, sowohl die Aufl ösung weiter zu steigern,

wie auch die Kommutierungssignale im Ein-Chip-Encoder direkt

zu erzeugen. Die Ein-Chip-Encoder-Lösung, und die programmierbare

Anpassung an Motoren mit unterschiedlichen Polanzahl, erlaubt

gleichzeitig eine Reduzierung der System-, Entwicklungs- und Logistikkosten.

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504ei0512

Bild 1: Magnetischer Encoder iC-MH8 mit Positionsdaten- und UVW-Signalerzeugung.

Ein-Chip-Encoder-Auswahl

Die Motorkommutierungssignale sind sowohl in optischen, wie

auch magnetischen Ein-Chip-Encodern verfügbar. Die wichtigsten

Parameter für die Auswahl sind Auflösung, Motordrehzahl,

Polpaarzahl und die Schnittstellenoptionen für die Abfrage der Positionsdaten.

Bei den optischen Ein-Chip-Encodern iC-LTA, iC-

PT33xx und iC-PT26xx wird die Auflösung durch die Einteilung

auf der Codescheibe bestimmt, welche auch die maximal erreichbare

Motordrehzahl festlegt. Typisch sind hier Drehzahlen bis

24.000 U/min erreichbar. Auch die Polanzahl, für die Kommutierungssignale

erzeugt werden, ist durch die Codescheibe definiert.

ABZ-Signale sind bei allen Ein-Chip-Encoder-Lösungen vorhanden.

Bei den magnetischen Encoder-ICs steht zusätzlich die serielle

SSI/BiSS mit 10 MHz Übertragungstakt zur Verfügung, sowie

Sin/Cos beim iC-MH8 und iC-MU [2]. Letzterer unterstützt eine

programmierbare Anzahl von ein1 bis 16 Polpaaren. Beim iC-MH

kann zwischen ein und zwei Polpaaren gewählt werden. Der iC-

MH8 unterstützt ein, zwei und vier Polpaare (zwei, vier und acht

Pole). Der iC-MU erzielt mit zweispurigen magnetischen Polrädern

(zum Beispiel für Hohlwellen-Encoder) oder linearen Messbändern

eine Auflösung von bis zu 18 Bit.

Eine weitere Alternative zur Verringerung der Latenzzeit ist die

Verwendung von absoluten Ein-Chip-Encoder-ICs mit paralleler

Positionsausgabe. So liefert zum Beispiel der optische Ein-Chip-

Encoder iC-LNB mit 16- bis 18-bit-Auflösung seine Positionsdaten

mit nur 500 ns Verzögerungszeit an den parallelen Ausgängen

ab. Die Berechnung der UVW-Signale für Motoren mit einer beliebigen

Polanzahl lässt sich dann im Mikrocontroller mit hoher Genauigkeit

und geringen Latenzzeiten durchführen. Gleichzeitig

bietet diese Option die Möglichkeit eine noch genaue Sinuskommutierung

zu erreichen.

Die vorgestellten Ein-Chip-Encoder-ICs erzielen eine deutliche

Leistungssteigerung und höhere Genauigkeit der Kommutierung

gegenüber bisherigen Lösungen. Die Programmierbarkeit der Polpaarzahl

und die Vielzahl der Schnittstellenoptionen (SSI/BiSS,

ABZ, Sin/Cos und UVW) bieten dabei Vorteile in der Logistik und

Flexibilität für Motoren mit integrierter Positionserfassung, Kommutierung

und Steuerung. (jj)


Literatur

[1] iC-Haus GmbH, White Paper: Positionsänderungen schnell

und einfach erfassen.

[2] Dipl.-Ing. Hartmut Scherner, Dipl.-Ing. Joachim Quasdorf: 18

Bit Absolut-Encoder-IC, elektronik-industrie 3-2012, S. 64 bis 66.

Der Autor: Dr. David Lin, iC-Haus , Bodenheim.

Bilder: iC-Haus

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Sensoren

Bild: jurand, Fotolia.com

Füllstandsmessung

ohne nukleare Strahlung

Elektromagnetische Wellen in Berührung mit Wassermolekülen ersetzen

Messungen mit nuklearer Strahlung

Der Artikel Messungen mit Biosensor, Wassermoleküle als Informationsgröße (elektronik industrie 6/2011) kann

als Ergänzung des hier beschriebenen Verfahrens dienen, mit dem sich neuartige technische Möglichkeiten der

Messungen durch elektromagnetische Wellen in kontaktloser oder Kontakt-behafteter Berührung mit Wassermolekülen

ergeben. Die Eigenschaften des Biosensors in seiner intermittierenden und autarken Funktion können

Probleme lösen, die bisher nur mit nuklearer Strahlung gelöst werden konnten. Autor: Atanas Atanassow

Das kontinuierliche Füllen sowie das Füllen und Entleeren

des Füllgutes funktioniert durch die autarke Funktion des

Biosensors nach der neuen Fassung des Prinzips der elektromagnetischen

Dämpfung mit preiswerter Elektronik,

mit weniger Material und mit weniger Arbeitsaufwand. Dieselben

Arten kontinuierlicher Füllung, Füllung und Entleeren von Silos

und Bunkern, die nach nuklearem Strahlungsprinzip funktionieren,

sind durch komplizierte Elektronik sehr aufwändig, verbrauchen

mehr Material und es sind Strahlenquellen und Strahlenschutzbeauftragte

nötig.

Das Ziel des Messverfahrens besteht darin, dass die intermittierende

und autarke Funktion des Biosensors elektromagnetische

Wellen erzeugt, die fähig sind, Energie zu transportieren und sensible

physikalische Dämpfung in Dämpfungsgröße im Biosensor

umzusetzen und auszuwerten; durch diese elektrischen Eigenschaften

können die herkömmlichen Messverfahren mit nuklearer

Strahlung durch radioaktive chemische Elemente wie Cäsium (Cs)

und andere herkömmliche Messverfahren dadurch ersetzt werden,

dass durch die innovative technische Vervollkommnung, Modifikation

und Entwicklung sich neuartige technische Möglichkeiten

ergeben, in denen elektromagnetische Wellen des Biosensors mit

Metallsonde, als Füllstandsmesseinrichtung für festes und flüssiges

Füllgut und auch für Mess-, Steuer- und Regelprozesse genutzt

werden.

Die intermittierende und autarke Funktion des Biosensors in seiner

neuen Fassung des Prinzips der elektromagnetischen Dämpfung

eignet sich zum Einsatz bei Regelungs-, Steuerungs- und Messprozessen,

in denen Wassermoleküle vorhanden sind und bei denen

andere Füllstandsmelder versagen, wie zum Beispiel bei aggressiven

und explosiven Medien. Besonders beim Aufspüren von Wassermolekülen

eignet sich dieses Verfahren, das sehr sensibel ist, beim ständigen

Anzeigen und der Kontrolle von Wassermolekülen und der

Bestimmung des Reinheitsgrad der zu messenden Medien sowie der

Regelung und Füllstandskontrolle, Füllstandsregelung, Füllstands-

46 elektronik industrie 05/2012

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Sensoren

Auf einen Blick

Der Biosensor in der Füllstandsmessung

Die Wirksamkeit der intermittierenden und autarken Funktion des

Biosensors mit Metallsonde und seinen elektromagnetischen Wellen

stellt die intermittierende und autarke Funktion der neuen Fassung in

einer sensiblen und spezifi schen Arbeitsweise mit den Biosensoren

mit Sensorsonde bei kontinuierlicher Messung und Punktmessung

von Füll- und Schütthöhen in Siloanlagen oder Bunkern an fl üssigem

und festem Füllgut dar.

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505ei0512

überwachung, Messung von Dichte, Schichtdicken und andere, und

kann auch zur kontinuierlichen Füllstandsmessung und zum Anzeigen

in Größenmessbereichen von Siloanlagen verwendet werden.

Die Ausgangsspannung (Flankenspannung) wird angezeigt und für

Regelungs- und Steuerungszwecke genutzt.

Proportionale Flankengleichspannung

Die kontaktbehaftete und kontaktlose Störung der elektromagnetischen

Wellen mit den Wassermolekülen an festem und flüssigem

Füllgut (Bild 1) ruft eine Umsetzung der elektromagnetischen

Dämpfungsgröße des Füllgutes in eine proportionale Flankengleichspannung

im Biosensor hervor. Beim Überschreiten einer

bestimmten Biostromintensitätsgrenze wird eine Schaltfunktion,

die Betätigung eines Relais des Grenzwertschalters, und damit ein

Vorgang zum Füllen oder Entleeren ausgelöst.

Die Wirkung der statistischen Schwankungen bei der kontinuierlichen

Auf- und Ab-Bewegung der kontaktbehafteten Metallsonde

im Silo, bedingt durch das Füllgut, kann durch den Abstand zwischen

Ansprech- und Abfallspannung (Hysterese) des Grenzwertschalters,

der mittels Einstell-Potenziometers in Grenzen einstellbar

ist, geregelt werden. Der Biosensor, der sich in der Nachlauf-Einrichtung

befindet, ist durch die Sensorleitung mit der Metallsonde

verbunden, die Metallstange bewegt sich parallel mit der Metallsonde

und ist durch einen Draht mit dem Biosensor verbunden.

Kontaktlose Metallsonde

Nach demselben Verfahren werden mit der kontaktlosen Metallsonde

im Bunker aus Kunststoff (Bild 2) die Füllstände, Minimum-

und Maximumstände durch Flankengleichspannung geregelt

und eingestellt, so dass sie auf unterschiedliche Biostromintensitäten

ansprechen, und die Flankengleichspannung des Biosensors

die beiden Relais in dem Grenzwertschalter betätigen. Die Metallsonden

für kontaktlose Spürung sind mit einem Potenziometer

eingestellt. Die Metallsonden müssen an der Bunkerwand, die aus

Kunststoff besteht, außen in festgelegter Höhe befestigt werden.

Die Metallstange ist durch die Wand des Bunkers circa 15 cm bis

20 cm tief eingelassen und in der Bunkerwand befestigt, damit sie

mit den Wassermolekülen des Füllguts in sichere Kontakt-behaftete

Berührung kommt. Bei steigendem Füllgut korrespondieren die

Wassermoleküle des Füllguts mit den elektromagnetischen Wellen

der Metallsonden für minimale und maximale Zustände, und dadurch

erfolgt die Regelung und Steuerung der Bunkerfüllung.

Kontaktbehaftete Metallsonde

Die kontaktbehaftete Metallsonde kann zur kontinuierlichen und

selektiven Messung (Bild 3) am Füllgut in einem Metallbehälter

oder in einem Metallbunker angewendet werden, wobei hier auf

der Metallsonde, die eine Metallstange ist, drei Metallringe aus

Metallsonden in Reihe auf bestimmte Höhe angebracht und befestigt

sind. Die Metallsonde hat die Aufgabe anzuzeigen, wann die

Füllung beginnt und wann sie endet. Der mittlere Ring zeigt an, wo

sich die Füllung befindet und der größte oberste Ring, wann der

Bunker voll ist und die Füllung gestoppt ist. Jetzt beginnt die Entleerung

des Bunkers. Die Bunkerwand ist aus Metall und muss mit

dem Biosensor verbunden und geerdet sein. Die unterschiedlichen

Größen der Metallsonden liefern unterschiedliche Flankengleichspannungen,

die den Regelungs-, Steuerungs- und Messprozessen

dienen. Die in Bild 4 dargestellte Konus-förmige Metallsonde in

einer Metallflasche ist für kontaktbehaftete kontinuierliche Messungen

für kleine Messbereiche an flüssigem Füllgut anzuwenden,

wobei die Metallflasche mit der Abschirmung verbunden und geerdet

sein muss. (jj)


Der Autor: Dipl.-Ing. Atanas Atanassow, Dresden.

0 0 0 1

Bilder: Atanassow

Bild 1: Die elektromagnetische

Dämpfung des Füllgutes

wird in eine proportionale

Flanken-DC umgesetzt.

Bild 2: Einsatz des Messverfahrens

mit der kontaktlosen

Metallsonde im Bunker aus

Kunststoff.

Bild 3: Die kontaktbehaftete

Metallsonde zur kontinuierlichen

und selektiven

Messung.

Bild 4: Konus-förmige

Metallsonde für kleine

Messbereiche an flüssigem

Füllgut.

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Sensoren

EPC-Gen2-konformer UHF-RFID-Chip

Integrierter Temperatursensor, SPI-Schnittstelle und Unterstützung für

Battery-Assisted-Passive-Betrieb

Das zur Swatch Group gehörende Halbleiterunternehmen EM Microelectronic hat den EM4325 auf den Markt

gebracht, einen vielseitigen Battery-Assisted Passive RFID-IC (BAP) mit integriertem Temperatursensor. Er vereinfacht

die Weiterentwicklung existierender UHF-RFID-Anwendungen in Richtung größerer Reichweite, robusterer

Kommunikation, größerer Flexibilität und Einbindung von Hilfsfunktionen.

Autor: Thomas Gyger

Der RFID-IC EM4325 von EM Microelectronic ist ein

High-Tech-Produkt, das herkömmliche Gen2-Chips hinsichtlich

Leistungsfähigkeit und Funktionalität weit übertrifft.

Er arbeitet im UHF-Frequenzbereich und ist mit

den folgenden Standards konform: ISO/IEC 18000-6 Type C und

Type D (TOTAL), EPC Class 1 Gen2 / EPC Class 3 Gen2, AIAG

B-11 und ATA 2000.

Die BAP-RFID-Technologie, die in diesem Bauelement zur Anwendung

gelangt, kombiniert die Vorteile passiver RFIDs – geringere

Komplexität, einfachere Kommunikationsprotokolle und

niedrigere Kosten – mit der wesentlich größeren Lesereichweite

und robusteren Kommunikation aktiver RFIDs. Der IC kann wahlweise

im BAP- oder rein passiven Modus betrieben werden. In

BAP-Anwendungen sorgt ein intelligentes Power-Management für

eine längere Batterielaufzeit. Die integrierte Schaltung ermöglicht

es außerdem, das Ein-/Ausschaltzeitverhältnis zu programmieren,

und kann bei zu großer Entfernung zwischen Funketikett und Lesegerät

automatisch vom passiven auf den batterieunterstützten

Modus umschalten (und umgekehrt). Zudem bietet der IC einen

Ultra-Low-Power-Modus (ULP), der vom Lesegerät durch einen

einfachen Befehl aktiviert oder deaktiviert werden kann. Dieser

ULP-Modus schont die Batterie, wenn das Etikett über einen längeren

Zeitraum gelagert wird.

Der EM4325 enthält einen schnellen, nichtflüchtigen 4-KBit-

EEPROM und unterstützt sowohl ISO- als auch EPC-Datenstrukturen,

die mit dem EPCglobal Tag Data-Standard, Version 1.6,

konform sind. Durch die einprogrammierte fortlaufende Seriennummer

(UID, Unique Identifier) lässt sich der Chip eindeutig

identifizieren.

Auf einen Blick

RFID-Tag, -Schnittstelle oder -Modem

Die vielleicht wichtigsten Alleinstellungsmerkmale des UHF-RFID-

Chip EM4325 sind die programmierbare Externschnittstelle für eine

Hilfsfunktion und der 4-bit-I/O-Port. Diese Schnittstellen öffnen die

Tür zu hochentwickelten Anwendungen, in denen das Bauelement

wahlweise als RFID-Tag oder als RFID-Schnittstelle oder -Modem für

Embedded-Anwendungen betrieben werden kann.

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501ei0512

48 elektronik industrie 05 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Sensoren

Die Temperatur wird durch einen integrierten Temperatursensor

mit einem Messbereich von –40 bis +64 °C überwacht. Auch

im passiven Modus kann die von dem Sensor gemessene Temperatur

vom Lesegerät abgefragt werden. Der Chip kann zudem so programmiert

werden, dass er sich selbst überwacht und einen Alarm

auslöst, wenn die vom Entwickler vorgegebenen Temperaturgrenzwerte

über- oder unterschritten werden. Der Sensor kann außerdem

für Simple Sensor Data Reporting im ISO/IEC

18000-6/24753-Format konfiguriert werden.

Die vielleicht wichtigsten Alleinstellungsmerkmale des EM4325

sind eine programmierbare Externschnittstelle für eine Hilfsfunktion

und ein 4-bit-I/O-Port. Diese Schnittstellen öffnen die Tür zu

hochentwickelten Anwendungen, in denen das EM4325 wahlweise

als RFID-Tag oder als RFID-Schnittstelle oder -Modem für Embedded-Anwendungen

betrieben werden kann. Die Hilfsfunktionsschnittstelle

lässt sich als Eingang oder Ausgang konfigurieren

und beispielsweise dazu benutzen, Manipulationen zu erkennen

oder externe Geräte über HF-Ereignisse zu benachrichtigen. Der

4-bit-I/O-Port ist so programmierbar, dass er vier diskrete Signale

unterstützt, oder als Serial Peripheral Interface (SPI) fungiert, die

als SPI-Master oder -Slave konfiguriert werden kann.

Der EM4325 ist als ungehäuster Chip und im 8-poligen Jedec-

TSSOP erhältlich. Durch seine reichhaltige Funktionsausstattung

eignet er sich besonders zur Echtzeitüberwachung verderblicher

Waren oder als EPC-Gen2-RFID-Schnittstelle oder -Modem für

Embedded-Anwendungen. Nachfolgend einige Beispiel.

Standardisiertes Supply-Chain-Management

EPC Gen2 wurde mit dem Ziel entwickelt, einen Standard für

RFID-Tags zu schaffen, die in Supply-Chain-Anwendungen (beispielsweise

Lagerbestandsüberwachung) eingesetzt werden. Der

EM4325 ist voll-konform mit diesem Standard. Er bietet zudem

zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie zum Beispiel die fest einprogrammierte,

nicht manipulierbare eindeutige ID, die das Klonen

von Chips zuverlässig verhindert, und einen 32-Bit-Passwortschutz

für den externen Zugriff auf den Chip. Der IC kann wahlweise im

rein passiven Modus oder, bei größeren Leseentfernungen, im

BAP-Modus betrieben werden.

Supply-Chain-Temperaturüberwachung

Im BAP-Modus kann der Temperatursensor im EM4325 für Selbstüberwachungsfunktionen

genutzt werden, beispielsweise um Unterbrechungen

der Kühlkette zu melden. Bei jeder Warenübergabe kann

der bisherige Temperaturverlauf schnell und einfach abgefragt werden,

um die Qualität und Sicherheit der erhaltenen Ware (beispielsweise

Lebensmittel oder Medikamente) zu gewährleisten. Das erhöht

die Rentabilität und trägt zur Frischhaltung der Produkte bei.

Elektronische Fahrzeugidentifizierung (EVI)

Die BAP-Technologie ist im Vergleich zu aktiven RFIDs wesentlich

kostengünstiger und bietet zugleich eine hervorragende Weitbereich-Leseperformance,

auch bei Regen. Im BAP-Modus bietet das

EM4325 eine Leseempfindlichkeit von -31 dBm auf der Chip-Ebene;

das entspricht in der Praxis einer Reichweite von über 50 m.

Für den Einsatz an schnellen Fahrzeugen können EM4325-Tags

auch für das ISO/IEC-18000-6-Type-D-Protokoll (TOTAL) konfiguriert

werden. TOTAL ist ein für schnellstmögliche Tag-Erkennung

und -Identifizierung optimiertes Tag-talk-first-Protokoll.

Konfiguration und Steuerung von Waren

Das EM4325 kann als integrierte RFID-Schnittstelle oder -Modem

in einem komplexeren System (zum Beispiel auf einer Leiterplatte

eines elektronischen Gerätes) integriert werden; durch den internen

4-KBit-Speicher kann es als Gen2-konformer Kommunikationskanal

für Konfiguration des Gerätes dienen. Spezifische Parameter

(beispielsweise Pairing-Informationen zu Wireless-Produkten)

könnten in Produkte einprogrammiert werden, die bereits

verpackt, aber noch nicht an die Betriebsspannung angeschlossen

sind. Nach dem Auspacken und Einschalten des Produkts könnte

es diese Parameter über die SPI-Schnittstelle aus dem Embedded-

Tag auslesen. Darüber hinaus ergeben sich durch die Verfügbarkeit

eines RFID-Tags, das nicht einfach nur an einem Gegenstand angebracht,

sondern in ihn eingebaut ist und mit Consumerelektronik-Produkten

unterschiedlichster Art kommunizieren kann.

Manipulationserkennung

Der RFID-Chip EM4325 kann so konfiguriert werden, dass es einen

Siegelbruchsensor unterstützt, der erkennt, wenn ein Siegelstreifen

beschädigt oder entfernt wurde. Der EM4325 ist ein idealer

Baustein für eine Vielzahl von e-seal- (elektronisches Siegel)

Anwendungen, darunter Container-Sicherheitssysteme oder Zugangskontrolle

bei Sport- oder kulturellen Veranstaltungen mithilfe

personengebundener RFID-Armbänder.

RFID für problematische HF-Umgebungen

Im BAP-Modus bietet das EM4325 eine erhöhte Lesezuverlässigkeit

beim massenhaften Ablesen von RFIDs über größere Entfernungen

oder in „funktechnisch problematischen“ Umgebungen

mit hohen Flüssigkeits- oder Metallanteilen und/oder starken HF-

Störsignalen. (jj)

n

Der Autor: Thomas Gyger ist Information Systems Manager der

EM Microelectronics SA in Marin/Schweiz.

Oben: Blockdiagramm des EPC-Gen2-konformen UHF-RFID-Chip EM4325.

Rechts: Anwendung als BAP-Tag (battery-assisted passive) oder embedded

Applikation mit dem EM4325 als SPI-Master und einer anderen Komponente

als SPI-Slave.

Bilder: EM Microelectronics

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05/2012 49


Sensoren

Neue Produkte

Genaue Winkelmessungen mit Mikrocontrollern

Magnetischer 14 Bit Drehwinkelencoder

Integriertes Optosystem

Triangulationssensor für hohe Schaltfrequenz

Bild: Austriamicrosystems

Der magnetische 14 Bit Drehwinkelencoder

AS5048 von Austriamicrosystems

vereinfacht die zuverlässigen

und genauen Winkelmessungen

in mikrocontrollerbasierten

Anwendungen. Er verfügt

über einen PWM-Ausgang sowie

ein SPI- oder I 2 C-Interface und

übermittelt absolute Winkelmesswerte

an einen Host-Mikrocontroller.

Das mechanische Design

der Applikation muss dabei keine

exakte Anfangsausrichtung zwischen

dem Sensor-IC und dem

zugehörigen zwei-poligen Magneten

berücksichtigen – stattdessen

wird die Nullposition bei der

Montage über einen einfachen

SPI- oder I 2 C-Befehl einmalig im

AS5048 programmiert, ohne dass

ein spezielles Programmiergerät

notwendig ist. Der

Encoder-IC toleriert

selbst starke

Ausrichtungsfehler

zwischen Sensor-IC

und zugehörigem

Magneten,

Veränderungen

in der Breite

des Luftspalts und

Temperaturschwankungen zwischen

-40 °C und +150 °C. Seine

14 Bit Signalverarbeitung bietet

eine Auflösung bis hinunter zu

0,0219° und liefert bei Linearisierung

und Mittelwertbildung durch

den Mikrocontroller Winkelmessungen

mit einer Ungenauigkeit

von 0,05°. Durch seine hohe Sensitivität

kann der Baustein mit

kostengünstigen Ferrit-Magneten

verwendet werden und arbeitet

zuverlässig in schwachen Magnetfeldern

von 30 mT. Durch einen

internen Spannungsregler

kann der Encoder-IC mit 3,3 V

oder 5 V Versorgungsspannung

betrieben werden; er ist im vierpoligen

TSSOP untergebracht.

infoDIREKT

530ei0512

Bild: iC-Haus

Der Baustein iC-LO von iC-Haus

ist ein Triangulationssensor als

System-on-Chip, speziell für den

Aufbau von Reflexlichttastern mit

Schaltausgängen. Durch die hohe

Integration der Funktionen mit Fotodioden,

LED-Treiber, Mikrocontroller-Interface,

Signalauswertung

und -filterung wird eine besonders

kleine Bauform erreicht.

Neben dem IC werden für Triangulationsmessungen

nur noch eine

Sendelicht-LED und ein Low-

Cost-Mikrocontroller benötigt. Die

speziell geformte optische Zeile

ist in eine Nahdiode, 127 Mittendioden

und eine Ferndiode unterteilt.

Zusammen mit der optischen

Zeile sind zwei AC-Verstärker integriert,

die eine hohe Störungsund

Gleichlichtunterdrückung und

einen Dynamikbereich

von bis zu 100 dB ermöglichen.

Mit einem Filterglas

wird eine Gleichlichtunterdrückung

von bis zu

100 kLux erreicht. Zur digitalen

Filterung der Signale

kann die Anzahl der

gemittelten Messungen

eingestellt werden mit

Messraten von bis zu 13,9 kHz.

Der integrierte Low-Side LED-

Treiber erzeugt Sendelicht-Pulsströme

bis zu 1,2 A. Zur Laser-

Triangulation kann auch ein externer

Laser-Diodentreiber angesteuert

werden. Die Pulsdauer

des Beleuchtungssignals ist über

die SPI-Schnittstelle einstellbar.

Die Ausgabe erfolgt über zwei antivalente

Schaltausgänge und einen

zusätzlichen Ausgang für die

Warnmeldung. Alternativ kann die

SPI-Schnittstelle genutzt werden.

Der iC-LO arbeitet an 4,5 bis 5,5 V

im Einsatztemperaturbereich von

-40...+85 °C. Das 15-polige opto-

BGA-SMD-Gehäuse benötigt etwa

4 mm x 9 mm Platz.

infoDIREKT 531ei0512

24-Bit-Auflösung und 0,1 % Ungenauigkeit

Digitale kundenspezifische Drucksensoren

Farbmessung nach CIE1931/DIN5033-Standard

ICs für Lichtmessung

Bild: Sensortechnics

Sensortechnics bietet kundenspezifische

piezoresistive Drucksensoren

ab 2,5 mbar Messbereichsendwert.

Durch einen

rauscharmen Verstärker mit

nachgeschaltetem 24 Bit A/D-

Wandler erzeugen die Sensoren

hochaufgelöste digitale Signale,

vergleichbar denen analoger Sensoren,

mit sehr großem Signal-

Rausch-Abstand. Die Sensoren

nutzen einen Mikrocontroller mit

flexibel programmierbaren Kor-

rekturalgorithmen zur Temperaturkompensation

und Linearisierung

der Signal-Druck-Kennlinie.

Die Mikrocontroller-Drucksensoren

erreichen einen Fehler von

typisch 0,1 Prozent sowie Reaktionszeiten

von bis zu 250 µs. Für

seine Mikrocontroller-basierten

Drucksensoren bietet Sensortechnics

vielfältige Möglichkeiten

der kundenspezifischen Kalibrierung,

Signalaufbereitung und Signalübertragung.

Innerhalb des

Gesamtdruckbereichs lassen sich

verschiedene Teildruckbereiche

mit unterschiedlicher Auflösung

und Genauigkeit kalibrieren. Weiterhin

wird die kundenspezifische

Anpassung der digitalen Sensor-

Schnittstelle (I 2 C, SPI) angeboten.

infoDIREKT

533ei0512

Bild: Mazet

Mazet hat zwei spezielle ICs für

die LED-Lichtsteuerung im Programm.

Der Jencolor-Farbsensor

MTCSiCF im QFN16-Gehäuse (4 x

4 x 0,9 mm 3 ) ermöglicht die Farbmessung

nach dem Standard

CIE1931/DIN5033. Die Sensorausgänge

liefern Fotoströme und

können direkt als XYZ-Werte im

Lab/Luv-Farbraum verarbeitet

werden. Der Sensor besteht aus

Fotodioden, deren spektrale Empfindlichkeitscharakteristik

mit Hilfe

von Interferenzfiltern realisiert

wird. Diese Filter besitzen keinerlei

nachweisbare Alterung oder

Temperarturdrift. Der zweite IC

dient der Signalverarbeitung und

ist auf die Belange der Dreibereichs-Jencolor-Farbsensoren

abgestimmt. Der MCDC04AQ enthält

einen ADC, der über die Integrationszeit

in seiner Auflösung

variierbar ist. Die größte Auflösung

beträgt 16 Bit und wird bei

einer Integrationszeit von 1 s erreicht.

Die höchste Empfindlichkeit

liegt bei 20 fA/LSB. Der intern

temperaturkompensierte MCD-

C04AQ ist extern synchronisierbar.

infoDIREKT

534ei0512

50 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Im SIL- oder dünnem dreipoligen SOT-(TSOT) Gehäuse

Hall-Sensoren

Bild: Melexis

Die Hall-Sensoren MLX92221 und

92241 von Melexis sind mit einem

EEPROM bestückt, so dass

kundenspezifische Werte für die

magnetischen Schaltpunkte, die

Ausgangspolarität, den I off

-Strom

und den Magnetmaterial-Tempe-

raturausgleichskoeffizienten festgelegt

werden können. Neben

dem breiten programmierbaren

magnetischen Band weisen sowohl

der MLX92221 als auch der

92241 Halleffekt-Sensorelemente

auf, die bei Spannungen von 2,7 V

bis 24 V funktionieren. Sie sind

vor elektrostatischen Entladungen,

Verpolung und thermischer

Überlastung geschützt. Der Verpolungsschutz

schützt vor einem

fehlerhaften Anschluss der Versorgungsleitung

bis zu -24 V.

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532ei0512

Überdurchschnittliche Erkennungsleistung

Winziger Opto-Schalter

Bild: Omron Electronics Components

Trotz besonders kompakter Abmessungen

von nur 3,2 x 1,9 x 1,1

mm 3 kann der Reflektivsensor EE-

SY1200 von Omron Electronics

Components im Bereich von ein

bis vier mm Objekte zuverlässig

erfassen. Der minimale Lichtstrom

ist 200 µA und der maximale Leckstrom

500 nA. Der Opto-Schalter

in SMT-Technik wird für die automatische

Bestückung in Stangen

geliefert, ist mit ak-tuellsten Reflow-Lötprozessen

kompatibel und

für den Betriebstemperaturbereich

von -25 bis 85 °C ausgelegt.

infoDIREKT

535ei0512

Bild: Kistler

Hightech-Sensorik für extreme Aufgaben

Druck, Kraft, Drehmoment, Beschleunigung

Sensoren und Messelemente von

Kistler übertreffen gewöhnliche

Sensoren häufig in verschiedenen

Eigenschaften: So weisen die

Drucksensoren extreme Einsatztemperaturen,

außergewöhnliche

Eigenfrequenzen und besonders

hohe Empfindlichkeiten auf. Kraftsensoren

decken ein riesiges

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Spektrum von Messbereichen ab

– vom Miniatur-Kraftsensor mit 0

bis 200 N bis zum Pressenkraft-

Kalibriersensor mit 0 bis 20 MN.

Kompakte Dynamometer in verschiedenen

Bauformen messen

Kräfte in mehreren Komponenten.

Extrem flexibel zeigen sich die

modularen Drehmomentsensoren

Ki Torq mit baulicher Trennung

von Messkörper und Auswerteeinheit

bei hoher Messgenauigkeit

bis 3000 Nm. Die piezoelektrischen

oder kapazitiven Beschleunigungssensoren

sind

leicht, robust und arbeiten in einem

hohen Frequenzbereich.

infoDIREKT

536ei0512

Kundenspezifische

Systemlösungen

Wireless Modules

Kabelkonfektion

M2M-Applikationen

MC66 Terminal

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M2M Industrieanwendungen

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Messtechnik

Datenstrom-Informationen

Erfassung und Analyse von HF- und Mikrowellen-Signalen

Entwickler von HF- und Mikrowellen-Produkten sehen sich mit einer Fülle anspruchsvoller Testszenarien konfrontiert.

Die Herausforderungen wachsen, wenn es um komplexe Signalisierverfahren oder den Betrieb in verrauschten

Umgebungen geht. Wenn sich dazu noch unvorhersehbare Unterbrechungen gesellen, kann es sein, dass

typische Messmethoden zur Fehlersuche nicht mehr ausreichen. Stattdessen sind neue Werkzeuge und Verfahren

erforderlich. Einer dieser Ansätze basiert auf dem Konzept des Datenstreamings.

Autoren: David Murray, Joan Gibson, Spiro Moskov

Testkonfigurationen auf der Basis des Datenstreamings erfassen

kontinuierlich digitalisierte Daten und speichern sie

in Halbleiterspeicher (SSD) oder Plattenspeichern (HDD).

Danach lassen sich die lückenlos erfassten Daten auf mehrere

Arten bearbeiten und detailliert analysieren. Dieser Beitrag

skizziert die messtechnischen Herausforderungen des Validierens

komplexer HF-Designs und präsentiert eine PXI-basierte Streaming-Lösung

mit großer Bandbreite und lückenloser Datenerfassung.

Es wird gezeigt, dass sich eine brauchbare Lösung auf Grundlage

einiger weniger Schlüsselspezifikationen, die unmittelbar die

Systemkonfiguration beeinflussen, aufbauen lässt.

Die drei Schlüsselfaktoren bei der Analyse sporadischer Fehler

sind: Lücken im Datensatz, Speicherkapazität sowie die Werkzeuge

für die anschließende Bearbeitung und Analyse. Lücken in den gemessenen

Daten sind ein Nebeneffekt typischer Instrumentierungs-Architekturen

mit begrenzter interner Speicherkapazität.

Sie können bei breitbandigen Messungen oft nur einige wenige Mikro-

oder Millisekunden erfassen. Jedes Mal wenn der Messprozess

zurückgesetzt wird und neu startet, entsteht eine Lücke, in der

keine Daten erfasst werden. Das ist bei der Suche nach nicht reproduzierbaren

(intermittierenden) Fehlern problematisch, weil das

gesuchte Ereignis genau in diesem Zeitraum stattfinden könnte

(Bild 1). Selbst bei lückenloser Datenerfassung limitiert die verfügbare

Speicherkapazität die Datenerfassung oft auf einige wenige

Sekunden. Abhilfe schaffen größere interne Speicher, größere Plattenspeicher

im PC und Verbindungen zu externen Speichermedi-

52 elektronik industrie 05 / 2012


Touch me 'cause

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Sichere Datenerfassung

Auf einen Blick

PXI-VSA mit Streaming-Fähigkeit

Testkonfi gurationen auf Basis des Datenstreamings eignen sich sehr

gut für die hohen Anforderungen beim Testen von HF- und Mikrowellen-Produkten.

Eine mögliche Systemkonfi guration ist der Einsatz eines

PXI-basierten Vektor-Signalanalysators (VSA) mit Streaming-Fähigkeit.

Das Erfassen und Analysieren unvorhersehbarer Fehler bei

hohen Frequenzen und großen Bandbreiten hilft den Entwicklern, die

vielen Herausforderungen beim Design von HF- und Mikrowellen-Geräten

zu meistern und die Komplexität unvorhersehbarer Fehler in

den Griff zu bekommen.

• Hohe Genauigkeit

18 bit Auflösung, 2 Mbit/s

• Potentialfreie Messungen

Bis zu 3 km optische Datenübertragung

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Galvanische Isolation > 1 MV

Tischbetrieb bis zu 1000 V

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±250 V max. Eingangsbereich

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605ei0512

Smart Measurement Solutions

elektronik industrie 05 / 2012 53

120425_Hands_third_PMA.indd 1 25.04.2012 09:50:30


Messtechnik

en wie etwa Plattenlaufwerken mit großer Kapazität. Sobald ausreichend

große Mengen lückenlos erfasster Daten vorliegen, gilt

die Aufmerksamkeit den Werkzeugen zur Bearbeitung und Analyse

der Daten. Sie sollten es dem Entwickler ermöglichen, auf die

erfassten Daten zuzugreifen, interessierende Bereiche zu lokalisieren

und verschiedene Messungen an den Daten vorzunehmen.

Mögliche Systemkonfigurationen

Drei mögliche Systemkonfigurationen eignen sich besonders für

das Streaming sowie die Bearbeitung und Analyse der

Daten:

■■ Datenstreaming zum Hostrechner, beispielsweise einem internen

oder externen PC.

■■ Datenstreaming zu einem Disk-Array über einen RAID-Controller.

■■ Datenstreaming zu einem Digitalen Signalprozessor über den

PXI-Systembus.

Die optimale Lösung richtet sich nach den Details des Testszenariums

wie Frequenzbereich und Signalbandbreite, Abtastrate und

Auflösung sowie zu erwartende Erfassungszeit. Diese Parameter

haben einen Multiplikationseffekt: Je größer die Werte, desto größer

die Anforderungen an die Datentransferrate und die Speicherkapazität.

Als Beispielszenarium sollen hier die Anforderungen für

100 MHz Streaming-Analogbandbreite und125 MSa/s komplex

bei 12 bit Auflösung dienen. Die Daten werden entweder im Hostprozessor

oder einem externen RAID-Array abgelegt.

Eine mögliche Lösung ist der Einsatz eines PXI-basierten Vektor-Signalanalysators

(VSA) mit Streaming-Fähigkeit. Das System

beinhaltet eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) zur Steuerung

der Signalerfassung, ein Datenauswertungsprogramm zur Signalidentifizierung

sowie die Verbindung zu einer Vektor-Signalanalyse-Software

zur detaillierten Datenanalyse. Während der Stream-

Erfassung landen die Daten zunächst im Halbleiterspeicher (RAM)

des Digitizers. Anschließend werden sie über den schnellen PCIe-

Bus in einen zirkularen RAM-Pufferspeicher des Controllers geschoben

und weiter in das endgültige Speichermedium kopiert

(Bild 2). Um eine lange lückenlose Datenerfassung zu gewährleisen,

muss der Datentransfer vom Digitizer über den Controller

zum Speicher schneller erfolgen als der Digitizer neue Daten erfassen

kann.

Wichtig ist die Wahl des endgültigen Speichermediums. Ein typisches

Computer-Plattenlaufwerk genügt für schmalbandige Erfassung

mit Datenraten von unter 40 MB/s über einen längeren

Zeitraum, schafft jedoch bei breitbandigen Signalen nur einige Sekunden.

Sind sowohl große Bandbreiten als auch lange Aufzeichnungszeiten

gefordert, wird ein RAID-Speichersystem mit mehreren

Laufwerken benötigt.

Erfassen der Eingangssignale steuern

Im Beispielsystem bietet die virtuelle Gerätefront (Soft Front Panel

- SFP) eine grafische Benutzeroberfläche, über die der Anwender

das Erfassen der Eingangssignale steuern kann. Wie Bild 3 zeigt,

betreffen die Einstellungen sowohl typische VSA-Parameter wie

Frequenz, Eingangsleistung, Bandbreite und Triggerung als auch

Bild 1: Durch Lücken im Erfassungsprozess fehlen Daten.

Bild 2: Ein schneller zirkularer RAM-Puffer gewährleistet lückenloses

Streaming vom Digitizer über den Controller zum endgültigen Speicher.

Bild 4, oben: Diese 262.144 µs lange Darstellung in der Zeitdomäne zeigt,

dass zwei Radarpulse schmaler sind als erwartet.

Bild 3, links: Eine virtuelle Gerätefront (Soft Front Panel) erlaubt die schnelle

Einstellung der Parameter für Messung und Streaming.

54 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Streaming-Parameter. Mit Standard-Dateiprozeduren lassen sich

Zieldateien im Dialog spezifizieren. Zusätzlich zur Geräteeinstellung

steuert das SFP auch die Messung und überwacht den Datenfluss.

Erfassungen werden mit einem „Start“-Button auf dem Bildschirm

angestoßen. Sobald die Erfassung läuft, informieren Datenfluss-Indikatoren

den Anwender über den Erfassungsstatus: Datenfenster,

Erfassung, RAM-Puffer und Speicher. Das Datenfenster

zeigt das Frequenzspektrum der erfassten Daten.

Beim Streaming selbst unterscheidet man zwei Erfassungsmodi:

zeitbegrenzt oder unbegrenzt. Die Länge einer in der Dauer limitierten

Erfassung ist in Sekunden spezifiziert; die Erfassung stoppt

automatisch nach Ablauf. Bei unbegrenzter Erfassung muss der

Anwender mit manuellen Start-, Stopp- und Abbruch-Befehlen

eingreifen. Die Trigger-Verzögerungssteuerung ermöglicht auch

im Streaming-Modus einen Pre-Trigger. Wird die Verzögerung auf

einen negativen Wert gesetzt, werden Daten des entsprechenden

Zeitraums vor dem Trigger-Ereignis erfasst. Kommt das Trigger-

Ereignis, bevor die volle Verzögerungszeit abgelaufen ist, liefert der

Vorgang einen kürzeren Satz von Pre-Trigger-Daten.

Die Data Viewer-Software lädt, sucht und sichert Streaming-

Dateien. Sie kann die Daten bei variierenden Sample-Größen und

in verschiedenen Domänen (z.B. Zeit und Frequenz) darstellen.

Das in Bild 4 gezeigte Beispiel ist die Wellenform eines gepulsten

Radars, dargestellt als Amplitudenantwort eines Impulszuges.

Deutlich zu sehen ist, dass jeder zwölfte Puls schmaler ist als erwartet.

Erfasste Daten analysieren

Die Streaming-Dateien sind kompatibel mit der Agilent 89600

VSA Software, die weitere Analysetiefe ermöglicht. Sobald die

Streaming-Datei erfolgreich geladen ist, muss der Playback-Trigger

gesetzt werden. Damit steht eine Vielzahl von Messmöglichkeiten

wie Zeitdomänen-Verarbeitung, FFT-basierte Spektrumsmessungen,

Modulationsanalyse auf Symbol-Ebene und andere zur

Verfügung. Flexibilität ist das herausragende Merkmal eines guten

Fehlersuch-Werkzeugs. Flexibilität in der Streaming-Konfiguration

eröffnet vielfältige Testszenarien. Flexibilität in der anschließenden

Analyse erleichtert die Fehlersuche, die dem HF- und Mikrowellen-Entwickler

dabei helfen, die Komplexität unvorhersehbarer

Fehler in den Griff zu bekommen. (ah)

n

Die Autoren: David Murray, Joan Gibson und Spiro Moskov von Agilent

Technologies.

Messen & Kalibrieren

HF- und Mikrowellen-Komponenten

von Rosenberger spielen eine

Schlüsselrolle in vielen industriellen

Messtechnik- und Kalibrier-Anwendungen.

- HF-Präzisionssteckverbinder,

z.B. Steckverbinderköpfe, Kabelsteckverbinder,

Adapter von Serien

wie RPC-N, -TNC, -7.00, -SP, -3.50,

-2.92, -2.40, -1.85 oder -1.00 mm

- Kalibrier- und Verizier-Kits

z. B. RPC-N Revolving-Kalibrieradapter

- Test-Kabel & Test-Komponenten,

z. B. Testkabel für VNAs, Komponenten

wie Open – Short - Loads,

Sliding Loads, Luftleitungen,

Wechselport-Steckverbinder,

T-Kalibrieradapter

- Multiport Mini-Coax Steckverbinder

für variable Messaufbauten in der

Halbleiterfertigung

Exploring New Directions

Bilder: Agilent Technologies

Bild 5: Marker in der Software Agilent 89600 VSA zeigen die Lage des

schmalen Pulses, der mit dem Data Viewer gefunden wurde.

Rosenberger

Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG

Hauptstraße 1 . D-83413 Fridol ng

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16.12.2011 13:48:54 Uhr


Messtechnik

FFT mit einem Oszilloskop

Gundsätzliche Überlegungen und Anwendungen

Oszilloskope bieten durch Software eine Vielzahl von Applikationen und so ist es nicht verwunderlich, dass man

versucht in beiden Bereichen, dem Zeit- und dem Frequenzbereich, Einblick zu bekommen. Der Beitrag zeigt die

Nutzung der FFT (Fast Fourier Transformation) mit einem Oszilloskop auf, was dann zu drei Gründen führt, warum

eine FFT auf einem Oszilloskop ausgeführt, eine sehr geschickte Lösung ist.

Autor: Klaus Höing

Die meisten Echtzeit-Oszilloskope haben integrierte Mathematik-Funktionen,

die auf die erfasste Datenmenge

sogar während des eigentlichen Messvorgangs angewendet

werden können. Die Ergebnisse werden parallel zu

der aufgenommenen Signalform auf dem Display dargestellt. Für

eine FFT müssen allerdings komplexe mathematische Operationen

durchgeführt werden.

Für Einstellungen zur FFT-Analyse können unterschiedliche

Setups genutzt werden. So kann eine FFT durch die Eingabe einer

Start- und Stop-Frequenz, oder durch die Eingabe eines Frequenz-

wertes, der in der Displaymitte liegen soll, in Verbindung mit der

Eingabe des insgesamt darzustellenden Bereiches bestimmt werden.

Über die Display-Marker, die auf einzelne Signalspitzen gesetzt

werden können, sind ihr Frequenzwert und ihre Signalleistungs-Amplitude

ablesbar. Eine aufrufbare mathematische Funktion

erlaubt nun die Anzeige der Differenz der Signal-Amplitude

und Signal-Frequenz zwischen den durch die Marker bestimmten

Signal-Spitzen.

Die FFT ist ein Algorithmus, mit dem die Frequenzanteile eines

Signals berechnet werden. Dabei sind große Messwert-Speicher

Bilder: Agilent/datatec

Bild 5: Anwender, die hauptsächlich im Hochfrequenzbereich tätig sind,

können mit einem Oszilloskop, wie beispielsweise mit dem hier gezeigten

4-GHz-MSO 9404A, und der Agilent Spektrum Visualizer Software 64996A

am PC Analysen direkt im Hochfrequenzbereich vornehmen.

56 elektronik industrie 05/2012

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Messtechnik

von Vorteil, da dadurch die FFT in einem weiten Frequenzbereich

darstellbar ist, niederfrequentere Signalanteile erkennbar werden

und eine bessere Bandbreitenauflösung möglich ist. Daher ist eines

der Auswahlkriterien für ein Oszilloskop wie schnell die FFT-

Funktion ausgeführt wird, wenn der gesamte Messwert-Speicher

zur Verfügung steht.

Die FFTs in Oszilloskopen nutzen zur Transformation in der Regel

nur die Anzahl an Messpunkten (Stützstellen), die auf dem

Bildschirm im Zeitbereich zu sehen sind. Mit jedem Trigger übernimmt

das Oszilloskop nur einen begrenzten Zeitanteil aus dem

Signalablauf auf, je nachdem wie hoch die Abtastrate und wie groß

der verfügbare Speicher (typisch sind 106 Messwerte) ist. Die FFT

kann keine Frequenzanteile „sehen“ die unterhalb des inversen

Wertes des dargestellten Zeitfensters ist. Um eine verdächtige Stelle

in der FFT-Darstellung zu erkennen, muss der Speicher genügend

Messwerte aufnehmen können. Ein einfaches Beispiel zur

Verdeutlichung: Bei einem Schaltnetzteil, das bei 20 kHz arbeitet,

benötigt man 1/20 kHz oder 50 µs Beobachtungszeit um diese 20

kHz in der FFT zu sehen. Bei einer Abtastrate von 10 GS/s sind

dies 500 x 10 3 Abtastpunkte, die aufgenommen werden müssen.

Typischerweise wird durch den FFT-Aufruf auch die Bandbreitenauflösung

und das Verhältnis zur Speichergröße und der darstellbaren

Frequenzauflösung bestimmt. Anwender von Oszilloskopen

stellen in der Regel die Speichertiefe ein und das Oszilloskop zeigt

die Bandbreitenauflösung an. Durch diese nutzbare Bandbreitenauflösung,

die durch die zu verwendende Speichergröße bestimmt

wird, lässt sich feststellen, bis zu welcher gewünschten Frequenz

spektrale Inhalte unterdrückt werden.

Wenn schon ein Oszilloskop im Labor vorhanden ist

Entwickler-Teams bauen auf Oszilloskope, zur Fehlerbehebung in

ihren Schaltungen. Anwender, die sich mit den Oszilloskopen auskennen

nutzen die FFT zu Amplitudenmessungen der einzelnen

Signalanteile. Damit nutzen sie das Oszilloskop in einer zusätzlichen

Art und Weise, ohne dass sie ein andersartiges Messgerät dazu

stellen müssen. Die sehr einfachen FFT-Einstellungen und das

Display sprechen für sich (Bild 1). Die FFT-Funktion bei Oszilloskopen

bietet in aller Regel unterschiedliche Filter an, wie beispielsweise

Rechteck, Hanning, Flattop, Blackman-Harris und Hamming.

FFT-Messungen können entweder auf einen Satz Messpunkte

angewendet werden (statisch) oder auch auf eine fortlaufende

Messung (dynamisch). Wird die unbegrenzte „Nachleuchtdauer“

eingeschaltet, so sind sehr selten auftretende Signal-Anteile aufzufinden.

Die Fast Fourier Transformation ist nicht nur auf einen Kanal

anwendbar, sondern auch auf mehrere Signalkanäle gleichzeitig.

Damit ist es dem Anwender möglich mit Hilfe der Triggerbedingungen

und einer verzögerten Darstellung (Delay-Funktion) Signalgegebenheiten

zu untersuchen, die sich auf mehrere unterschiedliche

Signale auswirken und die auch zum selben Zeitpunkt,

entsprechend der Triggerbedingung, auftreten. Oszilloskope der

oberen Preisklasse ermöglichen sogar die Anwendung mathematisch

kaskadierbarer Operationen. Ein Beispiel soll dieses verdeutlichen:

In einer ersten Funktion kann die Differenz von zwei aufgenommenen

Signalen gebildet werden, die dann in einer zweiten

Funktionsfolge mit der FFT in den Frequenzbereich transformiert

wird.

In der täglichen Praxis müssen Ingenieure eine Vielzahl von sehr

unterschiedlichen Signalen aufnehmen und beurteilen. Das ist der

Hintergrund, warum die Hersteller auch sehr unterschiedliche

Tastköpfe anbieten – von Differenz-Tastköpfen über Ein-Leiter-

Die Oszilloskop-Erfassung kann mit der Oszilloskop-Serie 90000 Q bis zu 63

GHz erfolgen und auch die Analyse mit der Agilent Spektrum Visualizer-

Software erfolgt bis in diesen hohen Frequenzbereich.

Tastköpfe zu speziellen Hochvolt- oder Nieder-Spannungs-Tastköpfen,

von Tastköpfen für den hohen Frequenzbereich bis zu denen

im unteren Frequenzbereich. Diese Tastköpfe sind alle designed

um an möglichst viele Oszilloskope angeschlossen werden zu

können.

Bezogen auf die FFT bedeutet dieses, dass Tastköpfe und andere

Messaufnahmen, selbst Kabel, einen Einfluss auf das Transformationsergebnis

haben können. Aus diesem Grund hat Agilent sehr

hochwertige Tastköpfe, speziell für die Oszilloskope der oberen

Bandbreiten-Klasse entwickelt, die sogar der Bandbreite-Anforderungen

des jeweiligen Oszilloskops angepasst werden können, wodurch

genauere Messungen ermöglicht werden. Speziell für die

jetzt bis 63 GHz reichenden Echtzeit-Oszilloskope der Agilent-Serie

90000 Q wächst die Bandbreite des Tastkopfs mit. Es gibt upgrade-Pfade,

mit dem sowohl die Bandbreite des Oszilloskops als

auch des Tastkopfes angepasst werden kann, so dass beide Bandbreiten

zueinander harmonieren.

Verglichen mit einem Netzwerk- oder Spektrum-Analysator hat

ein Oszilloskop ein deutlich höheres Eigenrauschen. Daher sind

Oszilloskope mit einer integrierten FFT-Applikation dazu gedacht,

Auf einen Blick

Einblick in den Zeit- und den Frequenzbereich

Oszilloskope werden typischer Weise eingesetzt um im Zeitbereich

Signale zu analysieren. Aber dieses stellt nur einen Teil des Informationsgehaltes

dar, den man oft zur Analyse und zum Auffi nden von

Fehlern benötigt. Kann zusätzlich auf Informationen aus dem Frequenzbereich

zugegriffen werden, so sind schnell wichtige Informationen

zusammengetragen, um schneller zu einer Lösung eines Problems

zu kommen oder um das Verständnis für die Schaltung zu verbessern.

Man erkennt die kritischen Signalpfade und kann Abhilfe

schaffen.

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Messtechnik

Bild 1: FFTs werden in Oszilloskopen als Standard-Funktion integriert, so wie

hier bei der Serie der Agilent Infiniium-Oszilloskope. Die spektrale Analyse

geht bis zu der Bandbreite, über die das Oszilloskop verfügt. Die Auflösebandbreite

wird durch die Speichertiefe und Abtastrate begrenzt. Dies führt

zu größeren Speichertiefen-Einstellungen bei der Nutzung der FFT.

Bild 2: Die PC-basierte Software InfiniiView N8900A oder E28xxA spiegelt ein

Oszilloskop wider. Einstellungen lassen sich wie bei einem Oszilloskop

durchführen. Vorausetzung ist die Aufnahme einer oder mehrerer Messkurven

mit einem Oszilloskop. Analyse als auch Dokumentationen sind einfach

mit dieser Software durchführbar. Hier die Darstellung einer FFT mit Marker,

die jeweiligen Pegelspitzen mit den angezeigten Messwerten und eine

tabellarische Aufführung.

Bild 3: Mit der

Agilent Spektrum

Visualizer Software

64996A können

weitreichende

Analysen der mit

einem high-end-

Oszilloskop

aufgenommenen

Signalform

durchgeführt

werden.

Bild 4: Analyse mit der

ASV-Software 64996A.

Die obere Bildhälfte

das Spektrum der FSK

mit den beiden

markanten Frequenzen,

zwischen denen

hin und hergeschaltet

wird. In der unteren

Bildhälfte ist ein

typisches Wasserfall-

Diagramm zu

erkennen.

um grundsätzliche Fehler, die im Frequenzbereich zu Tage treten,

zu entdecken. Eine weitaus genauere Analyse lässt sich dann mit

einem Netzwerk-Analysator mit TDR-Funktion (Time Domain

Reflektometer) durchführen.

Breitbandige Frequenzanalyse mit einem Oszilloskop

Spektrum-Analysatoren bieten einen sehr weiten Frequenzbereich,

bei dem allerdings nur ein bestimmtes Frequenz-Fenster auf dem

Display angezeigt und untersucht werden kann. Im Gegensatz dazu

wird bei einem Oszilloskop der komplette zeitliche Ablauf eines

Signals aufgenommen, vom Gleichanteil bis hin zu den höchsten

Frequenzanteilen des Signals, nur limitiert durch die Bandbreite

des Tastkopfes und des Oszilloskops. Anwender, die das breitbandige

Signal, vom Gleichanteil bis zu den hohen Frequenzen sehen

wollen, ist das Oszilloskop die einzige Mess-Möglichkeit. Echtzeit-

Oszilloskope können mit ihrer FFT das gesamte Spektrum abbilden,

das nur durch den Tastkopf oder durch die Bandbreite des

Oszilloskops begrenzt wird.

Bleiben wir bei dem Beispiel mit dem 20-kHz-Schaltnetzteil;

jetzt aber zusätzlich mit einem im Gerät integrierten 100-MHz-

Taktgenerator. Die FFT wird natürlich die 100 MHz und ihre Harmonische

zeigen und dazu die Störer des 20-kHz-Schaltnetzteils,

die sich mit dem Taktsignal überlagern. Die relativen Amplituden

der Störanteile geben einen ersten Anhaltspunkt, wie stark der Störer

und seine Oberwellen eine unerwünschte Rauschanhebung

verursachen. So bietet die FFT einen Einblick, wie sich Koppelprobleme

vom Netzteil in die Signalpfade auswirken. Diese Beurteilung

im Zeitbereich ist unmöglich – man erkennt diesen Einfluss

nur an dem Fehlverhalten einer Schaltung und kann die Ursache

neben anderen möglichen Fehlerquellen vermuten – die FFT gibt

den Aufschluss.

Neben dieser Möglichkeit der Messung ist das zufällige Eigenrauschen

der Oszilloskope ein Hindernis um sehr kleine Signalanteile

zu erkennen, da sie im Rauschen untergehen.

Durch eine Durchschnittsbildung der FFT-Ergebnisse lässt sich

der zuvor beschriebene Effekt des Eigenrauschens reduzieren. Damit

können kleine Störanteile sichtbar gemacht werden. Da sich

das Eigenrauschen ausmittelt, wachsen die Störanteile förmlich aus

dem Rauschen. Über mehrere FFT-Analysen mittelt sich das zufällige

Oszilloskop-Rauschen heraus und man erreicht eine Verbesserung

der Sichtbarkeit von kleinen (Stör-) Signalen. Man muss sich

natürlich darüber im Klaren sein, dass durch eine hohe Anzahl an

Durchschnittsbildungen die update-Rate der Messungen bzw. der

Messablauf verlangsamt wird.

Signale zur weiteren Spektralanalyse auf PCs exportieren

Es gibt eine Vielzahl an PC-basierter Analyse-Software, mit deren

Hilfe es möglich ist, eine oder mehrere aufgenommene Kurvenformen

unabhängig vom eigentlichen Messplatz zu analysieren. So

auch die von Agilent vorgestellte Software Infinii View (Bild 2). Mit

dieser Software hat man die gleichen Einstell-Parameter und

-Möglichkeiten wie bei den Oszilloskopen, so dass keine Umgewöhnung

in der Anwendung dieses Programms nötig ist. Auch das

Display entspricht dem des Oszilloskops mit den entsprechenden

58 elektronik industrie 05/2012

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Messtechnik

Einstellungen. Anwender können sowohl auf der Frequenz-Achse

wie auch auf der Amplituden-Achse Marker setzen und entsprechende

mathematische Operationen, wie zum Beispiel die Differenzbildung,

durchführen. Ferner lassen sich Referenz-Pegel setzen,

gegen die die einzelnen Signalspitzen vermessen werden. Das

Ergebnis ist eine Liste der Signalanteile, die diesen Referenzwert

überschreiten.

Das Auslagern des gemessenen Signals auf einen PC gibt die

Möglichkeit, weitaus größere hochauflösende Displays zu nutzen,

als sie in den Messgeräten im Labor eingebaut sind. So lässt sich die

spektrale Darstellung auf einen Monitor projizieren, während der

Zeitablauf des Signals auf einem anderen Monitor dargestellt wird.

Natürlich lassen sich die einzelnen Monitor-Darstellungen in Dokumentationen

oder in ein E-Mail einbinden. Einmal abgespeichert,

sind die Datensätze und die Einstellungen für einen späteren

Zeitpunkt wieder ladbar und nutzbar. Auch ist man damit unabhängig

von den Screen-shots; denn oft hat man die falsche Einstellung

oder den falschen Ausschnitt gewählt, so dass man den Messaufbau

erneut einrichten und die Messung wiederholen muss.

Ferner bietet die Auslagerung des Messergebnis auf einen PC

mit den entsprechenden Analyse-Tools die Möglichkeit, das Messsystem

anderen Teams zur Verfügung zu stellen. Dieses spart Investment-Kosten

und führt auch zu einer kürzeren Entwicklungszeit,

wenn Teams das Messsystem quasi parallel nutzen können. So

hat diese Vorgehensweise auch eine wirtschaftliche Komponente.

Die Software Agilent Spectrum Visualizer (ASV) 64996A verfügt

über noch wesentlich mehr Analyse-Möglichkeiten in der Frequenzebene.

Sie ermöglicht Spektrum- und Spektrogramm-Analyse

mit den bekannten Einstelloptionen und Markerfunktionen

wie sie Hochfrequenz-Ingenieure kennen. Die obere Bildhälfte in

Bild 3 zeigt ein FSK-Spektrum. Es ist deutlich zu erkennen, dass

zwischen den beiden Frequenzen 99,5 und 1005 MHz hin und her

geschaltet wird. Die untere Bildhälfte zeigt dieses Spektrum im

zeitlichen Verlauf (y-Achse); die Farbe Rot zeigt die Signale an, die

über den Trigger-Signalpegel hinausgehen. Man erkennt, dass es

durchaus auch Frequenzanteile gibt, die diesen Signalpegel auch

erreichen. Die Display-Mitte ist auf 100 MHz eingestellt. Die Lösung

geht weit über das hinaus, was normale Oszilloskope mit ihrer

FFT-Option bieten. In Bild 4 zeigt die obere Bildhälfte das

Rigol_Ad_DE_210x102_01_Layout 1 23.04.12 13:01 Seite 1

Spektrum der FSK mit den beiden markanten Frequenzen, zwischen

denen hin und her geschaltet wird. In der unteren Bildhälfte

ist ein typisches Wasserfall-Diagramm zu erkennen. Die Pegel der

einzelnen Frequenzen sind farblich hervorgehoben, so dass man

die Varianz versus Zeit bzw. Ausreißer erkennen kann.

Mit der ASV-Software lassen sich sehr komplexe Hochfrequenz-

Analysen durchführen. Soll zum Beispiel ein Telekommunikationssignal

via HF-Sender übertragen werden und anschließend das

empfangene Signal, das dann in seinen I- und Q-Modulations-

Komponenten vorliegt, analysiert werden, so sind diese mit dem

Oszilloskop aufzunehmen und mit der Software 64996A zu analysieren.

Die Oszilloskop-Erfassung kann bei höheren Frequenzen,

mit der Oszilloskop-Serie 90000 Q bis zu 63 GHz, erfolgen und

auch die Analyse mit dieser ASV-Software geschieht bis in diesen

hohen Frequenzbereich. Visualisierungs- und Analyse-Werkzeuge

liefern Konstellations-Diagramme, EMV-Spektrum und Modulations-Analyse.

Dargestellt ist dieses in Bild 5.

Für Anwender, die nicht über einen Netzwerk- oder Spektrum-

Analysator verfügen, ist die Lösung mit einem Oszilloskop und der

Software N8900A Infinii View oder der Software 64996A Agilent

Spektrum Visualizer (ASV) für höhere Ansprüche an Messmöglichkeiten

im HF-Bereich, eine optimale Lösung um derartige Signal-Qualifizierungen

durchführen zu können. Zudem sind Oszilloskope

wesentlich einfacher im Bestellprozess zu verargumentieren

wie beispielsweise Netzwerk-Analysatoren. FFT-Funktionen

sind sehr schnell aufrufbar und der überschaubare Frequenzbereich

wird nur, wie oben gezeigt, durch die Bandbreite des Oszilloskops

und des Tastkopfes, sofern einer verwendet wird, bestimmt.

Erkennt der Anwender ein Problem im Zeitbereich, kann er sehr

schnell in den Frequenzbereich wechseln, um weitere Details zu

erhalten, ohne einen neuen Messaufbau erstellen zu müssen. Für

Anwender, die einen deutlich besseren Dynamik-Bereich, deutlich

weniger Verzerrung, eine bessere SFDR (spurious free dynamic

range; störungsfreier dynamischer Bereich) oder eine sehr spezifische

Spektralanalyse benötigen, ist allerdings der Spektrum-Analysator

oder ein Netzwerkanalysator die bessere Wahl. (jj) n

Der Autor: Klaus Höing von dataTec in Reutlingen.

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Messtechnik

Die PC-basierte

Plattform für Prüf-,

Mess-, Steuer- und

Regelanwendungen.

Alle Bilder: National Instruments

Schneller messen mit FPGA-Technik

FPGAs erhöhen die Leistung und ermöglichen Echtzeitmessungen

In der Fertigung von Mobiltelefonen hat Zeit einen hohen Stellenwert. Je länger der Test eines Geräts dauert,

desto später erfolgt die Markteinführung und desto höher sind die Kosten. Spektrummessungen wie die Nachbarkanalstörung

(ACLR) stellen meist die höchsten Ansprüche an Leistung und Geschwindigkeit der Messgeräte. Um

die Leistungsfähigkeit von Spektrumanalysatoren weiter zu erhöhen, stellen FPGAs eine Rechenleistung zur

Verfügung, die Echtzeitmessungen erlaubt.

Autoren: Raajit Lall, Ryan Verret

Moderne Spektrumanalysatoren setzen Messungen der

Nachbarkanalstörung mittels schneller Fourier-Transformation

(FFT) um. Sie galt lange als die schnellste

Methode für die Umwandlung von Daten aus dem

Zeitbereich in den Frequenzbereich. Jedoch kann eine softwarebasierte

FFT-Berechnung selbst mit effizientesten Implementierungen

einen großen Teil der Zeit für Messungen beanspruchen. Zur

Verbesserung der RF-Leistung und Erhöhung der Wiederholbarkeit

dieser anspruchsvollen Frequenzbereichsmessungen mitteln

RF-Prüfingenieure häufig mehrere Messungen.

Host-gestützte Implementierung

Spektrumanalysatoren haben sich seit ihren Anfängen als reine

analoge Wobbelgeneratoren stark gewandelt. Sie verfügen inzwischen

über vektorielle Analysefunktionen, Oszillatoren, die eine

schnelle Frequenzänderung zulassen, leistungsstarke A/D-Wandler

und digitale Busse mit hoher Bandbreite wie PXI Express zur Datenübertragung.

Dank dieser Funktionen sind schnellere Messungen

möglich und zudem kann der Anwender die schnellsten Mi-

kro pro zessoren – auch Multicores – nutzen, mit denen sich Messungen

in Software implementieren lassen. Dieser Ansatz, der als

Konzept der virtuellen Instrumentierung bekannt ist, wurde zum

Standard für die leistungsfähigsten automatisierten Testsysteme.

FPGA-basierte Implementierung

Um die Leistungsfähigkeit weiter zu erhöhen, stellen FPGAs eine

Rechenleistung zur Verfügung, die Echtzeitmessungen erlaubt.

Dabei handelt es sich um die Messungen, die sogar schneller erfolgen

als die Erfassung der Daten. NI-FlexRIO-Module verfügen

über leistungsstarke FPGAs der Virtex-Serie von Xilinx, die mithilfe

der Systemdesignsoftware NI LabVIEW programmiert werden

können. Des Weiteren erlauben sie eine Datenübertragung

über PXI Express, wozu die Peer-to-Peer-Streaming-Technologie

mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 MByte/s genutzt wird. Werden

sie mit modularen Messgeräten von NI, wie dem Vektorsignalanalysator

NI PXIe-5665 mit 14 GHz gekoppelt, lassen sich Echtzeitbandbreiten

bis zu 50 MHz kontinuierlich an ein NI-FlexRIO-

Modul zur Verarbeitung übertragen.

60 elektronik industrie 05/2012

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Messtechnik

Bild 1: Express-VIs

für gängige

Vorgänge zur

Signalverarbeitung

vereinfachen die

Programmierung für

leistungsstarke

FPGA-Anwendungen

deutlich.

Wenn ein Messalgorithmus auf einen FPGA übertragen wird,

kann das beste Preis-Leistungs-Verhältnis dann erzielt werden,

wenn das Hauptaugenmerk auf Berechnungen gelegt wird, die am

besten für die FPGA-Beschleunigung geeignet sind. Bei der Nachbarkanalstörung

gehören in dem Zusammenhang die schnelle

Fourier-Transformation und die laufende Summe dazu.

Bild 1 zeigt den LabVIEW-FPGA-Programmcode mit den wichtigsten

Berechnungen für eine Messung der Nachbarkanalstörung

(ACLR, Adjacent Channel Leakage Ratio). Die Daten des Vektorsignalanalysators

gelangen von einem FIFO-Puffer mit Peer-to-Peer-

Verbindung zum FPGA. Der Puffer wird vom Host aus konfiguriert.

Da eine Messung der Nachbarkanalstörung gemäß WCD-

MA-Verfahren (Wideband Code Division Multiple Access) keine

besondere Triggerung erfordert, können sofort aufeinanderfolgende

Zeitbereichsfenster eingesetzt werden, um eine Verfälschung

des Frequenzspektrums bei den nachfolgenden schnellen Fourier-

Transformationen einzuschränken.

Nach der schnellen Fourier-Transformation wird eine laufende

Summe des Betrags jeder Spektrallinie aufrechterhalten. Sobald

die festgelegte Anzahl an Häufungen ermittelt wurde, kann ein

Speicherdirektzugriff (DMA) zur Übertragung der erhaltenen Daten

an den Host für die Normalisierung (Division durch die Anzahl

der Summen), die Leistungsberechnung in jedem Band, die

Host

Instrument

Host

Instrument

FPGA

Configure

Configure

Configure Acquire Acquire

Configure

Transfer

Acquire Acquire

Host FFT Implementation

FFT + Sum

10 averages

Transfer

Acquire Acquire Acquire Acquire Acquire Acquire

FPGA FFT Implementation

Acquire

Peer-to-Peer

FFT + Sum

FFT + Sum

4.6 ms

Transfer

x 10

ACLR

Calculation

ACLR

Calculation

Bild 2: Host-gestützte Messungen bieten eine sehr hohe Leistung. Diesselbe

Berechnung auf einem FPGA ist aber wesentlich schneller.

29 ms

Auf einen Blick

Verarbeitung auf FPGA

Die Vorteile der Verarbeitung auf Field-Programmable Gate Arrays

gehen über Spektrummessungen hinaus. So lassen sich Tests noch

schneller und fl exibler gestalten, wenn eine Vielzahl weiterer Tests

und Algorithmen auf dem FPGA implementiert wird. Durch Implementierung

von Messungen an Mobiltelefonen im LabVIEW-FPGA-Modul

sind wichtige Vorteile von LabVIEW und PXI, wie Parallelität und Peerto-Peer-Streaming,

auch für schnellere, zuverlässigere und fl exiblere

Testarchitekturen nutzbar.

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602ei0512

Umwandlung in dB und die entsprechenden Berechnungen der

Nachbarkanalstörung genutzt werden.

Unnötige Host-Datenübertragungen unterbinden

Bild 2 zeigt dieselbe Messung der Nachbarkanalstörung auf einem

Host-PC und einem FPGA. Für diese Bezugswerte werden ein

Fenster mit einer Länge von 4096, eine schnelle Fourier-Transformation

und ein Intervall für die Akkumulation herangezogen, um

eine Auflösungsbandbreite von unter 10 kHz mit einer Analysebandbreite

von 25 MHz zu erzielen. Die Host-gestützte Implementierung

setzt mehrere leistungsstarke CPU-Kerne und den Datenbus

PXI Express mit hoher Bandbreite ein. Die FPGA-Implementierung

dagegen reduziert die Zeit für Messungen noch weiter, indem

sie dedizierte Echtzeitverarbeitung nutzt und unnötige

Host-Datenübertragungen unterbindet. Hinzu kommt, dass der

FIFO-Puffer nur einmal konfiguriert wird. Die Anzahl der Mittelwerte

ist dabei nicht von Belang. So bezieht sich die Zeit für die

Messung auf die benötigte Zeit für die Erfassung der RF-Daten.

Damit eine optimale Wiederholbarkeit erzielt wird, führen Prüfingenieure

oft eine größere Anzahl an Mittelungen durch. So liefern

beispielsweise 100 Mittelwerte eine Standardabweichung von

0,069 dBc. Mit zunehmender Anzahl an Mittelwerten nimmt auch

die Verarbeitungslast für den Host-FPGA zu. (ah)


Die Autoren: Raajit Lall, Produktmarketing RF-/Wireless-

Tests bei National Instruments , Ryan Verret, Senior

Produktmarketing für FPGA-fähige NI-PXI-Produkte.

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Messtechnik

Bilder: IMMS

Kontaktierung des Mischers on wafer mit drei ACP-Probes.

Test von HF-Zellen

Auf Basis modularer PXI-Testsysteme

Um komplexe HF-Transceiver entwickeln zu können, muss jeder einzelne interne Schaltungsblock evaluiert und

charakterisiert werden. Ein leider sehr oft stiefmütterlich behandelter Punkt beim Designprozess vollständig

integrierter HF-Schaltkreise ist der HF-Test. Das im folgenden Artikel beschriebe Testkonzept auf Basis von

PXI-Testsystemen bietet eine Vielzahl von Vorteilen, unter anderem reduzierte Entwicklungszeiten und Kosten. Die

Messmöglichkeiten können durch Software-Erweiterungen individuell den Anforderungen der jeweiligen Messaufgabe

angepasst werden.

Autoren: Björn Bieske und Klaus Heinrich

Die ISM-Bänder bei 2,4 und 5,8 GHz sowie das 868/915

MHz-Band für „Short Range Devices” sind zur Datenübertragung

über kurze Entfernungen gut geeignet. Neben

proprietären Lösungen haben sich Standards wie

WLAN, Bluetooth und Zig-Bee bzw. IEEE 802.15.4 etabliert. RFC-

MOS und „Embedded analog SoC“ (System on Chip) entwickeln

sich als gut anwendbare und preiswerte Technologien für Funkapplikationen.

Durch die Strukturbreiten von 0,35 μm und kleiner

können die Spezifikationen für viele HF-Systeme bis in den GHz-

Bereich erfüllt werden. Die Fortschritte in der EDA (Electronic

Design Automation) liefern verlässliche Simulationsergebnisse

von Bauelementen und komplexen ICs. Zur Parameterextraktion

und zur Verifikation der Modelle ist es unerlässlich, diese mit HF-

Messungen bis in den GHz-Bereich zu hinterlegen. Standard-Bauelemente

und Baugruppen müssen exakt charakterisiert werden,

um stabil arbeitende komplexe Designs ohne Hardware-Iterationen

im Silizium entwerfen zu können. Der testgerechte (HF)-Entwurf

(„Design for Test“) ist ein wesentlicher Aspekt des Designprozesses.

Die HF-Messungen können auf Evaluierungsboards auf

Platinen (PCB) oder direkt auf dem Wafer unter Nutzung eines

Waferprobers erfolgen. Die Kontaktierung erfolgt über impedanzkontrollierte

HF-Nadeln (ACP-Probes), über eine Probecard oder

in einer Testfixture. Als Messgeräte wurden bisher konventionelle

Einzelgeräte benutzt. Der Fokus soll nun auf dem Einsatz von modularen

Testsystemen auf PXI-Basis liegen. Hierbei können die

Messmöglichkeiten durch Softwareerweiterungen individuell den

Anforderungen jeder Messaufgabe angepasst werden. So wurden

verschiedenste Setups aufgestellt, um die entsprechende HF-Zelle

62 elektronik industrie 05/2012

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Messtechnik

umfassend zu charakterisieren. Ganz allgemein muss eine Vielzahl

von Zellen als IPs betrachtet werden. Dazu gehören Bandgaps/Bias-Zellen,

Operationsverstärker, Oszillatoren, ADCs/DACs, Spannungsregler

und HF-Zellen.

Design einer kundenspezifischen Lösung

Die von der X-Fab bereitgestellten Baublöcke in verschiedenen

Technologien und deren detaillierte Daten bilden einen guten Ausgangspunkt

für das Design einer kundenspezifischen Lösung. Ein

Funktransceiver kann in folgende Blöcke aufgeteilt werden:

■ LNAs

■ Mischer

■ Quarz-Oszillatoren

■ VCOs

■ Taktteiler

■ PLLs

■ Endstufen

Für jede Art von HF-Zellen ist eine angepasste Messkonfiguration

erforderlich und der entsprechende Messablauf muss implementiert

werden. Gerade hier ist mit modularen Testsystemen eine

deutliche Vereinheitlichung und Vereinfachung des Messprogramms

und des Datenmanagements zu erreichen. Neben komplexeren

HF-Zellen ist es wichtig, passive Einzel-HF-Bauelemente zu

charakterisieren, da sich daraus das Verhalten komplexer Schaltungen

ergibt. Als Beispiel werden Messungen und deren Ergebnisse

an verschiedenen LNA- und VCO-Typen mit unterschiedlicher

Schaltungstopologie vorgestellt. Zwei Varianten von integrierten

LC-VCOs sind verfügbar. Beide verwenden ein über Kreuz

gekoppeltes Transistorpaar. Die Varaktoren sind AC- bzw. DC-gekoppelt,

was zu einem unterschiedlichen Abstimmbereich führt.

Die LNAs sind als Breitbandvariante beziehungsweise als selektive

Schmalband-LNAs mit integrierten Schwingkreisen als Lastwiderstand

entworfen worden.

HF-Test während des Designprozesses

Ein sehr wichtiger Punkt des Designprozesses vollständig integrierter

HF-Schaltkreise ist der (HF)-Test, welcher oft oberflächlich

betrachtet wird. Viele Probleme und Missverständnisse können

vermieden werden, wenn ein schlüssiges Testkonzept bereits während

der Entwurfsphase ausgearbeitet wird. Ein erster Schritt zum

Erfolg kann hier das Gespräch des Designers mit einem erfahrenen

Test-Ingenieur, oder der aufklärende Besuch im Testlabor sein.

Auf einen Blick

Charakterisierung von HF-Zellen

Eine einheitliche modulare Hard- und Softwareplattform zur Charakterisierung

von HF-Zellen durch Messungen auf PCBs und Wafern

wurde entwickelt. Die Universalität der Messumgebung ließ sich

durch frühzeitige Zusammenarbeit von Design- und Testingenieuren

erreichen. Modulare PXI-Testsysteme werden durch eigene Hardware-

und Softwaremodule ergänzt. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit.

Durch die Nutzung von umfassend dokumentierten

Standard-HF-Baublöcken wird der Designprozess für kundenspezifi -

sche Applikationen beschleunigt. Die vorgestellten Arbeiten fl ankierten

das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

geförderte Projekt Oktopus (Förderkennzeichen 13N19345) innerhalb

des Förderprogramms IKT2020.

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Wesentliche Entscheidungen bei der Festlegung von Testsignalen

und deren Charakterisierung sind die Wahl des Gehäusetyps

und des Pin-outs für die Nutzung vorhandener Standardboards,

die eine sehr schnelle Inbetriebnahme und erste DC-Funktionstests

ermöglichen. Diese sind meist mit einfacher Messtechnik,

Spannungs- und Stromquellen, Multimeter oder Ähnliches möglich

und erlauben eine schnelle Aussage über die prinzipielle Funktionalität

des ICs. Um derartige Schnelltests durchführen zu können,

muss das zu untersuchende DUT (Device Under Test) bestimmte

Voraussetzungen erfüllen. Speziell für den Test von analogen,

mixed-signal- und HF-Test-ICs hat sich in der Vergangenheit

ein grundsätzliches Paradigma als vorteilhaft erwiesen:

■ möglichst wenig Steuersignale

■ notwendige Steuersignale mit Pull-up- bzw. Pull-down-Funktion

als Defaultwert

■ DUT ist aktiv/enabled im Power on-/Default-Mode

■ on-chip-Regler sind zunächst im Modus standby/disabled

■ wichtige DC-Referenzsignale sind testbar, (Bandgapspannung,

Referenzströme).

Für einen testgerechten Schaltungsentwurf (DfT – Design for Test)

ist es wichtig, dass alle Layoutvarianten einem definierten Standard

entsprechen, der die Lage der HF- und Masse-Pins festlegt.

Damit wird es möglich, auf einer Hardwareplattform alle HF-Zellen

messtechnisch zu behandeln. Das Hardware-Setup erstreckt

sich dabei von der Anordnung der Nadeln bei Messungen on wafer,

über die Probecard bis hin zum PCB-Layout der Evaluationboards.

Diese unterscheiden sich letztendlich nur in der Bestückung

der externen Bauelemente bei einheitlichem Grundlayout

voneinander. Dieses Layout erlaubt die Evaluierung von LNAs,

Mischern, VCOs/PLLs bis hin zu PAs. Ein einheitlich definiertes

Interface zur Messtechnik wird so geschaffen.

Testaspekte frühzeitig einbeziehen

Durch die frühzeitige Einbeziehung von Testaspekten in den Design-Flow

wurde für die Mehrzahl der HF-Zellen ein ähnliches

Padlayout gewählt: Zwei HF-Ports an den gegenüberliegenden Seiten,

optional einen HF-Port „oben“ (zum Beispiel für den LO beim

Mischer beziehungsweise die geschirmte Kontaktierung der Abstimmspannung

beim VCO) und diverse DC-Pins zur Steuerung

und Stromversorgung der Schaltungen. Für den Einsatz auf PCBs

wurden SMD SO-16 Gehäuse verwendet. Für höhere Frequenzen

ist die Verwendung von QFN32-(5x5mm²) Gehäusen vorgesehen.

Als IC-Messfassungen können die im Produktionstest verwendeten

Testfixtures benutzt werden. Diese sind dort bereits bekannt

und in ihren Eigenschaften charakterisiert, womit sich die Lücke

zwischen Labormessungen und Produktion schließen lässt. So

können Bauelemente unterschiedlichster Technologien auf bekannter

und messtechnisch charakterisierter Hardware direkt miteinander

verglichen werden. Für die Messumgebung werden die

Entwicklungszeit und die Kosten deutlich minimiert.

Bauelemente detailliert charakterisieren

Um die Bauelemente detailliert zu charakterisieren, wurde ein Satz

von HF-Messungen in Labview implementiert. Die ersten Untersuchungen

dazu erfolgten manuell im Labor. Darauf aufbauend

wurde ein Programmsystem in Labview entwickelt, welches automatisierte

Messungen von vollständigen Wafern ermöglicht. Entsprechend

der Testspezifikation wurden verschiedene Arten von

Messungen implementiert. Dazu gehören S-Parameter-Messungen,

Spektralanalyse, Rauschmessungen, Transiente Messungen,

Großsignalmesungen und DC-Messungen.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 63


Messtechnik

Oben: Analoge IPs von X-Fab.

Rechts: Evaluationboard für VCOs und LNAs mit SMD-Fassung für

SOIC-16-Gehäuse.

Setup zur Messung für die Charakterisierung von VCOs auf Evaluationboards

mit Signal-Source-Analysator von Agilent.

Modulares PXI-Testsystem, angeschlossen an Waferprober zur Charakterisierung

von LNAs und VCOs sowie Netzwerkanalysator als externes Gerät.

Bei den DC-Messungen besteht die Herausforderung darin, Standby-Ströme

bis in den nA-Bereich reproduzierbar zu messen. Auch

die spektrale Reinheit der Stromversorgung ist kritisch bei PLLund

VCO-Messungen. Bei den Labormessungen wurden zunächst

Sourcemeter, Spektralanalysatoren und Signalanalysatoren eingesetzt.

Diese Geräte stellen Messroutinen zur VCO/PLL-Charakterisierung

und darauf zugeschnittene Hardware zur Verfügung.

Nachteilig waren hier die Messgeschwindigkeit, die durch den externen

GPIB-Bus bestimmt wurde, die Kosten für die eingesetzte

Messtechnik sowie die unübersichtliche Verkabelung der Geräte.

Bei allen Messungen muss zwischen dem Aufwand an Messhardware,

automatisiertem Testequipment inklusive der Software zur

Steuerung und der Anzahl der zu messenden Bauelemente abgewogen

werden.

Nutzung modularer Testsysteme

Die Nachteile der Labormessungen führten zur Nutzung modularer

Testsysteme. So wurden die Labormessungen auf PXI-Kleintestern

unter Verwendung von Labview umgesetzt. Neben den verfügbaren

PXI-Karten wie HF-Downkonverter, Digitizer, HF-Signalgeneratoren,

Relaistreiber und Stromversorgung wurden auch

PXI-Karten zur Erweiterung der Messmöglichkeiten entwickelt.

So beispielsweise eine PMU-Karte, die als 32-kanaliges Sourcemeter

eingesetzt werden kann. Das ermöglichte einen Anschlusstest

an 32 Pins und eine rauscharme Stromversorgung des VCOs. Außerdem

konnten nun Ströme bis unter 1 nA gemessen werden.

Auch lässt sich die Karte als 32-kanaliges Digitalmultimeter verwenden.

Modulare PXI-Testsysteme bietet viele Vorteile:

■■ kompakte Geräteanordnung

■■ übersichtliche, kurze Verkabelung

■■ Integration verschiedenster Messkarten

■■ deutlich kürzere Messzeiten

■■ flexibles Messdatenmanagement

■■ modulare komplexe Messabläufe

■■ Spezialmessungen in Software-Energieeinsparung

■■ schnellere Programmentwicklung

■■ Wiederverwendbarkeit der Programme

■■ flexible Skalierbarkeit/Erweiterbarkeit

■■ Datenauswertung online möglich

Sollte eine Messfunktion nicht mit dem PXI-Testsystem zu erfüllen

sein, kann ein externes Messgerät über LAN oder GPIB oder

Ähnliches integriert werden. Dies wurde zur Messung von S-Parametern

an Mischern und LNAs unter Verwendung eines Netzwerkanalysators

praktiziert, da eine PXI-Karte dafür nicht verfügbar

war und die Entwicklung einer solchen vom Aufwand her

nicht vertretbar wäre. Auch die finale Applikation kann mit demselben

Messequipment charakterisiert, evaluiert und getestet

werden. (ah)

n

Die Autoren: Björn Bieske (Foto), IMMS Institut für Mikroelektronik-

und Mechatronik-Systeme, Ilmenau und Klaus Heinrich,

X-Fab Semiconductor Foundries, Erfurt.

64 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


RF- und Mikrowellen-

Messtechnik neu definiert

Modulare Hardware und offene Software

Erhöhen Sie Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität Ihrer Testanwendungen

im RF- und Mikrowellenbereich mit der modularen Hardware und der offenen

Software von National Instruments. Im Gegensatz zu traditionellen Messgeräten,

die aufgrund des technologischen Fortschritts schnell veraltet sind, setzen Sie

mit der Systemdesignsoftware NI LabVIEW und NI-PXI-Hardware die aktuellsten

Technologien bei PC-Bussen, Prozessoren und FPGAs ein.

WIRELESS-TECHNOLOGIEN

National Instruments unterstützt zahlreiche

Wireless-Standards, darunter:

LTE

802.11a/b/g/n/ac

WCDMA/HSPA/HSPA+

GSM/EDGE

CDMA2000/EV-DO

Bluetooth

>> Weitere Informationen finden Sie hier: ni.com/r e d e fi n e

089 7413130

© 2012 | National Instruments, NI und LabVIEW sind Marken der National Instruments Corporation.


Messtechnik

Neue Herausforderungen

in der Thermografie

Zugriff auf Wärmebildkameras – unabhängig von den verfügbaren Mitteln

Infrarot-Thermografie kommt in immer mehr Industrieanwendungen zum Einsatz. Gefragt sind dabei immer

leistungsfähigere, funktionsreiche Wärmebildkameras, die eine eingehendere Analyse ermöglichen. Bevor aber

solche Geräte angeschafft werden, sollte man sich darüber im Klaren sein, welche Funktionen einen wirklichen

Vorteil bieten und wie die Beschaffung der Geräte vonstatten geht.

Autor: Oliver Lanz

Es gibt eine einfache Checkliste, die jeder potenzielle Anwender

bei der Spezifizierung einer Infrarot-Wärmebildkamera

überprüfen sollte. Damit lässt sich das richtige Modell

für die jeweilige Aufgabe auswählen.

Wesentliche Leistungsmerkmale

Eine Vielzahl von Anwendungen, zum Beispiel die Überwachung

von Stromverteilern, zerstörungsfreie Tests oder die Klimaanlagen-Inspektion,

erfordern detaillierte Wärmebilder. Eine Wärmebildkamera

mit der größtmöglichen Anzahl an Pixel pro Flächeneinheit

ist dabei von Vorteil, da mehr Daten aus dem Bereich, der

von Interesse ist, gesammelt werden können. Dies führt zu schärferen,

gut definierten Bildern und verhindert, dass kleinere Wärmeanomalien

übersehen werden. Eine Kamera mit 640 x 480 Pixel

vervierfacht die Auflösung, wie sie Standardkameras mit 320 x 240

Pixel bieten. Es steht eine wesentlich bessere Bildschärfe, oder alternativ

ein klareres Bild für vom Ziel weiter entfernten Kameras

zur Verfügung.

Die Genauigkeit des Bildgebers ist ebenfalls entscheidend. Jede

Abweichung zwischen dem, was erkannt wird und zwischen dem,

was wirklich geschieht, kann schwerwiegende Folgen haben. Temperaturmessungen

sollten idealerweise eine Genauigkeit von ±2 %

aufweisen, um beste Ergebnisse zu erhalten. Die Breite des Temperaturbereichs

wird zunehmend größer, da Techniker bei einem

Produkt heute ein größeres Wärmespektrum erwarten, anstatt

mehrere Produkte anzuschaffen. Es ist daher unerlässlich, dass die

Kamera je nach Anwendung sowohl hohe als auch niedrige Temperaturbereiche

abdeckt.

Betriebsbedingungen

Neben den verschiedenen Leistungsmerkmalen von Infrarot-Kameras

gibt es Design-Faktoren, die beachtet werden sollten. Erstens

gibt es einen eindeutigen Bedarf an längeren Akkulaufzeiten.

Anwender sind damit nicht eingeschränkt und können ihre Aktivitäten

ohne Sorge über das Aufladen des Geräts durchführen. Ein

fortschrittliches ergonomisches Design ist ebenfalls von Vorteil. Ist

Bild: cpauschert - Fotolia.com

66 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Messtechnik

eine Wärmebildkamera umständlich und schwer zu halten, hat

dies nachteilige Auswirkungen auf die Effizienz, mit der der Anwender

seine Aufgaben erledigt.

Hinzu kommt eine starke Nachfrage nach intuitiveren Bedienerschnittstellen,

durch die schnell navigiert werden kann und die

sich einfach bedienen lassen. Für Anwender, die viele Stunden am

Tag eine Wärmebildkamera bedienen, zahlt sich eine hochqualitative

Benutzererfahrung aus, da sich der Durchsatz erhöht und die

Fehlerrate verringert. Werden Messungen falsch aufgenommen,

müssen sie wiederholt werden, was Zeit und Geld kostet. Noch

schlimmer ist es, wenn falsch aufgezeichnete Daten nicht beachtet

werden. Dies kann zu Sicherheitsrisiken führen. Auch wenn zusätzliche

Funktionalität mehr kostet – die Produktivität wird damit

erhöht oder kostspielige menschliche Fehler werden verringert.

Die Investition ist somit gerechtfertigt.

Ein integrierter Laserpointer ist ebenso ein Vorteil heutiger moderner

Wärmebildeinrichtungen. Damit können Anwender ihre

Hände aus gefährlichen Umgebungen heraushalten, wenn sie versuchen,

die genaue Position eines Hotspots einem anderen Mitarbeiter

zu zeigen. Auch können verschiedene Mitarbeiter an einer

bestimmten Aufgabe zusammenarbeiten und ihre Bildansichten

sowie Erfahrungen in Bezug auf das vorliegende Problem teilen.

Eine wertvolle Neuerung einer Wärmebildkamera ist eine hochauflösende

Kamera mit integrierter Ausleuchtung. Damit lassen

sich Bilder entsprechend dem, was das menschliche Auge sieht, erstellen.

Dies erlaubt eine klarere Dokumentation der Arbeit und

senkt die Fehlerrate. Neue Funktionen fortschrittlicher Wärmebildkameras

erlauben die Zusammenführung von Wärmebildern

und visuellen Bildern zu einem zusammengesetzten Bild. Mittels

Touchscreen-Bearbeitung lässt sich ein Strecken und Skalieren des

Wärmebildes (Picture-in-Picture) ausführen. Der Anwender kann

dann das zusammengesetzte Bild individuell erstellen, um genau

das zu untersuchende Objekt zu erfassen. Damit verbessert sich

die Analysegenauigkeit.

Die P660 von Flir Systems ist nur eine der zahlreichen neuen

Bildgebungssysteme, die mit den heutigen Anforderungen im Bereich

der Thermografie mithält (Bild 1). Diese hochleistungsfähige

Wärmebildkamera bietet 640 x 480 Pixel Auflösung mit 30 K Empfindlichkeit

und ±1 % Toleranz. Der Standardbetriebstemperaturbereich

erstreckt sich von -40 bis 500 °C; der erweiterte Temperaturbereich

bis 2000 °C. Das System bietet ein hochauflösendes 5,6-

Zoll-Flip-out-LCD mit kippbarem Sucher sowie USB- und Fire

Wire-Anbindung. Die visuelle 3,2-MPixel-Kamera bietet eine Autofokus-Funktion

und einen Zielbeleuchter. Passende FoV-Linsen

(Field-of-View) sorgen dafür, dass Wärme- und visuelle Bilder bei

unterschiedlichen Abständen angezeigt werden – und das mit der

FoV. Die Bildvereinigung von Wärme- und visuellem Bild vereinfacht

das Auffinden von Hotspots.

Auf einen Blick

Miete statt Kauf entlastet das Budget

Als Spezialist in der Vermietung von Testgeräten arbeitet Livingston

mit führenden Markenherstellern zusammen, einschließlich Flir Systems.

Damit steht ein umfassendes Angebot an Wärmebildkameras

bereit. Unternehmen steht eine Vielzahl von Kameras und dazugehöriger

Testgeräte wie Leistungsmesser, Logger, Durchfl ussmesser etc.

zur Verfügung, um somit eine vorbeugende Wartung und Überprüfung

von Projekten durchführen zu können.

Bild 1: Die hochleistungsfähige Wärmebildkamera P660 von Flir Systems.

Die Benutzerschnittstelle des P660 verfügt über programmierbare

Tasten. Das integrierte GPS ermöglicht eine präzise Positionsbestimmung,

von wo aus Messungen getätigt werden. Dies erhöht

die Qualität der Messdaten weiter. Die Ortsdaten werden automatisch

zu jedem Bild hinzugefügt. Die Li-Ionen-Batterie ermöglicht

drei Stunden Betriebsdauer.

Finanzielle Überlegungen

Die hohen technischen Anforderungen, denen Wärmebildkameras

heute ausgesetzt sind, führen zu qualitativ höherwertigen Modellen

wie der P660. Finanziell kann eine Anschaffung dieser Kamera

aber jenseits des zur Verfügung stehenden Budgets liegen.

Daher müssen sich die Geschäftsmodelle ändern.

Das heutige wirtschaftliche Umfeld verleitet Unternehmen dazu,

weniger Investitionen im Vorfeld zu tätigen. Der Hauptgrund ist

das Risiko, dass die angeschafften Geräte nicht genügend genutzt

werden und damit nicht ausgelastet sind. Damit fehlen die Einnahmen,

die notwendig sind, um die Anschaffungskosten zu kompensieren.

Mit einem Gerät, das im Regal verstaubt, lässt sich kein

Geld verdienen.

Aus der Befürchtung, ein teures Bildgebungsgerät im Unternehmen

zu haben, das keine Verwendung findet, macht sich das Geschäftsmodell

des Leasings/Mieten einen direkten Nutzen. Es ist

wesentlich attraktiver als ein Direktkauf. Durch die Miete entfallen

zusätzliche Kosten für die Rekalibrierung, Wartung, Versicherung,

sichere Aufbewahrung und für die eventuelle Entsorgung. Unternehmen

erfahren keine wirtschaftlichen Einbußen durch Wärmebildkameras,

die sich gerade in Reparatur befinden. Darüber hinaus

lassen sich Schwankungen in der Nachfrage abfedern – mit

einer höheren oder niedrigeren Anzahl an Geräten, die gerade gemietet

werden. Dieser Ansatz sorgt auch für technologische Änderungen

vor, da eine einfache Aufrüstung möglich ist. Höherwertige

Modelle lassen sich dann mieten, wenn das bestehende Gerät die

Anforderungen eines Projekts nicht mehr erfüllt.

Durch eine Miete anstatt eines Sofortkaufs erhält man Zugriff

auf das gesamte Angebot an Wärmebildkameras – unabhängig von

den zur Verfügung stehenden Mitteln. (jj)


Bild: Flir Systems

infoDIREKT www.all-electronics.de

512ei0512

Der Autor: Oliver Lanz, Livingston.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 67


Messtechnik

Teamwork

So setzt man die Maschinenrichtlinie erfolgreich um!

„Meeting um 10.00 Uhr – dann möchte ich Ihre Unterlagen zur Maschinensicherheit sehen“. Treibt Ihnen diese

Einladung Ihres Kunden Schweißperlen auf die Stirn Klar, Kollege Meier hat sich Gedanken zur Produktsicherheit

gemacht. Ist alles gespeichert – aber nur in seinem Kopf. Zu dumm nur, dass Kollege Meier gerade auf Hawaii

relaxt und seine Gedanken zur Produktsicherheit gleich nach seinem Urlaub zu Papier bringen wollte …


Autoren: Juliane Pielmeier und Max Rembeck

Maschinen so sicher wie möglich zu bauen, darum geht´s

bei der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG – egal, ob

man eine Maschine in Verkehr bringen oder selbst betreiben

möchte. In keinem Fall darf sie, wenn sie benutzt,

gewartet oder entsorgt wird, die Gesundheit und Sicherheit

von Menschen, Umwelt und Maschinen gefährden. Wenn Sie die

Sicherheit der Maschine erhöhen, verringern Sie gleichzeitig das

Risiko von Sachschäden. Behalten Sie dabei immer im Blick: Die

Maschinenrichtlinie kann man nicht kurz nach dem Lackieren

oder vor dem Verpacken noch schnell abhaken. Sie ist Teil aller

Produktlebensphasen – vom Planen bis zum Verschrotten. Unterstützung

bei der Umsetzung der Maschinenrichtlinie bieten auch

EMV-Dienstleister, wie beispielsweise das EMV-Testhaus in Straubing.

Gehen Sie auf Nummer sicher

Wer sich Gedanken macht, die Maschinenrichtlinie umzusetzen,

ist auf dem richtigen Weg. Die neue Maschinenrichtlinie ist seit

dem 29. Dezember 2009 in allen Ländern des europäischen Wirtschaftsraumes,

in der Schweiz und in der Türkei anzuwenden.

Durch Transformation in nationales Recht ist sie verbindlich. Darüber

informiert das Bild 1.

Die Maschinenrichtlinie, deren Hauptschritte Bild 2 zeigen,

dient der Sicherheit. Denn man dokumentiert damit jeden Schritt

auf dem Weg zum sicheren Produkt. So können persönliche Konsequenzen

für Sie und Ihre Mitarbeiter sowie lästige Schadenersatzforderungen

vermieden werden. Jeder Mitarbeiter ist persönlich

haftbar, dass in seinem Verantwortungsbereich die gesetzlichen

Vorgaben aus der 9. Verordnung zum Produktsicherheitsge-

Bilder: EMV Testhaus/Royexport SAS

68 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Auf einen Blick

Sicherheit in den Griff bekommen

Maschinen so sicher wie möglich zu bauen, darum geht es bei der

Maschinenrichtlinie 2006/42/EG – egal, ob man eine Maschine in

Verkehr bringen oder selbst betreiben möchte. In keinem Fall darf sie,

wenn sie benutzt, gewartet oder entsorgt wird, die Gesundheit und

Sicherheit von Menschen, Umwelt und Maschinen gefährden. Die

neue Maschinenrichtlinie ist seit dem 29. Dezember 2009 in allen

Ländern des europäischen Wirtschaftsraumes, in der Schweiz und in

der Türkei anzuwenden. Von einer Risikobewertung ausgehend muss

man die Risiken mindern und die funktionale Sicherheit erhöhen.

Manchmal ist es auch notwendig, auf Restrisiken hinzuweisen.

infoDIREKT www.all-electronics.de

523ei0512

setz umgesetzt werden. Der Verantwortungsbereich ergibt sich aus

der Position im Unternehmen oder durch Stellen- und Funktionsbeschreibungen.

Wie machen Sie Ihre Maschine sicher Ganz klar: Sie starten mit

einer Risikobeurteilung. Dabei bestimmen Sie Grenzen und Sicherheitsrisiken

bereits, wenn Sie die Maschine planen, sowohl bei

bestimmungsgemäßer Anwendung als auch bei vernünftigerweise

vorhersehbarer Fehlanwendung. Die „Grundlegenden Sicherheitsund

Gesundheitsschutzanforderungen“ findet man im Anhang I

der Maschinenrichtlinie. Über die Schritte Risikobeurteilung und

Risikominderung informiert die Sicherheitsgrundnorm EN ISO

12100. Nach der Bewertung der Gefährdungen, Verletzungs- und

Gesundheitsrisiken geht´s – wo erforderlich – darum, das Risiko

in drei Stufen zu vermindern:

■ konstruktive Sicherheit, z. B. Gefahrenstellen mit einem Gehäuse

einschließen.

■ funktionale Sicherheit, mit steuerungstechnischen Sicherheitsschaltungen,

deren Sicherheitsintegritätslevel [SIL] nach EN

61508 oder Leistungsgrad [PL]nach EN ISO 13849 ebenfalls zu

■ bestimmen sind.

■ Hinweise in der Betriebsanleitung, Piktogramme, Warnaufschriften

Hinweise auf (Rest)gefahren und Spezialausbildungen in der Betriebsanleitung

oder Aufkleber auf dem Produkt sind nicht die optimale

Lösung. Doch wie funktioniert es besser Setzen Sie bereits

bei der konstruktiven und der funktionalen Sicherheit an – am

besten mit einem Team aus Spezialisten aller Bereiche Ihres Unternehmens,

die an der Planung und Produktion der Maschine beteiligt

sind. Im Team werden die Gefahrenquellen systematisch und

strukturiert identifiziert und bewertet. Der Teamleiter führt seine

Mitarbeiter so, dass er ihnen die Angst vor dem Ausmaß der Norm

und den notwendigen Prüfungen und Messungen an der Maschine

abnimmt. Der Dokumentationsbevollmächtigte koordiniert dabei

jeden Schritt. Mehr dazu erfahren Sie unter Punkt „Der Dokumentationsbevollmächtigte“.

Und so funktioniert es

Zuerst ist es wichtig, dass Sie die Ausgangssituation im Team definieren

und Begriffe bestimmen. Was genau ist zu definieren Für

alle transparent sein sollte das Einsatzgebiet des Produktes. Denn:

Das Einsatzgebiet bestimmt die Maschinengrenzen. Diese wiederum

entscheiden darüber, wann der Verantwortungsbereich der

Maschine aufhört und die Arbeitsmittel- bzw. Betriebssicherheit

beginnt. Auch über die Auslegung der Begriffe aus der Maschinenrichtlinie

sollte man sich einig sein. Und wenn mal etwas passiert

Klimamess- und Prozessleittechnik

mit Wetterstationen, Sensoren mit

Datenloggern und Anzeigeelementen

––

Wetterstationen–und–Sensoren–mit–einfacher–Installation–nach–dem–Plugand-Play-Prinzip,–Inbetriebnahme–in–typisch–5–10–Minuten

––

Wetterstationen–und–Sensorik–mit–Mikroprozessor–und–Datenlogger

––

Sensorik–zum–Messen–von–Temperatur,–Feuchte,–Luftdruck,–Windrichtung,–

Windgeschwindigkeit,–Globalstrahlung–und–Regenmenge,–UV-Strahlung,–

Helligkeit,–Blattfeuchte,–Bodentemperatur–…–

––

alle–Geräte–werden–mit–Kalibrierzertifikat–geliefert

––

analoge–und–digitale–Klein-–und–Großanzeigen–zum–Ablesen–über–10–m

––

ASCII-Schnittstelle,–RS232,–RS422,–USB,–GSM-Modul,–WLAN,–TCP/IP

––

Software–für–grafische–Darstellung–mit–Statistik–bis–zur–Gebäudeleittechnik–

––

mobile–Einsatzmöglichkeit,–Transportkoffer–mit–Stativ–und–Zubehör

––

Einsatz:–Flughäfen,–Forschung,–Wetterdienste,–Militär,–Agrar,–Formel–1–…

––

Ganzjahresbetrieb–mit–Heizung–(optional–wie–einige–andere–Positionen)

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17.01.2012 EMV TESTHAUS GMBH 1

Messtechnik

Binnenmarktrecht in der BRD

Pflichten des Inverkehrbringers

Bild 1: Binnenmarktrecht in

Deutschland.

EG-

Richtlinie

2006/42/EG

Transformation in

nationales Recht

Produkt-

Sicherheitsgesetz

ProdSG

Umsetzung durch

Rechtsverordnungen

9. Produktsicherheitsverordnung

9. ProdSGV

Maschinen-Verordnung

(01.12.2011)

(15.12.2011)

– wie ist das Ausmaß des Schadens definiert Klar, „tödlich“ ist eindeutig,

aber was genau bedeutet „leicht verletzt“ bzw. „schwer verletzt“

Dabei kommt es auf die genaue Beschreibung an. Nur so

kann beurteilt werden, wie groß die Gefahr und das Verletzungsrisiko

sind. Erst dann kann man mit angemessenen Maßnahmen

entgegenwirken.

Danach kann man im Team mit der Risikobeurteilung und Risikominderung

beginnen und sich die Fragen stellen: „Welche Gefährdungen

treten an meiner Maschine auf“ Dies können beispielsweise

Quetschgefahren, Gefahren durch hydraulische oder

elektrische Ausrüstung (Stromschlag und so weiter) sein. Wichtig

dabei ist, auch die Gefahrenstellen zu identifizieren. Diese treten

an beweglichen Teilen wie Motoren, Elektroverteilungen, scharfen

Ecken und Kanten oder unzureichend beschrifteten Bedienelementen

auf.

Hauptprozessschritte der Maschinenrichtlinie:

Teamwork als Schlüssel zum Erfolg

Wenn alles definiert, Grenzen der Maschine bestimmt und alle am

gleichen Ausgangspunkt sind, dann identifiziert man das Risiko.

Dazu sammeln die Teammitglieder alle notwendigen Daten zu den

Gefährdungen, die sowohl bei bestimmungsgemäßer Verwendung

als auch bei vernünftigerweise vorhersehbarer Fehlanwendung der

Maschine auftreten können. In Risikoanalyseworkshops tauscht

sich Maschinenrichtlinie das Team darüber aus und trägt die 2006/42/EG

Ergebnisse schrittweise

zusammen. Durch die unterschiedlichen Sichtweisen von Konstrukteuren,

Instandhaltern und Mitarbeitern anderer Bereiche im

Team können Gefahren ausgeschlossen und erfolgreich beseitigt

werden. Teamwork ist der Schlüssel zum Erfolg: Beim Erfahrungsaustausch

wird klar, ob beispielsweise eine Schutzvorrichtung, die

der Konstrukteur plant, vom Betreiber der Maschine einfach oder

nur mit sehr viel Aufwand gewartet werden kann. Oder ob die Verletzungsgefahr

an einer Stelle der Maschine so gering ist, dass eine

einfache Absicherung anstelle einer komplizierten Steuerung ausreichend

ist. Wichtig ist, dass die Teammitglieder die Software bedienen

und darauf zugreifen können. Ganz egal, ob dabei Spezial-

Software oder einfache Programme wie Word, Excel oder Bilder

eingesetzt werden. Die Gefährdungssituationen müssen für alle

Produktlebensphasen erkannt werden. Die DIN EN ISO 12100 beschreibt

diese wie folgt:

■ Transport

■ Montage und Installation; in Betrieb nehmen

■ Einrichten; Einlernen (Teachen)/Programmieren und/oder

Umrüsten

■ Betrieb

■ Reinigung; Instandhaltung

■ Fehlersuche und Fehlerbeseitigung

Außerdem sind die Punkte Demontage und außer Betrieb nehmen

in der DIN EN ISO 12100 beschrieben.

17.01.2012 EMV TESTHAUS GMBH 1

Ein Tipp

Know-how und jahrelange Erfahrung beim Bau von Maschinen

sind in Ihrem Unternehmen vorhanden Dann greifen Sie bei der

Risikobeurteilung darauf zurück! Aus der Historie wissen Sie am

besten, welche Unfälle, Gesundheitsschäden, Emissionen oder

Fehlfunktionen beim Einsatz Ihres Produktes auftreten können.

Unfallstatistiken informieren Sie beispielsweise darüber, mit wel-

Steigerung der Maschinensicherheit

Rahmenbedingungen

definieren

Gefahrenpunkte/Anforderungen

ermitteln

Zutreffende Normen

ermitteln

Risikominderung

erarbeiten

Dokumentation

erstellen

1 2 3 4

Einsatzbereich, Grenzen

Produktbeschreibung

Schnittstellen

Personenkreise

Medien

Physikalische Werte

Lebensphasen,

Gefahrenstellen definieren

und beschreiben

Gefahrenbereiche ermitteln

Risikoanalyse ( 1 Durchlauf)

Abgrenzung zu Gefahren

resultieren aus dem

Arbeitsplatz

(Betriebssicherheit)

Normen recherchieren die

ggf. zur Bewertung der

ermittelten Gefahrenstellen

herangezogen werden

können (z.B.

Hydraulikanlagen

EN ISO 4413)

Klärung ob ggf. zutreffende

Produktnormen (C-

Standards) vorhanden sind

Risikoanalyse (weitere

Durchläufe) zur

Risikominderung

Maßnahmen entwickeln

Risikobewertung

(Eingangsrisiko vor

Maßnahme, Ausgangsrisiko

/ Restrisiko)

BA hinsichtl. erf. Angaben +

Inhalte (lt. MRL) überprüfen

und ggf. erweitern

Erstellen der technischen

Unterlagen nach Anhang

VII der MRL als

Navigationsdokument der

techn. Dokumente / Wo liegt

was

Alle Bilder: EMV Testhaus

Bild 2: Hauptschritte der Maschinenrichtlinie.

70 elektronik industrie 05 / 2012

www.elektronik-industrie.de


Messtechnik

cher Wahrscheinlichkeit Unfälle eintreten und welche gesundheitlichen

Schäden sie verursachen. Daraus kann das Risiko Ihres Produktes

abgeleitet werden.

Gefahr erkannt – Gefahr gebannt

Nachdem Sie Risiken Ihres Produktes erkannt haben, bewerten Sie

diese. Im nächsten Schritt sind – wo erforderlich – Maßnahmen

zur Risikominderung zu entwickeln. Konstruktive Sicherheit ist

das oberste Ziel. Sie entsteht beispielsweise, indem Sie Gefahrenstellen

mit einem Gehäuse einschließen. Funktionale Sicherheit

kann durch den Einsatz einer steuerungstechnischen Sicherheitsschaltung

integriert werden. Achtung: In diesem Fall muss auch

die Steuerung auf ihre Ausfallsicherheit beurteilt werden! Hierbei

unterstützt die Norm DIN EN ISO 13849. Prüfen Sie während des

Produktionsprozesses in regelmäßigen Abständen, ob der geforderte

Leistungsgrad erreicht wird. Auch beim Betrieb der Maschine

ist es wichtig, den Leistungsgrad regelmäßig zu kontrollieren –

durch Software oder Instandhaltungs- und Wartungsmaßnahmen.

Wenn komplexe Steuerungen und Software eingesetzt werden,

dann kann die Berechnung sehr aufwändig sein. Man holt sich daher

am besten die Informationen zur gefährlichen Ausfallwahrscheinlichkeit

vom Hersteller der Zukaufteile. Und bleiben Sie am

Ball, wenn diese Info nicht leicht zu bekommen ist.

Was passiert, wenn keine konstruktive oder funktionale Sicherheit

hergestellt werden kann Dann muss der Benutzer auf die

Restrisiken aufmerksam gemacht werden – mit Piktogrammen auf

der Maschine, Warnhinweisen und Warnsymbolen nahe der Gefahrenstelle

sowie Hinweisen in der Betriebsanleitung. Wichtige

verbindliche Inhalte sind in der Maschinenrichtlinie geregelt.

Für technische Anleitungen gibt es zusätzliche Normen wie beispielsweise

EN 62079. Der Prozess der Risikoanalyse erfüllt nicht

nur die Vorgaben der Maschinenrichtlinie, sondern hat Vorteile

im Produktionsprozess: Sie erkennen frühzeitig Sicherheitslücken

und können die Produktstrategie anpassen. Außerdem können

Änderungen des Produkteinsatzgebietes wirtschaftlich sein.

Damit Ihr Kunde die Maschine sicher bedienen kann, erstellen

Sie eine technische Begleitdokumentation. Diese besteht aus der

Betriebsanleitung (inklusive Hinweis auf Restgefahren), einem Typenschild

mit CE-Kennzeichnung bei vollständigen Maschinen

und einer Einbauerklärung bei unvollständigen Maschinen. Informationen

dazu gibt Anlage I der Maschinenrichtlinie. Technische

Unterlagen, die jederzeit von Behörden und der Staatsanwaltschaft

kontrolliert werden können, erstellen Sie nach Anlage VII der Maschinenrichtlinie

und bewahren diese im Unternehmen auf.

Wie wir uns von der Sicherheit der Maschine überzeugt haben

Dies können Sie jetzt leicht beantworten, da der Dokumentationsbevollmächtigte

die Risikobewertung in allen Produktlebensphasen

– von der Planung bis zur Entsorgung – bereits für Sie nachvollziehbar

festgehalten hat. Abgelegt an einem definierten Ort

sind Sie mit diesen Aufzeichnungen auf der sicheren Seite: Wissen

und Erfahrungen bleiben in Ihrem Unternehmen, auch wenn Ihr

Dokumentationsbeauftragter Meier in zwei Jahren Müller heißt.

Und wenn Ihr Kunde Sie zum Meeting bittet Dann präsentieren

Sie ihm in aller Ruhe Ihre Unterlagen. (sb)

n

Autoren: Juliane Pielmeier und Max Rembeck sind

Mitarbeiter bei EMV Testhaus, Straubing

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Messtechnik

Infrarot-Optik

Vielfältig einsetzbares Thermografiesystem

Im Bereich der Fotografie und der Filmkameratechnik steigen die

Pixelzahlen stetig an. Die Bemühungen in der bildgebenden Infrarotmesstechnik,

der quantitativen Thermogrammetrie, insbesondere

aber auf dem Markt der ungekühlten Focal-Plane-Array Detektoren,

sind hinsichtlich geometrischer Auflösungssteigerungen

jedoch nicht von maßgeblichem Erfolg gekrönt.

Zuzuschreiben ist diese Tatsache nicht einem mangelhaften Bemühen

der Industrie, sondern den äußerst komplizierten Fertigungsaufwendungen

eines thermischen Detektors. Diese eher mikromechanisch

zugeordneten Produktionsprozesse, kombiniert

mit fotolithografischen Finessen, verhindern eine rasche Steigerung

von Auflösungszahlenwerten. Um die Entwicklungsbemühungen

hinsichtlich mehr geometrischer Auflösung beschleunigen

zu können, wurde einer wesentlich wirkungsvolleren Alternative

der Vorzug gegeben.

Eine Wärmebildkamera, basierend auf echter optischer Zoom-

Technik, gepaart mit einem homogenen VOx-Detektor als sehr

wärmeempfindliche Sensorik, erfüllt jegliche Ansprüche an ein

vielfältig einsetzbares Thermografiesystem. Durch ein aberationsarmes

Zoom-Objektiv lassen sich von einer hochaufgelösten Weitwinkelaufnahme

bis in den Telebereich hinein, sehr gute Nahaufnahmen

und Fernerkundungsbilder mit einem einzigen Gerät erzielen.

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integriert in

einem OktoCopter.

Bilder: ebs Automatisierte

Thermographie und Systemtechnik

Was bislang nur der Wissenschaft vorbehalten war, schuf ebs

ATuS nun mit dem neuen Thermal Imager InfReC R300Z von

NEC Avio für den kommerziellen Bereich. Die Wärmebildkamera

mit leistungsfähigem Zoom-Objektiv deckt alle unlösbar geglaubten

Thermografie-Anwendungen mit einem einzigen Gerät zu

günstigen Konditionen ab. Dazu gehören folgende Gebiete:

■■ Gebäudethermografie,

■■ Photovoltaik-Inspektion,

■■ Industriethermografie,

■■ Elektrothermografie,

■■ Hochspannungstechnik,

■■ Fernwärme & Wasserversorgung,

■■ Verkehrssicherheit,

■■ Fernerkundung,

■■ Sicherheitstechnik und

■■ Nuklear- & Energieanlagen.

Alle NEC Thermal Imager InfReC R300Z Wärmebildkameras

werden mit Komplettausstattung geliefert. Neben Akku-Ladeeinrichtung,

Netzteil und Transportkoffer liegt dem System, eine separate

Handfernbedienung bei. Die Infrarotsoftware ist multilingual

und nicht nur auf Einzelbildauswertung, sondern auch auf

echtzeitorientiertes Filmsequenz-Reporting ausgelegt. Eine zusätzlich

integrierte CMOS-Videokamera für den sichtbaren Bereich,

eine starke LED-Leuchte und ein Lautsprecher- sowie Mikrofonsystem

für

Sprachnotizen stehen

ebenfalls zur Verfügung.

Über das Realtime-fähige,

kompatible

USB-Interface

lassen sich die Infrarot-

und Lichtbildaufnahmen

nicht nur

zum PC übertragen,

sondern die gesamten

Kamerafunktionen

Geometrisches Auflösungsbeispiel mit den

verfügbaren Zoom-Stufen.

können von dort aus auch ferngelenkt werden. Mit diesem portablen

System ist es auf einfache Weise möglich, prozessorientierte

Aufnahmen aus nahezu beliebigen Distanzen mit variablem Auflösungsvermögen

exakt zu vermessen und aufzuzeichnen. Das Gesamtgewicht

der Wärmebildkamera beträgt 1,9 kg. (ah) n

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619ei0512

72 elektronik industrie 05/2012

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Messtechnik

Neue Produkte

Minutenschnell im FPGA

Signalmuster nanosekundengenau

Mikrowellensignal-Analysator

Bandbreiten- und Frequenzerweiterungen

Bild: Jäger Messtechnik

Kürzeste Reaktionszeiten beim

digitalen Regeln, Steuern und

Messen sind schon immer der Fokus

der Firma Jäger Messtechnik.

Der TiCo2-Prozessor macht Echtzeitverarbeitung

noch leistungsfähiger.

Im Modul Pro II-DIO32-

TiCo2 mit 32 digitalen Kanälen

spielt der TiCo2-Prozessor seine

Fähigkeiten aus: Das Modul mit

seinem Virtex-6-FPGA kann digitale

Signalmuster auf 5 ns genau

erfassen oder ausgeben. Der Ti-

Co2 (Timing Controller) ermöglicht

Reaktionszeiten von weniger als

100 ns. Mit 100 MHz Taktfrequenz

und deutlich vergrößertem Programmspeicher

erschließt er die

aktuellen technischen Grenzen

programmierbarer Logik. Nach

außen lassen sich die Digital-I/Os

auf die gängigen Logikpegel per

Software einstellen. Der frei programmierbare

TiCo ist optimiert,

I/O-Zugriffe in nur einem Taktzyklus

vollständig und jitterfrei auszuführen.

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537ei0512

Bild: Anritsu

Anritsu hat für die MS269xA Signalanalysatoren-Baureihe

(MS2690A/MS2691A/MS2692A)

die Markteinführung von drei

Hardware-Optionen mit Breitband-FFT

Analysefunktionen bekannt

gegeben. Diese ermöglichen

die Evaluation von Mikro-

wellensystemen, wie Satellitenund

Radar-Systeme, als auch die

kommenden großen Bandbreiten

von Mobilfunksystemen. Die

Hardware-Optionen ermöglichen

die Analyse von Bandbreiten von

bis zu 125 MHz, realisiert auf Trägerfrequenzen

von bis zu 26 GHz.

Die drei neuen verfügbaren Hardware-Optionen

sind die MS-

269xA-077 Analyse-Bandbreitenerweiterung

mit bis zu 62,5

MHz; die MS269xA-078 Analyse-

Bandbreitenerweiterung mit bis

zu 125 MHz und der MS2692A-067

Mikrowellen-Preselector-Bypass

(nur für MS2692A).

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538ei0512

4 Kanäle und 500 MHz Bandbreite

Schnelleres Sampling, größere Speichertiefe

Bild: Pico Technology/Meilhaus Electronic

Bild: LeCroy

Alle sechs Modelle der Serie Pico Scope 6000

von Pico Technology (Vertrieb: Meilhaus Electronic)

haben vier Kanäle und die maximale

Sampling-Rate beträgt 5 GS/s. Die Bandbreite

erreicht je nach Modell zwischen 250 und 500

Die zweikanaligen Funktionsgeneratoren der

Wave Station-Serie von LeCroy generieren Signale

bis zu 50 MHz, haben eine 3,5“-Anzeige,

ein intuitives Bedienfeld und werden von einer

PC-Software für die komplexere Signalerstellung

unterstützt. Die Funktionsgeneratorserie

MHz. Die Speichertiefe liegt bei 128 M bis 1

GSamples. Die Varianten A beinhalten einen

Signalgenerator, die Varianten B einen Arbiträr-

Signalgenerator. Die Oszilloskop-Software bietet

beispielsweise serielles Decoding, Masken-

Grenzwert-Tests und segmentierten Speicher.

Auch Persistenz-Darstellung mit schneller

Waveform-Update-Rate sind möglich, ebenso

wie mathematische Kanal-Operationen, automatische

Messungen mit Statistik, programmierbare

Alarme und Decodierung von I 2 C-,

UART/RS232-, SPI-, CAN- und LIN-Bussen.

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Große Anzeige, umfangreiche Funktionsausstattung

Zweikanalige Arb-/Funktionsgeneratoren bis 50 MHz

539ei0512

umfasst drei Modelle mit 10, 25 und 50 MHz

Bandbreite. Jeder Typ verfügt über eine Taktrate

von 125 MS/s, eine 14-Bit-Auflösung und

16 KPunkte Speicher pro Kanal. Zusätzlich zu

den Standard-Signalen wie Sinus, Rechteck,

Rampe, Puls und Rauschen hat der Generator

40 vordefinierte arbiträre Kurvenformen. Als

Schnittstellen sind USB und GPIB standardmäßig

vorhanden. Über die PC-Software können

Signale mit Hilfe von mathematischen Formeln,

digitalen Filtern oder einfach durch Setzen

von individuellen Datenpunkten erzeugt,

angepasst und bearbeitet werden.

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541ei0512

USB Messtechnik

Leistungsstark und Kompakt

*599€

WIN 7

64 Bit

USB

HighSpeed

2.0

480 MBit/s

G0C-1034-8

Galvanisch entkoppelt 8 analog(AI)

A/D 16 Bit 250kHz 1 24 Bit Counter,

4 DIN 4 DOUT Ue- 2,4-30V.

Umfangreiche

Softwarebibliothek:

Agilent VEE, EDASwin,

EVApro, DIAdem, DASYLab,

LabVIEW, NEU ! ! ! DotNet

API Schnittstelle Visual

C++,Visual Basic,Delphi

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Systeme

Applikationen


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Neue Produkte

LED-Module

Direkt am Wechselstromnetz betreibbar

Inline-Flasher für 19“-Racks

Onboard-Programmiersystem

Bild: Mouser Electronics

Mouser Electronics führt seit kurzem

die LED-Funktionseinheit

Acrich2 von Seoul Semiconductor

im Sortiment. Dieses LED-Modul

kann direkt am Wechselstromnetz

betrieben werden. Mögliche Anwendungen

sind Leuchten und

Lampen, Punktstrahler, Deckenleuchten

und Industriebeleuchtung.

Über die integrierte Schaltung

können Stromfluss, Leis-

tungsverluste und Leistungsfaktor-Korrektur

gemäß der jeweilig

gültigen Spezifikation geregelt

werden. Die LEDs lassen sich direkt

aus dem Netz und ohne

Gleichrichtung betreiben. Sie bieten

mehr Leistung, bessere PFC

bei gleichzeitig reduziertem Gesamtstörpegel.

Durch den Phasenanschnitts-gesteuerten

Triac-

Dimmer kann diese Funktionseinheit

in Anwendungen eingebaut

werden, die ursprünglich für den

Glühlampenbetrieb gedacht waren.

Vier Ausführungen mit unterschiedlichen

Leistungs- und

Lichtstromwerten stehen zur Verfügung

(4 W, 8 W, 12 W, 16 W).

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630ei0512

Bild: Ertec

Die Onboard-Programmierung

beziehungsweise das Inline-Flashen

von Speichern und Mikrocontrollern

ist die effizienteste

Programmiermethode in der Fertigungslinie

von elektronischen

Baugruppen. Ertec bietet mit dem

im Netzwerk betriebenen Onboard-Programmiersystem

PGS85 die Möglichkeit, über DLL-

API-Aufrufe eine systemfähige

Prozessankopplung selbst zu realisieren.

Protokollierfunktionen in

verschiedenen Levels

garantieren eine

lückenlose Rückverfolgbarkeit.

Spezielle

Anforderungen an

die Programmiersysteme,

wie galvanische

Trennbarkeit im ICT-Tester,

freie Kaskadierbarkeit, Modularität,

Spannungsmonitoring, spannungsüberwachtes

Entladen und

die Einhaltung kurzer Taktzeiten,

werden erfüllt. Das PGS85 ist die

19“-Variante des Onboard-Programmiersystemen

PGS80. Bis zu

zehn Geräte lassen sich hier in

einem Baugruppenträger vereinen.

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626ei0512

Funktions-/Arbiträr-Generator

Mit einer Bandbreite bis 50 MHz

Planarübertrager für Leistungsanwendungen

Schaltfrequenzen bis 400 kHz

Bild: Telemeter Electronic

Die Generatoren der Serie TG2511

und TG5011 von Telemeter Electronic

verfügen über eine Bandbreite

bis 50 MHz, eine Auflösung

von 14 Digits /1 μHz sowie einen

integrierten Pulsgenerator. Weitere

Vorteile bieten die arbiträren

Wellenformen, der integrierte

Rauschgenerator, das variable

Puls-Pausenverhältnis sowie die

Modulationsarten AM, FM, PM,

FSK und PWM. Ein USB-Anschluss

an der Frontseite ermöglicht das

Speichern von Einstellungen und

Kurven.

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628ei0512

Bild: Voltis

Voltis bietet Planarübertrager

nach Kundenwunsch für Stromversorgungen

mit Schaltfrequenzen

bis 400 kHz und einer Leis-

tung bis 200 W. Der Planarübertrager

ist in verschiedenen

Baugrößen entsprechend der

Leistung in bedrahteter und SMD-

Technik erhältlich. Das RoHSkonforme

Produkt hat eine besonders

niedrige Bauhöhe. Die

Wärmeklasse entspricht E (120°C)

und erfüllt die UL-Brennbarkeitsanforderung

UL 94-V0.

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625ei0512

Für Laboranwendungen optimiert

Kompaktes VPX-System mit 4 HE und 44 TE

CAN/LIN-Signale auf der Protokollebene analysieren

Universal-Oszilloskop erweitert

Bild: Schroff

Die VPX-Spezifikation ermöglicht

eine Vielzahl verschiedener Softwareprotokolle,

vor allem die

schnelle serielle Datenübertragung.

Unter anderem sind hier PCI

Express, RapidIO und Ethernet

möglich. Schroff stellt nun ein

kompaktes VPX-Desktopsystem

vor, das 4 HE hoch, 44 TE breit

und 275 mm tief ist sowie im

Frontbereich zwei integrierte Griffe

hat. Für dieses System wurden

zwei neue Backplanes entwickelt:

eine 3 HE 5 Slot VPX-Full-Mesh-

Backplane mit Slotabstand 0,8“

und eine 3 HE 7 Slot-Backplane

mit Star-Topologie. Die 7 Slot-

Backplane ist nach der OpenVPX-

Spezifikation aufgebaut und mit

einen Slotabstand von 1“ auch für

Karten mit Clamshells geeignet.

Beide Backplanes sind für 10

Gbit/s je Port vorbereitet.

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620ei0512

Bild: Rohde & Schwarz

Bisher konnte man mit dem Oszilloskop

RTM von Rohde & Schwarz

bereits die Qualität von CAN/LIN-

Signalen durch Bestimmung von

Signaleigenschaften wie Amplitude

und Anstiegszeiten verifizieren.

Mit der Trigger- und Dekodier-Option

R&S RTM-K3

ist es nun möglich, Signale

auf der Protokollebene zu

betrachten und die Inhalte

von übermittelten Nachrichtentelegrammen

einfach

und schnell zu untersuchen.

Diese Dekodierung

erfolgt hardwarebasiert in

Echtzeit. Es kann beispielsweise

auf bestimmte Dateninhalte

oder auch auf Protokollfehler

getriggert werden.

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540ei0512

76 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Messdaten-Erfassungssoftware IPEmotion

Erweiterter Funktionsumfang der Version 01.09

Bild: Ipetronik

Ipetronik stellt jetzt die Version 01.09 seiner

Messdaten-Erfassungssoftware IPEmotion

zum Download zur Verfügung. Sie kann durch

die Implementierung des XCP-Protokolls für

FlexRay (XCPonFlexRay) und den Support von

Fibex V3.0 über einen Ipetronik-Datenlogger

mit FlexRay-Extender das Fibex-XML-Dateiformat

importiert werden. Erweiterungen wurden

auch in den Bereichen Speicherung, Daten-Import/-Export,

Offline-Analyse (Postprocessing)

und Reporting vorgenommen. Ebenso

wurde die Visualisierung der Datenspeicherung

optimiert. Über ein separates Statusfenster

kann man schnell sehen, ob die Speicherung

aktiv ist. Zusätzlich hat der Anwender direkten

Online-Zugriff auf die Rohdaten-Messdatei

(.ird), die sich im Analysebereich öffnet.

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627ei0512

EMV-Schutzkappen mit Schutzart IP67

Störsichere Datenübertragung mit M12-Steckverbindungen

Bild: Provertha

In industriellen Netzwerken mit M12-Steckverbindungen

müssen die entsprechenden

Schnittstellen gegenüber EMI/RFI-Störungen,

aber auch gegenüber Schmutz und Wasser

geschützt werden. Für diesen Zweck bietet

Provertha im Rahmen seines I-Net M12-Portfolios

auch entsprechende Schutzkappen an.

Die Produkte dieses Programm-Segments sind

für die störsichere Datenübertragung mit hoher

Funktionssicherheit in den Netzwerken

Profibus, CAN-Bus und Industrial Ethernet

(Profinet, Ethernet/IP) ausgelegt. Die M12-

Schutzkappen bieten einen hohen Schutz gegenüber

elektromagnetischen Störungen und

sind gemäß Schutzart IP67 gegen den Eintritt

von Wasser und Staub geschützt. Es gibt sie in

Buchsen- und Stift-Ausführung. Das vernickelte

Vollmetallgehäuse sorgt für eine sehr gute

elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).

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631ei0512

Analoges Frontend

Leistungs- und Energiemessung mit 24 Bit Auflösung

Bild: Microchip

Microchip bietet mit dem MCP3911 ein analoges

Frontend (AFE) für Energieverbrauchsmessgeräte

der nächsten Generation an. Es ist

mit zwei Delta-Sigma-ADCs mit 24 Bit Auflösung

ausgestattet und besitzt eine Genauigkeit

von 94,5 dB Sinad und 106,5 dB THD. Damit

ist eine bessere und genauere Verbrauchsund

Leistungsmessung vom Anlauf- bis zum

Höchststrom möglich sowie eine schnellere

Kalibrierung. Vier unterschiedliche Leistungsmodi

sorgen für die Flexibilität, entweder ein

Low-Power-Design mit 0,8 mA/Kanal oder eine

Messschaltung für Hochgeschwindigkeitssignale

und Oberwellenanteile zu konzipieren.

Der Temperatureinsatzbereich beträgt -40 °C

bis +125 °C bei einer Versorgungsspannung

von 3 V. Der MCP3911 lässt sich analog und

digital von 2,7 bis 3,6 V betreiben. AFE und Mikrocontroller

lassen sich so gemeinsam versorgen.

Durch die interne Spannungsreferenz

mit kleinem Temperaturkoeffizienten und PGAs

in jedem Kanal lassen sich Mess- und Überwachungsschaltungen

realisieren.

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632ei0512

CWIEME Berlin 2012

26 - 28 Juni 2012

Messe Berlin – Deutschland

JETZT anmelden für Ihre

KOSTENLOSE Eintrittskarte

email: tickets@coilwinding.e7even.com

Tel: ++44 1258 446280 Fax: ++44 1258 446355

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05/2012 77


Literatur

Fachbuch

Mikrowellentechnik-Grundlagen

Das Fachbuch,

das

bereits in

der 3. Auflage

vorliegt,

behandelt

die komplette

Mikrowellentechnik.

Nach einer Einführung in die

Grundlagen werden Leitungen

und Leitungsbauteile beschrieben.

Anschließend folgen die Mikrowellenantennen,

-röhren, -dioden

und -transistoren. Auch die

Mikrowellenmesstechnik und

-anwendungen werden in diesem

Bild: VDE Verlag

Fachbuch ausführlich berücksichtigt.

Zusätzlich enthalten sind

Übungsaufgaben und Lösungen.

Das informative Werk mit ausreichend

Formelwerk wendet sich

an Studierende der Elektrotechnik

und Physik sowie Ingenieure und

Praktiker einschließlich der Funkamateure

und DXer auf dem Gebiet

der Mikrowellen- und Hochfrequenztechnik.

Diese neu bearbeitete

Auflage (ISBN 978-3-

8007-3293-7) von Erich Pehl,

veröffentlicht vom VDE Verlag

kostet 59,90 €.

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610ei0512

Stromversorgungskatalog 2012

Power-Lösungen für Industrie und Medizin

Bild: Bicker Elektronik

Der Stromversorgungskatalog

2012 von Bicker Elektronik stellt

auf über 270 Seiten mehr als 130

Produkte sowie Zubehör vor. Das

Portfolio hochwertiger Powerlösungen

wurde im industriellen

und medizinischen Bereich aktualisiert

und durch neue Produkte

ergänzt. Ebenfalls neu im aktuellen

Katalog sind die Power+Board-

Lösungen. Diese geprüften Kombinationen

von Industrie- und

Medizinnetzteilen von Bicker

Elektronik und Industrie-Mainboards

von Kontron und Fujitsu

(FTS) helfen dem Systementwickler,

die passende Lösung für

seine Applikation zu finden. Der

Katalog ist in die Produktbereiche

Industrie-PC-Netzteile, Netzteile,

Medizintechnik, DC/DC-Wandler,

USV-Systeme und Systemkomponenten

aufgeteilt.

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611ei0512

Digitaler Katalog

Virtuelles Blättern durch 80.000 Produkte

LCD-Katalog

Komplettes Angebotsspektrum von Endrich

Bild: RS Components

Der Distributor RS Components

hat für seinen digitalen Katalog

für Europa ein neues Katalogformat

mit erweiterter Browsing-

Funktionalität entwickelt. Damit

können Kunden sämtliche 80.000

Produkte in einem digitalen Seitenlayout

anschauen mit vollständigem

Produktumfang, Zubehör

und verwandten Produkten. Es

besteht die Möglichkeit, über den

digitalen Katalog Produkte in

sechs Sprachen und 23 Versionen

für lokale Märkte zu suchen, zu

vergleichen und zu filtern und daraus

spezifische Downloads von

PDFs zusammenzustellen. Der

Katalog schließt nahtlos an die

Funktionalität der RS Website an

und liefert die neuesten Produktinformationen

sowie Spezifikationen

und Preise. Über den Link

zwischen digitalem Katalog und

Website besteht Zugriff auf alle

online vorhandenen Informationen

und der Kunde kann schnell

und sehr komfortabel online bestellen.

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612ei0512

Bild: Endrich Bauelemente

Der neu aufgelegte

LCD-Katalog

von Endrich

Bauelemente

umfasst

die Schwerpunkte

TFT-

Module,

OLED, Touch Panel und monochrome

LC-Module. Die TFT-Module

reichen von 1,45“ bis 10,4“

und sind für den Standard- und

den industriellen Temperaturbereich

lieferbar. Als Highlight werden

die sonnenablesbaren TFTs

von SGD präsentiert. Zwei Technologien

stehen zur Verfügung,

um die Reflektion durch einstrah-

lendes Sonnenlicht zu vermeiden.

Auch das Lieferspektrum der

OLEDs ist detailliert dargestellt.

Von den beiden Herstellern RiTdisplay

und Raystar werden graphische

OLEDs sowohl in monochrom,

als auch in Full-Color angeboten.

Abgerundet wird dieses

Sortiment durch monochrome-alphanumerische

Displays. Im Bereich

der klassischen LC-Module

umfasst der Katalog das komplette

Angebotsspektrum von Endrich,

das von kundenspezifischen Lösungen

über Standard-graphische

Module bis hin zu Standard-alphanumerischen

Modulen reicht.

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613ei0512

Fachbuch

Antennen und Strahlungsfelder

Bild: Vieweg+Teubner Verlag

Die 4. Auflage enthält eine stark

erweiterte Behandlung von Linsenantennen

und Streifenleitungsantennen,

verbesserte Designformeln

für Doppelkonus-Antennen,

eine neue Tabelle zu

elektrischen Eigenschaften ausgewählter

Materialien und eine

erweiterte Übersetzungstabelle

wichtiger Fachbegriffe. Klassische

Entwurfsformeln für die genann-

ten Antennenformen wurden

durch numerische Simulationen

mit modernen 3D-Gitterverfahren

überprüft und konnten in ihrer Genauigkeit

gesteigert werden. Außerdem

wurden viele Ergänzungen

und Verbesserungen vorgenommen.

Zahlreiche Übungen

vertiefen das Erlesene. Im Anhang

finden sich Formeln. Das mehr

auf Theorie aufgebaute Buch

wendet sich an Funkanwender,

Bachelor- und Master-Studierende

der Elektrotechnik etc. an

Hochschulen und Universitäten

sowie an Ingenieure und Wissenschaftler.

Das Fachbuch ist im

Vieweg+Teubner Verlag erschienen

(ISBN: 978-3-8348-1495-1)

und für 39,95 € erhältlich.

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607ei0512

78 elektronik industrie 05/2012

www.elektronik-industrie.de


Gewinnspiele

elektronik industrie-Leser gewinnen immer

Analog außen – digital innen; ausgelobt ist ein Präzisionsverstärker BA 661

zur Verfügung gestellt von A.S.T. im Wert von 299,- Euro.

Einsendeschluss:

30. Juni 2012

Der Präzisionsverstärker BA 661 ist der erste

Analogverstärker mit USB Anschluss zur Programmierung

des Ausgangs. Er wandelt das

DMS-Signal eines Kraftsensors oder einer Wägezelle

direkt in ein genormtes Ausgangssignal

um und kann unterschiedliche Spannungs- und

Stromausgangsbereiche darstellen.

Der Universalverstärker BA 661 wird durch verschiedene

Programmierungen auf seine Messaufgabe

optimiert. Mit einer Wandelrate von bis

zu 3200 Hz ist er für schnelle Aufgaben in der

Automatisierungstechnik bestens geeignet.

In hochpräzisen Anwendungen, wie in der Materialprüfung,

kann der Präzisionsverstärker

Störungen und Rauschen durch einstellbare Filter

von 0,8 Hz bis 2000 Hz unterdrücken. Alle

Einstellungen erfolgen über die Software AS-

TAS, die dem Verstärker beiliegt und auf jedem

PC läuft.

Mit der Software ASTAS können die Messergebnisse

auch digital über den USB-Anschluss

mit einer Auswahl an verschiedenen nanokristallinen

Vitroperm Ringbandkernen für EMV-Anwendungen.

In einem handlichen Kunststoffkoffer

sind 55 Kerne mit verschiedenen Abmessungen

in unterschiedlichen Ausführungsvarianten

zusammengestellt. Neu sind Kerne mit einem

Außendurchmesser von 45 mm, wodurch sich

das Core-Sample-Kit nun ideal für die Anwendungen

Schaltnetzteile, Unterbrechungsfreie

Stromversorgungen, Schweißgeräte, Frequenzumrichter

und Solarwechselrichter eignet. Mit

den im Koffer enthaltenen Kernen lassen sich

strom-kompensierte Drosseln für Nennströme

bis ca. 80 A auslegen. Durch gestufte Permeabilitätsniveaus

µ im Bereich zwischen 18.000 bis

über 100.000 erhalten Entwickler größtmögliche

Freiheitsgrade bei Experimenten im Labor.

In der Anwendung überzeugen stromkompensierte

Drosseln aus nanokristallinem Vitroperm

durch das breitbandige Dämpfungsverhalten,

welches selbst von hohen Anwendungstemperadargestellt

werden.

Das macht den BA 661 zu einem universell

einsetzbaren Präzisionsverstärker, der jede

Messaufgabe optimal meistert.

Falls Sie Besucher der Sensor+Test sind,

können Sie zur Teilnahme am Gewinnspiel

auch eine Visitenkarten für die Verlosung am

A.S.T.-Stand, Halle 12/577 einwerfen.

Nutzen Sie Ihre Gewinnchance und schreiben

Sie mit dem Stichwort „A.S.T. Gewinnspiel

BA661“ eine Mail mit Namen und Firma an

die E-Mail-Adresse: Rainer.Ihra@ast.de

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

506ei0512

elektronik industrie-Leser gewinnen immer

Gewinnen Sie einen von zwei Core-Sample-Kits, gespendet von der Vacuumschmelze

in Hanau

Einsendeschluss:

30. Juni 2012

Der Musterkoffer Core-Sample-Kit der Vacuumschmelze

in Hanau ist in einer aktualisierten

Version verfügbar. Hierbei handelt es sich

um einen individuell gestalteten Musterkoffer

turen mit Spitzenwerten bis 150 °C nur

unwesentlich beeinflusst wird. Durch die

Kombination aus hoher Permeabilität und

hoher Sättigungsinduktion von 1,2 T lassen

sich stromkompensierte Drosseln in kleiner

Baugröße mit niedrigen Windungszahlen

aufbauen, wodurch sich ein ausgezeichnetes

Hochfrequenzverhalten ergibt. Für hohe

Induktivitätswerte von Drosseln können die

Windungszahlen niedrig und der Kupferquerschnitt

groß gehalten werden.

Nutzen Sie Ihre Gewinnchance und schreiben

Sie eine E-Mail mit Name und Firma an:

„Core-Sample-Kit@vacuumschmelze.com“

Viel Glück wünscht die Redaktion!

Die Gewinner der Gewinnspiele werden

jeweils in einer der nächsten Ausgaben

veröffentlicht.

Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.

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507ei0512

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High Tech Toy

Eminent EM8100: Web-TV-Box

Über 500 Internetradios und TV-Kanäle auf dem Fernseher genießen

Sendung verpasst Diese Frage taucht am Ende der Ausstrahlung von Sendungen in ARD, ZDF usw. auf.

Bislang konnte man die verpassten „Rote Rosen“ oder „Lindenstraße“ über die Mediathek am PC oder

Laptop nachholen. Mit der Web-TV-Box Eminent geht es auf dem TV-Gerät mit bester Tonqualität und voller

Bildschirmgröße. Wir haben sie für Sie aufgeschraubt.

Autor: Siegfried W. Best

Wie bei vielen Geräten der Unterhaltungselektronik ist

der Bauelementeaufwand durch die Hochintegration

auch beim Eminent EM8100 (Bild 1) überschaubar.

Die Platine ist hauptsächlich auf der Oberseite bestückt

(Bild 2), mit dem RTD1185 von Realtek als Herzstück .

Der RTD1185 ist ein High Definition-Decoder für MPEG1/2/4,

H.264, VC1, RM/RMVB und AVS. Im Zusammenspiel mit der

On-Chip-CPU, getaktet von einem 27-MHz-Quarz (8), zwei 2

GByte DDR3 SDRAMs von Nanya (1 und 2) sowie dem Flash-

Speicher von Hynix (4) vollzieht es die MPEG-Decodierung und

stellt am HDMI-Ausgang (12) das Signal für den angeschlossenen

Flachbildfernseher oder einen HDMI-Receiver zur Verfügung.

Der Eminent EM8100 bekommt die Mediainformation über den

Gigabit-Ethernetanschluss (11) oder drahtlos über dencWireless-

LAN-USB-Stick Eminent EM4576 11N-Adapter, der über eine der

zwei USB-Steckverbinder (10 und 18) angeschlossen wird.

Weitere Schnittstellen sind ein Koax-Ausgang (16) für Audio

und ein CVBS-Ausgang (13), letzterer zum Anschluss älterer Fernseher,

ohne digitale Bildaufbereitung. Zusätzlich gibt es einen optischen

Ausgang (17) zum Beispiel zum Anschluss einer Surround-

Anlage oder digitalem SPDIF-Receiver und eine Schnittstelle für

die Kommandierung über Infrarot (IR). Die zwei USB-Ports (10

und 18), die vom GL850G von Genesys Logic (5) bedient werden,

beziehen ihren 12-MHz-Takt von einem SMD-Quarz (7). Über die

Cinchbuchsen (14 und 15) werden die analogen Stereo-Audiosignale

für rechten und linken Kanal ausgegeben. Die Stromversorgung

erfolgt mit 5V an Buchse (19).

Bild 3: Blockschaltbild: Der RTD1185 von Realtek ist das Herzstück.

80 elektronik industrie 05 / 2012

www.elektronik-industrie.de


High Tech Toy

Bild 1: Aufgrund der Hochintegration ist der Bauelementeaufwand

auch beim Eminent EM8100 überschaubar.

Die besonderen Merkmale des RTD1185/Eminent EM810:





CPU: 500MHz

HD MPEG 1/2/4 & HD

JPEG Decoder

HD H.264, VC1, RM/RMVB,

AVS Decoder

AV Streaming/Transmission

via Ethernet & WiFi

TV Encoder with CVBS/S-

Video/YPbPr/SCART Out




HDMI v1.3 mit CEC

I2S, SPDIF Out

USB2.0 Host & PHY

USB2.0 Device

& PHY SATA

10/100 Ethernet

MAC & PHY

Gigabit Ethernet MAC

Card Reader (SD/MMC)

19

10

11 12 13 14 15 16

9

8

17

3

1

6 5

4

7

2

Bild 2: Die Platine ist hauptsächlich auf der Oberseite bestückt.

18

Bilder: Siegfried Best/arcocom

Der vollwertige Medienplayer unterstützt alle gängigen Medienformate.

Blue-Ray-Dateien können in Full HD und digitalem

Sound genossen werden. Medien können wiedergegeben werden,

die auf anderen Geräten wie einem NAS gespeichert sind, und

zwar mit dem UPnP- und dem Samba-Protokoll. Dank digitalem

Sound bietet er ein umfassendes Heimkinoerlebnis.

Der EM8100 unterstützt Dolby true-HD und DTS-HD Master

über HDMI 1.3. und kann HD-Audio-Inhalte heruntermischen.

Der Baustein RTD1185 ist ein hochintegrierter SoC für Consumerelektronikgeräte

die wie im Eminent High Definition Media Playback,

Wireless/Wired Networking, Mass Storage und DTV bieten.

Die Web-TV-Box gibt es für 149 €, der WLAN-Stick EM4576 kostet

22,50 € extra. (ah)

Kontakt

Eminent Europe bei arcocom GbR

Van-der-Reis-Weg 7, 59590 Geseke

Fon: +49 (0)2942 / 9742-, Fax: +49 (0)2942 / 9742-29

www.arcocom.de


infoDIREKT www.all-electronics.de

400ei0512

Bild 4: Mediainformationen können

auch drahtlos über einen Wireless-

LAN-USB-Stick übertragen werden.

www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2012 81


Verzeichnisse/Impressum

Inserenten

Agilent Technologies,

USA-Santa Clara 13

Beta LAYOUT, Aarbergen 69

Conrad Electronic, Hirschau 15, 17

CWIEME, GB-Sturminster Newton 77

Digi-Key Corporation, USA-Thief

River Falls,

Titelseite, 2. US

Distrelec Schuricht, Bremen 5, Beilage

Elmos Semiconductor, Dortmund 29

ETAS ,Stuttgart

4. US

Fischer Elektronik, Lüdenscheid 3

GlobTek, USA-Northvale, NJ 07647 27

Goldammer, Wolfsburg 73

HAMEG Instruments, Mainhausen 72

iC-Haus, Bodenheim 25

Ineltek, Heidenheim 11

LPKF, Garbsen 71

Maxim Integrated Products,

Martinsried-Planegg 9

MC Technologies, Hannover 51

MF Instruments ,

Albstadt-Truchtelfingen 61

MTS Systemtechnik, Mertingen 72

National Instruments, München 65

OMICRON electronics, A-Klaus 53

REED Messe Wien, A-Wien 43

Reinhardt, Diessen-Obermühlhuasen 69

Rigol, Puchheim 59

Rosenberger, Fridolfing 55

RS Components, Mörfelden-Walldorf 7

RUTRONIK, Ispringen 31

SENSIRION, CH-Stäfa ZH 51

Silicon Laboratories,

USA-Austin, TX 78701

Titelseite

Xilinx, München 21

Unternehmen

A.S.T. 79

Agilent Technologies 52, 56

AMSYS 36

Analog Devices 40

Anritsu 73

Arcocom 80

Atlantik Elektronik 15

Austriamicrosystems 50

batteryuniversity.eu 16

Bicker Elektronik 78

BMZ 16

CT-Concept Technologie 12

dataTec 56

ebs ATuS 72

Elmos 32

Eminent Europe 80

EM Microelectronic 48

EMV Testhaus 68

Endrich Bauelemente 78

Ertec 76

Escrypt 14

Etas 14

Fraunhofer-Gesellschaft 14

Heliatek 14

iC-Haus 44, 50

IMMS Institut für Mikroelektronik- und

Mechatronik-Systeme 62

Infineon Technologies 30

Intersil 22

Ipetronik 77

Jäger Messtechnik 73

Kistler 51

LeCroy 7, 73

Linear Technology 26

Mazet 50

Meilhaus Electronic 73

Melexis 51

Mentor Graphics 11

Messe Frankfurt Exhibition 17

Microchip 77

Mouser Electronics 76

Municom 14

National Instruments 60

Omron Electronics Components 51

Pico Technology 73

Power Integrations 12

Provertha 77

Renesas Electronics Europe 31

Rittal 12

Rohde & Schwarz 76

RS Components 78

Schroff 76

Sensortechnics 50

SFC Energy 12

Sharp Electronics Europe 15

Silicon Laboratories 18

STMicroelectronics 14, 30

Telemeter Electronic 76

Tensilica 14

Toshiba Electronics Europe 15

Vacuumschmelze 79

VDE Verlag 78

Vectron International 14

Vieweg+Teubner Verlag 78

Voltis 76

X-Fab Semiconductor Foundries 62

Xilinx 10

ZVEI 12

Impressum

REDAKTION

Chefredakteur:

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

Tel: +49 (0) 8191 125-830,

E-Mail: hans.jaschinski@huethig.de

Redaktion:

Dipl.-Ing. Andrea Hackbarth (ah), Tel: +49 (0) 8191 125-243,

E-Mail: andrea.hackbarth@huethig.de

Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av), freier Mitarbeiter

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:

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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

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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

USA, Kanada, Großbritannien, Österreich:

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

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

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Angeschlossen der Informationsgemeinschaft zur

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82 elektronik industrie 05/2012

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