PDF-Ausgabe herunterladen (21.4 MB) - elektronik industrie
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D 19067 · Juli 2011 · Einzelpreis 19,00 € · www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
07/2011<br />
Das Entwickler-Magazin von all-electronics<br />
Analog-ICs/Mixed Signal-ICs<br />
Komparator: Einfaches Bauteil bei<br />
dem es einiges zu beachten gibt,<br />
damit es klappt Seite 22<br />
Quarze/Oszillatoren<br />
Gute Rausch- und Jitter-Werte<br />
ermöglichen MEMS-Oszillatoren<br />
auch Funkanwendungen Seite 50<br />
Was ist PXImc<br />
Standard für die Kommunikation<br />
zwischen zwei Systemen mithilfe<br />
von PCI oder PCI Express Seite 58<br />
Flexible Motorsteuerungen mit FPGAs<br />
Hohe Flexibilität und Performance mit effi zientem Design-Ablauf Seite 18<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 3<br />
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U2.indd 2 30.06.2011 13:37:12
Editorial<br />
Nur für<br />
Feinschmecker<br />
Ist Strom sparen<br />
angesagt<br />
Siegfried W. Best,<br />
Chefredakteur <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong><br />
„Der Stromausfall fällt aus“ titelte die Süddeutsche Zeitung in ihrer Pfingstausgabe<br />
und kommt zu dem Schluss, dass sämtliche Kernkraftwerke sogar bis<br />
2017 vom Netz gehen könnten, ohne dass die Versorgung darunter leidet. Begründung<br />
ist, dass sich die Stromkonzerne bereits seit 10 Jahren auf den Atomausstieg<br />
eingestellt haben und genügend neue Kraftwerke gebaut werden.<br />
Nicht berücksichtigt wurde bei der Betrachtung die Tatsache, dass man alleine<br />
durch den Ersatz der Steckernetzteile beziehungsweise der Reduzierung des<br />
Stand-by-Stromes auf Null ein Atomkraftwerk<br />
einsparen kann. In Beiträgen<br />
in der vor ihnen liegenden Zeitschrift<br />
habe ich schon vor Jahren belegt,<br />
dass bei durchschnittlich fünf<br />
Steckernetzteilen in jedem der heute<br />
40 Mio. Haushalte mit 3 W im Standby<br />
(und das ist gering angesetzt) die<br />
Summe von 0,6 GW eingespart werden<br />
könnte. Und in einem weiteren<br />
Beitrag in <strong>Ausgabe</strong> 3-2004 haben wir<br />
eine pfiffige Idee der Hochschule Regensburg<br />
vorgestellt, ein Ökonetzteil<br />
mit Null Watt Stand-by. Bei dieser<br />
simplen Lösung wird die gleichgerichtete<br />
Spannung der Sekundärseite eines normalen Steckernetzteils einem Komparator<br />
zugeführt, der bei Unterschreiten einer Mindestspannung einen Triac-<br />
Optokoppler schaltet, der die Primärseite nur dann durchschaltet, wenn eine<br />
Last angeschlossen ist. Diese zum Patent angemeldete Lösung wird bis heute<br />
von keinem Netzteilhersteller eingesetzt . Hat die Stromerzeuger-Lobby dieses<br />
und ähnliche Patente kassiert<br />
Apropo Komparator, ein Beitrag in diesem Heft befasst sich mit diesem einfachen<br />
Bauteil, bei dem aber doch einiges zu beachten ist.<br />
Und wenn wir gerade bei Bauelementen im Zusammenhang mit Stromeinsparung<br />
sind: Es ist doch beachtlich, welche Anstrengung die IC-Hersteller<br />
machen, um effiziente Lösungen zu bieten. So ist im neuesten System-Powermanagement-IC<br />
(PMICs) von Dialog Semiconductor das Herzstück, das für<br />
die Effizienz zuständig ist, ein Cortex-Prozessor von ARM.<br />
Wir bleiben dran am Thema.<br />
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03_Editorial.indd 3 30.06.2011 11:52:29
Inhalt<br />
Juli 2011<br />
Coverstory<br />
22<br />
Komparatoren<br />
Zwischen zwei Spannungen<br />
bestimmen sie, welche die<br />
größere ist. Beim Einsatz sind<br />
zahlreiche Spezifikationen zu<br />
beachten, auf die näher eingegangen<br />
wird.<br />
18<br />
Flexible Motor-Steuerungen<br />
Der Einsatz von Elektromotoren mit variablen Geschwindigkeiten<br />
ist wünschenswert, um die Energieeffizienz zu<br />
verbessern. Allerdings erfordern diese Motoren komplexere<br />
Regelungs-Algorithmen, für deren Implementierung<br />
FPGAs einige Vorteile bieten.<br />
50<br />
MEMS-basierende<br />
Oszillatoren<br />
Nachdem MEMS-Oszillatoren<br />
sich in puncto Phasenrauschen<br />
und Jitter stark<br />
verbessert haben gibt es<br />
erneut die Diskussion<br />
Quarz versus MEMs.<br />
Märkte + Technologien<br />
06 Jubelstimmung auf der PCIM<br />
Leistungs<strong>elektronik</strong> im Aufschwung<br />
dank der Themen Energieeffizienz,<br />
Elektromobilität und Smart Grids<br />
11 Polo 40G-Chip für 40 Gb/s<br />
Coherent-Netzwerke<br />
Cloud Computing erfordert Bandbreite<br />
12 Phoenix Testlab<br />
Testlabor für Lithium-Ionen-Batterien<br />
eröffnet<br />
14 News und Meldungen<br />
16 Sensor+Test 2011<br />
Zufriedenheit auf breiter Front<br />
Coverstory<br />
18 Flexible Motor-Steuerungen<br />
mit FPGAs<br />
Hohe Flexibilität und Performance mit<br />
effizientem Design-Ablauf<br />
Analog-ICs/Mixed-Signal-ICs<br />
22 Der Komparator<br />
Einfaches Bauteil – trotzdem viel zu<br />
beachten<br />
27 Highlight<br />
Intel<br />
28 Smartcard-Batterielaufzeit von<br />
über 8 Jahren<br />
16-Bit-Mikrocontroller mit integriertem<br />
EPD-Treiber<br />
33 Highlight<br />
Duracell<br />
34 Wechselstromschalter<br />
Steuerung per Opto-Triac<br />
37 Welligkeitsmessung an Netzteilen<br />
Hochfrequente Impulsspitzen<br />
eliminieren<br />
38 ESR-Anforderungen für stabile<br />
Spannungsregler<br />
Auf einfache Weise ermittelt<br />
42 Energiewende und was nun<br />
Kleine Stand-by-Netzteile bieten<br />
enorme Sparpotenziale<br />
46 Zwei starke Typen<br />
Wie man sich am besten für eine<br />
lineare oder eine getaktete AC-<br />
Leistungsquelle entscheidet<br />
48 Neue Produkte<br />
Leserservice infoDIREKT:<br />
Zusätzliche Informationen zu einem Thema erhalten<br />
Sie über die infoDIREKT-Kennziffer. So funktioniert’s:<br />
• www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de aufrufen<br />
• Im Suchfeld Kennziffer eingeben, suchen<br />
Stromversorgungen<br />
30 Für modernes Power-Management<br />
Regler-ICs mit integrierten FETs für<br />
Ströme bis 10 A<br />
Quarze/Oszillatoren<br />
50 Mit MEMS präzise im Takt<br />
MEMS-basierende Oszillatoren<br />
53 Neue Produkte<br />
4 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
04_Inhalt.indd 4 30.06.2011 11:57:24
58<br />
Inhalt<br />
Juli 2011<br />
Was ist PXImc<br />
Der PXImc-Standard (PXI Multi<br />
Computing) legt die Hard- und<br />
Softwareanforderungen fest,<br />
aufgrund derer zwei oder mehr<br />
intelligente Systeme miteinander<br />
verbunden werden können.<br />
64<br />
Drachenstich der Moderne<br />
16 m lang und das Innenleben eines Automobils, das ist der ferngesteuerte Drache<br />
Tradinno, dessen Elektronik wir auf der Seite High Tech Toy zeigen.<br />
Embedded<br />
56 Wenn Low Power gefragt ist<br />
CompactPCI Zentraleinheit ist sparsam<br />
Messtechnik<br />
58 Was ist PXImc<br />
Herstellerübergreifend mehrere intelligente<br />
Systeme verbinden<br />
61 Neue Produkte<br />
Rubriken<br />
03 Editorial<br />
Ist Strom sparen angesagt<br />
62 Gewinnspiele<br />
64 High Tech Toys<br />
Drachenstich der Moderne<br />
66 Impressum<br />
66 Verzeichnisse<br />
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04_Inhalt.indd 5 30.06.2011 11:57:30
Märkte + Technologien<br />
Jubelstimmung auf der PCIM<br />
Leistungs<strong>elektronik</strong> im Aufschwung dank der Themen Energieeffizienz,<br />
Elektromobilität und Smart Grids<br />
Die Leistungs<strong>elektronik</strong> boomt – das verdeutlichte eine brummende PCIM Europe, die im Vergleich zum starken<br />
vergangenen Jahr nochmals zulegen konnte: sowohl was Ausstellerzahl und Ausstellungsfläche als auch die Zahl<br />
der Fachbesucher sowie der Konferenzteilnehmer betraf. Hauptgrund: Die Aussteller glänzten mit etlichen neuen<br />
Technologien und Produkten. <br />
Autorin: Stefanie Eckardt<br />
Bild: Semikron<br />
Bild: Mitsubishi Electric<br />
Bild: Fairchild Semiconductor<br />
Bild: International Rectifier<br />
Mit Semikrons SKiN-Technologie lässt sich<br />
komplett auf Bonddrähte verzichten.<br />
Im Vergleich zu Vorgängerversionen sorgen die<br />
neuen IPM von Mitsubishi für eine niedrigere<br />
Verlustleistung bei gleichen Gehäusemaßen.<br />
Der auf der Shielded-Gate-MOSFET-Technologie<br />
basierende FDMS86500L von Fairchild punktet<br />
mit niedrigen Schaltverlusten.<br />
Auf 13.300 Quadratmeter (2010<br />
waren es 11.300 Quadratmeter)<br />
präsentierten sich in Halle 12 stolze<br />
298 Austeller den 6653 Fachbesuchern.<br />
Das sind fünf Prozent mehr als im<br />
vergangenen Jahr, wo die Mesago PCIM<br />
6319 Fachbesucher und 254 Aussteller verzeichnen<br />
konnte. Auch die Konferenz legte<br />
von 619 um 177 auf 736 Teilnehmer zu. Die<br />
Aussteller selbst waren mehr als zufrieden:<br />
„Es war die stärkste PCIM Europe der letzten<br />
Jahre“, kommentierte Bernd Haberzettl,<br />
Manager PR & Communication von Glyn<br />
in Idstein. Grund für den Ansturm sind zu<br />
einem guten Teil auch neue Technologien<br />
und Produkte, beispielsweise Semikrons<br />
moderne Verbindungstechnologie oder Siliziumkarbid-basierte<br />
(SiC) Bausteine von<br />
Semisouth oder Cree.<br />
Good bye Bonddrähte<br />
Semikron hat eine Verbindungstechnologie<br />
für Leistungshalbleiter vorgestellt, die<br />
bonddraht-, lot- und wärmeleitpastenfrei<br />
ist. Die moderne SKiN-Technologie ersetzt<br />
Bonddrähte durch eine flexible Folie sowie<br />
Lötverbindungen und Wärmeleitpaste<br />
durch Sinterverbindungen. So lässt sich eine<br />
Verdoppelung der Stromdichte mit 3 A/<br />
cm 2 erzielen – im Vergleich zur Standard-<br />
Verbindungstechnik mit Bonddrähten, bei<br />
denen die Stromdichte 1,5 A/cm 2 beträgt.<br />
Das Volumen eines Umrichters wird dadurch<br />
um 35 % reduziert. Einsatzbereiche:<br />
Umrichter in Fahrzeugen und Windkraftanlagen.<br />
So lässt sich zum Beispiel ein<br />
3-MW-Windumrichter in einem Schaltschrank<br />
unterbringen. Vorteil der SKiN-<br />
Technologie: Die gesinterte Folie bindet<br />
den Chip vollflächig an – im Gegensatz zu<br />
Bonddrähten, die nur an den Kontaktstellen<br />
verbunden werden. Aufgrund der hohen<br />
Lastwechselfähigkeit ermöglicht die<br />
Mit IR‘s Wide-Lead-Gehäuse lässt sich der Leitungswiderstand<br />
reduzieren und der Strom erhöhen.<br />
Verbindungstechnologie höhere Betriebstemperaturen,<br />
die sich bei Materialien, wie<br />
SiC und Galliumnitrid (GaN) ohne Kompromisse<br />
optimal nutzen lassen.<br />
Nachdem Mitsubishi Electric zur PCIM<br />
2010 die vierte Generation der Super-Mini-DIPIPM<br />
vorstellen konnte, warteten die<br />
Japaner dieses Jahr mit der 5. Generation<br />
für dreiphasige DC/AC-Umwandlung auf.<br />
Einsatzfelder: Anwendungen im unteren<br />
Leistungsbereich, wie Haushaltsgeräte und<br />
kleinere Industrieantriebe. Die Module<br />
sind für Nennströme von 5 bis 15 A bei einer<br />
Nennspannung von 600 V ausgelegt<br />
und setzen auf Mitsubishis moderne Full-<br />
Gate-CSTBTTM-Technologie, die für weniger<br />
Verluste sorgt. Auf Grund der Pin-<br />
Kompatibilität und identischen Gehäusemaßen<br />
von 38 mal 24 mm kann diese Serie<br />
die frühere Super Mini-DIPIPM-Familie<br />
der 4. Generation problemlos ersetzen.<br />
Weitere Vorteile: Die IPM verfügen über<br />
integrierte Bootstrap-Dioden sowie einen<br />
Open Emitter-Aufbau auf der N-Seite. Darüber<br />
hinaus sind Funktionen zum Schutz<br />
vor Kurzschlüssen (SC), Unterschreiten<br />
der Versorgungsspannung und Übertemperatur<br />
implementiert; für den Fehlerfall<br />
ist die <strong>Ausgabe</strong> eines entsprechenden Fehlersignals<br />
vorgesehen.<br />
Leistungshalbleiter im Fokus<br />
Mit neuen Entwicklungen konnten auch<br />
Leistungshalbleiterhersteller, wie International<br />
Rectifier, Fairchild, Toshiba, Rohm,<br />
Semisouth oder Cree aufwarten. IR hat einen<br />
MOSFET für Automotive-Applikationen<br />
mitgebracht, dessen Besonderheit im<br />
modernen Wide-Lead-Gehäuse liegt. Damit<br />
lässt sich nicht nur der Leitungswiderstand<br />
im Vergleich zu herkömmlichen TO-<br />
262-Gehäusen um 50 % reduzieren. Resultat:<br />
Weniger Leitungsverluste und eine<br />
niedrigere Erwärmung in den Zuleitungen.<br />
Der Entwickler profitiert zudem von einem<br />
30 % höheren Strom. Die Kalifornier haben<br />
6 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
06_PCIM Nachbericht (eck).indd 6 30.06.2011 12:01:27
Das komplette Stromversorgungsprogramm<br />
Programmierbare Labornetzgeräte<br />
Serie PS 8000 T und PSI 8000 T<br />
• Leistungen 320W bis 1500W<br />
• Spannungen 16V bis 360V DC<br />
• Ströme 5A bis 60A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Tischversion im Tower-Gehäuse<br />
• Alle Werte im grafischen Display<br />
• Flexible Ausgangsstufe<br />
• Speicherbare Gerätekonfiguration<br />
• Integrierte Sequenz-Funktion<br />
• Innenwiderstandsregelung<br />
• Schnittstellen: Analog / CAN /<br />
IEEE / Ethernet / RS232 / USB /<br />
Profibus / Bedienersoftware<br />
Programmierbare Labornetzgeräte<br />
Serie PS 8000 DT und PSI 8000 DT<br />
• Leistungen 320W bis 1500W<br />
• Spannungen 16V bis 360V DC<br />
• Ströme 5A bis 60A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Tischversion im Design-Gehäuse<br />
• Alle Werte im grafischen Display<br />
• Flexible Ausgangsstufe<br />
• Speicherbare Gerätekonfiguration<br />
• Integrierte Sequenz-Funktion<br />
• Innenwiderstandsregelung<br />
• Schnittstellen:<br />
Analog / CAN / IEEE / Ethernet<br />
RS232 / USB / Bedienersoftware<br />
Programmierbare Labornetzgeräte<br />
Serie PS 8000 und PSI 8000<br />
• Leistungen 640W bis 150kW<br />
• Spannungen 0...32V bis 1500V DC<br />
• Ströme 0...10A bis 5100A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Tischversion und 19“-Einschub<br />
• Alle Werte im grafischen Display<br />
• Flexible Ausgangsstufe<br />
• Speicherbare Gerätekonfiguration<br />
• Integrierte Sequenz-Funktion<br />
• Innenwiderstandsregelung optional<br />
• Schnittstellen: Analog / CAN /<br />
IEEE / Ethernet / RS232 / USB /<br />
Profibus / Bedienersoftware<br />
Programmierbare Einbaunetzgeräte<br />
Serie PSI 800 R<br />
• Leistungen 320W bis 1500W<br />
• Spannungen 16V bis 360V DC<br />
• Ströme 5A bis 60A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Einbaugehäuse<br />
• Alle Werte im grafischen Display<br />
• Flexible Ausgangsstufe<br />
• Speicherbare Gerätekonfiguration<br />
• Analogschnittstelle<br />
• Fernfühlung<br />
• Schnittstellen: Analog / CAN /<br />
Ethernet / RS232 / USB / Profibus /<br />
Bedienersoftware<br />
Programmier- und Parametrierbare<br />
digitale und analoge Schnittstellen<br />
• Schnittstellen:<br />
Analog galvanisch getrennt / CAN /<br />
IEEE / Ethernet / RS232 / USB<br />
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• Leichte Konfiguration am Gerät<br />
• Galvanische Trennung bis 2000V<br />
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• Umfangreiche LabView VI´s<br />
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• Spannungen 3,3V, 5V, 12-15V, 24V<br />
• Ströme 2,5A bis 30A<br />
• Weiteingang 90-264V AC / 90-360V DC<br />
• Hoher Wirkungsgrad bis 92%<br />
• Aktive PFC (Leistungsfaktorkorrektur)<br />
• Einzel-, Doppel- & Dreifachausgang<br />
• Alle Ausgänge einzeln geregelt<br />
• Fernfühleingang, Extern Ein / Aus<br />
• Überspannungsschutz (OVP)<br />
• Übertemperaturschutz (OTP)<br />
• Power sharing für Parallelschaltung<br />
• 48V Systeme auf Anfrage verfügbar<br />
Programmierbare<br />
Elektronische DC-Lasten<br />
• Leistungen 400W bis 100kW<br />
• Spannungen 80V bis 750V DC<br />
• Ströme 50A bis 600A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Betriebsmodi CC+CV+CP+CR<br />
• Alle Werte gleichzeitig im Display<br />
• Für automatische Prüfsysteme<br />
• Luft- oder wassergekühlt<br />
• Dynamische Testfunktionen<br />
• Batterietestfunktion<br />
• Schnittstellen: Analog / CAN /<br />
IEEE / Ethernet / RS232 / USB /<br />
Profibus / Bedienersoftware<br />
Programmierbare Batterieladegeräte<br />
für alle aufladbaren Batterien<br />
• Leistungen 160W bis 150kW<br />
• Spannungen 0...2V bis 1500V DC<br />
• Ströme 0...5A bis 5100A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Einbauversion und 19“-Einschub<br />
• Alle Werte im grafischen Display<br />
• Programmierbar für alle Lithium-Batterien<br />
• Programmierbar für alle Blei-Batterien<br />
• Für NiMh und NiCd Batterien<br />
• Temperaturkompensation<br />
• Schnittstellen:<br />
Analog / CAN / Ethernet / RS232<br />
USB / Profibus / Bedienersoftware<br />
Batterieladegeräte<br />
für alle aufladbaren Blei-Batterien<br />
• Leistungen 160W bis 3000W<br />
• Spannungen 12V bis 720V DC<br />
• Ströme 5A bis 120A<br />
• μ-Prozessor gesteuert<br />
• Einbauversion und 19“-Einschub<br />
• Programmierbar für alle Blei-Batterien<br />
• Temperaturkompensation<br />
• Parallelbereitschaftsbetrieb als Netzgerät<br />
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• Tiefentladeerkennung<br />
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06_PCIM Nachbericht (eck).indd 7 30.06.2011 12:01:31
Märkte + Technologien<br />
Bild: Cree<br />
Bild: Rohm Semiconductor Bild: SemiSouth<br />
SiC-basierte Leistungs-MOSFETs für niedrige<br />
Amperezahlen: die Z-FET-1200-V-Serie.<br />
Für PFC-Schaltungen in Schaltnetzteilen und netzbetriebenen<br />
Schaltungen vorgesehen: die Presto-MOS-Baureihe.<br />
Schneller JFET mit niedrigem On-Widerstand<br />
von 45 mOhm: der SJDP120R045.<br />
die Bausteine für allgemeine THT-Anwendungen im Schwerlast-/<br />
Hochleistungsbereich entwickelt, die einen niedrigen Einschaltwiderstand<br />
(R DS(on)<br />
) benötigen. Einsatzbereiche: elektrische Servolenkungen<br />
oder Batterieschalter zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit<br />
Verbrennungsmotor sowie in Mikro- und Vollhybrid-Autos.<br />
Fairchild stellte einen 60-V-Power-Trench-MOSFET vor, mit<br />
dem sich nach Herstelleraussagen kleine Stromversorgungen, eine<br />
hohe Leistungsdichte und große Design-Effizienz realisieren lassen.<br />
Der N-Kanal-Power-Trench-MOSFET FDMS86500L wurde<br />
für DC-DC-Stromversorgungen, Motorsteuerungen, Hot-Swapund<br />
Lastschaltanwendungen, aber auch für sekundärseitige synchrone<br />
Gleichrichter von Servern konzipiert. Die in einem 5 mal 6<br />
mm großen Power-56-Gehäuse untergebrachte Komponente erzielt<br />
einen On-Widerstand von 2,5 mΩ bei V GS<br />
= 10 V und I D<br />
=25<br />
Wir sind sehr zufrieden mit der<br />
Anzahl und Qualität der Kontakte.<br />
Bereits am Dienstag war der<br />
Andrang sehr stark und fl aute auch bis<br />
Messeende nicht ab:<br />
Adalbert Ströhle , Director Sales Europa, Marketing<br />
and Communication bei der Vacuumschmelze in<br />
Hanau.<br />
A, was in niedrigen Leitungsverlusten resultiert. Darüber hinaus<br />
zeichnet sich der auf der Shielded-Gate-MOSFET-Technologie basierende<br />
FDMS86500L durch sehr niedrige Schaltverluste (Q GD<br />
14,6 nC typisch) aus. Weiterer Vorteil: hoher Gütefaktor, moderne<br />
Body-Dioden-Technologie für eine sanfte Abschaltcharakteristik<br />
sowie ein robustes MSL1-Gehäuse-Design.<br />
DTMOS-III heißt die 600-V-Superjunction-MOSFET-Serie von<br />
Toshiba, die die Japaner nach Nürnberg mitbrachten. Der Hersteller<br />
schreibt es sich auf die Fahne, ein verbessertes Zusammenspiel<br />
von Wirkungsgrad und EMV-Verhalten bei seinen Komponenten<br />
erzielt zu haben durch eine ideale Kombination aus p/n-Säulen<br />
und ebener MOS-Struktur. Dadurch ließ sich das C GD<br />
/C DS<br />
-Verhältnis<br />
verbessern, was wiederum in einem besseren Schaltverhalten<br />
resultiert. Zudem punkten die Bauelemente mit niedrigem On-<br />
Widerstand und daraus folgend weniger Schaltverluste. Im Vergleich<br />
zu der ersten Generation dieser MOSFETs ist der R DS(on)<br />
nunmehr 22 Prozent niedriger. Endergebnis: Effiziente Stromversorgungen<br />
mit niedrigem Rauschen.<br />
Rohm Semiconductor hat seine für PFC-Schaltungen in Schaltnetzteilen<br />
und netzbetriebenen Schaltungen vorgesehene MOS-<br />
FET-Familie Presto-MOS ausgebaut. Die Bauelemente sind in diversen<br />
Gehäusekonfigurationen für SMD- (CPT/D-PAK, LPT/<br />
D2-PAK) und THT-Montage (z. B. TO3-PF) verfügbar. Vorteile:<br />
kurze Sperrverzögerungszeiten (t rr<br />
), hohe Schaltgeschwindigkeit,<br />
hoher Wirkungsgrad und niedrige Verluste. Einsatzbereiche: integrierte<br />
Wechselrichter, Beleuchtungen, Motortreiber, Solar-Batterien,<br />
Power-Conditioner oder HF-Brückenschaltungen. Gestützt<br />
auf eine ionenbasierte Produktionstechnologie und moderne<br />
Hochspannungs-Prozesse, erzielt die Serie einen kleinen R DS(on)<br />
,<br />
einen niedrigen Q G<br />
-Wert und eine hohe Schaltgeschwindigkeit,<br />
was die Wechselrichter-Effizienz verbessert und den externen Bauteileaufwand<br />
reduziert. Durch die integrierte Body-Diode mit<br />
niedrigem t rr<br />
-Wert ist eine externe Fast-Recovery-Diode überflüssig,<br />
so dass nur wenig Leiterplattenfläche benötigt wird.<br />
Siliziumkarbid einsetzen<br />
Die Zeichen stehen pro SiC – aber JFET oder Mosfet Semisouth<br />
setzt auf Ersteres und hatte mit dem SJDP120R045 einen<br />
schnellen JFET (Normally-On) im Gepäck, der mit einem niedrigen<br />
On-Widerstand von 45 mΩ bei 1200 V punktet. Der Baustein<br />
ist für Applikationen, wie PV-Wechselrichter, Schaltnetzteile, Induktionserwärmung,<br />
USVs, Windkraftanwendungen oder Motorsteuerungen<br />
gedacht. Der R DS(on)<br />
wird durch eine relativ kleine<br />
Chipfläche möglich, die durch minimale Gatespannung und Eigenkapazität<br />
effizienten HF-Betrieb ermöglicht. Neben dem positiven<br />
Temperaturbeiwert, durch den sich parallel schalten lässt,<br />
kann der JFET bis zu seiner Höchstbetriebstemperatur von 175 °C<br />
reststromfrei und schnell schalten. Der Hersteller stellt die Komponente<br />
auch ohne Gehäuse für die modulare Integration zur Verfügung.<br />
Produktfamilie und Semisouth‘ SiC-Dioden überzeugten<br />
auch Modulhersteller Vincotech – Partnerschaft inklusive.<br />
Auf einen Blick<br />
Energieeffizienz, Umweltbewusstsein<br />
und Qualität<br />
Fukushima hat Deutschland aufgerüttelt. Für die Energiewende spielt<br />
die Leistungs<strong>elektronik</strong> keine untergeordnete Rolle. Die PCIM zeigte<br />
es deutlich, dass erneuerbare Energien, allen voran Windkraft und<br />
Photovoltaik, sich zu den wichtigsten Einsatzbereichen für Leistungsbausteine<br />
gemausert haben. Entscheidend dabei: Leistungshalbleiter,<br />
Passive und Co. sollen in der Endapplikation für die höchstmögliche<br />
Energieeffi zienz sorgen. Dabei spielt die Materialfrage der Bausteine<br />
eine wichtige Rolle. Mit Siliziumkarbid und Galliumnitrid stehen zwei<br />
Halbleitermaterialien in den Startlöchern, die hierbei ein Wörtchen<br />
mitzureden haben.<br />
infoDIREKT www.all-electronics.de<br />
150ei0711<br />
8 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
06_PCIM Nachbericht (eck).indd 8 30.06.2011 12:01:34
Märkte + Technologien<br />
Bild: Toshiba<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
22 Prozent niedriger ist der On-Widerstand der DTMOS-III-<br />
MOSFETs, verglichen mit Toshibas ersten Generation.<br />
Cree macht sich für die MOSFET-Variante stark. Nachdem der<br />
Hersteller mit dem CMF20120D Anfang des Jahres bereits einen<br />
SiC-basierten Leistungs-MOSFET in den Markt eingeführt hat,<br />
stellte der Hersteller nun die Z-FET-1200-V-SiC-Familie für niedrige<br />
Amperezahlen vor. Sie soll für erhebliche Energieersparnis bei<br />
Solar, Stromversorgungs- und Antriebs-Applikationen im Bereich<br />
von 3 bis 10 kW sorgen. Der Baustein ist bei seiner Betriebstemperatur<br />
von 100 °C für 12 A und Sperrspannungen von 1200 V spezifiziert.<br />
Bei 25 °C weist er einen R DS(on)<br />
von 160 mΩ auf.<br />
Im Vergleich zu Silizium-Schaltbausteinen mit ähnlichen Daten<br />
bleibt der R DS(on)<br />
der Komponente über den gesamten Betriebstemperaturbereich<br />
hinweg unter 200 mΩ, was zu um bis zu 50 % niedrigeren<br />
Schaltverlusten führt. Auch der Systemwirkungsgrad fällt<br />
erheblich höher aus und sorgt für weniger Wärme. Zusammen mit<br />
dem geringen Leckstrom von
Märkte + Technologien<br />
Bild: AVX Bild: Magnetec Bild: VAC<br />
Links: AVX knackte mit<br />
TCJ-Tantalkondensatoren<br />
die 100-V-Grenze<br />
bei der Nennspannung.<br />
Mitte: Sorgen für eine<br />
Reduzierung von<br />
Motorlagerströmen: Die<br />
Ringbandkerne Cool<br />
Blue von Magnetec.<br />
Rechts: Verbessern die<br />
Entstöreigenschaften<br />
von SKDs: Ringbandkerne<br />
aus nanokristallinem<br />
Vitroperm von der VAC.<br />
ren Produkte. Einsatzbereiche: Stromversorgungen für Notebooks,<br />
Telekommunikationsgeräte oder LED-Fernseher. Besonderheit:<br />
das Passieren der Grenze von 100 V. Der Hersteller konnte diesen<br />
Baustein entwickeln, weil er nicht nur seine Verfahren zur Optimierung<br />
der Kondensatorleistung, sondern auch die Zusammenarbeit<br />
mit den Polymerzulieferern verbessern konnte. Vorteil: Leitfähige<br />
Polymere verfügen über einen niedrigen ESR und hohe<br />
Flammpunkte. Darüber hinaus kann aufgrund der Spannungsfestigkeit<br />
von Polymerkondensatoren eine geringere Lastminderung<br />
von 20 % angesetzt werden. Bis jetzt wurde die Betriebsspannung<br />
von Tantal-Polymerkondensatoren jedoch durch die maximal realisierbare<br />
Durchschlagspannung begrenzt. „Die neuen Entwicklungen<br />
von AVX im Bereich der Polymertechnik sind genau auf<br />
das Problem der begrenzten Betriebsspannung ausgerichtet“, betont<br />
Martin Bárta, FAE Technical Marketing der Tantalum Devision<br />
bei AVX in Lanškroun. „Wir gehen davon aus, dass wir zukünftig<br />
Produkte mit noch höheren Nennspannungen realisieren können.“<br />
Entwicklungsmuster sind ab Juli 2011 erhältlich.<br />
Auf dem Stand der Vacuumschmelze ließen sich stromkompensierte<br />
Entstördrosseln besichtigen, die mit Ringbandkernen aus<br />
Infokasten<br />
Junge Ingenieure braucht das Land!<br />
Aus zahlreichen eingegangenen Einreichungen vergab die Jury, bestehend<br />
aus den Konferenz-Direktoren, diesmal für folgende Beiträge<br />
den Young Engineer Award:<br />
■ Johannes Kolb , Karlsruher Institut für Technologie (KIT): „A novel<br />
control scheme for low frequency operation of the Modular Multilevel<br />
Converter”<br />
■ Anna Mayer , Universität der Bundeswehr München : „Control concept<br />
of the Modular High Frequency – Converter for vehicle applications”<br />
■ Hitoshi Uemura , Mitsubishi Electric Corporation, „Optimized Design<br />
Against Cosmic Ray Failure for HVIGBT Modules“<br />
Der Best Paper Award 2011 ging an Sebastian Liebig von Liebherr-<br />
Elektronik . Er setzte sich mit seiner Arbeit „Concept and prototyping<br />
of an active mains fi lter for aerospace application“ gegenüber 200<br />
Mitbewerbern durch.<br />
dem nanokristallinen Magnetwerkstoff Vitroperm aufgebaut sind.<br />
Das Kernmaterial vereint in einer Legierung Permeabilitätswerte<br />
in einem Bereich von etwa 5000 bis über 150.000 sowie eine Sättigungsinduktion<br />
von 1,2 T. Resultat: Die Materialeigenschaften sorgen<br />
für ein um den Faktor 3 reduziertes Bauvolumen. Trotz hoher<br />
Induktivitätswerte der Drosseln lassen sich die Windungszahlen<br />
niedrig und der Kupferquerschnitt groß halten, was die Wicklungsverluste<br />
minimiert und den Systemwirkungsgrad erhöht.<br />
Nanokristalline Funkentstördrosseln überzeugen mit einem<br />
breitbandigen Dämpfungsverhalten, das im niederfrequenten Bereich<br />
durch die hohe Materialpermeabilität und im höherfrequenten<br />
Bereich durch die niedrige Wicklungskapazität beschrieben<br />
wird. Dadurch lässt sich der Aufwand an kapazitiven Entstörmaßnahmen<br />
reduzieren oder sogar durch eine Filterstufenreduzierung<br />
die Zahl der passiven Bauteile verringern. Die nanokristalline<br />
stromkompensierte Funkentstördrossel-Familie UL1446 ist nach<br />
der EN50178 ausgelegt und eignet sich für Netzbetrieb als auch für<br />
hohe DC-Spannungen von über 1000 V. Applikationsfeld: EMV-<br />
Filter auf der Netzseite von Solarwechselrichtern oder panelseitig<br />
am Wechselrichtereingang.<br />
Auch der Langenselbolder Hersteller Magnetec setzt auf nanokristalline<br />
Werkstoffe. Zur PCIM ließen sich auf dem Messestand<br />
Cool-Blue-Ringbandkerne aus Nanoperm besichtigen, die zum<br />
Einsatz kommen, um schädliche Motorlagerspannungen/-ströme<br />
bei Umrichter-Antriebssystemen mit hoher Leistung sowie hohen<br />
Taktfrequenzen zu reduzieren. Mit einem gezielten Einsatz der<br />
Komponenten lassen sich – neben minimierten Überspannungen<br />
an den Motorklemmen – auch die durch parasitäre Ableitkapazitäten<br />
des Motorkabels und des Motors verursachten asymmetrischen<br />
Störströme erheblich unterdrücken. Dazu müssen lediglich die<br />
Verbindungsleitungen im DC-Zwischenkreis oder am Umrichter-<br />
Ausgang gemeinsam durch einen oder mehrere Cool-Blue-Kerne<br />
mit geeigneter Geometrie geführt werden. Die Wirkung entspricht<br />
der einer Gleichtakt-Drossel. Vorteile: lange Lebensdauer der eingesetzten<br />
Motorlager, keine Ausfallzeiten und niedrige Kosten,<br />
weil Anlagenstillstand und Wartung vermieden wird.<br />
Fazit: Die PCIM platzt zwar noch nicht aus den Nähten, der Zuwachs<br />
ist allerdings beachtlich. So war beispielsweise erstmals ein<br />
chinesischer Gemeinschaftsstand zu betrachten. Die Themen<br />
Energieeffizienz und Nachhaltigkeit standen aufgrund derzeitiger<br />
politischer Energie- und Elektromobilitätsdiskussionen eindeutig<br />
im Vordergrund. Spannend bleibt auch der Punkt, wie sich die Materialfrage<br />
– SiC versus GaN – weiterentwickelt.<br />
■<br />
Die Autorin: Stefanie Eckardt, Redaktion all-electronics<br />
und <strong>elektronik</strong>JOURNAL in Landsberg/Lech.<br />
10 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
06_PCIM Nachbericht (eck).indd 10 30.06.2011 12:01:44
Märkte + Technologien<br />
Polo 40G-Chip für 40 Gb/s Coherent-Netzwerke<br />
Cloud Computing erfordert Bandbreite<br />
Bild 1 (links):<br />
Blockschaltbild<br />
des Polo 40G<br />
Chip mit<br />
Sende- und<br />
Empfangspfad.<br />
Bild 2 (rechts):<br />
Mit dem Polo 40G<br />
Chip deckt<br />
PMC-Sierra die<br />
künftigen<br />
Anforderungen<br />
an Bandbreite in<br />
optischen<br />
Netzwerken ab.<br />
Der zunehmende IP Traffic und die Anforderungen<br />
des Cloud Computing bedingen<br />
ein Upgrade des Weitverkehrsnetzes besonders<br />
mit Lichtwellenleitern. Bei den bestehenden<br />
40G- und 100G-Übertragungsraten<br />
wird aber das optische Signal beeinträchtigt.<br />
Mit Coherent-Netzwerken kann<br />
diese Beeinträchtigung überwunden werden.<br />
Der für Coherent-Netzwerke von<br />
PMC-Sierra entwickelte Polo 40G-Chip<br />
verdoppelt nun die Linecard-Portdichte,<br />
verbessert die optische Leistung und bringt<br />
25 Prozent mehr Reichweite in Metro-, Regional-<br />
und Weitverkehrs-Netzwerken.<br />
Durch die Anwendung der Coherent-<br />
Netzwerktechnik ergeben sich große Ersparnisse<br />
sowohl bei der Infrastruktur wie<br />
auch bei den Betriebskosten. Dies durch<br />
den Wegfall von DCF (Dispersion Compensated<br />
Fibre) und DCM (Dispersion<br />
Compensated Management), die sonst<br />
beispielsweise alle 80 km installiert werden<br />
müssten.<br />
Im Betrieb kann auch eine beachtliche<br />
Kostenersparnis erzielt werden, da die Betreiber<br />
die Portdichte erhöhen (statt heutiger<br />
Lösungen, die 2…3 Slots einnehmen,<br />
wird nur noch ein Slot benötigt) und die<br />
Leistungsaufnahme um bis zu 50 Prozent<br />
senken können. Auch sinken die Kosten für<br />
die Wartung durch den Wegfall von Komponenten.<br />
Das Bild 1 zeigt das Blockdiagramm<br />
des Polo 40G-Chips mit Sende- und<br />
Empfangspfad. Der Empfangspfad wird gebildet<br />
mit dem Serdes Framer Interface 5.12,<br />
dem 40G Phy, dem OTN Framer nach<br />
OTU3 und der Fehlerkorrektur (Swizzle<br />
FEC Engine). Nach der 40G Polarization<br />
Encode Unit folgt die Modulation Engine,<br />
die schließlich die Daten und den Takt bereitstellt.<br />
Im Sendepfad gelangen die Daten<br />
zur 4x25GS/S ADC Engine, die die Daten<br />
zur DSP Engine weitergibt, gefolgt vom 40G<br />
Polarization Aligner mit nachfolgender FEC<br />
und dem OTN Framer. Der Polo-Chip arbeitet<br />
mit Cavity-Laser zusammen. (sb) n<br />
infoDIREKT<br />
432ei0711<br />
SenSationell Schnell.<br />
BahnBrechend Stark.<br />
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Oszilloskope neu definiert.<br />
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DT_AZ_210x103_ElektronikIndustrie.indd 11_PMC-Sierra_432 (sb).indd 11 1 30.06.2011 04.05.11 12:04:06 09:22
Märkte + Technologien<br />
Micro electronic vertreibt Plessey<br />
Distributionsvertrag für D-A-CH<br />
NI macht sich noch stärker<br />
AWR und Phasemetrix gekauft<br />
Bilder: Linear Technology/National Semiconductor<br />
Der Baueteile-Distributor Micro electronic<br />
und der englische Halbleiterhersteller Plessey<br />
Semiconductors haben einen Distributionsvertrag<br />
für Plessey-Produkte in der<br />
Region D-A-CH geschlossen. „Die Plessey-<br />
Produkte sind eine hervorragende Ergänzung<br />
zu unserem bisherigen Produkt-Portfolio<br />
und decken eine Vielzahl von Funktionen<br />
und Eigenschaften ab, die unsere<br />
Kunden erwarten,“ erklärt Horst Behr, Geschäftsführer<br />
der micro electronic GmbH,<br />
und ergänzt: „Vor allem garantiert uns die<br />
Vereinbarung mit Plessey eine noch engere<br />
Zusammenarbeit und die zuverlässige Ver-<br />
Die Analog-IC-Welt hat zwei Champions verloren<br />
Bob Pease und Jim Williams<br />
Jim Williams, der langjährige Chef-Designer<br />
der Linear Technology Corp., ist am 12.<br />
Fast zeitgleich verstarben zwei der weltweit<br />
bekanntesten Analog-IC-Entwickler: Jim Williams<br />
(links) und Bob Pease.<br />
Horst Behr (micro electronic) und rechts Dennis<br />
Gross (Plessey) unterzeichneten den Vertrag.<br />
sorgung unserer Kunden mit hochwertigen<br />
und technologisch führenden Produkten<br />
für die Fertigungs-, Kommunikations-,<br />
Medizin- und Automobil<strong>industrie</strong> sowie<br />
viele weitere Anwendungsgebiete.“<br />
infoDIREKT<br />
546ei0711<br />
Juni 2011 verstorben. Williams, der seine<br />
Kariere beim MIT und dann bei National<br />
Semiconductor startete, arbeitete fast drei<br />
Jahrzehnten für Linear Technology, war ein<br />
legendärer analoger Schaltungstechniker,<br />
Designer, Problemlöser, Schriftsteller und<br />
Mentor für viele Ingenieure. Nur wenige<br />
Tage später, am 18. Juni, verunglückte sein<br />
damaliger Kollege bei National Semiconductor,<br />
der ebenfalls legendäre Design-Ingenieur<br />
Bob Pease. Während seiner 33-jährigen<br />
Tätigkeit bei National erhielt Bob<br />
Pease 21 Patente und entwickelte mehr als<br />
20 integrierte Schaltkreise.<br />
Bild: Micro electronic<br />
National Instruments hat die beiden US-Unternehmen<br />
AWR (für 58 Mio. US-$) und<br />
Phase Metrix (für 38 Mio. $) gekauft. Mit dem<br />
Erwerb von Electronics Workbench, bekannt<br />
unter anderem durch Multisim, begann der<br />
Einstieg in die EDA-Welt, jetzt kommt mit<br />
AWR ein Spezialist für Designs im HF- und<br />
Mikrowellenbereich dazu. AWR ist zum Beispiel<br />
Entwickler und Anbieter der EDA-Tools<br />
Microwave Office (zum Entwurf von HF-ICs,<br />
-Leiterplatten und -Modulen), dem Visual<br />
System-Simulator zur Entwicklung von Kommunikationssystemen<br />
und Analog Office für<br />
das Design von Analog- und Hochfrequenz-<br />
ICs. AWR wird mit dem Zusatz „A National<br />
Instruments Company“ unter dem Dach von<br />
National Instruments mit dem bestehenden<br />
Management-Team (CEO Dane Collins und<br />
dem als CTO fungierenden AWR-Gründer<br />
Dr. Joe Pekarek) unter dem Namen AWR weiterarbeiten.<br />
Auch die Phase Matrix, Inc. soll<br />
unter eigenem Namen als „wholly owned NI<br />
subsidiary“ mit den Phase Matrix Gründern<br />
Pete Pragastis als General-Manager und Charanbir<br />
Mahal als CTO bestehen bleiben. Mit<br />
Phase Matrix konnte sich National Instruments<br />
vor allem viele Spezialisten in der Entwicklung<br />
von PXI Messtechnik-Hardware für<br />
den HF- und Mikrowellenbereich sichern<br />
und mit den Produkten in den Frequenzbereich<br />
von 26,5 GHz und mehr vorstoßen.<br />
infoDIREKT<br />
549ei0711<br />
Book-to-Bill-Ratio erreicht einen Wert von 0,95<br />
Leiterplattenmarkt boomt unverändert<br />
2,10<br />
1,90<br />
1,70<br />
1,50<br />
1,30<br />
1,10<br />
1,29 1,27<br />
1,66<br />
1,20<br />
1,96<br />
0,90<br />
0,95 0,92<br />
0,93 0,96 0,95<br />
0,70<br />
0,79<br />
0,66<br />
0,50<br />
Mrz 10 Apr 10 Mai 10 Jun 10 Jul 10 Aug 10 Sep 10 Okt 10 Nov 10 Dez 10 Jan 11 Feb 11 Mrz 11<br />
Das Book-to-Bill-Ratio liegt zwar unter pari, aber die Nachfrage ist immer<br />
noch gut – insbesondere im Segment der Industrie-Elektronik.<br />
Der Leiterplattenmarkt setzt seinen Aufschwung fort. Der März-<br />
Umsatz schloss, laut ZVEI-Fachverband PCB and Electronic Systems,<br />
11,6 % über dem des Februars ab und war 15 % höher als im<br />
Vergleichsmonat des Vorjahres. Kumuliert erreichte das 1. Quartal<br />
ein um 20 % höheres Umsatzvolumen als im Vorjahr. Viele Hersteller<br />
arbeiten weiterhin an der Kapazitätsgrenze. Der Auftragseingang<br />
war im Vergleich zum Februar um 18 % höher, verglichen<br />
1,01<br />
Bild: ZVEI<br />
allerdings mit dem März des Vorjahres um 13,5 % niedriger. Auch<br />
das 1. Quartal lag um 10 % unter dem Vergleichszeitraum. Trotzdem<br />
ist der Auftragseingang in absoluten Zahlen im langjährigen<br />
Mittel immer noch ein Rekordwert, da er in der vergangenen Dekade<br />
nur zweimal übertroffen wurde.<br />
Bei den Gegenüberstellungen zum Vorjahr muss berücksichtigt werden,<br />
dass es Ende 2009/Anfang 2010 einen überraschend hohen Nachfrageschub<br />
gab. Die vorausgegangene Verknappung von Bauteilen als<br />
Reaktion auf Kapazitätsreduzierungen wegen der Finanzkrise, hatte<br />
bei vielen Firmen zu Vorrats- und Doppelbuchungen geführt, um die<br />
eigene Versorgung sicherzustellen. Die Bestellungen wurden später<br />
verschoben und nur dem tatsächlichen Bedarf angepasst, so dass dies<br />
nicht Ausdruck einer Trendwende ist. Das Book-to-Bill-Ratio erreicht<br />
aufgrund dieser Zahlen einen Wert von 0,95. Die Mitarbeiterzahl stieg<br />
wieder geringfügig an und liegt nun 9 % über dem März des Jahres<br />
2010, gleichwohl noch 2 % unter dem März des Vorkrisenjahres 2008.<br />
infoDIREKT<br />
548ei0711<br />
Toshib<br />
12 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
12_Phoenix Testlab_415 (sb.indd 12 30.06.2011 12:06:54
Märkte + Technologien<br />
Phoenix Testlab<br />
Testlabor für Lithium-Ionen-Batterien eröffnet<br />
Alle Bilder: Phoenix Testlab<br />
Mit einem Festakt hat die 1994 gegründete<br />
Phoenix Testlab GmbH mit Sitz in Blomberg<br />
am 26. Mai 2011 ihr neues Batterielabor<br />
eröffnet. Bereits 2006 hat Phoenix Testlab<br />
erste Batterietests mit dem Kunden<br />
Johnson Control/Saft durchgeführt und im<br />
Jahr 2010 fiel der Entschluss ein komplettes<br />
Batterielabor zu eröffnen.<br />
In dem jetzt eingeweihten Labor mit einer<br />
Grundfläche von etwa 950 Quadratmetern<br />
können zentral alle thermisch-klimatischen<br />
und korrosiven Tests durchgeführt<br />
werden. Das Testspektrum umfasst Tests<br />
der elektrischen Sicherheit und der EMV.<br />
Außerdem umfasst die Dienstleistung die<br />
Umweltsimulation. Das Spektrum der zu<br />
testenden Lithium-Ionen-Systeme reicht<br />
dabei von der Zelle über das Modul bis hin<br />
zur großen EV-Batterie.<br />
Die aus Sicherheitsgründen wegen Schadensmöglichkeit<br />
auf Container verteilten<br />
Bild 1: Aus sicherheitstechnischen Überlegungen wurde das Batterietestlabor auf Container verteilt.<br />
Bild 2: Klimakammer mit 15 m 3 Fassungsvermögen<br />
für den Temperaturtest auch großer Li-Ionen<br />
Batteriemodule.<br />
Prüfanlagen (Bild 1) wurden individuell an<br />
die technischen Anforderungen der Kunden<br />
des Prüfdienstleisters angepasst. Neben<br />
den zum Teil erheblichen Volumenund<br />
Gewichtsparametern der Prüflinge<br />
sind auch die klimatischen und elektrischen<br />
Testanforderungen zu berücksichtigen.<br />
Leistungsfähige Aggregate ermöglichen<br />
dynamische Zyklen vom Batteriemodul<br />
bis zum großen Batteriesystem. Selbstverständlich<br />
gehört auch die Temperierung<br />
der Batterien zum Testportfolio (Bild 2).<br />
Im Herzstück des Batterielabors, dem zentralen<br />
Regelraum, laufen alle test- und sicherheitsrelevanten<br />
Daten über CAN zusammen.<br />
Von hier aus steuern und überwachen<br />
die Batterieexperten des Prüfinstituts<br />
kontinuierlich die mehrheitlich sehr<br />
komplexen Tests.<br />
Ein besonderes Augenmerk wurde auf die<br />
umfassende sicherheitstechnische Ausstattung<br />
des Batterielabors gelegt, beispielsweise<br />
mit mehrfacher Sensorüberwachung und zusätzlicher<br />
Videoüberwachung. Phoenix Testlab<br />
hat seine langjährigen Erfahrungswerte<br />
um die Erkenntnisse aus zahlreichen Gesprächen<br />
mit seinen Kunden ergänzt und diese in<br />
einem umfassenden Konzept konzentriert.<br />
Die Mitwirkung bei der Gestaltung aktueller<br />
prüftechnischer Anforderungen und<br />
der Aufbau der entsprechenden labortechnischen<br />
Lösungen im eigenen Haus war<br />
Phoenix Testlab dabei immer besonders<br />
wichtig. Dieser Philosophie folgend beschäftigt<br />
man sich seit nunmehr fünf Jahren<br />
mit dem Test von Lithium-Ionen-Batterien,<br />
die im Fokus der aktuellen Entwicklungen<br />
zur Elektrifizierung des automobilen<br />
Antriebsstrangs stehen. Phoenix Testlab<br />
hat diese Aktivitäten quasi von Anfang an<br />
mit begleitet und damit auf seine Erfahrungen<br />
beim Testen von Batterien aus der<br />
Kraftwerks- und Bahntechnik aufgebaut.<br />
Im nächsten Schritt wird ein leistungsstarker<br />
Shaker und später im Jahr eine begehbare<br />
Salznebelkammer in Betrieb genommen.<br />
(sb) n<br />
infoDIREKT<br />
415ei0711<br />
Toshiba ssd 216x85 Ger.qxd:Layout 1 9/5/11 16:19 Page 1<br />
SOLID STATE DRIVES (SSD) VON TOSHIBA –<br />
DIE IDEALE LÖSUNG FÜR MOBILE RECHNER<br />
Rechner werden immer mobiler, deshalb benötigen Sie Bauteile, die schneller, leichter und energieeffizienter sind als<br />
frühere Generationen.<br />
SSDs von Toshiba nutzen führende NAND-Flash-Speichertechnologie und haben keine beweglichen Bauteile -<br />
dadurch sind sie robust und stabil und bieten enorm hohe Lese, /Schreibgeschwindigkeiten. Ausgestattet mit<br />
bewährten Schnittstellen und erhältlich in einer Vielzahl von Formfaktoren, sind SSDs die ideale Lösung für<br />
Unterhaltungs<strong>elektronik</strong> genauso wie für <strong>industrie</strong>lle Applikationen.<br />
Weitere Informationen zu unserem kompletten Angebot an SSDs unter<br />
www.toshiba-components.com/ssd<br />
12_Phoenix Testlab_415 (sb.indd 13 30.06.2011 12:06:57
Märkte + Technologien<br />
Hohe Signalreinheit und minimaler Jitter für 100-GbE-Tests<br />
36 GHz Oszilloskope mit bis zu 10 Kanälen<br />
Bild: LeCroy<br />
Der modulare Aufbau des LabMaster 9 Zi-A<br />
ermöglicht eine kosteneffiziente Lösung und<br />
ein leichtes Aufrüsten.<br />
Wie im Mai bei der Vorstellung der Echtzeit-Oszlloskop-Serie<br />
Labmaster 9 Zi-A<br />
von LeCroy angekündigt, folgen jetzt weitere<br />
neue Modelle: Die Labmaster 936 Zi-A<br />
verfügen je nach Konfiguration über 36<br />
GHz analoge Bandbreite auf 4 bis 10 Kanälen<br />
bei jeweils 80 GS/s Abstastrate und maximal<br />
768 M Punkten Analysespeicher pro<br />
Kanal bzw. 20 GHz auf 8 bis 20 Kanälen.<br />
Die Systemarchitektur trennt die Signalerfassungseinheit<br />
des Oszilloskops von dem<br />
Display und den Steuerungs- und Signal-<br />
verarbeitungsfunktionen. Das Master-Modul<br />
enthält das Display, die Steuerung und<br />
CPU, die Slave-Module enthalten die Erfassungssysteme.<br />
Da die zu messenden Signale<br />
über Kabel in das Oszilloskop gelangen,<br />
statt Tastköpfe oder einen differenziellen<br />
Verstärker einzusetzen, wird das Rauschen<br />
um 3 dB oder mehr reduziert und<br />
damit die Signalreinheit des Messsystems<br />
weiter erhöht.<br />
infoDIREKT<br />
545ei0711<br />
Gewinner<br />
Gewinner<br />
Gewinner aus <strong>Ausgabe</strong> 4/2011<br />
In der <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 4-2011 hatten unsere Leser die Chance,<br />
acht Adapterboards für Real-Time-Clock-Module, spendiert<br />
von WDI AG, zu gewinnen.<br />
Die glücklichen Gewinner sind:<br />
■■ Ingo Barkus, Nikkiso Europe GmbH, Hannover<br />
■■ Michael Raufeisen, E+H Conducta GmbH & Co. KG, Gerlingen<br />
■■ Ralf Hahnloser, Grundfos Water Treatment GmbH, Pfinztal<br />
■■ Dieter Lürick, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont<br />
■■ Thomas Stäbler, Höntzsch GmbH, Waiblingen<br />
■■ Klaus-Dieter Meyer, KDM Ingenieurbüro, Brombachtal<br />
■■ Max Wilcke, Höptner KG, Friesenheim<br />
■■ Regina Potempa, Schulze GmbH, Königsee<br />
Die Gewinne wurden bereits versandt.<br />
Herzlichen Glückwunsch!<br />
Gewinner aus <strong>Ausgabe</strong> 12/2010<br />
In der <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 12-2010 hatten unsere Leser die<br />
Chance drei MCB9BF500 Evaluationboards für die Fujitsu ARM<br />
Cortex-M3 Mikrocontroller der <strong>MB</strong>9B500 Serie, gespendet von<br />
Fujitsu, zu gewinnen.<br />
Die glücklichen Gewinner sind:<br />
■■ Valentin Kuhfuss, SEW-EURODRIVE<br />
GmbH & Co. KG, Bruchsal<br />
■■ Burkhard Macht, Dipl.-Ing., Bender<br />
GmbH & Co. KG, Grünberg<br />
■■ Alexander Kohler, Baumüller Nürnberg<br />
GmbH, Nürnberg<br />
Die Gewinne wurden bereits durch Fujitsu<br />
selbst versandt.<br />
Herzlichen Glückwunsch!<br />
_EI_06_45423.indd 1<br />
09.01.2007 17:52:00 U<br />
scopes und mehr<br />
Messtechnik<br />
zum fairen Preis<br />
Vishay Intertechnology<br />
Firmengründer verstorben<br />
Der Firmengründer und Executive Chairman<br />
of the Board, Chief Technical Officer<br />
und Chief Business Development Officer<br />
von Vishay Intertechnology, Dr. Felix<br />
Zandman ist im Alter von 84 Jahren verstorben.<br />
Dr. Zandman gründete Vishay in<br />
1962 und fungierte bis 2004 als Chief Executive<br />
Officer, und von 1962 bis 1998 als<br />
President. Von Beginn an zeichnete er als<br />
Mitglied des Aufsichtsrats verantwortlich,<br />
und seit 1989 als Executive Chairman of<br />
the Board.<br />
Im Einklang mit dem Nachfolgeplan des<br />
Aufsichtsrats kündigte Vishay an, dass<br />
Marc Zandman die Position als Executive<br />
Chairman of the Board übernimmt. Zusätzlich<br />
wird Marc Zandman als Chief<br />
Business Development Officer fungieren.<br />
Der Sohn von Dr. Zandman ist seit 1984<br />
bei Vishay beschäftigt und bekleidete zahlreiche<br />
Management-Positionen im Unter-<br />
Der Vishay-Gründer<br />
Dr. Felix Zandman<br />
ist im Alter von 84<br />
Jahren verstorben.<br />
Er hat bis zu<br />
seinem Tode aktiv<br />
am Unternehmensgeschehen<br />
teilgenommen.<br />
nehmen, einschließlich Vice Chairman of<br />
the Board, Chief Administration Officer<br />
und President von Vishay Israel. Dr. Gerald<br />
Paul, seit 2005 als President und Chief Executive<br />
Officer von Vishay, und seit 1993 als<br />
Director verantwortlich, wird die Geschäfte<br />
von Vishay weiterhin als President und<br />
CEO und Aufsichtsratsmitglied führen.<br />
Zusätzlich wird er die Position des Chief<br />
Technical Officers übernehmen.<br />
Bild: Vishay<br />
14 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
14_News (jj).indd 14 30.06.2011 12:08:19
Märkte + Technologien<br />
austriamicrosystems<br />
übernimmt TAOS<br />
Erwerb bedeutet eine<br />
komplementäre Erweiterung<br />
Superior Solutions<br />
for Industrial<br />
Bild: austriamicrosystems<br />
Blockschaltbild des AS5410 mit der Signalkonditionierung, den Sensorelementen<br />
und den I/Os.<br />
austriamicrosystems AG hat eine Vereinbarung mit Texas Advanced<br />
Optoelectronic Solutions, Inc. (TAOS), mit Sitz in Plano, Texas<br />
(USA), zum Erwerb von 100% der Anteile an TAOS abgeschlossen.<br />
Der Abschluss der Transaktion wird innerhalb der nächsten Wochen<br />
erwartet. TAOS ist ein etabliertes, weltweit anerkanntes Unternehmen<br />
im Bereich Lichtsensortechnologie und ein globaler<br />
Anbieter von Lichtsensor-Lösungen für die Märkte Consumer,<br />
Computer, Industrie, Medizintechnik und Automotive. Mit seinen<br />
Displaymanagement-Lösungen einschließlich Umgebungslicht-,<br />
Annäherungs- und Farbsensoren ist TAOS als Sensorlieferant<br />
zahlreicher weltweit tätiger Fortune 100-Hersteller von Smartphones,<br />
Tablet-PCs, HDTV, Laptops/Notebooks und Desktop/All-inone-PCs<br />
etabliert. John Heugle, CEO von austriamicrosystems:<br />
„Der Erwerb von TAOS bedeutet eine komplementäre Erweiterung<br />
unseres Angebots an innovativen Sensorlösungen für mobile<br />
Geräte und einen erheblichen Ausbau unseres Consumer- & Communications-Geschäfts.<br />
TAOS verfügt über eine starke Marktposition<br />
weltweit. Die strategische Kombination von austriamicrosystems<br />
und TAOS schafft einen bedeutenden Anbieter hochwertiger<br />
Sensortechnik für die attraktiven Märkte Smartphones und Tablet-<br />
PCs.“ Fast zeitgleich präsentierte austriamicrosystems anlässlich<br />
eines Pressetages am 1.Juni und anschließend auf der Messe<br />
Sensor+Test in Nürnberg den linearen Positionssensor AS5410,<br />
das erste Produkt der weltweit ersten vollwertigen 3D-Hall-Plattform.<br />
Diese 3D-Hallsensorlösung dient zur absoluten Positionsmessung<br />
in Automotive- und Industrie-Anwendungen und bietet<br />
Positionsdaten in höchster Auflösung. Der AS5410 ermöglicht eine<br />
absolute Positionsbestimmung eines kleinen Magneten unmittelbar<br />
nach Einschalten der Sensorlösung ohne vorherige Referenzfahrt<br />
in der Applikation. Zudem bleibt der Messwert der Lösung<br />
selbst bei störenden externen Magnetfeldern stabil. Dies wird<br />
durch eine spezielle differenzielle Messmethodik mit mehreren<br />
3D-Hall-Sensorelementen ermöglicht und ist weltweit einzigartig.<br />
Durch Programmierung des internen EEPROMS können verschiedenste<br />
Geometrien, wie z.B. Kurvenbewegungen, nichtlineare Skalen<br />
in ein lineares Ausgangssignal konvertiert werden. (sb) n<br />
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14_News (jj).indd 15 30.06.2011 12:08:22
Märkte + Technologien<br />
Bild: AMA Service<br />
Die Gewinner des Sensor Innovationspreis 2011 des AMA Fachverbandes für Sensorik e.V.<br />
Sensor+Test 2011<br />
Zufriedenheit auf breiter Front<br />
Etwa 8000 Fachbesucher (plus 10 %) haben die Messe Sensor+Test 2011<br />
in Nürnberg besucht und die drei Messetage zum Dialog mit den<br />
insgesamt 577 Ausstellern (13 % mehr als im Vorjahr) genutzt. Ergänzent<br />
zu unserer Berichterstattung in der <strong>elektronik</strong> instustrie 6-2011 haben wir<br />
hier weitere Messe-Hightlights zusammengestellt. Autor: Hans Jaschinski<br />
Bild: AMA Service<br />
Auf mehr als 19.000 m² wurden auf der Sensor+Test 2011<br />
neue Produkte und Entwicklungen präsentiert. Holger Bödeker<br />
vom Veranstalter AMA Service GmbH zeigte sich am<br />
Schlusstag sehr zufrieden: „Wir freuen uns darüber, dass die<br />
Messe bei allen wichtigen Kennzahlen die Werte der letzten Jahre<br />
deutlich überschritten hat.“<br />
Der mit 10.000 Euro dotierte Sensor Innovationspreis des AMA<br />
Fachverbandes für Sensorik e.V. ging am Eröffnungstag zu gleichen<br />
Teilen an die nominierten Bewerber „HoloTop und HoloFlash, 3D-<br />
Sensoren mit Mehrwellen-Holografie“, eine gemeinsame Entwicklung<br />
des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik mit den Unternehmen<br />
Breitmeier Messtechnik und Asentics, sowie an die „Innovative<br />
magnetische, pflanzenbasierte ZIM Druckmesssonde“ der Firma<br />
ZIM Plant Technology. Die nächste Sensor + Test findet vom 22.<br />
bis 24. Mai 2012 wieder im Messezentrum Nürnberg statt. Zwei hochkarätige<br />
Fachtagungen werden dann die Messe begleiten: Die 16.<br />
GMA/ITG-Fachtagung „Sensoren und Messsysteme“ sowie das erstmals<br />
in Deutschland stattfindende 14. International Meeting on Chemical<br />
Sensors (IMCS). Nachfolgend einige weitere interessante Produkte<br />
von der Messe.<br />
Hallsensoren<br />
Melexis hat die dritte Generation seiner programmierbaren linearen<br />
Hallsensoren als SMD aus der Taufe gehoben und bricht damit mit<br />
dem konventionellen SIP-Ansatz. Der MLX90288 verfügt über einen<br />
ratiometrischen analogen Ausgang und der MLX90291 über einen<br />
125 Hz PWM-Ausgang. Beide kommen als SOIC-8 SMD mit identischer<br />
Pinbelegung. Der MLX90292 wird für höchst zuverlässige Anwendungen<br />
gebaut und ist als redundantes Doppelchip-TSSOP-16<br />
erhältlich. Dieser dritte Sensor – der MLX90292 – zeichnet unter Nut-<br />
zung des schnellen und sicheren 2-drahtigen PSI-5-Protokolls ein digitales<br />
Telegramm auf, das einen Temperatur-Output nahe der magnetischen<br />
Flussdichte einschließt. Er verfügt zudem über einen<br />
PWM-Modus mit 2 kHz. Alle Bauelemente sind als Muster und in<br />
Produktionsmengen erhältlich, zusammen mit den passenden PTC-<br />
04-Programmiertools. In den kommenden Monaten wird die Familie<br />
durch drei weitere programmierbare Produkte erweitert: den<br />
MLX91207 mit analogem Output und der besten Bandbreite seiner<br />
Klasse für derzeitige Sensoranwendungen in einer optimierten SOIC-<br />
8-Bauform; den MLX90290 in einer TSOT-3L-Bauform (analoger<br />
Output); und den MLX90293 mit SENT-Outputprotokoll.<br />
Position Sensor<br />
TE Connectivity, vormals Tyco Electronics, verfügt über eine automobilkonforme<br />
Plattformstrategie für Weg- und Winkelsensoren. Standardisierte<br />
Bauformen und Produktionsprozesse ermöglichen kurzfristig<br />
verfügbare und voll funktionsfähige Sensoren für Systemerprobungen<br />
und auch für Kleinserien. Hervorzuheben ist der auf Hall-<br />
Technik basierende Plattform-Wegsensor T40MC1 mit einem<br />
Messbereich linear bis zu 40 mm. Die verwendete Hall-Technologie<br />
arbeitet mit einem 3D-Messverfahren, wodurch eine deutliche Performanceverbesserung<br />
zu bestehenden Hallsensoren erreicht wird.<br />
Für den Herbst sind erste Muster eines ASIL B erfüllenden Positionssensors<br />
für Versorgungsspannungen im Bereich 3,5...18 V, für 5 mm<br />
kurze Magneten für den 30 mm Bereich, mit freier Orientierung zwischen<br />
Sensor und Magnet, geplant. Auch bei diesen kurzen Magneten<br />
wird eine Toleranz von nur 2 % erreicht. Eine System-Kalibrierung ist<br />
nicht notwendig. Der Sensor hat drei programmierbare Ausgänge (2x<br />
PWM + 1x Schalter oder 1x PWM + 1x Schalter), Temperaturbereich<br />
-40...+150 °C.<br />
16 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
16_Sensor+Test (jj).indd 16 30.06.2011 12:10:31
Märkte + Technologien<br />
Das High-Speed-<br />
CAN-Modul 9862<br />
von National<br />
Instruments für<br />
die C-Serie.<br />
Bild: National Instruments<br />
und Kommunikation mit einer Busauslastung von 100 % – ohne dass<br />
Frames verloren gehen. Wer am NI-Stand genau hinschaute, konnte<br />
auch schon einen Blick auf die neue Diadem-Software Version 2011<br />
werfen.<br />
Bei A.S.T. besteht jetzt die Möglichkeit, jeden A.S.T.-Kraftaufnehmer<br />
mit ATEX für explosionsgefährdete Umgebungen in unterschiedlichen<br />
Klassen zu zertifizieren. Dadurch können Messaufnehmer in<br />
Heb- und Förderanlagen in der Chemischen Industrie, Ölförderanlagen,<br />
Krane und Transportsysteme im Kohleabbau, Mischanlagen und<br />
Wägesysteme bei Staubumgebungen (also überall wo Material gemahlen<br />
und zerkleinert wird) eingesetzt werden.<br />
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507ei0711<br />
Infrarot-MEMS-Temperatursensor<br />
Texas Instruments ermöglicht mit einem passiven IR-MEMS-Temperatursensor<br />
erstmalig die kontaktlose Temperaturmessung in mobilen<br />
und platzbeschränkten Endgeräten. Der digitale Temperatursensor<br />
TMP006 bietet die Möglichkeit, mithilfe der IR-Technologie eine genaue<br />
Messung der Gehäusetemperatur vorzunehmen. Im Gegensatz<br />
zur gängigen Methode, bei dem die Gehäusetemperatur basierend auf<br />
der Systemtemperatur geschätzt wird. Der Sensor kann zudem für die<br />
Temperaturmessung außerhalb des Geräts verwendet werden. Der<br />
Single-Chip-Sensor mit den Abmessungen 1,6 x 1,6 mm 2 umfasst einen<br />
On-Chip-MEMS-Thermopile-Sensor, Signal Conditioning, einen<br />
16-Bit-Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler), einen lokalen Temperatursensor<br />
und Spannungsreferenzen. Er stellt eine digitale Komplettlösung<br />
für die kontaktlose Temperaturmessung dar, die um 95 %<br />
kleiner als andere Thermopile-Sensoren ist. Der Ruhestrom beträgt<br />
240 µA und im abgeschalteten Modus nur 1 µA. Die Temperatur kann<br />
im Bereich -40...+125 °C mit einer Toleranz von ±0,5 °C am lokalen<br />
Sensor und von ±1 °C am passiven IR-Sensor gemessen werden. Der<br />
Sensor besitzt eine digitale I 2 C/S<strong>MB</strong>us-Schnittstelle.<br />
Messtechnik<br />
Die Messgeräte-Hersteller haben sich auf der Sensor+Test rar gemacht<br />
und waren, wenn überhaupt, indirekt über Distributoren vertreten.<br />
Wie immer dabei war National Instruments und präsentierte unter<br />
anderem das High-Speed-CAN-Modul NI 9862 für die C-Serie. Für<br />
NI Compact DAQ wird mit dem neuen Modul zum ersten Mal eine<br />
CAN-Unterstützung ausgeführt. Es bietet kontinuierliche Übertragungsraten<br />
von bis zu 1 Mbit/s und verfügt über ähnliche Vorteile wie<br />
die NI-XNET-Schnittstellen für PCI und PXI – darunter hardwarebeschleunigter<br />
Nachrichtenaustausch, integrierte Frame-Verarbeitung<br />
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<strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
17<br />
16_Sensor+Test (jj).indd 17 30.06.2011 12:10:35
Programmierbare Logik<br />
Coverstory<br />
Flexible Motor-Steuerungen<br />
mit FPGAs<br />
Hohe Flexibilität und Performance mit effizientem<br />
Design-Ablauf<br />
Elektromotoren sind für einen großen Teil des Energieverbrauchs in Produktionsanlagen<br />
verantwortlich. Daher ist der Einsatz von Motoren mit variablen Geschwindigkeiten<br />
wünschenswert, um die Energieeffizienz zu verbessern. Allerdings erfordern diese<br />
Motoren komplexere Regelungs-Algorithmen, für deren Implementierung FPGAs einige<br />
Vorteile bieten. <br />
Autor: Stefano Zammattio<br />
In vielen Antriebssteuerungen werden bisher<br />
Standard-Mikrocontroller oder DSPs für die<br />
Bereitstellung der Verarbeitungsleistung und<br />
der Regelschleifen genutzt. Damit kann die<br />
Motorlast erfasst und das Drehmoment, die Geschwindigkeit<br />
oder andere dynamische Parameter<br />
geregelt werden. Allerdings haben MCUs und<br />
DSPs Limitierungen in Bezug auf die Skalierbarkeit<br />
und die Performance, wenn es um komplexe<br />
Algorithmen geht. Außerdem müssen moderne<br />
Motor-Controller für die Automatisierung netzwerkfähig<br />
sein, wobei unterschiedlichste Standards<br />
unterstützt werden sollten.<br />
Bei neuen Motorantriebslösungen kommen<br />
nun verstärkt FPGAs zum Einsatz, dank ihrer hohen<br />
Flexibilität und Performance, aber auch im<br />
Hinblick auf den effizienten Design-Flow. Allerdings<br />
sind viele Entwickler von Motorsteuerungen<br />
weder besonders vertraut mit DSP-Algorithmen<br />
noch versierte RTL-Designer mit FPGAs.<br />
Um diese Einschränkung zu überwinden, werden<br />
Modell-basierte Design-Techniken wie Matlab/<br />
Simulink eingesetzt. In Kombination mit Blockbasierten<br />
Tools wie dem DSP Builder Advanced<br />
Blockset von Altera können DSP-Entwickler in<br />
der gewohnten Matlab-Umgebung arbeiten und<br />
optimierten RTL-Code automatisch erzeugen.<br />
Der DSP Builder sorgt dann für das Time-Sharing<br />
von logischen Operatoren wie Multiplizierer<br />
oder Addierer und unterstützt Gleit- und Festkomma-Arithmetik<br />
direkt in Hardware.<br />
Ein weiterer wichtiger Vorteil von FPGAs ist,<br />
dass fast alle erforderlichen Funktionsblöcke für<br />
eine Motorsteuerung integriert werden können,<br />
da die Regelschleifen und das System-Management<br />
parallel verarbeitet werden können. Embedded-Prozessoren<br />
wie der Nios II (32-Bit-<br />
RISC) übernehmen die Steuerung der I/Os, Filter-<br />
und Schnittstellenfunktionen oder implementieren<br />
ein deterministisches Industrial<br />
Ethernet-Protokoll wie EtherCAT oder Profinet.<br />
Darüber hinaus können die flexiblen DSP-Blöcke<br />
in den FPGAs auch rechenintensive Algorithmen<br />
wie feldorientierte Regelung (FOC) einfach und<br />
effizient implementieren.<br />
DSP-Algorithmen einfach implementieren<br />
In Bezug auf die Performance bringen FPGAs<br />
mehrere Vorteile mit sich: Dank der effizienten<br />
Parallelverarbeitung der FPGA-Hardware und<br />
der Skalierbarkeit auf komplexer Bausteine wird<br />
ein hoher Durchsatz bzw. eine hohe Verarbeitungsleistung<br />
gewährleistet. Potenzielle Hardware-Beschleunigung<br />
für Aufgaben, die sonst in<br />
Software ausgeführt werden, sowie das direkte<br />
Interface zwischen den Steuerungs-Algorithmen<br />
und der Peripherie (beispielsweise AD-Wandler,<br />
PWM, Positions-Decodierer) sorgen für reduzierte<br />
Latenzzeiten bei der Regelung. Außerdem<br />
variieren die Latenzzeiten der Algorithmen nicht,<br />
da in Hardware ausgeführt. Bei einer Software-<br />
Implementierung können die Latenzzeiten<br />
schwer vorhergesagt werden und zu Echtzeit-<br />
Fehlern führen, wenn sie nicht entsprechend geregelt<br />
sind. High-Level-Synthese mit Simulink<br />
direkt nach der FPGA-Implementierung mit dem<br />
DSP-Builder erfordert keine spezielle HDL-Expertise<br />
vom Entwickler. Mit dem Folding-Feature<br />
können Latenzzeit, Durchsatz und Ressourcen<br />
bestmöglich aufeinander abgestimmt werden.<br />
Die Unterstützung von Gleit- und Festkomma-<br />
Arithmetik mit variabler Genauigkeit ermöglicht<br />
optimierte Algorithmen.<br />
Bestehenden C-Code einfach portieren<br />
Entwickler können bereits bestehenden C-Code<br />
einfach auf den Nios II-Prozessor und damit auf<br />
das FPGA portieren. Der Code kann beispielsweise<br />
dazu dienen, Engpässe zu beseitigen, wobei<br />
rechenintensive oder Echtzeit-Aufgaben im System<br />
vom FPGA erledigt werden, während der<br />
Hauptprozessor frei wird für andere Aufgaben.<br />
18 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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18_Coverstory Altera_500 (.indd 18 30.06.2011 12:15:51
Programmierbare Logik<br />
Coverstory<br />
Auf einen Blick<br />
Tools erleichtern Entwicklungsprozess der<br />
Motorsteuerung<br />
Während Standard-Mikrocontroller und DSPs bei neuesten Motorsteuerungen<br />
an ihre Grenzen kommen, bieten sich FPGAs als ideale<br />
Lösung an. Sie bieten die Flexibilität alle erforderliche Funktionalität<br />
auf einem Baustein zu integrieren. Außerdem verfügen sie über ausreichende<br />
Performance, um mehrere Kanäle zu verarbeiten und hoch<br />
präzise Gleitkomma-Implementierung zu unterstützen. Zugriff auf<br />
Embedded-Prozessoren, Netzwerk- und Interface-IP ermöglicht eine<br />
einfache und schnelle Systemintegration.<br />
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500ei0711<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 19<br />
18_Coverstory Altera_500 (.indd 19 30.06.2011 12:15:53
Programmierbare Logik<br />
Coverstory<br />
Bild 1: Integrierte <strong>industrie</strong>lle<br />
Antriebssteuerung auf FPGA-Basis.<br />
und der Abtastrate als Folding-Faktor<br />
wider. Wenn Entwickler im DSP Builder<br />
das Folding erlauben, dann haben mehrere<br />
Datenpunkte Zugriff auf den gemeinsamen<br />
Hardware-Block, was die<br />
Ressourcen-Ausnutzung deutlich verbessert.<br />
Man kann diese Funktionen entsprechend auslagern, indem man<br />
entweder per Hand geschriebene und RTL-basierte kundenspezifische<br />
Befehle nutzt oder DSP-Hardware-Beschleuniger mittels des<br />
DSP Builder erzeugt.<br />
Für komplett neue Designs, können Entwickler von Beginn an<br />
Simulink nutzen, um das komplette System zu modellieren. Dafür<br />
werden Blöcke verwendet, die zwischen Software, DSP-Hardware-<br />
Beschleunigern oder kundenspezifischer RTL-IP aufgeteilt sein<br />
können.<br />
DSP Builder Advanced Blockset<br />
Der DSP Builder Advanced Blockset fügt spezielle Simulink-Bibliotheken<br />
in die Matlab-Design-Umgebung ein, die es Entwicklern ermöglichen,<br />
DSP-Designs schnell und einfach zu implementieren.<br />
Die Blockfunktionen basieren auf einer High-Level-Synthese-Technologie,<br />
die die High-Level-Netzliste (ohne Timing) für die Pipeline-Hardware<br />
des Ziel-FPGAs mit der erforderlichen Taktrate optimiert.<br />
Der DSP Builder gibt die entsprechende Hardware als VHDL-<br />
Beschreibung wider, mit Scripts, die in den Software-Flow von<br />
Quartus II und in den Modelsim-Simulator integriert werden.<br />
Ist die System-Taktrate größer als die Datenrate oder die Abtastrate,<br />
dann kann beispielsweise ein Hardware-Block (zum Beispiel<br />
ein Multiplizierer) eventuell mehrere Datenpunkte wieder aufarbeiten.<br />
Der DSP Builder gibt das Verhältnis zwischen der Takt-<br />
Eine typische Motor-Regelung als<br />
Vergleichsbeispiel<br />
Bei der feldorientierten Regelung (FOC)<br />
muss der sinusförmige, dreiphasige Motorstrom<br />
in Echtzeit geregelt werden. Die zur Regelung genutzte<br />
Größe ist der Augenblickswert des Motorstroms, anhand dessen<br />
Größe und Phasenlage zur Spannung alle erforderlichen Motorzustände,<br />
wie Drehzahl, Schlupf oder Drehmoment aus dem Modell<br />
ermittelt werden können. Bei diesem Verfahren wird die Amplitude<br />
des Stromvektors bei 90 Grad in Bezug auf die Achse des magnetischen<br />
Flusses des Rotormagneten („Quadrature-Strom“) genutzt,<br />
um das Drehmoment zu regeln, während die „direkte“<br />
Strom-Komponente (0 Grad) bei Null gehalten wird. Die Lösung<br />
beinhaltet PI-Steuerschleifen für die Position und die Geschwindigkeit,<br />
mit denen die Rotor-Geschwindigkeit und der Winkel geregelt<br />
werden können. Die entsprechende Interface-IP, um das<br />
entsprechende Design zu vervollständigen kann einfach mit dem<br />
SOPC Builder Tool eingefügt werden.<br />
Bei einem typischen FOC-Controller tastet die Software die Eingänge<br />
mit 10 bis 100 kSample/s ab, während die FPGA-Taktrate bei<br />
50 bis 100 MHz liegt. Bei 100 kSample/s muss eine neue Abtastung<br />
innerhalb von weniger als 10 µs verarbeitet sein. Diese Latenzzeit<br />
konstant und auf einem minimalen Wert zu halten, ist entscheidend<br />
für die Performance des Regelungs-Algorithmus.<br />
Der Algorithmus wird mit Simulink und Gleitkomma-Typen<br />
einfacher Genauigkeit modelliert, um die erforderliche Performance<br />
zu prüfen. Danach wird die Hardware erzeugt, um die VH-<br />
DL-Netzliste für das entsprechende FPGA zu kreieren, mit einer<br />
Bild 2: Implementierung<br />
einer<br />
feldorientierten<br />
Regelung (FOC).<br />
20 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
18_Coverstory Altera_500 (.indd 20 30.06.2011 12:15:54
Programmierbare Logik<br />
Coverstory<br />
Bild 3: Vergleich der System-Ressourcen<br />
und Latenzzeiten (mit und ohne Folding).<br />
Bild 4: Vergleich Festkomma- und<br />
Gleitkomma-Implementierung.<br />
Ziel-Taktrate von 100 MHz. Die erreichte Latenzzeit wird direkt an<br />
den DSP Builder übermittelt, zusammen mit einer Abschätzung<br />
der erforderlichen Logik-Ressourcen. Um dann schließlich eine<br />
genaue Ressourcen-Angabe zu bekommen, wird das Design mit<br />
der Quartus II-Software compiliert.<br />
Ein Design dieser Art kann auch mit Festkomma-DSP realisiert<br />
werden, aber eine Gleitkomma-Implementierung bietet einige<br />
Vorteile: Bei der Gleitkomma-Lösung werden ein arithmetischer<br />
Überlauf und auch Skalierungs-Probleme vermieden. Außerdem<br />
weist die Gleitkomma-Implementierung dank ihrer besseren numerischen<br />
Stabilität eine ausgezeichnete Performance auf. Durch<br />
den höheren Dynamikbereich ist auch eine schnellere Rückmeldung<br />
auf die Regelschleife möglich. Die FPGAs und Tools von Altera<br />
unterstützen sowohl Gleitkomma- als auch Festkomma-Lösungen.<br />
Standardmäßig erzeugt der DSP Builder eine Designwiedergabe<br />
mit kompletter Pipeline-Struktur, die neue Eingangswerte mit jedem<br />
Taktzyklus akzeptieren kann. Entwickler können nun die Ergebnisse<br />
für diese Konfiguration mit maximalem Durchsatz mit<br />
einer Folder-Konfiguration vergleichen und so das Design optimieren.<br />
Außerdem kann man für den gleichen Algorithmus einen<br />
Vergleich zwischen einer Festkomma- und Gleitkomma-Implementierung<br />
anstellen.<br />
Die Ergebnisse zeigen wie durch Folding der Operator-Aufwand<br />
deutlich verringert werden kann. Damit kann zum Beispiel ein<br />
kleinerer Cyclone IV-Baustein eingesetzt werden, während die Latenzzeit<br />
immer noch akzeptabel für den Algorithmus ist. Die Geschwindigkeit<br />
der Regelschleife ergibt sich aus der Latenzzeit des<br />
Algorithmus plus der Einschwingzeit. Bei 5 µs erreicht man 200.000<br />
Regelschleifen oder PWM-Ausgangssignale je Sekunde - deutlich<br />
innerhalb der Spezifikation.<br />
Die Ergebnisse<br />
Es zeigt sich, dass die Verwendung von Folding deutliche Vorteile<br />
mit sich bringt. So wird einmal die Anzahl der erforderlichen Logikelemente<br />
und Multiplizierer reduziert, was den Einsatz von<br />
deutlich kleineren FPGAs ermöglicht. Auf der anderen Seite wird<br />
die Latenzzeit nur moderat erhöht. Auch die Reduzierung des<br />
Durchsatzes auf 1 MS/s ist kein Problem, da das immer noch 10<br />
Mal schneller als die erforderlichen 100 kS/s für die feldorientierte<br />
Regelung ist. Damit können demnach bis zu 10 FOC-Kanäle in<br />
Echtzeit verarbeitet werden.<br />
Während die Gleitkomma- und die 32-Bit-Festkomma-Implementierung<br />
Logik-Ressourcen in ähnlicher Größenordnung benötigen,<br />
ist die Latenzzeit für die Festkomma-Lösung nur halb so<br />
lang. Ohne Folding besteht ein deutlich größerer Unterschied zwischen<br />
dem Gleitkomma- und dem Festkomma-Ansatz. Reduziert<br />
man die Genauigkeit auf 16 Bit, dann benötigt man aufgrund des<br />
schmaleren Datenpfades weniger Ressourcen.<br />
Fazit<br />
Da viele Entwickler nicht unbedingt vertraut mit FPGA- oder<br />
DSP-Applikationen sind, ist es wichtig Tools zur Verfügung zu<br />
stellen, die die Design-Produktivität erhöhen und die Entwicklungszeiten<br />
reduzieren. Dafür wurden von Altera Tools wie der<br />
SOPC Builder oder der DSP Builder entwickelt, mit denen Entwickler<br />
den konventionellen DSP-Entwicklungsprozess nutzen<br />
können und somit schnell zu der gewünschten Motorsteuerung<br />
kommen. (jj)<br />
n<br />
Der Autor: Stefano Zammattio ist Product Marketing Manager Altera Europe.<br />
Bilder: Altera<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011 21<br />
18_Coverstory Altera_500 (.indd 21 30.06.2011 12:15:56
Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
Komparatoren<br />
Bild 1: Vereinfachtes<br />
Schaltbild eines Micropower-Komparators.<br />
Bild: Linear Technology<br />
Der Komparator<br />
Einfaches Bauteil - trotzdem viel zu beachten!<br />
Obgleich sie einfache Bauteile darstellen, erfüllen Komparatoren eine fundamentale<br />
Funktion: Zwischen zwei Spannungen (oder Strömen) bestimmen sie, welche die<br />
(der) größere ist. Beim Einsatz sind zahlreiche Spezifikationen zu beachten, auf die hier<br />
näher eingegangen wird. <br />
Autoren: Siegfried W. Best, Bob Dobkin<br />
Komparatoren sind vielseitige Bauelemente,<br />
deren Funktion in unzähligen Geräten<br />
oder Systemen benötigt werden. Die<br />
Grundfunktion ist der Vergleich einer<br />
Spannung mit einer stabilen Referenzspannung<br />
oder einfach der Vergleich zweier Spannungen.<br />
Verwendet wird diese Funktion als Spannungsumsetzer<br />
(Level Shifter), als Fensterdiskriminator, zur<br />
Taktrückgewinnung, zur Sinus-Rechteckwandlung,<br />
zur Kopfhörererkennung in tragbaren Geräten, als<br />
Radsensor in der Kfz-Elektronik im ABS, in Radarsystemen<br />
und so weiter. Manch ein Entwickler ist<br />
geneigt, einen Operationsverstärker als Komparator<br />
zu verwenden. Das ist grundsätzlich möglich, es<br />
gibt aber Unterschiede, die zu beachten sind.<br />
Vergleich von OpAmp und Komparator<br />
Beide haben von außen gesehen neben den beiden<br />
Stromversorgungspins einen invertierenden Eingang,<br />
einen nicht-invertierenden Eingang und ein<br />
Ausgang. Im Inneren hören aber die Gemeinsamkeiten<br />
auf. Zwar sehen die Eingangsstufen beider<br />
Bauteile sehr identisch aus, am Ausgang wird es<br />
aber komplexer. Einige OpAmps können die Funktion<br />
eines Komparators übernehmen, haben sie<br />
doch eine sehr hohe Verstärkung und gut balancierte<br />
differentielle Eingänge. In der Praxis sind<br />
aber bestimmte Spannungskomparatoren schneller<br />
als Allzweck OpAmps, außerdem haben Komparatoren<br />
zusätzliche Merkmale wie z.B. eine interne<br />
präzise Spannungsreferenz, eine einstellbare Hysterese<br />
und getaktete Eingänge. Warum man anstelle<br />
eines OpAmps besser einen Komparator einsetzt,<br />
darauf geht Bob Dobkin, CTO von Linear Technology,<br />
am Ende dieses Beitrags ein.<br />
Grundfunktionen von Komparator<br />
Der Komparator ist ein 1-Bit-Analog-Digital-Wandler.<br />
Wie bereits beschrieben hat er einen positiven<br />
und einen negativen Eingang. Ist die Spannung am<br />
positiven Eingang höher, geht der Ausgang in einen<br />
bestimmten Zustand oder gibt ein entsprechendes<br />
Signal aus. Je nach Ausgangskonfiguration (open<br />
collector oder push-pull) entspricht die Spannung<br />
am Ausgangspin dann der Kollektorspannung des<br />
Bipolartransistor oder der Drainspannung eines<br />
FETs, d.h. der Ausgangs wird niederohmig. Bei einer<br />
push-pull Konfiguration d.h. Gegentaktstufe (komplementäre<br />
NPN/PNP-Stufe), auch Totem-Pole genannt,<br />
geht er in den hochohmigen Zustand.<br />
Komparatorausgänge im Detail<br />
Der Ausgang eines Komparators kennt nur zwei<br />
Zustände, er beträgt etwa Null Volt oder ist in der<br />
Höhe der Betriebsspannung. Bipolare Rail-to-Rail<br />
Komparators haben einen gemeinsamen Emitterausgang<br />
mit einem kleinen Spannungsabfall zwischen<br />
der Ausgangsspannung und jeder Railspannung,<br />
dieser entspricht der Emitter-Kollektorspannung<br />
eines Transistors in Sättigung. Bei kleinen<br />
➔<br />
Bild: Falko Matte - Fotolia<br />
22 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
Komparatoren<br />
Auf einen Blick<br />
Was der Entwickler beachten muss<br />
Komparatoren vergleichen Eingangsspannungen und geben am Ausgang<br />
ein entsprechendes Signal aus, das dann weiterverarbeitet wird.<br />
Dabei sind für den Einsatz in der jeweiligen Applikation die einzelnen<br />
Stufen und Parameter des Komparators zu beachten: die verschiedenen<br />
Eingangsstufen und Ausgangskonfi gurationen, die Verzögerunszeit,<br />
das Rauschen und den Jitter. Wir zeigen auch unter welchen<br />
Bedingungen ein OpAmp oder ein Komparator die richtige Wahl ist.<br />
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421ei0711<br />
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Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
Komparatoren<br />
Ausgangsströmen ist die Ausgangsspannung eines CMOS Rail-to-<br />
Rail Komparator näher an der Railspannung als bei den bipolaren<br />
Gegenstücken. Die Masse der Komparatoren bietet generell glichfrei<br />
oder glitcharme TTL/CMOS-kompatible-Ausgänge.<br />
Ein Kriterium bei der Auswahl eines Komparator ist die Zeit, die<br />
der Ausgang benötigt um seinen Status zu ändern, wenn ein Signal<br />
am Eingang angelegt wird. Diese Zeitspanne ist die Verzögerungszeit<br />
im Bauteil und schließt die Anstiegs- und Abfallzeit der Ausgangstreiber<br />
nicht ein. Ein sehr schneller Komparator wie beispielsweise<br />
MAX961 oder MAX9010-MAX9013 von Maxim hat eine Verzögerungszeit<br />
von 4,5 ns oder 5 ns und eine Anstiegszeit 2,3 ns und 3 ns.<br />
Zu beachten sind auch die verschiedenen Effekte, die die Verzögerungszeit<br />
beeinflussen. Diese sind die Temperatur, die Lastkapazität<br />
und die Eingangsspannung, die über der Schaltschwelle liegt (input<br />
overdrive). Die Verzögerungszeit wird bezeichnet mit tPD- für den<br />
invertierenden Eingang und t PD+<br />
für den nichtinvertierenden Eingang.<br />
Die Differenz zwischen t PD+<br />
und t PDnennt<br />
man Skew (Zeitversatz).<br />
Ein weiterer Effekt auf die Verzögerungszeit ergibt sich aus der<br />
Versorgungsspannung. Schnelle Komparatoren verfügen über mit<br />
Latch versehene Ausgänge, die den Ausgangsstatus in einem bekannten<br />
Zustand halten, bis die Setup-and-hold Zeit der digitalen Eingänge,<br />
die versorgt werden, erfüllt ist. Hat die Digitalschaltung das Komparatorausgangssignal<br />
gelesen, kann über den Latchpin die Komparatorfunktion<br />
erneut aktiviert werden und dem nächsten Eingangssignal<br />
folgen. Schnelle Komparatoren verarbeiten ECL<br />
(emittercoupled- logic) Spannungspegel von beispielsweise -5 bis 0 V.<br />
PECL (positive-emitter-coupled-logic) Ausgänge bieten den selben<br />
Spannungsswing aber bei 0 bis 5 V. Auch gibt es Komparatoren mit<br />
Fünf Fragen an Bob Dobkin, Linear Technology Corporation<br />
Komparator oder<br />
Operationsverstärker<br />
Fünf Fragen an Bob Dobkin, Mitgründer, Chief Technology Officer und Vice<br />
President Engineering der Linear Technology Corporation.<br />
Bob Doblin ist Mitbegründer der Firma und seit über 30 Jahren Entwickler<br />
von hochleistungsfähigen Analog-ICs. Er hat viele Industrie-Standard-<br />
Schaltkreise kreiert und verfügt über über 50 Patente zu diesem Thema.<br />
Bild: Linear Technology<br />
Bob Dobkin: „Man sollte einen Komparator einsetzen, wenn<br />
Geschwindigkeit und die Verbindung zur Logik wichtige Faktoren<br />
sind. Man sollte einen OPV verwenden, wenn die Geschwindigkeit<br />
nicht so wichtig ist und weitere Randbedingungen beachtet werden.“<br />
Warum sollten Entwickler Komparatoren einsetzen<br />
anstatt Operationsverstärker<br />
Komparatoren sind speziell dafür entwickelt, sowohl<br />
mit kleinen als auch großen differenziellen<br />
Eingangsspannungen zu arbeiten. Außerdem sind<br />
sie dafür ausgelegt, schnell zu sein, und aus Sicht<br />
eines Entwicklers ist es umso besser, je schneller<br />
man den Komparator machen kann. Üblicherweise<br />
hat ein Komparator einen Ausgang, der speziell<br />
dafür geeignet ist, direkt mit unterschiedlichen<br />
Logikschaltungen verbunden zu werden. Diese<br />
Funktionen und Architekturen sind jedoch nicht<br />
immer die besten für unterschiedliche Applikationen.<br />
Ein Operationsverstärker (OPV) dagegen ist<br />
langsam; er hat eine Frequenzkompensation, die<br />
eine Verzögerung im Komparator verursacht.<br />
OPVs können über dem Eingang Rückkoppeldioden<br />
(back-to-back diodes) haben, was es ausschließt,<br />
große differenzielle Spannungen zu verwenden.<br />
Wenn man einen OPV verwendet, gibt es mehrere<br />
Dinge zu beachten. Während die Frequenzkompensation<br />
den OPV langsam machen kann, kann<br />
diese unerheblich sein, wenn man eine Funktion<br />
hat, die nicht schnell sein muss, wie z.B. die<br />
Stromversorgung oder Batteriespannungen. Der<br />
OPV, da frequenzkompensiert, wird beim Übergang<br />
nicht oszillieren. Im Gegensatz zum Komparator,<br />
der ein sehr hohes Verstärkungsbandbreitenprodukt<br />
hat, kann mit einigen zehn Picofarad,<br />
die vom Ausgang in den Eingang zurück gekoppelt<br />
werden, schwingen. Auch hat der OPV einen<br />
großen Ausgangshub, was besser sein kann,<br />
wenn der Ausgang bestimmte analoge Funktionen<br />
ansteuert.<br />
Man sollte also einen Komparator einsetzen,<br />
wenn Geschwindigkeit und die Verbindung zur<br />
Logik wichtige Faktoren sind. Man sollte einen<br />
OPV verwenden, wenn die Geschwindigkeit nicht<br />
so wichtig ist und die Chance besteht, dass der<br />
Ausgang auf den Eingang des OPVs koppelt und<br />
die Schaltung schwingt. Bei einem OPV muss<br />
man jedoch sorgfältig darauf achten, sicher zu<br />
stellen, dass er mit einer großen differenziellen<br />
Spannung arbeitet, wenn er als Komparator verwendet<br />
wird.<br />
Was sollte ein Entwickler bezüglich der Betriebsspannung<br />
(Nennspannung) beachten<br />
Natürlich müssen die Betriebsspannungen des<br />
Komparators mit den Spannungen der Ein- und<br />
Ausgänge übereinstimmen. Viele Komparatorty-<br />
pen können Eingänge haben, die mit Funktionen<br />
verbunden sind, die außerhalb des Systems liegen.<br />
Wenn dies der Fall ist, sollte man einen Komparator<br />
wählen, der Eingänge besitzt, die gut gegen<br />
Überspannungen und ESD geschützt sind.<br />
Einige Komparatoren haben Eingänge, die über<br />
der Versorgungsspannung oder unterhalb der<br />
Masse arbeiten. Wenn die Spannungen höher als<br />
die Komparator-Nennspannung ist, sollten geeignete<br />
Schutzmaßnahmen, wie ein den Strom begrenzender<br />
Widerstand und Klemmdioden benutzt<br />
werden, um eine Zerstörung zu verhindern. Der<br />
Ausgang des Komparators sollte an die Last angepasst<br />
sein, die er betreibt. Relais benötigen beispielsweise<br />
Spannungsunterdrückungsdioden,<br />
um große Spannungsspitzen beim Ausschalten zu<br />
unterdrücken. Diese Probleme sind zwar Extremfälle,<br />
aber sie treten ziemlich häufig auf und müssen<br />
berücksichtigt werden, wenn man den Komparator<br />
auswählt.<br />
Was sollte ein Entwickler bezüglich Geschwindigkeit,<br />
Laufzeitverzögerung, Toggle-<br />
Rate und Verlustleistung beachten<br />
Nach meiner Erfahrung ist die Geschwindigkeit<br />
eines Komparators die am häufigsten missver-<br />
24 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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22_Komperatoren_421 (sb).indd 24 30.06.2011 12:17:51
Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
Komparatoren<br />
RSPECL (reduced-swing- PECL) Ausgängen. Einige schnelle Komparatoren<br />
haben LVDS (low voltage- differential-signaling) Ausgänge<br />
mit zwei Ausgängen für die symmetrischen Signalübertragung,<br />
deren Differenz der Spannungen für den Logikzustand ausschlaggebend<br />
ist. Der Spannungshub beträgt 300 mV um die absolute Spannung<br />
von 1,2 V (Common-Mode Spannung). Diese Ausgänge können<br />
direkt mit LVDS-Eingängen von Digitalschaltungen verbunden<br />
werden.<br />
Komparatoreingänge im Detail<br />
Was sind die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Eingangsarten<br />
(NPN-Eingang, Rail-to-Rail) im Detail Hierzu Bob Dobkin,<br />
der am Ende dieses Beitrag zusätzlich einige wesentliche Fragen<br />
zum Thema Komparatoren beantwortet:<br />
➔<br />
standene Spezifikation. Komparatoren werden<br />
beispielsweise bezüglich der Geschwindigkeit mit<br />
einer 5 mV Überspannung bei einem 100-mV<br />
-Schritt spezifiziert. Dies ist ein guter Weg, die<br />
Grundgeschwindigkeit eines Komparators zu betrachten.<br />
Der 100-Millivolt-Eingang stellt sicher,<br />
dass jede Stufe im Komparator bis auf ihre interne<br />
Grenze getrieben wird, so dass es keinen Geschwindigkeitsunterschied<br />
zwischen 100, 200<br />
oder 500 mV geben sollte. Dann wird das Eingangssignal<br />
mit den 100 mV abgestuft und treibt<br />
den Komparatoreingang 5 mV in die andere Richtung.<br />
Diese 5 mV sind verglichen mit den 100<br />
Millivolt eine sehr kleine treibende Kraft. Damit<br />
der Komparator also schnell wird, muss er aus<br />
seiner Sättigung von 100 mV kommen und dann<br />
mit diesen 5 mV Überschwingen auf das andere<br />
Spannungsextrem übergehen. Diese Geschwindigkeitsangabe<br />
ist deshalb ein guter Indikator für<br />
Geschwindigkeit und Laufzeitverzögerung des<br />
Komparators.<br />
Eine weitere Kenngröße eines Komparators ist die<br />
Toggle-Rate, die angibt, wie schnell der Komparatorausgang<br />
bei einem Rechtecksignal mit niedrigem<br />
Pegel am Eingang vor und zurück schaltet.<br />
Üblicherweise wird die Toggle-Rate bei 50 oder<br />
100 mV am Eingang gemessen. Dies ist ein guter<br />
Indikator für die Geschwindigkeit bei Applikationen<br />
wie dem generieren einer Rechteckspannung<br />
aus einem Sinussignal. Bei jedem Komparator<br />
stehen die Geschwindigkeit und Verlustleistung in<br />
engem Zusammenhang. Unterschiedliche Designs<br />
wie auch unterschiedliche Herstellungsprozesse<br />
haben verschiedene Verlustleistung. Ein<br />
schneller Fertigungsprozess für kleine Spannungen<br />
benötigt bei der gleichen Reaktionszeit weniger<br />
Leistung, als ein langsamerer Hochspannungsprozess.<br />
Deshalb sollte man, wenn man die<br />
Verlustleistung gering halten will, den Komparator<br />
auswählen, der mit der kleinsten Spannung auf<br />
dem schnellsten Fertigungsprozess läuft.<br />
Was muss ein Entwickler bezüglich des Rauschens<br />
beachten<br />
Rauschen gibt es bei jedem Komparator. Grundsätzlich<br />
ist ein Komparator ein Breitbandverstärker<br />
mit Klemmung, um die Laufzeitverzögerungen<br />
minimal zu halten, wenn der Ausgang in die eine<br />
oder andere Richtung in Sättigung geht. Wenn der<br />
Komparator in der Mitte dieses Bereichs arbeitet,<br />
dann verstärkt er das Rauschen der Eingangsstufe<br />
und auch der anderen Stufen in einem Breitbandverstärker<br />
mit hoher Verstärkungsbandbreite.<br />
Angenommen, der Komparator oszilliert nicht,<br />
wenn der Ausgang von einem Zustand in den anderen<br />
übergeht, wird der Mittenbereich des Übergangs<br />
sehr verrauscht sein. Dieses Rauschen<br />
kann wie Mehrfach-Übergänge zu den Logikschaltungen<br />
wirken, die der Komparator treibt.<br />
Wenn dies ein Problem darstellt, sollte man eine<br />
Hysterese einfügen, so dass das Schalten von einem<br />
zum anderen Zustand eine größere Änderung<br />
des Eingangspegels erfordert, als dies das<br />
Rauschen des Komparators hervorruft. Komparatoren<br />
mit bipolaren Transistoreingängen zeigen<br />
ein geringeres Frequenzrauschen als MOS-Bausteine.<br />
Wenn die Signalpegel nahe an den<br />
Rauschpegeln des Komparators liegen, ist es eine<br />
gute Idee, einen zusätzlichen Verstärker vor dem<br />
Komparator zu benutzen, um das Rauschen unter<br />
Kontrolle zu halten.<br />
Was sind die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen<br />
Komparatorausgänge (Offener<br />
Kollektor, Latched-Ausgang, ECL-Pegel, LVDS)<br />
Differenzielle Ausgänge, ob nun LVDS oder ECL,<br />
besitzen eine gewisse Sperre für unerwünschte<br />
Rückkopplungen vom Ausgang zum Eingang und<br />
sind deswegen weniger anfällig für das Oszillieren.<br />
Differenzielle Ausgänge können auch ohne<br />
Abschwächung des Signals abgeschlossene Kabel<br />
treiben.<br />
Ein offener Kollektorausgang eignet sich gut für<br />
analoge aber auch digitale Schnittstellen. Diese<br />
Ausgänge haben üblicherweise einen Pull-up-Widerstand<br />
oder eine Stromquelle und können hohe<br />
Spannungen treiben – manchmal weit über der<br />
Versorgungsspannung. Die meisten offenen Kollektorausgänge<br />
können auch hohe Ströme für<br />
Bausteine wir LEDs und Relais treiben. Ein unsymmetrischer<br />
Ausgang zeigt die Tendenz in den<br />
Eingang zurück zu koppeln und Schwingungen zu<br />
generieren. Ein „Strobe-latched-Ausgang“ kann<br />
die Rückkopplung in den Eingang minimieren.<br />
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Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
Komparatoren<br />
Bild: National Semiconductor<br />
Bild: Linear Technology Bild: Linear Technology<br />
Bild 2: Komparatoren werden als Einfach-, Zweifach- und Mehrfachvarianten<br />
angeboten. Der LMV7231 ist ein 6fach Komparator, der sich u.a. so gut in<br />
Batteriemanagementsystemen zur Zellenüberwachung einsetzen lässt.<br />
Die unterschiedlichen Eingänge haben unterschiedliche Limitierungen<br />
des Eingangssignals. Die Emitter-basierte Sperrschicht eines<br />
NPN bricht zwischen 5 und 7 Volt durch. Dies begrenzt das differenzielle<br />
Eingangssignal für den Komparator auf diese Spannungen. Für<br />
höhere differenzielle Eingangsspannungen gibt es Strukturen, die<br />
PNP-Transistoren verwenden, die bis zu 30 Volt verkraften ohne beschädigt<br />
zu werden. CMOS-Eingangsstufen haben die gleichen Einschränkungen<br />
wo zu große Spannungen eines differenziellen Eingangs<br />
einen Durchbruch des Gateoxids hervorrufen. Viele dieser<br />
Bausteine haben einen gewissen Schutz vor Durchbruch an den Eingängen,<br />
es ist jedoch besser, das Design innerhalb der Limitierungen<br />
des Komparators zu entwickeln. Es wurden auch neue Komparatoren<br />
entwickelt, um als Teil eines Niederspannungssystems mit einer<br />
3- oder 5-Volt-Stromversorgung zu arbeiten. Diese Komparatoren<br />
sind üblicherweise nicht für große differenzielle Spannungen ausgelegt,<br />
da die Emitter-Basis oder der Gateoxid-Durchbruch ausreichend<br />
für alles innerhalb der Versorgungsspannung sind.<br />
Ein erweiterter Eingangsbereich wird erzielt, so Bob Dopkin<br />
weiter, wenn man Rail-to-Rail-Komparatoren einsetzt. Diese Komparatoren<br />
arbeiten von Masse bis zur positiven Versorgungsspannung<br />
und können das Schaltungsdesign vereinfachen. Das einzige<br />
Problem das auftritt, ist, dass verschiedene Transistoren auf unterschiedlichen<br />
Pegeln fühlen. Die Übergangsregion zwischen dem<br />
Niederspannungseingang und einem Eingang höherer Spannung<br />
schaltet einem Satz von Eingangstransistoren aus und einen zweiten<br />
ein, was in einer Änderung des Offsets abhängig vom Eingang<br />
des Komparators resultiert. Diese Offset-Änderung ist ein zusätzlicher<br />
Fehler, der am Eingang beachtet werden muss, wenn man den<br />
Betriebsbereich des Komparators betrachtet.<br />
Bild 3 oben: Applikation eines Komparators zur Überstromanzeige.<br />
Bild 4 unten: Applikation eines Komparators zur Ladungs/Entladungskontrolle<br />
an einem Akku für 3 bis 44V.<br />
Jitter von Komparatoren<br />
In einigen Applikationen werden schnelle Komparatoren verwendet,<br />
um aus Sinussignalen Rechteck-Taktimpulse zu formen. Da<br />
der Ausgangsjitter des Komparators den Taktjitter bestimmt, ist es<br />
wichtig, dessen Jitterspezifikationen zu kennen, um den Taktjitter<br />
zu berechnen. Generell beschreibt der Jitter die Zeitfehler eines<br />
Systems, dabei unterscheidet man zwei Jittertypen: Dem deterministischen<br />
Jitter und dem Random Jitter.<br />
Deterministischer Jitter ist definiert als Jitter mit nicht Gausscher<br />
Dichte-Verteilung, er ist zeitlich begrenzt und hat spezielle<br />
Ursachen: Duty-cycle Distortion (durch Zeitdifferenz zwischen<br />
ansteigender und fallender Flanke), EMI, Übersprechen sowie<br />
Masseprobleme und solche durch den Einfluss der Spannungsversorgung.<br />
Deterministischer Jitter wird durch den Spitze-zu-Spitze<br />
Wert beschrieben. Random Jitter ist definiert als Jitter mit Gausscher<br />
Dichte-Verteilung, die Amplitude ist zeitlich nicht begrenzt,<br />
der Wert wird als Effektivwert angegeben. Hauptquelle für Random<br />
Jitter ist thermisches Rauschen (weißes Rauschen) innerhalb<br />
von System-Komponenten. In einem Komparator zum Beispiel,<br />
hängt die Slewrate vom thermischen Rauschen ab und erzeugt<br />
Zeitfehler am Ausgang. Die Summe aus deterministischem und<br />
Random Jitter ist der Gesamt-Jitter, der durch einen Spitze-zu-<br />
Spitze Wert ausgedrückt wird. Konvertiert man den Random Jitter<br />
Effektivwert in einen Spitze-zu-Spitze Wert, kommt man zur Bit-<br />
Error Rate (BER).<br />
■<br />
Die Autoren: Bob Dobkin CTO und Vice President bei<br />
Linear Technology und Siegfried W. Best, Redaktion<br />
<strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong>.<br />
26 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
22_Komperatoren_421 (sb).indd 26 30.06.2011 12:17:58
Mixed Signal/Prozessoren<br />
Software<br />
Bild: Edmund Preiss<br />
C++ Advanced<br />
Developer Conference<br />
Wiederbelebung eines erfolgreichen<br />
Konzepts in Deutschland<br />
Edmund Preiss, Manager Business Development der Intel Softwareentwicklungswerkzeuge,<br />
berichtet von der C++ Konferenz in Prien am Chiemsee.<br />
Nach mehreren Jahren in einem Quasi-Tiefschlaf hat die Trainingsorganisation<br />
PPEDV den Schritt gewagt und das Konzept einer deutschen<br />
C++ Konferenz wiederbelebt. Am 5.und 6. Mai fand in Prien<br />
am Chiemsee die C++ Advanced Developer Conference (ADC) statt,<br />
die sich ausschliesslich dem Thema C/ C++ und nativer Programmierung<br />
widmete. Ziel war es, den etwa 100 Teilnehmern eine Informationsplattform<br />
anzubieten, auf der ihnen neun kompetente Präsentatoren<br />
über neueste Entwicklungen und Standardisierungstendenzen im<br />
C++ Umfeld berichten konnten. Einer der beiden Keynotesprecher<br />
war Boris Jabes, der das Microsoft C++ Entwicklungsteam leitet. Er<br />
verdeutlichte, dass die native C++ Programmiersprache bei Microsoft<br />
vor allem bei der parallelen Programmierung wieder an Bedeutung<br />
gewonnen habe.<br />
Daneben gab Aaron Coday, der bei Intel in EMEA für die Entwicklerunterstützung<br />
im Visual Computing Verantwortung trägt, in seiner<br />
Keynote einen Hardware-fokussierten Vortrag über die neueste Intel<br />
Core Architektur der zweiten Generation (Sandybridge). Er zeigte,<br />
wie AVX, neue Turbomodi, ein auf Hardware basierender Videotranscoder<br />
und integrierte Grafik geeignet sind, noch leistungsfähigere<br />
Applikationen hervorzubringen.<br />
Michael Wong, der unter anderem als Mitarbeiter von IBM im C++<br />
Standardisierungsgremium sitzt, nutzte seinen Vortrag, um offiziell<br />
den C++0x Standard mit seinen neuen Eigenschaften (Unterstützung<br />
für Parallelität und ROMable Devices inklusive von range-based for,<br />
auto inferences, decltype, constexpr, uniform initializer lists und<br />
lambdas) bekanntzugeben. Dieser C++ Standard wird derzeit unter<br />
dem Namen C++11 gehandelt, falls er nicht doch noch wegen letzter<br />
möglicher Verzögerungen im Standardisierungsverfahren in C++12<br />
umgetauft werden könnte. Weitere Vortrage behandelten die Thematiken<br />
Parallelprogrammierung und Parallelsierungskonzepte, Im Zusammenhang<br />
mit einer Podiumsdiskussion während einer Schiffsfahrt<br />
auf dem Chiemsee kam seitens der Teilnehmer zum Ausdruck,<br />
dass das Event als sehr positiv beurteilt wurde.<br />
Es bleibt zu hoffen, dass der positive Rücklauf auch im nächsten<br />
Jahr wieder zu einer weiteren C++ Konferenz für den deutschsprachigen<br />
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Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
MCU mit Display-Treiber<br />
Smartcard-Batterielaufzeit<br />
von über 8 Jahre<br />
16-Bit-Mikrocontroller mit integriertem EPD-Treiber<br />
Der S1C17F57 ist ein 16-Bit-Mikrocontroller von Epson der speziell für den Einsatz in Smartcards mit E-Ink<br />
EPD-Displays konzipiert wurde. Der eingebaute EPD-Treiber kann bis zu 64 Segmente eines passiven EPDs<br />
mit zusätzlichen 2 Top- und 2 Backplane-Ausgängen ansteuern.<br />
Autor: Naveen Srinivasan<br />
Durch die hohe Integrationsdichte des Mikrocontrollers<br />
S1C17F57 können die Kosten von Smartcards mit EPD-<br />
Displays (electrophoretic display device oder auch Electronic<br />
Paper) weiter reduziert werden. Ein spezielles Power-Management<br />
stellt dabei die Funktionen in allen Einsatzbereichen<br />
sicher. Durch den integrierten EPD-Treiber, der in der Lage<br />
ist Spannungen bis zu 15 V auszugeben, sowie dem eingebauten<br />
Wellenform-Generator werden keine weiteren externen aktiven<br />
Komponenten benötigt, um ein passives, E-Ink-basierendes Panel<br />
zu treiben. Der ebenso enthaltene Temperatursensor hilft dabei,<br />
die geeignete Wellenform gemäß der gemessenen Temperatur auszuwählen<br />
und somit die Displayqualität zu optimieren. Dieser<br />
kann zusätzlich zum Feinabgleich des integrierten 32-kHz-Oszillators<br />
genutzt werden; damit können zeitbasierende OTP-Karten<br />
eine höhere Genauigkeit erzielen.<br />
Durch den effizienten DC/DC-Wandler sowie den sehr geringen<br />
Stromverbrauch im Powerdown-Modus ist der Mikrocontroller<br />
besonders für Smartcard-Applikationen geeignet. Typische Stromverbrauchswerte<br />
liegen bei 120 nA im Sleep-, 200 nA im aktiven<br />
RTC-Modus (Real Time Clock) und Datenerhaltung im RAM-<br />
Bereich, 500 nA im Halt-Mode bei laufendem 32 kHz Clock sowie<br />
12 µA im normalen Betrieb bei 32 kHz. Wie im Bild 1 gezeigt, kann<br />
damit eine Smartcard unter der Annahme einer 24 mAh Batterie,<br />
3 Jahre Lagerhaltung, 30 Aktivierungen pro Tag mehr als 8 Jahre<br />
betrieben werden.<br />
Um die Anzahl der zu treibenden EPD-Segmente zu erhöhen<br />
kann der Mikrocontroller optional mit einem separatem EPD-<br />
Treiber zum Beispiel dem S1D14F51 mit maximal 256 Segmentausgängen<br />
kaskadiert werden, damit können bis zu 320 EPD-Seg-<br />
Bild: Epson Semiconductor<br />
Bild 2: Um die Evaluierung des 16-Bit-Mikrocontrollers<br />
S1C17F57 zu erleichtern bietet Epson auch ein geeignetes<br />
Demo/Entwicklungs-Kit samt E-Ink-Display an.<br />
mente angesteuert werden. Dies ermöglicht Displays mit bis zu 45<br />
7-Segment-Buchstaben oder beispielsweise 22 alphanumerische<br />
14-Segment-Darstellungen auf einem E-Ink-Display.<br />
Die MCU S1C17F57<br />
Der Mikrocontroller S1C17F57 enthält 32 KByte Flash sowie 2<br />
KByte RAM. Es steht eine große Auswahl an Oszillator-Optionen<br />
bereit: 32 kHz Oszillator mit externem Quarz, integrierter 32 kHz<br />
Oszillator, maximal 4,3 MHz Keramik-Oszillator sowie einen inte-<br />
Einheit Eventbasierende OTP Zeitbasierende OTP<br />
Betriebsstrom @ 2 MHz Ipp mA 1 1<br />
Display-Update Strom Ipu µA 57 57<br />
Pulslänge für Berechnung tpp ms 100 100<br />
Pulslänge für Display-Update tpu ms 500 500<br />
Zusätzlicher Konstantstrom Ic nA 85 170<br />
Sekunden/Tag s 86400 86400<br />
Updates/Tag nd 1/Tag 15 15<br />
Durchschnittsstrom nA 107 192<br />
Batteriekapazität bc mAh 10 10<br />
Lagerstrom (Schlafstrom) nA 85 170<br />
Lagerzeit st Jahre 1 1<br />
Effektive Batteriekapazität mAh 9,26 8,51<br />
Betriebszeit Zeit Jahre 9,85 5,05<br />
Bild 1: Berechnung der<br />
Batterielebensdauer einer<br />
OTP-Karte auf der Basis<br />
der 16-Bit-MCU S1C17F57<br />
von Epson.<br />
28 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
28_Epson_501 (jj).indd 28 30.06.2011 12:26:05<br />
timing-p
Analog-ICs / Mixed-Signal-ICs<br />
MCU mit Display-Treiber<br />
grierten, per Software selektierbaren Oszillator (2 MHz/1<br />
MHz/500 kHz). Zusätzlich ist eine Hardware-basierende RTC<br />
samt Kompensation von Zeitfehlern aufgrund schwankender<br />
Oszillatorfrequenzen integriert. Der justierbare Bereich liegt<br />
zwischen -15/32768 und +16/32768 s. Der eingebaute 16x16<br />
Multiplizierer sowie der 16x16+32 Multiplizier + Addier-<br />
Block benötigt nur 1 Clock-Zyklus und gewährleistet somit in<br />
Kombination mit dem Epson RISC-Core C17 (1 Befehl pro<br />
Takt-Zyklus) höchste Performance.<br />
Peripheriefunktionen<br />
Wie die anderen sehr leistungsfähigen S1C17 16-bit-MCUs<br />
von Epson wartet auch der S1C17F57 mit nützlichen Peripheriefunktionen<br />
auf. Diese sind zum Beispiel ein R/F (Resistance<br />
to Frequency) Analog-Konverter zur Messung von<br />
Temperatur und Feuchtigkeit), 2 Kanäle zur direkten Temperaturmessung,<br />
SVD (Supply Voltage Detection), serielle Interfaces<br />
wie SPI, UART (IrDA 1.0-kompatibel) oder I 2 C Master<br />
& Slave. (jj)<br />
■<br />
Der Autor: Naveen Srinivasan ist Mitarbeiter von Epson Semiconductor .<br />
Auf einen Blick<br />
Verlustleistungsarmer Mikrocontroller für<br />
Smartcards<br />
Der Mikrocontroller S1C17F57 ist in den verschiedensten Gehäusevarianten<br />
wie beispielsweise TQFP15-128, QFP15-128,<br />
Die mit Aluminium-Pads und auch als Die mit Goldbumps verfügbar.<br />
Der Version mit Goldbumps besitzt lediglich eine Dicke<br />
von 200 µm und ist damit gut für COF (Chip-on-Flex) und ACFbasierende<br />
Anwendungen für Smartcards geeignet.<br />
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<strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 29<br />
©2011 Silicon Laboratories Inc. Alle Rechte vorbehalten.<br />
timing-portfolio-quarter-page-DE.indd 1<br />
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28_Epson_501 (jj).indd 29 30.06.2011 12:26:12
Stromversorgungen<br />
Regler-ICs<br />
Für modernes<br />
Power-Management<br />
Regler-ICs mit integrierten FETs<br />
für Ströme bis 10 A<br />
Mit den Power-Management-Produkten der Baureihe Eco Speed<br />
erfüllt Semtech alle Anforderungen von POL-Applikationen (Point<br />
of Load). Dabei werden sowohl ökologisch als auch ökonomisch<br />
neue Maßstäbe gesetzt. Die integrierten FETs können mit<br />
Strömen bis 10 A arbeiten.<br />
Autor: Michael Fink<br />
Die Power-Management-ICs der Eco-Speed-Familie basieren<br />
auf der AOT-Technologie (Adaptive On Time) von<br />
Semtech, die zunächst in Notebooks und Industrie-PCs<br />
eingesetzt wurden und mit der man dort sehr gute Erfolge<br />
erzielt hat. Die schnelle Ausregelung von Transienten und der hohe<br />
Wirkungsgrad über einen weiten Eingangsspannungs- und Lastbereich<br />
sind die besonderen Eigenschaften dieser Technologie. Das<br />
Adaptive-On-Time-Regelverfahren ist eine Weiterentwicklung des<br />
COT-Prinzips (Constant On Time). Mit AOT hat Semtech eine<br />
Technik entwickelt, die ähnlich wie die digitale Regelung eine stabile<br />
Regelung über einen weiten Eingangsspannungsbereich und einen<br />
weiten Ausgangslastbereich bietet. Diese Eigenschaft ist bei COT und<br />
AOT grundsätzlich gegeben, da das Regelglied nicht auf Verstärkern<br />
sondern auf Komparatoren basiert. Durch den Einsatz der Kompara-<br />
Bild 2: Wirkungsgrad, abhängig von Last und Ausgangsspannung (links unten).<br />
Bild 3: Einschwingverhalten bei Übergang vom Power-Safe- auf den<br />
Lastmodus (links oben).<br />
Bild 4: Einschwingverhalten vom Last- in den Power-Safe-Modus (rechts oben).<br />
Auf einen Blick<br />
Erwartungen erfüllen<br />
Die Power-Managment-ICs der Baureihe Eco Speed erfüllen die Erwartungen<br />
des Anwenders bezüglich Flexibilität und Konfi gurierbarkeit. Alle wichtigen<br />
Parameter sind extern einstellbar und die Bausteine mit integrierten<br />
FETs sind in vier unterschiedlichen Leistungsklassen bis 10 A abgestuft.<br />
Für größere Lastströme ist der Controller auch ohne FETs erhältlich.<br />
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503ei0711<br />
30 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
30_Semtech_503 (jj).indd 30 01.07.2011 11:45:43
Stromversorgungen<br />
Regler-ICs<br />
Epson Microcontroller<br />
Unsere Flexibilität<br />
= Ihr Produkt-Vorsprung<br />
Bild 1: Die unterschiedlichen Power-Management-Regelungsverfahren im Vergleich.<br />
toren ist zum einen die Regelzeit um Faktor 4<br />
bis 5 schneller und man benötigt keine Kompensation,<br />
wie sie bei Reglern mit Spannungs-<br />
und Stromregelverfahren nötig sind.<br />
Somit fallen bei COT und AOT die Kompensationsberechnungen<br />
zweiter oder erster<br />
Ordnung weg.<br />
Vorteile der Adaptive On Time-Technik<br />
Der Vorteil von AOT gegenüber COT ist,<br />
dass die Frequenzschwankungen auf typisch<br />
±15 % reduziert wurden, somit ist die<br />
Frequenzabweichung mit der von über<br />
Strom und Spannung geregelten Schaltreglern<br />
vergleichbar. Bei AOT wird die Einschaltzeit<br />
(Adaptive On Time) des oberen<br />
FETs über einen externen Widerstand und<br />
ein integriertes Zeitglied fest eingestellt, die<br />
Ausschaltzeit ist somit nur noch vom Laststrom<br />
abhängig. Das gesamte Design wird<br />
für eine nominale Last ausgelegt. Ändert<br />
sich das Lastmoment, so ändert sich auch<br />
kurzzeitig die Schaltfrequenz. Durch diese<br />
lastabhängige Frequenzänderung ist der<br />
Regler in der Lage, Transienten sehr schnell<br />
zu regeln und aus diesem Grund reduzieren<br />
sich die Ausgangskapazitäten und die<br />
Gesamtkosten der Schaltung sind geringer.<br />
Der zweite Vorteil von AOT ist der automatische<br />
Power-Safe-Modus. Die Ausschaltzeit<br />
ist lastabhängig und bewirkt eine<br />
proportionale Änderung der Schaltfrequenz.<br />
Mit kleiner werdender Last wird<br />
auch die Frequenz kleiner, somit werden<br />
automatisch die Schaltverluste kleiner und<br />
der Wirkungsgrad steigt. Das AOT-Regelverfahren<br />
erreicht auch bei kleinen Lasten<br />
einen relativ hohen Wirkungsgrad.<br />
Ähnliche Wirkungsgrade werden auch<br />
bei höheren Taktfrequenzen erreicht. An<br />
der Kurve in Bild 2 kann man auch sehr<br />
schön erkennen, dass die Eco-Speed-Familie<br />
- hier am Beispiel des SC417 – auch bei<br />
großem Umsetzungsverhältnis (mehr als<br />
10) Wirkungsgrade zwischen 85 % und 90<br />
% erreicht. Natürlich kann man auch den<br />
Wirkungsgrad durch gezielte Auswahl der<br />
externen Komponenten noch weiter optimieren.<br />
Der Ultrasonic Power Safe Mode begrenzt<br />
die untere Frequenz auf 25 kHz und<br />
vermeidet, dass die Schaltimpulse im hörbaren<br />
Bereich liegen. Es gibt aber auch<br />
Bausteine, bei denen die untere Frequenzbegrenzung<br />
vom Anwender individuell<br />
einstellbar ist (Bilder 3 und 4).<br />
Virtueller ESR<br />
Ähnlich wie bei Reglern mit Hystereseoder<br />
Ripple-Modus, wird die Ausgangsspannung<br />
über die Spannungsschwankung<br />
am Ausgang gemessen. Da bei AOT die<br />
On-Time (Einschaltzeit des oberen FETs)<br />
vorgewählt ist, werden nur die negativen<br />
Werte der Welligkeit der nominalen Ausgangsspannung<br />
geregelt. COT- und AOT-<br />
Regler sind quasi halbe Hysterese-Modus-<br />
Regler. Die Welligkeit entsteht im Wesentlichen<br />
durch den ESR (serieller Ersatzwiderstand)<br />
der Ausgangskapazitäten. Somit<br />
kann man bei dieser Technologie die gewünschte<br />
Welligkeit der Ausgangsspannung<br />
auswählen. Nun fragt man sich berechtigter<br />
Weise, was passiert beim Einsatz<br />
von keramischen Kondensatoren, die von<br />
Haus aus einen kleinen ESR haben. Schaltet<br />
man mehrere davon parallel, dann wird<br />
der ESR nochmals kleiner. Semtech hat<br />
hierfür den so genannten „virtuellen ESR“<br />
entwickelt, eine einfache Methode, um<br />
den sicheren Einsatz von keramischen<br />
Kondensatoren zu gewährleisten.<br />
Smart-Drive-Funktion<br />
Zusätzlich haben Eco-Speed-Bausteine die<br />
Smart-Drive-Funktion integriert. Sie unterdrückt<br />
Störungen, die durch das schnelle<br />
Einschalten der FETs auftreten (Bilder 5<br />
und 6). Häufig werden solche Effekte durch<br />
Gate-Widerstände oder durch so genannte<br />
Snapper (Filterschaltung zwischen Phase<br />
und Masse) gedämpft. Diese schaltungstechnischen<br />
Lösungen sind in der Regel<br />
mit höheren Verlusten behaftet. Smart-<br />
Drive gibt eine langsam ansteigende Gate-<br />
Spannung solange vor, bis ein definierter<br />
Spannungspegel an der Phase anliegt, dann<br />
wird die volle Gate-Spannung angelegt. Da-<br />
Epson hat den Anspruch, besonders<br />
praxisgerechte Lösungen für Ihre<br />
Herausforderungen zu finden.<br />
Dies zeigt sich bei unseren Microcontrollern<br />
durch maximale Flexibilität im gesamten<br />
Einsatzspektrum.<br />
Voraussetzung für Ihren<br />
Produkt-Vorsprung:<br />
> Komplett: Abdeckung verschiedenster<br />
Applikationen durch eine umfassende<br />
Microcontroller-Produktfamilie<br />
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Energieverbrauch<br />
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30_Semtech_503 (jj).indd 31 01.07.2011 11:45:45
Stromversorgungen<br />
Regler-ICs<br />
Bilder: Semtech<br />
Bild 5: Beispiel für „normale“ FET-Schaltvorgänge.<br />
Bild 6: FET-Schaltvorgänge mit Smart-Drive.<br />
mit hat man quasi ein gedämpftes Schalten des FETs ohne große<br />
Verluste einzufahren.<br />
Die Eigenschaften von Smart-Drive sind für das gesamte System<br />
von Bedeutung. Im System werden dadurch die elektromagnetischen<br />
Abstrahlungen reduziert.<br />
14 Bausteine<br />
Die Eco-Speed-Familie umfasst derzeit 14 Bausteine, die man in<br />
unterschiedliche Kategorien einteilen kann (siehe Bild auf der<br />
ersten Seite). Einmal gibt es Bausteine für reine 5-V-Applikationen,<br />
das sind die SC17x-Regler, die es mit verschiedenen Stromstärken<br />
von 1 bis 4 A gibt. Dann die Varianten von 3 bis 24 V bzw.<br />
28 V und Strömen von 3 A bis 10 A, die durch die Regler SC403<br />
bis 417 bzw. SC424/427 abgedeckt werden.<br />
Für größere Leistungen stehen die Controller SC418/19/93, die<br />
mit externen FETs arbeiten und somit die höchste Flexibilität bieten,<br />
zur Verfügung. Mit diesen Controllern kann man sehr viel höhere<br />
Ströme abdecken, dabei aber auch die besten Wirkungsgrade<br />
erreichen.<br />
Der SC493 ist dabei eine Besonderheit, da dieser Baustein über<br />
I 2 C programmiert und überwacht werden kann. Dabei war es<br />
Semtech wichtig, dass die Regelung nach wie vor analog ist, man<br />
aber die Eigenschaften wie Ausgangsspannung, Strombegrenzung,<br />
R-78C_420x80_0311_Layout 1 6/16/2011 11:18 AM Page 1<br />
Anlaufverzögerung und Anlaufverhalten digital einstellen kann.<br />
Zusätzlich kann das System den Status des Bausteins abfragen,<br />
zum Beispiel ob er in Regelung ist oder nicht, ob es Störungen, wie<br />
Überstrom oder zu niedrige Eingangsspannung gibt, oder wie<br />
hoch die Betriebstemperatur ist.<br />
Ausblick<br />
Diese quasi „kombinierte“ Analog-Digital-Technologie liegt bei<br />
Semtech im Fokus und es werden in nächster Zeit weitere Produkte<br />
hinzukommen. Der Anwender kann hier auf ein Produktspektrum<br />
zugreifen, das für viele verschiedene Applikationen einsetzbar ist<br />
und immer auf der gleichen Technologie basiert, die den neuesten<br />
Anforderungen entspricht und das Power-Management-Design wesentlich<br />
vereinfacht. Natürlich gibt es von Semtech auch eine umfangreiche<br />
Unterstützung beim Design. Angefangen beim Online-<br />
Design-Tool CSIM, mit dem man einen ersten Schaltplan erstellen<br />
und das prinzipielle Verhalten simulieren kann. Des Weiteren gibt es<br />
verschiedene Anwendungsbeispiele zu denen Schaltpläne, Testprotokolle<br />
und die BOM sowie Evaluation-Boards gehören, mit denen<br />
man die Bauteile in einer realen Umgebung testen kann. (jj) n<br />
Der Autor: Michael Fink ist Mitarbeiter der Semtech Germany GmbH<br />
in Hallbergmoos.<br />
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30_Semtech_503 (jj).indd 32 01.07.2011 11:45:49
Stromversorgungen<br />
Batterien/Akkus<br />
Mobile Energie<br />
Trends im Markt für Batterien, Akkus und Ladetechnik<br />
Duracell hat ein neues Alkali-Batterie-Portfolio entwickelt, mit<br />
dem die Ansprüche der verschiedenen Konsumentengruppen<br />
noch besser bedient werden können. Zu dem Portfolio gehören die<br />
Premiumbatterie Duracell Ultra Power, der Klassiker Duracell Plus<br />
sowie das neue Einstiegsmodell Simply Duracell.<br />
Duracell Ultra Power ist die leistungsstärkste Alkali-Batterie und<br />
hält entscheidend länger in Geräten mit hohem Energiebedarf. Sie ist<br />
mit der Powercheck-Technologie ausgestattet, die den Ladezustand<br />
der Batterie über zwei Kontaktpunkte anhand einer Farbskala sichtbar<br />
macht. Der Konsument kann sich also jederzeit über den Ladezustand<br />
der Batterie informieren. Als Neuheit wurde Einstiegsprodukt Simply<br />
Duracell eingeführt, es bietet zum günstigen Preis den Start in die<br />
Duracell-Markenqualität.<br />
Mit Duracell myGrid wurde eine innovative Ladestation mit Konduktionstechnologie<br />
entwickelt, die Schluss mit Kabel- und Steckerchaos<br />
macht. Das Drop-and-Go-Ladepad lädt kabellos bis zu vier<br />
Geräte gleichzeitig auf. Dazu können beispielsweise Mobiltelefone<br />
und Musikplayer an beliebiger Stelle auf der rund 17 cm x 15 cm großen<br />
Fläche des Pads platziert werden. Duracell myGrid ist kompatibel<br />
mit vielen Geräten von Apple, BlackBerry, Nokia und Motorola sowie<br />
allen Handys, Smartphones und MP3-Playern, die über einen Mikrooder<br />
Mini-USB-Ladeanschluss verfügen. Auch das Produktportfolio<br />
für den wachsenden Akku-Markt wird von Duracell kontinuierlich<br />
weiterentwickelt. Zur neuesten Akkutechnologie gehören Duracell<br />
Stay Charged Akkus (ehemals ActiveCharged), die sofort einsetzbar<br />
und für Geräte mit hohem Energiebedarf geeignet sind. Diese Akkus<br />
haben eine äußerst geringe Selbstentladung und verfügen selbst nach<br />
einem Jahr noch über 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität. Im Standard-Bereich<br />
sind die NiMH-Akkus geeignet für Fotokameras, aber<br />
auch für alltägliche technische Geräte wie Wecker, Radio oder Spielzeug.<br />
Die kraftvolle Premium-Variante Supreme ist besonders für digitale<br />
Kameras und für Geräte mit hohem Energieverbrauch konzipiert.<br />
Im Bereich der Batterien für professionelle Anwender setzt Duracell<br />
weiterhin auf das Procell-Sortiment.<br />
Duracell Professional steht für engagierten Service in Zusammenarbeit<br />
mit den professionellen Kunden und Nutzern in Europa. Er<br />
bietet Präsenz in zehn europäischen Ländern, Betreuung von länderübergreifenden<br />
Kunden, sowie den Zugriff auf die Kompetenz des<br />
Duracell-Technikzentrums.<br />
Auch bei Batterien für professionelle und <strong>industrie</strong>lle Anwendungen<br />
geht ein Trend in Richtung „Green“ und Nachhaltigkeit. Neben<br />
der Premium-Leistung und Qualität der Duracell-Batterien, wird<br />
auch im Profi-Segment dieser Zusatznutzen zusammen mit einem<br />
hervorragenden Service immer wichtiger.<br />
Der Markt für mobile Energie wird weiter wachsen. Duracell arbeitet<br />
hier mit einem Produktportfolio, welches bereits deutlich über die<br />
klassische Batterie hinaus entwickelt wurde. Weitere Entwicklungen<br />
werden das Ziel verfolgen, die Bedürfnisse von Konsumenten und<br />
professionellen Anwendern noch besser und umfassender zu befriedigen.<br />
Auch neue Verordnungen wie die EU-Batterierichtlinie sorgen<br />
für einen Wandel. Duracell informiert und berät dazu die Entwickler<br />
und Partner in Unternehmen und Industrie über die Gesetzeslage.<br />
Energieeffiziente und nachhaltige Produkte werden am Markt weiter<br />
an Bedeutung gewinnen. Das Thema Nachhaltigkeit ist bereits seit<br />
Jahren wichtiger Teil von der Unternehmensphilosophie und Strategie<br />
bei Duracell und Procter & Gamble. Daher sieht man dort von<br />
der Herstellung über die Verpackung bis hin zur Entsorgung die<br />
Nachhaltigkeitsziele und deren Umsetzung als eine gemeinsame Basis<br />
für zukünftige Lösungen zu „mobiler Energie“. (jj) <br />
n<br />
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30_Semtech_503 (jj).indd 33 01.07.2011 11:45:52
Stromversorgungen<br />
Opto-Triacs<br />
Bild 1: Schaltzeichen (a) und vereinfachter Aufbau (b) eines Wechselstromschalters.<br />
Wechselstromschalter<br />
Steuerung per Opto-Triac<br />
Wechselstromschalter sind Halbleiterbausteine, die zur Steuerung von<br />
Verbrauchern dienen, die direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen<br />
sind. Somit kann der Bezugspunkt beim Ansteuern des Wechselstromschalters<br />
auf dem Potenzial der Netzspannung liegen. Die galvanische<br />
Trennung der Ansteuereinheit und die Frage, wie sie sich im Fall eines<br />
Wechselstromschalters implementieren lässt stehen im Mittelpunkt des<br />
Beitrages. Autoren: L. Gonthier, J.-M. Simonnet, A. Passal<br />
Ist eine galvanische Trennung zwischen Mikrocontroller und<br />
Wechselstromschalter erforderlich Der Bezugspunkt für das<br />
Ansteuern eines Wechselstromschalters kann Verbindung zur<br />
Netzspannung haben. Wenn also ein Mikrocontroller (MCU)<br />
den Wechselstromschalter direkt ansteuert, hat auch dieser eine<br />
direkte Verbindung zum Netzpotenzial. Man war in der Vergangenheit<br />
der Auffassung, dass eine direkte Verbindung zwischen<br />
MCU und Stromnetz vermieden werden muss, da sie die Störimmunität<br />
des jeweiligen Geräts beeinträchtigt. Im Laufe der Jahre<br />
konnte jedoch nachgewiesen werden, dass eine solche Anordnung<br />
durchaus gute Störimmunitäts-Eigenschaften vorweisen kann und<br />
dass der Anschluss eines Mikrocontrollers an einen stabilen, nicht<br />
potenzialfreien Bezugspunkt günstig für die Störsicherheit ist.<br />
Eine Betriebsisolation wird benötigt, wenn der Bezugspunkt der<br />
Steuerungsschaltung nicht identisch mit dem Bezugspunkt des<br />
Wechselstromschalters ist. Dies ist u.a. bei neuen Geräten der Fall,<br />
in denen ein Umrichter zur Ansteuerung eines Drei-Phasen-Motors<br />
dient und der Mikrocontroller an den Gleichstromkreis angeschlossen<br />
ist, während der Wechselstromschalter mit dem Wechselstromnetz<br />
verbunden ist. Hier wird ein Pegelumsetzer für die<br />
Kommunikation zwischen MCU und Wechselstromschalter benötigt.<br />
Es ist üblich, für diese Aufgabe einen Opto-Triac zu verwenden,<br />
doch funktioniert ein solches Bauelement nicht einwandfrei<br />
bei der Vollwellen-Ansteuerung von Wechselstromschaltern.<br />
Opto-Triac zum Ansteuern eines Wechselstromschalters<br />
Die heute angebotenen Wechselstromschalter basieren auf den<br />
verschiedensten Technologien und Designs. Am bekanntesten<br />
sind Standard-Triacs, Snubberless-Triacs sowie die Anfang der<br />
1990er Jahre vorgestellten Wechselstromschalter.<br />
Um einen Triac oder einen Wechselstromschalter einzuschalten,<br />
muss ein Gate-Strom zwischen dem Gate (G) und dem Anschluss<br />
A1 (bei einem Triac) bzw. zwischen Gate und COM-Anschluss<br />
(bei einem Wechselstromschalter) fließen. Bei einem Triac spielt<br />
die Richtung des Stroms keine Rolle, was den beiden antiparallel<br />
geschalteten Dioden zwischen G und A1 zu verdanken ist.<br />
In seinem inneren Aufbau unterscheidet sich ein Wechselstromschalter<br />
von einem Triac, denn das Gate ist hier der Emitter eines<br />
NPN-Bipolartransistors. Es ist deshalb nur eine PN-Sperrschicht<br />
(implementiert durch P1 und N1 im Bild 1) vorhanden, sodass der<br />
Strom ausschließlich aus dem Gate heraus, aber nicht in das Gate<br />
hinein fließen kann.<br />
Um einen Triac galvanisch isoliert anzusteuern, setzt man in der<br />
Regel einen Opto-Triac in Serienschaltung mit den Anschlüssen<br />
A2 und G des Triacs ein. Zusätzlich wird ein Widerstand in Reihe<br />
geschaltet, um die Stromstärke für das Gate zu reduzieren. Gezündet<br />
wird der Baustein durch einen positiven Gate-Strom, wenn die<br />
am Triac liegende Spannung unmittelbar vor dem Einschalten positiv<br />
ist, bzw. durch einen negativen Strom im umgekehrten Fall.<br />
Eine solche Lösung eignet sich für alle Triacs. Die Zündung des<br />
Triacs erfolgt dabei in den Quadranten Q1 und Q3.<br />
Da Wechselstromschalter ausschließlich von Strömen mit negativem<br />
Vorzeichen gezündet werden können, steuert ein Opto-Triac<br />
den Wechselstromschalter nur bei negativer Netzspannung an. Der<br />
Verbraucher erhält deshalb immer nur während jeder zweiten Halbwelle<br />
Strom, was für die meisten Anwendungen nicht sinnvoll ist.<br />
34 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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34_STM_504 (jj).indd 34 30.06.2011 12:30:29
Stromversorgungen<br />
Opto-Triacs<br />
Allerdings gibt es inzwischen neuere Applikationen, in denen dieses<br />
Verhalten gewünscht ist. – beispielsweise bestimmte Pumpen in Kaffeemaschinen,<br />
die über eine eingebaute Diode verfügen, oder Elektromagnete<br />
für die Türverriegelung von Waschmaschinen.<br />
Hier kommt deshalb ein Wechselstromschalter, angesteuert<br />
durch einen Opto-Triac, durchaus in Frage. Dabei muss lediglich<br />
beachtet werden, dass die Potenzialdifferenz zwischen G und COM<br />
nicht größer als 10 V sein darf, um die G-COM-Sperrschicht nicht<br />
zu zerstören. Zwei Lösungen bieten sich an, um das Anlegen der<br />
positiven Halbwelle der Netzspannung bei eingeschaltetem Opto-<br />
Triac zu verhindern:<br />
■ Blockieren der positiven Spannung mithilfe einer Hochspannungs-Diode<br />
in Reihe mit dem Opto-Triac (Bild 2).<br />
■ Verwendung einer Niederspannungs-Diode parallel zur COM-<br />
G-Sperrschicht (Bild 3) als Bypass für die hohe positive Spannung.<br />
Anzumerken ist, dass im ersten Fall der Opto-Triac und die ➔<br />
Auf einen Blick<br />
Galvanische Trennung per Opto-Triac<br />
Wechselstromschalter dienen der Steuerung von Verbrauchern, die<br />
direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen sind. Der Artikel widmet<br />
sich der Notwendigkeit einer galvanischen Trennung der Ansteuereinheit<br />
und der Frage, wie sich diese im besonderen Fall eines<br />
Wechselstromschalters implementieren lässt.<br />
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Stromversorgungen<br />
Opto-Triacs<br />
Bild 2: Lösung für die Halbwellen-Ansteuerung eines Wechselstromschalters<br />
mit Seriendiode.<br />
Bild 4: Schaltplan für die Vollwellen-Ansteuerung eines Wechselstromschalters<br />
per Opto-Triac.<br />
Bild 3: Lösung für die Halbwellen-Ansteuerung eines Wechselstromschalters<br />
mit Paralleldiode.<br />
Diode durch einen in Sperrrichtung gepolten Opto-Thyristor, dessen<br />
Anode mit dem Gate des Wechselstromschalters verbunden<br />
ist, ersetzt werden sollten.<br />
Vollwellen-Ansteuerung mit Opto-Triac<br />
In Hausgeräte-Anwendungen müssen die meisten Verbraucher im<br />
Vollwellen-Modus angesteuert werden. Eine Anpassung der soeben<br />
angeführten Schaltungen mit dem Ziel, das Zünden des<br />
Wechselstromschalters bei beiden Halbwellen zu gewährleisten,<br />
wird verworfen. Die Lösung besteht vielmehr darin, einen Niederspannungs-Kondensator<br />
hinzuzufügen, der am Beginn der positiven<br />
Halbwelle einen Strom in das Gate fließen lässt. In dem Schaltplan<br />
zu dieser Lösung sind zwei Niederspannungs-Dioden zu erkennen<br />
(Bild 4). Das Funktionsprinzip geht aus Bild 5 hervor:<br />
1. Der Opto-Triac schaltet ein und lädt den Kondensator C auf V GT<br />
(ca. 0,7 V) auf. Die COM-G-Sperrschicht wird dadurch leitend,<br />
und der Wechselstromschalter wird durch einen negativen Gate-<br />
Strom gezündet.<br />
2. Der Wechselstromschalter bleibt bis zum nächsten Nulldurchgang<br />
eingeschaltet. Die G-COM-Spannung wird wegen des leitenden<br />
Wechselstromschalters auf 0,7 V gehalten, und C bleibt geladen.<br />
3. Mit zunehmender Stromstärke im Wechselstromschalter steigt<br />
auch V G-COM<br />
an, sodass von C ein negativer Strom kommt, der den<br />
Wechselstromschalter für die folgende Halbwelle einschaltet.<br />
In dieser Lösung bleibt der Wechselstromschalter am Beginn einer<br />
jeden Halbwelle so lange abgeschaltet, wie es für das erneute<br />
Aufladen des Kondensators C erforderlich ist. Der Wechselstromschalter<br />
schaltet ein, sobald die an ihm liegende Spannung einen<br />
Wert von ungefähr 10 V erreicht. Starke leitungsgebundene Störungen<br />
sind durch dieses Verhalten nicht zu befürchten, denn der<br />
aus dem Netz entnommene Strom ist wegen des nach dem Nulldurchgang<br />
in den Kondensator fließenden Ladestroms nach wie<br />
vor weitgehend sinusförmig. (jj)<br />
n<br />
Die Autoren: Laurent Gonthier, Jean-Michel Simonnet und Antoine Passal<br />
sind Mitarbeiter von STMicroelectronics.<br />
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Bild 5: Diagramm zur Funktionsweise der Schaltung aus Bild 4.<br />
Bilder: ST Microelectronics<br />
36 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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34_STM_504 (jj).indd 36 30.06.2011 12:30:39
Stromversorgungen<br />
Mess-Tipp<br />
Welligkeitsmessung an Netzteilen<br />
Hochfrequente Impulsspitzen eliminieren<br />
Die Welligkeit am Ausgang eines Netzteils sollte<br />
nicht mit einer langen Masseleitung gemessen<br />
werden, wie man sie an Oszilloskopen normalerweise<br />
vorfindet, denn in diese Leitung können<br />
Impulsspitzen einstreuen, die im Ausgangssignal<br />
selbst eigentlich gar nicht vorhanden sind. Dies<br />
lässt sich einfach nachweisen, indem man die<br />
Anschlussleitungen des Oszilloskops nach dem<br />
Verbinden mit dem Netzteil bewegt. Man sieht<br />
dann deutlich, wie die Störungen durch das Bewegen<br />
der Masseleitung abwechselnd stärker und<br />
schwächer werden (Bild 1).<br />
Für das Messen der Welligkeit verzichtet man<br />
besser ganz auf die Masseleitung. An der Spitze<br />
des Tastkopfs ist der Abstand zwischen Plus und<br />
Masse sehr klein. Man verbindet die Tastkopfspitze<br />
stattdessen mit einer Steckbuchse, wie man<br />
sie überall erwerben kann. Der mittlere Anschluss<br />
der Buchse wird nun mit dem Ausgang<br />
des Netzteils verlötet, während man den anderen<br />
Anschluss über einen oberflächenmontierbaren<br />
Mehrschicht-Keramikkondensator von 0,1 µF<br />
mit Masse verbindet. Das Oszilloskop wird nun<br />
auf eine obere Grenzfrequenz von 5 MHz eingestellt.<br />
Zum Messen der Welligkeit führt man die<br />
Tastkopfspitze in die Buchse ein. Das ganze sollte<br />
aussehen wie in Bild 2. Auf diese Weise erhält<br />
man eine akzeptable Welligkeitsmessung ohne<br />
störende Impulsspitzen.<br />
Ein Mehrschicht-Keramikkondensator mit einer<br />
Kapazität von 0,1 µF wird auf der Rückseite<br />
der Leiterplatte mit den beiden Leitungen verbunden.<br />
Gemeinsam mit der Steckbuchse filtert<br />
dieser Kondensator all jene hochfrequenten Anteile<br />
aus, die beim Messen der Welligkeit vorkommen<br />
können. Elektrolyt , Papier und Kunststofffolienkondensatoren<br />
sind für die Entkopplung<br />
bei hohen Frequenzen nicht besonders gut<br />
geeignet. Der Grund hierfür ist, dass diese Kondensatoren<br />
im Prinzip aus zwei Metallfolien mit<br />
einer dazwischenliegenden dielektrischen<br />
Schicht bestehen, die zusammen zu einer Rolle<br />
aufgewickelt werden. Eine solche Struktur besitzt<br />
eine beträchtliche Eigeninduktivität und<br />
Bild 1: Oszilloskop-Tastkopfspitze mit Masse-Leitung.<br />
Bild 3: Für die Messung wurde ein 0,1 µF Kondensator<br />
eingesetzt, um Impulsspitzen zu beseitigen.<br />
wirkt bei Frequenzen über einigen Megahertz<br />
weniger wie ein Kondensator, sondern mehr wie<br />
eine Induktivität.<br />
Im vorliegenden Fall wurde deshalb ein Mehrschicht-Keramikkondensator<br />
mit einer Kapazität<br />
von 0,1 µF benutzt, um jegliche hochfrequenten<br />
Impulsspitzen zu eliminieren (Bild 3). Man kann<br />
auf diese Weise die tatsächliche Welligkeit mit<br />
der Schaltfrequenz messen, ohne dass die Messung<br />
durch hochfrequente Impulsspitzen verfälscht<br />
wird. (jj) <br />
n<br />
Der Autor: John LoGiudice, STMicroelectronics.<br />
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Bild 2: Aufbau für das Messen der Welligkeit am<br />
Ausgang eines Netzteils.<br />
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37_509_STM.indd 37 05.07.2011 10:00:13
Stromversorgungen<br />
Mess-Tipp<br />
ESR-Anforderungen für<br />
stabile Spannungsregler<br />
Auf einfache Weise ermittelt<br />
Viele Entwicklungsingenieure haben immer wieder Probleme mit der Stabilität<br />
von Linearreglern im Feld. Abhilfe schafft die Bestimmung des ESR des<br />
Ausgangskondensators. Autoren: Steve M. Sandler, Bernhard Baumgartner<br />
und Florian Hämmerle<br />
Da von Herstellerseite normalerweise nur wenige Informationen<br />
über die Regelstabilität von Linearreglern veröffentlicht<br />
werden, ist es nicht weiter verwunderlich, dass Entwickler<br />
sich vor Problemen in diesem Zusammenhang sehen.<br />
Bei den meisten Linearreglern bestimmt der ESR (Serienwiderstand,<br />
engl. Equivalent Series Resistance) des Ausgangskondensators<br />
die Nullstelle des Regelkreises, welche den Regler stabilisiert. Die<br />
Datenblätter der Regler bieten meist nur wenige Informationen darüber,<br />
wie die Ausgangskapazität und der ESR des Ausgangskondensators<br />
als externe Parameter die Regelstabilität beeinflussen.<br />
In diesem Artikel wird eine einfache Methode vorgestellt, wie<br />
basierend auf einer einzigen, einfachen Messung, der zur Erreichung<br />
einer bestimmten Phasenreserve benötigte ESR für beliebige<br />
Ausgangskondensatoren ermittelt werden kann.<br />
Allgemeines über Linearregler<br />
Für die meisten Linearregler, unabhängig von der Reglertopologie,<br />
liefert die Ausgangsimpedanz des Reglers alle notwendigen Informationen,<br />
um den benötigten ESR zur Erzielung einer bestimmten<br />
Phasenreserve zu bestimmen.<br />
Die meisten am Markt verfügbaren Linearregler sind auch ohne<br />
angeschlossenen Ausgangskondensator im Leerlauf grundsätzlich<br />
stabil. Daher ist es möglich, die Ausgangsimpedanz des Reglers als<br />
Funktion über die Frequenz ohne angeschlossenen Ausgangskondensator<br />
zu messen. Das Ergebnis der Impedanzmessung kann in<br />
drei markante Bereiche eingeteilt werden:<br />
■ 1) Bei Gleichspannung und bei niedrigen Frequenzen ist die<br />
Ausgangsimpedanz ein reeller Widerstand, welcher durch die<br />
Lastregelung des Reglers und den Referenzspannungsteiler definiert<br />
wird.<br />
■ 2) Im zweiten Bereich ist die Ausgangsimpedanz induktiv, wobei<br />
die Induktivität vom Laststrom und der Reglerbandbreite abhängt.<br />
■ 3) Im dritten Bereich kann die Ausgangsimpedanz, abhängig<br />
von der Art des Reglers, wieder rein reell werden.<br />
Da die beschriebene Methode zur Ermittlung des benötigten<br />
ESR auf der Ausgangsimpedanz beruht, ist der erste Schritt die<br />
breitbandige Messung der Ausgangsimpedanz. Die Messungen für<br />
diesen Beitrag wurden mit dem vektoriellen Netzwerkanalysator<br />
38 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
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38_Omicron_420 (sb).indd 38 30.06.2011 12:34:48
Stromversorgungen<br />
Mess-Tipp<br />
Bild: darknightsky - Fotolia<br />
Auf einen Blick<br />
Der ESR bringt`s<br />
Durch eine einzige, einfache Messung mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator<br />
ist es möglich den für eine gewünschte Phasenreserve<br />
benötigten ESR des Ausgangskondensators eines Linearreglers zu<br />
bestimmen. Durch die Erfüllung der ESR Anforderungen beim niedrigsten<br />
auftretenden Laststrom wird ein stabiler Betrieb des Reglers<br />
auch bei höheren Lastströmen sichergestellt.<br />
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420ei0711<br />
Bode 100 und dem Picotest J2111A Strominjektor durchgeführt.<br />
Die Auswahl dieser beiden Geräte erfolgte aufgrund ihrer hohen<br />
Messbandbreite sowie der direkten Messmöglichkeit von Phasenreserve<br />
und effektiver Güte in Abhängigkeit von der Ausgangsimpedanz.<br />
Die Messungen sollten beim geringsten zu erwartenden<br />
Laststrom gemacht werden, da hier normalerweise die geringste<br />
Phasenreserve auftritt. Es ist sogar so, dass der minimale Laststrom<br />
oft die Grenzen der erreichbaren Reglerleistung definiert.<br />
Messung der Ausgangsimpedanz<br />
Bild 1 zeigt den für die Messung der Ausgangsimpedanz verwendeten<br />
Messaufbau. Als Messobjekt dient ein Regler LM317, welcher<br />
sich auf dem VRTS Demoboard der Firma Picotest befindet.<br />
Die Ausgangsimpedanz des LM317 Spannungsreglers wurde bei<br />
Lastströmen von 25 und 50 mA ermittelt. Das in Bild 2 dargestellte<br />
Ergebnis der Messung zeigt deutlich die drei genannten Bereiche<br />
und bestätigt die Abhängigkeit der Impedanz vom Laststrom. Zusätzlich<br />
zum Laststrom ist die Ausgangsimpedanz auch von der<br />
Ausgangsspannung und der internen Kompensation des Reglers<br />
abhängig. Aus diesem Grund kommt man für verschiedene Regler<br />
zu unterschiedlichen Ergebnissen.<br />
Bild 3 zeigt das Ersatzschaltbild des Reglers mit angeschlossenem<br />
Ausgangskondensator, bestehend aus der Kapazität C OUT<br />
und<br />
dem äquivalenten Serienwiderstand ESR. Die Ausgangsinduktivität<br />
LO ist laststromabhängig. RS und RP können ebenfalls laststromabhängig<br />
sein.<br />
Die Induktivität LO kann im induktiven (ansteigenden) Bereich<br />
der Kurve an einem beliebigen Punkt mittels folgender Formel ermittelt<br />
werden. Für die Berechnung wurde der Widerstandswert<br />
bei 40 kHz der im aktuellen Fall 1 Ohm entspricht gewählt.<br />
Die Werte für RS und RP können direkt aus der Messkurve entnommen<br />
werden. Aus dem niederfrequenten Bereich erhalten wir<br />
für RS 120 mOhm und aus dem hochfrequenten Bereich für RP 10<br />
Ohm. Ein Großteil des Widerstandes RS stammt vom Kontaktwiderstand<br />
der Verbindungen zum Messobjekt.<br />
➔<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 39<br />
38_Omicron_420 (sb).indd 39 30.06.2011 12:34:53
Stromversorgungen<br />
Mess-Tipp<br />
Bild 3: Reglerersatzschaltbild mit angeschlossenem Ausgangskondensator.<br />
Bild 1: Messaufbau zur Messung<br />
der Ausgangsimpedanz.<br />
Die Ableitung der Anforderungen an den ESR wird hier nicht im<br />
Detail betrachtet. Der benötigte ESR kann direkt aus den Ersatzschaltbildkomponenten<br />
sowie der gewählten Ausgangskapazität<br />
C OUT<br />
und der angestrebten Phasenreserve PM mittels der untenstehenden<br />
Formel berechnet werden.<br />
Weiters kann die Regelbandbreite aus der äquivalenten Induktivität<br />
LO und der Ausgangskapazität COUT berechnet werden. Ein<br />
praktisches Beispiel zur ESR-Berechnung: Betreibt man den LM317<br />
mit einer Ausgangsspannung von 3,3 V und einem Laststrom von<br />
25 mA, können die Werte für LO, RP und RS wie gezeigt aus der<br />
Kurve in Abbildung 2 ermittelt werden. Weiter wird ein 22 µF Kondensator<br />
als Ausgangskapazität COUT gewählt.<br />
Bei einer angestrebten Phasenreserve von 38 Grad ergibt sich ein<br />
erforderlicher ESR von 139 mOhm.<br />
Die zu erwartende Regelbandbreite des Reglers kann aus der äquivalenten<br />
Induktivität LO und der Ausgangskapazität C OUT<br />
über die<br />
bekannte Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von Induktivität<br />
und Kapazität ermittelt werden.<br />
Formel 4<br />
Für die praktische Überprüfung der Ergebnisse wurde ein Tantal-<br />
Kondensator von 22 µF ausgewählt und mit dem Bode100 von<br />
Omicron Lab und dem zugehörigen Impedanzmessadapter B-<br />
SMC vermessen. Diese Messung wird in einer detailierten Applikationsschrift<br />
beschrieben, welche unter http://www.omicron-lab.<br />
com/application-notes/capacitor-esr-measurement.html frei erhältlich<br />
ist.<br />
Aus der in Bild 4 gezeigten Impedanzkurve kann eine Kapazität<br />
von 22 µF und ein ESR von 121 mOhm bei der erwarteten Bandbreite<br />
von 16 kHz abgelesen werden. Zu diesem ESR müssen noch<br />
die Kontaktwiderstände der Steckverbindung des verwendeten<br />
VRTS Demoboards hinzuaddiert werden, so dass insgesamt von<br />
einem ESR von circa 140 mOhm ausgegangen werden kann.<br />
Bild 2: LM317<br />
Ausgangsimpedanz in<br />
Ohm für 25 mA und 50<br />
mA Laststrom.<br />
40 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011<br />
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38_Omicron_420 (sb).indd 40 30.06.2011 12:34:57
Stromversorgungen<br />
Mess-Tipp<br />
Bilder: Omicron Lab<br />
Messung der Phasenreserve<br />
Schließlich wird das OMICRON Lab Bode 100 und der Picotest<br />
J2111A Strominjektor eingesetzt, um durch eine nicht invasive<br />
Messung der Phasenreserve das Ergebnis zu verifizieren. Bei der in<br />
Bild 5 dargestellten Messung wird über die festgestellte Ausgangsimpedanzanhebung<br />
im Bereich der Durchtrittsfrequenz die Phasenreserve<br />
und Regelbandbreite der Schaltung ermittelt. Die theoretischen<br />
Grundlagen hierzu sind in einer frei verfügbaren Applikationsschrift<br />
unter http://www.omicron-lab.com/application-notes/non-invasive-stability.html<br />
im Detail beschrieben. Das Ergebnis<br />
zeigt eine Regelbandbreite von 16,4 kHz und eine Phasenreserve<br />
von circa 38°.<br />
Schlussbemerkung<br />
Die nichtinvasive Messung der Phasenreserve mit dem vektoriellen<br />
Netzwerkanalysator Bode 100 und dem Picotest J2111A Strominjektor<br />
ermöglicht die Beurteilung der Reglerstabilität auch<br />
für Regler bei denen kein Zugriff auf die Regelschleife besteht.<br />
Eine Verbesserung der Regelstabilität kann einen signifikanten<br />
positiven Einfluss auf die Systemleistung des Reglers haben. Dies<br />
äußert sich meist in einer niedrigeren Ausgangsimpedanz, einem<br />
optimierten Verhalten bei dynamischen Laständerungen sowie<br />
einer verbesserten PSRR und Rückflussdämpfung des Reglers.<br />
(sb)<br />
■<br />
Bild 4: Impedanzkurve<br />
des verwendeten<br />
22 µF Tantalkondensators.<br />
Bild 5: Nichtinvasive<br />
Bestimmung der<br />
Phasenreserve und<br />
Regelbandbreite.<br />
Rundum<br />
energieeffi zient<br />
Effizientes Energiemanagement ist eine der<br />
großen Herausforderungen der Zukunft, der<br />
sich Panasonic Electric Works mit gezielten<br />
Neuentwicklungen stellt. Unsere Komponenten<br />
spielen heute in den Bereichen Energiegewinnung,<br />
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38_Omicron_420 (sb).indd 41 30.06.2011 12:35:03
Stromversorgungen<br />
Netzteil-ICs<br />
Bild 1: Wird die<br />
Stand-by-Elektronik<br />
durch ein<br />
eigenes Netzteil<br />
versorgt und die<br />
Motorsteuerung<br />
vom Netz getrennt,<br />
sinkt der Stromverbrauch<br />
der<br />
Anlage um rund<br />
90 %.<br />
Bilder: Recom Electronic<br />
Energiewende und was nun<br />
Kleine Stand-by-Netzteile bieten enorme Sparpotenziale<br />
Es genügt nicht, den Stecker zu ziehen, wenn wir in Urlaub fahren oder Glühbirnen<br />
gegen LEDs zu tauschen. Wir müssen unsere Heim- und Büro<strong>elektronik</strong> gezielt durch<br />
sparsame Produkte ersetzen, die einen besseren Wirkungsgrad haben und im Schlafmodus<br />
extrem sparsam sind. Bei der Versorgung von Stand-by-Schaltungen spielen<br />
modulare Kleinstnetzteile von Recom mit Leerlaufverlusten um 100 mW eine ganz<br />
wichtige Rolle. <br />
Autor: Reinhard Zimmermann<br />
Fukushima hat in Deutschland einen „Nuklearschock“<br />
ausgelöst, der letztlich ähnliche Folgen<br />
haben wird wie der Ölschock vor knapp<br />
40 Jahren. Wie damals werden wir angesichts<br />
steigender Preise sehr daran interessiert sein, alle erdenklichen<br />
Sparpotenziale zu nutzen. Und die sind<br />
immens. Schätzungen des Öko-Instituts Freiburg zufolge<br />
ließe sich durch den Einsatz energiesparender<br />
Produkte im privaten Bereich der Stromverbrauch um<br />
bis zu 60 % reduzieren. Weitere 20 % können durch<br />
energiebewusstes Verhalten eingespart werden.<br />
Energieverschwendung im Dienste der<br />
Bequemlichkeit<br />
Beim Einschalten einer Glühbirne bekommen wir inzwischen<br />
Gewissensbisse. Dagegen ist die Energieverschwendung<br />
durch „Stand-by-Betrieb“ weitgehend<br />
unbeachtet geblieben. Nur wenige Verbraucher<br />
sind sich im Klaren darüber, welch hoher Anteil ihrer<br />
Stromrechnung allein der Bequemlichkeit geschuldet<br />
ist. Nehmen wir beispielsweise die Steuerung eines<br />
Garagentors oder einer Jalousie. Beide sind nur wenige<br />
Minuten pro Tag aktiv - aber rund um die Uhr in<br />
Bereitschaft. Für den Antrieb ist einiges an Leistung<br />
erforderlich – je nach Größe 200 W oder auch mehr.<br />
Würden sie manuell geschaltet, wäre ihre Auswirkung<br />
auf die Stromrechnung ohne jede Bedeutung. Da sie<br />
aber über Fernbedienung oder Sensoren gesteuert<br />
werden, ist zusätzliche Elektronik erforderlich, die<br />
rund um die Uhr in Bereitschaft bleiben muss. In den<br />
Prospekten finden sich bislang nur Angaben über die<br />
Leistungsstärke des Antriebs oder die Zeit, die während<br />
dem Öffnen oder Schließen verstreicht. Über<br />
den Strombedarf im Schlafmodus findet sich zumindest<br />
bei älteren Systemen nichts. Dabei ist dieser für<br />
den Energiebedarf des Systems weit entscheidender<br />
als die reine Motorleistung, da diese nur in maximal<br />
0,5 % der Zeit abgerufen wird. Bis vor kurzem war es<br />
die Regel, die Stand-by-Elektronik aus dem Hauptnetzteil<br />
zu speisen und dieses dafür permanent am<br />
Netz zu halten. Da solche Netzteile für hohe Leistung<br />
ausgelegt sind und im Leerlauf einen extrem schlechten<br />
Wirkungsgrad haben, wird auf diese Weise rund<br />
10 Mal mehr Energie verschwendet, als für die Versorgung<br />
der Stand-by-Elektronik erforderlich wäre.<br />
Aktuell schlägt sich diese Technik mit rund 50 € jährlich<br />
auf unserer Stromrechnung nieder, obwohl wir<br />
mit 5 € dieselbe Bequemlichkeit kaufen könnten. ➔<br />
42 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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42_Recom (jj).indd 42 30.06.2011 12:38:52
Stromversorgungen<br />
Netzteil-ICs<br />
Auf einen Blick<br />
Kleinstnetzteile mit geringen Leerlaufverlusten<br />
Während die Welt nach Fukushima überraschend schnell zur Tagesordnung<br />
übergegangen ist, hatte das politische Nachbeben in Deutschland<br />
weit reichenden Konsequenzen für die Energieversorgung. Wer heute<br />
den schnellen Ausstieg aus der Kernenergie fordert, muss bereit sein,<br />
die Einsparpotenziale konsequent zu nutzen. Bei der Versorgung von<br />
Stand-by-Schaltungen spielen modulare Kleinstnetzteile von Recom mit<br />
Leerlaufverlusten um 100 mW eine ganz wichtige Rolle.<br />
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42_Recom (jj).indd 43 30.06.2011 12:38:57
Stromversorgungen<br />
Netzteil-ICs<br />
Bild 4: Der 1-W-AC/DC-Wandler<br />
RAC01 von Recom<br />
verbraucht im Leerlauf<br />
nur 30 mW und damit<br />
um Faktor 16 weniger<br />
als in der EuP-Richtlinie<br />
spezifiziert! Auch das<br />
6-W-Modul liegt mit 250<br />
mW noch deutlich unter den<br />
Vorgaben.<br />
Bild 2: Standby-Netzteile der neuesten Recom-Generation glänzen mit niedrigen<br />
Leerlaufleistungen bis 30 mW.<br />
Bild 3: Ab 2013 dürfen in Europa maximal 500 mW für Standby- und<br />
Scheinaus-Betrieb verbraucht werden.<br />
Sparsamkeit wird zum Verkaufsargument<br />
Aber die Zeiten ändern sich, Sparsamkeit wird zum Verkaufsargument.<br />
Schon locken Prospekte neuer Modelle mit Hinweisen wie:<br />
„Energieverbrauch weniger als 2 W im Schlafmodus“. Eine Verbesserung<br />
um bis zu rund 90 % wird dadurch erzielt, dass Stand-by-Elektronik<br />
und Sensorik aus einem eigenen Netzmodul versorgt werden,<br />
dessen Leistung nur den Bedarf der Stand-by-Schaltung deckt. Hauptnetzteil<br />
und Motor<strong>elektronik</strong> werden über ein Relais vom Netz getrennt<br />
– ganz so, als würde man manuell Ein/Aus schalten (Bild 1).<br />
Beispiele dieser Art gibt es zahlreich. Auch ältere HiFi-Geräte fallen<br />
in diese Kategorie. Das Netzteil des Hauptverstärkers ist üppig dimensioniert,<br />
damit die Bässe gut kommen. Da eine geringe Restwelligkeit<br />
ausschlaggebend ist für den Hörgenuss, kommen ausschließlich linear<br />
geregelte Netzteile zum Einsatz, deren Wirkungsgrad generell<br />
schlecht ist. Wird die Anlage über die Fernbedienung abgeschaltet,<br />
bleibt auch hier das Hauptnetzteil am Netz, um den Stand-by-Kreis<br />
versorgen zu können. Bei Anlagen, die vor 2010 auf den Markt kamen,<br />
dürften 10 bis 20 W die Regel sein. Spartipp: Manuell abschalten<br />
oder eine neue Anlage kaufen.<br />
Denn auch hier führt das neue Konzept zum Ziel: Die Stand-by-<br />
Elektronik über ein eigenes kleines Netzteil versorgen und das Hauptnetzteil<br />
mittels Relais abschalten. Der Hörgenuss wird durch das kleine<br />
Schaltnetzteil nicht getrübt, da es nur im Schlafmodus aktiv ist.<br />
Kleine Netzmodule gibt es von Recom in sehr enger Staffelung von<br />
1, 2, 3 und 6 Watt (Bild 2), damit sie je nach Applikation immer im<br />
Bereich ihrer Nennleistung und damit bei maximalem Wirkungsgrad<br />
betrieben werden können. Die Mehrkosten für diesen Aufwand haben<br />
sich für den Endverbraucher oft schon innerhalb weniger Monate<br />
oder Jahre amortisiert.<br />
Scheinaus: Die Menge macht’s<br />
Wer mit kritischem Blick durch Haus oder Büro geht, findet unzählige<br />
Steckernetzteile, die permanent Strom verbrauchen, ohne<br />
wirklich „in Betrieb“ zu sein. Solche Steckernetzteile haben eines gemeinsam<br />
– sie sind nicht abschaltbar und über ihren Leerlaufverbrauch<br />
findet sich nichts im Datenblatt des Gerätes, das sie versorgen<br />
sollen. Zwar sind es meist nur Leistungen von wenigen Watt, aber 30<br />
solcher Netzteile in Haus und Büro summieren sich schnell auf einen<br />
Gesamtverbrauch von 100 W und mehr. Denn die Menge macht’s...!<br />
Die Anfang 2010 in Kraft getretenen EU-Rahmenrichtlinie EuP<br />
(Energy-using Products) wirkt der Energieverschwendung auch in<br />
diesem Bereich massiv entgegen. Sie gilt für Produkte, die in hohen<br />
Stückzahlen verkauft werden – von der elektrischen Zahnbürste bis<br />
zum Monitor. Dürfen Geräte im Scheinaus-Betrieb aktuell noch bis<br />
zu 1 W verbrauchen, halbiert sich dieser Wert ab Januar 2013 auf 500<br />
mW (Bild 3). Interessant: Auch Hersteller von Produkten, die in kleineren<br />
Stückzahlen produziert werden und nicht unter die EuP-Richtlinie<br />
fallen, setzten auf die neue Technik. Denn wenn der König Kunde<br />
auf Energiespar-Sterne schaut, kann man aus Imagegründen nicht<br />
darauf verzichten.<br />
Kleine Leistung – hohe Lebenserwartung<br />
Gab es noch vor wenigen Jahren kaum AC/DC-Netzmodule mit kleiner<br />
Leistung, so ist inzwischen eine richtige Marktnische entstanden.<br />
Mit den Leistungsklassen 1 W, 2 W, 3 W und 6 W ergänzt Recom die<br />
bislang verfügbaren 4- und 5-W-Module so, dass für jede denkbare<br />
Anwendung immer die effizienteste Lösung verfügbar ist. Mit einer<br />
minimalen Leerlaufleistung von 30 mW für den 1-W-Wandler geht es<br />
dabei längst nicht mehr um die Einhaltung von Richtlinien, sondern<br />
um maximal mögliche Energieeffizienz.<br />
Der neuen AC/DC-Module sind für viele Jahre Dauerbetrieb konzipiert.<br />
Für die beiden Kleinen – den RAC01 bzw. RAC02 wird eine<br />
MTBF nach MIL-HDBK-217F von mehr als 1 Mio. Stunden spezifiziert<br />
(Bild 4). Alle Modelle sind bis 3,75 kV AC /1 Minute isoliert,<br />
kurzschlussfest sowie gegen Überspannung und Überlast geschützt.<br />
Die Umgebungstemperatur darf ohne Derating bis +85 °C (RAC01)<br />
betragen. Als europäischer Hersteller mit globaler Ausrichtung verwendet<br />
Recom nur hochwertige Komponenten und gibt auf alle<br />
Wandler 3 Jahre Gewährleistung. Neben Leistungsverbrauch und Zuverlässigkeit<br />
hat das Thema Elektromagnetische Verträglichkeit einen<br />
hohen Stellenwert im Home- und Büro-Bereich. Schließlich will man<br />
sich neben der neu aufflammenden Elektrosmog-Debatte rund ums<br />
Handy keine neuen Störquellen ins Haus holen. Netzteile im Home-<br />
Bereich unterliegen der strengen Class B-Norm nach EN 55022/55024,<br />
die eine um 10 dBµV geringere Störstrahlung vorgibt, als die im <strong>industrie</strong>llen<br />
Bereich zulässige Class A.<br />
Recom hat seine RAC-Familie serienmäßig mit Class B-Filtern ausgestattet.<br />
Störungen werden so unmittelbar an der Quelle beseitigt,<br />
sodass die Bauteile im Vergleich zu externen Filtern kleiner dimensioniert<br />
werden können. Dies hat wiederum eine positive Auswirkung<br />
auf den Leistungsverbrauch im Leerlaufbetrieb. (jj)<br />
n<br />
Der Autor: Dipl.-Ing. Reinhard Zimmermann ist Produkt Marketing Manager<br />
bei der Recom Electronic GmbH.<br />
44 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
42_Recom (jj).indd 44 30.06.2011 12:39:03
Stromversorgungen<br />
Neue Produkte<br />
Hohe Zuverlässigkeit und hoher Wirkungsgrad<br />
1+1-redundantes Netzteil<br />
Bild: Bicker Elektronik<br />
Bild: XP Power<br />
Bild: MTM Power<br />
Bicker Elektronik hat das 1+1-redundante,<br />
1 HE hohe 19“-Netzteil<br />
R1S2-5300V4H mit einer Ausgangsleistung<br />
von 300 W ausgestattet.<br />
Fällt ein Netzteileinschub<br />
aus, übernimmt der andere ohne<br />
Kostenoptimiert für die Grossserie<br />
150 W Open Frame-Netzteile<br />
Die Netzteil-Serie VFT von XP Power<br />
mit Einfachausgang haben<br />
Abmessungen von 3“ x 5“ und<br />
Bauhöhe 1,4”. Sie liefern 100 W,<br />
mit Lüfter bis 150 W, arbeiten im<br />
AC/DC- und DC/DC-Module bis 200 W<br />
Absolut wasserdicht<br />
Ob Spritzwasser, Kondenswasser<br />
oder unter Wasser – MTM Power-<br />
Module sind absolut wasserdicht.<br />
Das Verfahren des thermoselektiven<br />
Vakuumvergusses ermöglicht<br />
den störungsfreien Einsatz mit<br />
Eingangsspannungen 90...264 V<br />
Unterbrechung die volle Last. Eigenschaften<br />
sind: temperaturgeregelte<br />
Lüfter, MTBF 196.000 h, Abmessungen<br />
230 x 176 x 41,8 mm 3 ,<br />
Wirkungsgrad 84 %, PFC, Eingang<br />
90...264 V/47...63 Hz, Überlastund<br />
Überspannungsschutz. Im<br />
Kurzschlussfall erfolgt die Abschaltung<br />
sämtlicher Ausgänge. Verfügbare<br />
Ausgangsspannungen sind:<br />
+3,3, +5, +12 V und -12 V, sowie<br />
Standby-Ausgang mit +5 V, der mit<br />
bis zu 2,5 A belastet werden kann.<br />
infoDIREKT <br />
Weitbereichseingang von 90...264<br />
V AC, verfügen über aktive PFC<br />
und liefern die Ausgangsspannungen<br />
+5, +12, +15, + 24 oder<br />
+48 V DC. Als Leerlaufleistungsaufnahme<br />
sind weniger als 0,5 W<br />
sowie modellabhängige, durchschnittliche<br />
Wirkungsgrade von<br />
83...90 % angegeben. Ein Zusatzausgang<br />
mit 12 V DC bzw. 5 V DC<br />
bei dem 5 V DC-Modell zur Lüfterversorgung<br />
ist Standard. Die Geräte<br />
verfügen über Überspannungs-,<br />
Überlast-, Kurzschlussschutz<br />
sowie Senseanschlüsse.<br />
infoDIREKT <br />
531ei0711<br />
AC und 100...353 V DC. Die Modulserie<br />
PM-IP67A hat Singleund<br />
Dual-Ausgangsspannungen<br />
von 5, 12, 15, 24, 36, 48, ±12,<br />
±24, ±48 und 12/24 V DC. Sie<br />
sind für den weltweiten Einsatz<br />
unter extremen Umgebungsbedingungen<br />
wie Staub und Feuchtigkeit<br />
konzipiert. Die Module haben<br />
Dauerausgangsleistungen<br />
von 50, 75, 100 oder 200 W, sind<br />
leerlauf- und kurzschlussfest und<br />
arbeiten im Temperaturbereich<br />
von -25 bis +70 °C.<br />
infoDIREKT <br />
530ei0711<br />
532ei0711<br />
Produkt des Jahres<br />
Power Multilayer Induktivität WE-PMI<br />
• Platz 1 bei der Leserwahl der ELEKTRONIK im Bereich passive Bauelemente<br />
• Strombelastbarkeit bis 2,4 A<br />
• RDC-Werte kleiner 0,2 Ω<br />
• Für DC/DC-Converter mit hohen Schaltfrequenzen<br />
• Entwickelt für mobile tragbare Endgeräte<br />
• Ab Lager verfügbar<br />
• Kostenlose Muster<br />
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Unverstärkte Pad Typen<br />
SBC-5 grau 5 W/mK<br />
SBC-3 grau 3 W/mK<br />
SBC rosa 1,5 W/mK<br />
Weiche, gelartige Pads mit einer<br />
Shorehärte von 2 - 10° - beidseitig<br />
haftend<br />
Stärken 0,5 bis 5,0 mm<br />
Glasgewebe Deckfolie Pads<br />
SB-V0-7 7 W/mK<br />
SB-V0-3 3 W/mK<br />
SB-V0YF 1,3 W/mK<br />
SB-V0<br />
1,3 W/mK<br />
Glasgewebe Deckfolie und weiche,<br />
gelförmige Unterseite.<br />
Shorehärte 2 - 20°. Einseitig haftend bis<br />
klebend. Stärken 0,5 bis 5,0 mm<br />
Silicon-Glasgewebe Folie<br />
SB-HIS-4 4 W/mK<br />
SB-HIS-2 2 W/mK<br />
SB-HIS<br />
1 W/mK<br />
Dünne glatte Folie, auch einseitig<br />
klebend.<br />
Stärken 0,23 und 0,30 mm<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
<strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
45<br />
45_PB Stromversorgungen.indd 45 30.06.2011 12:40:45
Stromversorgungen<br />
AC-Quellen<br />
Zwei starke Typen<br />
Wie man sich am besten für eine lineare oder<br />
eine getaktete AC-Leistungsquelle entscheidet<br />
Bei der Suche nach einer AC-Leistungsquelle für Test- und Versuchszwecke<br />
stößt der Anwender bei der Auswahl eines geeigneten Geräts<br />
sehr bald auf die Fragestellung: „linear oder getaktet“ Es ist beileibe<br />
nicht so, dass linear geregelte Geräte nicht mehr „aktuell“ wären,<br />
beide Technologien haben vielmehr ihre spezifische „Daseinsberechtigung“.<br />
<br />
Autor: Joachim Tatje<br />
Erfolgsentscheidende Betriebseigenschaften<br />
von AC-Leistungsquellen<br />
sind die Frequenz, der Strom und<br />
die Regelung. Andere Auswahlkriterien<br />
sind Baugröße, Gewicht, Betriebstemperatur<br />
und der Preis. Für viele einfache<br />
Anwendungen können sowohl lineare als<br />
auch getaktete Geräte befriedigende Ergebnisse<br />
liefern. Im Falle anspruchsvollerer<br />
Anwendungen wird nur eine der beiden<br />
Technologien die Ansprüche des Betreibers<br />
wirklich erfüllen.<br />
Mitchel Orr, Vertriebs-Spezialist des kalifornischen<br />
Herstellers Pacific Power Source,<br />
PPS, hat einen Leitfaden zur Auswahl<br />
des best geeigneten Gerätes zusammengestellt.<br />
Er weiß, warum er diese Tipps gibt,<br />
denn sein Unternehmen bietet parallel zwei<br />
umfangreiche Geräteserien an, die ASXund<br />
AMX-Serie. Die eine basiert auf getakteter,<br />
die andere auf linearer Technologie.<br />
„Die Auswahl einer AC-Leistungsquelle<br />
sollte sich auf mehr als die drei Katalogvariablen<br />
Spannung, Frequenz und Leistung<br />
stützen. Die Auswahl eines Gerätes aufgrund<br />
unzureichender Spezifikationen<br />
birgt immer ein Risiko. So kann die Nichtbeachtung<br />
der wirklichen Anforderungen<br />
zu Enttäuschungen bei der Produktleistung,<br />
den Testergebnissen oder bei dem Anwender<br />
führen“, warnt Orr.<br />
Linear geregelt oder getaktet<br />
In seinem Leitfaden erläutert Orr die<br />
Grundprinzipien der AC-AC-Leistungswandlung<br />
und gibt einen Überblick über<br />
den Aufbau von linear geregelten und getakteten<br />
Geräten. Linear geregelte Geräte<br />
weisen eine hohe Frequenz auf und werden<br />
mit hohen Scheitelfaktoren ohne Ausgangsverzerrung<br />
fertig. Die Ausgangsimpedanz<br />
ist in einem weiten Bereich steuerbar (optional).<br />
Allerdings produzieren lineare Geräte<br />
aufgrund des geringen Wirkungsgrades<br />
der Verstärker mehr Wärme. Auch sind sie<br />
aufgrund der höheren Anzahl von Komponenten<br />
voluminöser und haben ein höheres<br />
Gewicht als getaktete Geräte.<br />
Getaktete Geräte wiederum haben die<br />
Fähigkeit, vollen Strom über den ganzen<br />
Spannungsbereich ohne Leistungseinbußen<br />
zu liefern, auch bei Lasten mit hoher<br />
Blindleistung. Bei der Frequenz und der aktiven<br />
Ausgangsimpedanz-Steuerung müssen<br />
sie gegenüber den linearen Geräten zurückstecken.<br />
Die Möglichkeiten zur Generierung<br />
komplexer Wellenformen sind bei<br />
den „Linearen“ besser. Bei Gewicht, Baugröße<br />
und Wärmeentwicklung haben die „Getakteten“<br />
eindeutig die Nase vorn.<br />
Bild 1: Allgemein übliche<br />
AC-AC-Wandlung.<br />
Bild 2: Funktion einer linearen<br />
AC-AC-Leistungsquelle.<br />
Bilder: Pacific Power Source/Schulz-Electronic<br />
Bild 3: Funktion einer getakteten<br />
AC-AC-Leistungsquelle.<br />
46 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
46_Schulz_505 (jj).indd 46 04.07.2011 16:30:16
Stromversorgungen<br />
AC-Quellen<br />
Rui Vale de Sousa - Fotolia<br />
Man sollte die individuellen Rahmenbedingungen<br />
der Betriebsbedingungen gut<br />
kennen, um entscheiden zu können, ob der<br />
lineare oder der getaktete Betrieb das bessere<br />
Ergebnis bringt. Ist beispielsweise eine<br />
schnelle Sprungantwort oder ein hoher<br />
Scheitelfaktor gefragt Welche Anforderungen<br />
werden an die Ausgangsimpedanz gestellt<br />
und muss die AC-Quelle Lasten mit<br />
hoher Blindleistung speisen Zu den Herausforderungen<br />
an das gesuchte Gerät gehören<br />
auch nichtlineares Verhalten der Last und<br />
evtl. Rückspeisung von Leistung in das Gerät.<br />
Größe und Gewicht sind mitunter auch limitierende<br />
Faktoren bei der Auswahl. Natürlich<br />
geht es auch darum, welche der beiden Technologien<br />
die kostengünstigere ist.<br />
Für mittlere Ansprüche sind getaktete Geräte<br />
die kostengünstigsten. Für absolut hohe<br />
Ansprüche im mittleren Leistungssegment<br />
eignen sich allerdings lineare Geräte besser.<br />
In seinem Leitfaden geht Orr detailliert auf<br />
die verschiedenen Leistungsmerkmale ein<br />
und gibt Tipps für die Auswahl.<br />
Produktmerkmale<br />
PPS-Geräte werden in Deutschland, Österreich<br />
und der Schweiz von Schulz-Electronic<br />
vertrieben. Die AMX-Serie bietet lineare,<br />
leistungsstarke AC-Leistungsquellen, die die<br />
Leistungsbereiche von 500 VA bis 12 kVA<br />
mit Standardmodellen und als Option bis zu<br />
30 kVA abdecken. Zur ASX-Serie gehören<br />
getaktete AC-Leistungsquellen im Leistungsbereich<br />
von 1,5 kVA bis 12 kVA. Beide<br />
Produktreihen umfassen sowohl Einphasenals<br />
auch Dreiphasen-Modelle. (jj) n<br />
Der Autor: Dipl.-Ing. Joachim Tatje, ViATiCO<br />
Agentur für Technik + Marketing, Bruchsal.<br />
infoDIREKT <br />
505ei0711<br />
Bild 4: Typische Vorgabe<br />
für AC-Tests, editiert am<br />
Waveform-Editor.<br />
Anwendung Linear Getaktet<br />
Automatische Tests von DC-Netzteilen<br />
x<br />
Automatische Tests von synchronen 400 Hz Systemen x<br />
Tests von Störungen in F&E Versorgungsnetzen<br />
x<br />
Test von Stromzählern<br />
x<br />
Test von Störungen des Stromnetzes<br />
x<br />
Fertigungskontrolle (Frequenzumwandlung)<br />
x<br />
Test von Sicherungsautomaten<br />
x<br />
Sicherheitstests<br />
x<br />
Test von Haushaltsgeräten und Burn-in<br />
x<br />
Test der Motorleistung und Sicherheitstests<br />
x<br />
Anmerkung: in bestimmten Einzelsituationen mag auch der anderer Typ besser geeignet sein<br />
Tabelle 1: Eine<br />
Auswahl typischer<br />
Anwendungen für<br />
AC-Leistungsquellen.<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011 47<br />
46_Schulz_505 (jj).indd 47 04.07.2011 16:30:40
Neue Produkte<br />
In MID-Technologie<br />
Präziser Strömungssensor<br />
Design-Kit für digital geregelte DC/DC-Wandler<br />
Stromversorgungsarchitekturen untersuchen<br />
Der thermische Membran-Strömungssensor<br />
von 2E mechatronic<br />
zur Messung kleinster Differenzdrücke<br />
fällt sehr klein aus. Durch<br />
den Einsatz der innovativen MID-<br />
Technologie konnte eine deutliche<br />
Bauraumreduzierung erreicht<br />
Mit Litzen von vorn verschraubbar<br />
M8-Flanschsteckverbinder<br />
Franz Binder bietet nun bei Litzenverdrahtung<br />
im Gerät auch die<br />
Möglichkeit die M8-Flanschsteckverbinder<br />
von innen durch die<br />
Gehäuse zu positionieren und von<br />
vorn zu verschrauben. Die 3-, 4-<br />
und 6-poligen vergossenen<br />
Drehzahlregler für Lüfter und Lüftereinheiten<br />
Temperaturabhängig Lüfterdrehzahlen regeln<br />
Für die optimale Regelung der<br />
Luftmenge im Elektronikschrank<br />
hat Schroff nun seinen Drehzahlregler<br />
für alle Lüfter und Lüftereinheiten<br />
optimiert. Durch die<br />
Lüfterdrehzahl-Regelung wird die<br />
Luftmenge für die Kühlung von<br />
Komponenten immer auf die momentanen<br />
Kühlungsanforderungen<br />
abgestimmt. Der Drehzahlregler<br />
arbeitet temperaturabhängig<br />
und ist für AC-Ventilatoren<br />
bzw. AC-Lüftereinheiten bis 300<br />
W geeignet. Optional können über<br />
den potentialfreien Kontakt auch<br />
DC-Lüfter (PWM-Signal) geregelt<br />
Bild: 2E mechatronic<br />
Bild: Franz Binder<br />
werden. Die fluidischen Anschlüsse<br />
sind ebenfalls im MID integriert<br />
und die elektrische Kontaktierung<br />
zwischen Chip und MID erfolgt<br />
durch Drahtbonden. Durch die in<br />
den Siliziumchip integrierten Fluidikkanäle<br />
wird eine hohe Präzision<br />
erreicht. Durch die Ausführung<br />
als SMD kann der komplette Sensor<br />
mit Standard-SMT-Automaten<br />
bestückt werden. Der Sensor<br />
wurde in Zusammenarbeit mit<br />
dem HSG-IMIT, der MMA AG und<br />
der Firma Gruner AG entwickelt.<br />
infoDIREKT <br />
Flanschstecker und -dosen in<br />
vernickelten Messinggehäusen<br />
sind mit Schlüsselflächen versehen,<br />
die eine Verdrehsicherung<br />
gewährleisten. Der O-Ring als<br />
Dichtung des Kundengehäuses ist<br />
montiert, eine Sechskantmutter<br />
beigelegt. Die Litzenlänge beträgt<br />
200 mm, auf Anfrage auch längere<br />
Versionen. An den 3- und 4-poligen<br />
Flanschsteckern sind sowohl<br />
Gegenstücke als Kabeldosen<br />
in M8- und Snap-In-Technik anschließbar.<br />
infoDIREKT <br />
441ei0711<br />
543ei0711<br />
werden. Der Arbeitsbereich liegt<br />
zwischen 90 und 264 V. Der 120 x<br />
70 x 25 mm 3 große Regler lässt<br />
sich auf eine DIN-Schiene montieren<br />
und ist einfach bedien- und<br />
programmierbar. Der Temperaturfühler<br />
wird an der wärmekritischsten<br />
Stelle im Schrank platziert.<br />
Zwei Sekunden nach dem<br />
Einschalten des Reglers läuft der<br />
angeschlossene Lüfter kurzzeitig<br />
auf 100 %, danach wird der Lüfter<br />
temperaturabhängig gesteuert.<br />
Im Temperaturbereich 20...60 °C<br />
wird der Lüfter je nach Sollwert-<br />
Abweichung zwischen 30 % und<br />
Enhanced Performance, Energy<br />
Management und End-User Value<br />
sind die drei wichtigsten Entwicklungsziele<br />
des 3E-Angebots digital<br />
geregelter DC/DC-Wandler von<br />
Ericsson. Die Produktreihe umfasst<br />
zwei Intermediate-Bus-Wandler,<br />
die bis zu 240 bzw. 396 W Leistung<br />
für dazugehörige 3E Point-of-Load-<br />
(POL-)Regler bereitstellen, die jeweils<br />
12 bis 40 A Strom liefern. Eine<br />
zweite Generation des Design-Kits<br />
3E Gold Edition hat nun zusätzliche<br />
Funktionen und vereinfacht die Implementierung<br />
in P<strong>MB</strong>us-Systeme.<br />
Es umfasst zwei Boards mit einem<br />
oder zwei Intermediate-Bus-Wandler<br />
und bis zu sechs POL-Reglern.<br />
So lassen sich beispielsweise die<br />
Wandler BMR453 und 454 zusammen<br />
mit den POL-Reglern BMR462<br />
(12 A), 463 (20 A) und 464 (40 A)<br />
kombinieren. Die Boards lassen<br />
sich unabhängig voneinander oder<br />
zusammengeschaltet als P<strong>MB</strong>usgesteuertes<br />
Stromversorgungssys-<br />
tem betreiben. Das Design-Kit enthält<br />
einen USB-zu-P<strong>MB</strong>us-Adapter.<br />
Beim Einschalten scannt die Software<br />
den P<strong>MB</strong>us, um festzustellen<br />
welche Einrichtungen vorhanden<br />
sind. Dann werden kontinuierlich<br />
alle Betriebsparameter eines jeden<br />
Wandlers gelesen und angezeigt –<br />
die Ein- und Ausgangsspannungen,<br />
der Ausgangsstrom und die On-<br />
Chip-Temperatur – und das in Intervallen,<br />
die vom Anwender einstellbar<br />
sind. Das Device-Monitor-<br />
Fenster stellt diese Daten für ausgewählte<br />
Wandler dar, sobald es<br />
aufgerufen wird. Das System-Monitor-Fenster<br />
verfolgt den Status<br />
aller Wandler, die mit dem P<strong>MB</strong>us<br />
verbunden sind. Besonders nützlich<br />
für die Fehlersuche ist das P<strong>MB</strong>us<br />
Transaction Log, das einen zeitgestempelten<br />
Datenaustausch über<br />
den Bus aufzeichnet und darstellt,<br />
solange die Software läuft.<br />
infoDIREKT <br />
544ei0711<br />
100 % drehzahlgeregelt. Bei einem<br />
Defekt des Temperaturfühlers<br />
läuft der Lüfter zur Sicherheit<br />
automatisch auf maximaler Drehzahl.<br />
Der Drehzahlregler hat einen<br />
potentialfreien Ausgang für den<br />
Alarm. Dieser kann direkt genutzt,<br />
auf DC-Lüfter-Betrieb umgestellt<br />
oder einer Fernanzeige angeschlossen<br />
werden. Als Fernanzeige<br />
eignet sich der Thermostat mit<br />
Digitalanzeige 60715-132 bzw.<br />
-133, der je nach Anwendungsfall<br />
dann auch als Schaltrelais eingesetzt<br />
werden kann.<br />
infoDIREKT <br />
542ei0711<br />
Bild: Schroff Bild: Ericsson<br />
48 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
48_PB.indd 48 30.06.2011 12:47:18
es sind die<br />
kleinen dinge,<br />
die die welt<br />
beschleunigen<br />
Der MicroSpeed Highspeed Steckverbinder von ERNI.<br />
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Quarze/Oszillatoren<br />
MEMS<br />
Präzise im Takt<br />
MEMS-basierende Oszillatoren<br />
Bislang waren es vor allem die geringe Größe, die<br />
hohe Zuverlässigkeit und die vergleichsweise<br />
günstige Herstellung, die für MEMS-Oszillatoren<br />
sprachen. Doch inzwischen haben diese Bauteile<br />
gegenüber Quarz-basierenden Oszillatoren auch in<br />
puncto Phasenrauschen und Jitterverhalten kräftig<br />
aufgeholt. Neuer Zündstoff für die Diskussion<br />
Quarz-versus MEMS-Oszillatoren. <br />
Autoren: Robert Sheriden, Heribert Thammert<br />
Alle Bilder: SiTime<br />
Wie gut sich Mikroelektromechanische Systeme (MEMS)<br />
und moderne Elektronik ergänzen können, belegen<br />
nicht nur Sensorapplikationen wie zum Beispiel Beschleunigungsmesser,<br />
Gyroskope und Mikrophone.<br />
Auch im Bereich MEMS-basierter Taktgeber wurden in letzten<br />
fünf Jahren Riesenfortschritte erzielt. So ermöglichen innovative<br />
Fertigungsverfahren wie SiTimes MEMS FirstTM Prozess inzwischen,<br />
dass höchst stabile und überaus zuverlässige, mit Hilfe von<br />
Standard-Silizium-Herstellungsprozessen gefertigte MEMS-Oszillatoren<br />
ganz ohne den bei Quarzresonatoren üblichen hermetischen<br />
Verschluss und ohne keramisches Gehäuse auskommen.<br />
Die Verwendung standardisierter Kunststoffgehäuse hat unter<br />
anderem natürlich massive Kosteneinsparungen zur Folge. Und<br />
Bild 1: Typische Verwendung eines Encore-VCMO in einer Taktgenerator-/<br />
Jitter Cleaner-Applikation.<br />
auch in puncto Widerstandfähigkeit müssen MEMS-Oszillatoren<br />
keinen Vergleich mit Quarzoszillatoren zu scheuen. So konnte in<br />
entsprechenden Tests nachgewiesen werden, dass sie Beschleunigungen<br />
von bis zu 50.000 G, Vibrationen von 70 Grms, Drücke von<br />
600 Bar und Temperaturen von -112 bis +110°C ohne Schaden<br />
überstehen.<br />
Ein weiteres Argument für MEMS-Oszillatoren, das immer stärker<br />
zum Tragen kommt: Oszillatoren benötigen generell einen CMOS-<br />
Schaltkreis, der das elektrische Taktsignal aus der mechanischen<br />
Schwingung des Resonators generiert. Unternehmen wie SiTime,<br />
die anders als die meisten Hersteller von Quarz-basierten Oszillatoren<br />
über ein profundes eigenes Analog-CMOS-Know-how verfügen,<br />
nutzen diese Tatsache zunehmend, um den Taktgeber mit<br />
zusätzlichen nützlichen Funktionen auszustatten. Beispiele hierfür<br />
sind symmetrische Signalausgänge, Spread-Spektrum, bis zu<br />
±1,600 ppm Ziehspannung (VCXO), Frequenzselektion, oder eine<br />
SoftDriveTM-Funktion, welche die Programmierung des Ausgangsleistungssignalpegel<br />
ermöglicht. Doch alles der Reihe nach.<br />
Werfen wir noch einmal einen Blick auf die grundlegende Architektur<br />
und Konstruktion MEMS-basierender Oszillatoren.<br />
Architektur und Aufbau MEMS-basierender Oszillatoren<br />
Der für die Aufrechterhaltung der Schwingung notwendige Versorgungsschaltkreis<br />
ist auf einem separaten CMOS-Chip (Bild 1)<br />
untergebracht. Bei der Montage werden der CMOS-Chip und der<br />
MEMS-Resonator auf einem Trägerstreifen, dem sogenannten<br />
Leadframe, übereinander gestapelt und anschließend über Drahtanschlüsse<br />
miteinander verbunden. Nach dem Eingießen des fertig<br />
verdrahteten Bauteils in ein Kunststoffgehäuse erfolgt die Vereinzelung,<br />
der Test und die Kalibrierung der fertigen Bauteile (Bild<br />
2).<br />
50 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
50_MSC_422 (sb).indd 50 30.06.2011 13:18:44
Quarze/Oszillatoren<br />
MEMS<br />
Bild 2: Architektur eines MEMSbasierenden<br />
Oszillators.<br />
Bild 3: Typische Anwendung eines Encore VCMO in<br />
einer synchronisierten Netzwerkapplikation.<br />
Der für die Resonatorschwingung notwendige Versorgungsschaltkreis<br />
sorgt in Verbindung mit dem Mikroelektromechanischen<br />
System für eine stabile, der mechanischen Resonanzfrequenz<br />
des MEMS-Resonators entsprechende Schwingung von typisch 5<br />
oder 120 MHz.<br />
Etwaige, temperaturbedingte Abweichungen im MEMS-Resonator<br />
werden mit Hilfe eines Temperatursensor in Verbindung mit<br />
der Frequenzsteuerung kompensiert. Auf diesem Weg lässt sich<br />
derzeit eine Genauigkeit der Ausgangsfrequenz von bis zu ±10ppm<br />
im XO und bis zu ±1ppm im TCXO für den gesamten spezifizierten<br />
Arbeitstemperaturbereich von -40 bis +85°C erzielen.<br />
Ein weiterer wichtiger Vorteil gegenüber Quarzoszillatoren: Der<br />
Grundtonbereich eines Quarzes liegt typischer Weise in einem Bereich<br />
kleiner 50 MHz. Oberhalb von 50 MHz setzen Quarzhersteller<br />
auf andere Technologien wie SAW Resonatoren oder Obertonquarze.<br />
Beide Möglichkeiten beinhalten aber Leistungs- und Stabilitätseinbußen.<br />
Ferner zeigen sich unter Umständen Probleme<br />
beim Anschwingverhalten. MEMS-Oszillatoren hingegen nutzen<br />
die PLL-Technologie, eine bewährte Technik, die in allen Formen<br />
von analogen und digitalen Schaltkreisen Anwendung findet. Mit<br />
einer leistungsstarken On-Chip-PLL lässt sich auf einfache Art<br />
und Weise jede beliebige Frequenz innerhalb des Arbeitsbereiches<br />
der jeweiligen Baugruppe generieren, und dies mit einer Genauigkeit<br />
bis auf die sechste Dezimalstelle.<br />
Insbesondere bei höheren Frequenzen können MEMS-basierende<br />
Oszillatoren hier klar punkten. Zudem können in eine PLL weitere<br />
zusätzliche Funktionen wie z.B. eine Spannungssteuerung für<br />
den Feinabgleich der Frequenz oder Spread Spectrum für die EMI-<br />
Reduktion integriert werden. Dies ermöglicht eine einfache und<br />
damit kostengünstige Realisierung spezieller Taktgeber für besondere<br />
Anwendungsbereiche, beispielsweise spannungsgesteuerte<br />
MEMS-Oszillatoren (VCMO) oder Spread-Spectrum MEMS Oszillatoren<br />
(SSMO). Über eine im Ausgang der PLL integrierte programmierbare<br />
Verstärkerstufe kann zudem eine individuelle Anpassung<br />
des Ausgangssignalpegels vorgenommen werden. Dadurch<br />
lassen sich nicht nur höhere Lasten treiben und EMI-Störungen<br />
reduzieren, ein weiterer positiver Effekt ist eine<br />
ausgezeichnete Ausgangssignalform. Einziger Schwachpunkt ➔<br />
Auf einen Blick<br />
MEMS-Oszillatoren sind etabliert<br />
In punkto Phasenrauschen erzielen MEMS-Oszillatoren derzeit die<br />
von Kunden und Normen gestellten Anforderungen zumindest für den<br />
Großteil der kommerziellen Anforderungen. Bei allen anderen technischen<br />
Werten erweisen sich MEMS-Oszillatoren quarzbasierten XOs,<br />
VCXO oder TCXOs allerdings inzwischen auch als absolut ebenbürtig.<br />
Teilweise werden die Quarz-Oszillatoren typischen Werten sogar um<br />
ein Vielfaches übertroffen, wie die Beispiele Ziehbereich und dessen<br />
Linearität zeigen.<br />
infoDIREKT www.all-electronics.de<br />
422ei0711<br />
_06DRZ_TOELLNER_3 Netzgeräte 86x29 3_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(86.00 x 29.00 mm);03. Nov 2010 12:28:00<br />
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Leistungs-<br />
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www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 51<br />
50_MSC_422 (sb).indd 51 30.06.2011 13:18:47
Quarze/Oszillatoren<br />
MEMS<br />
sisstationen, >10 Gps-Protokollen oder Hochgeschwindigkeits-<br />
DAC/ADC für den HF-Bereich einhalten zu können, bieten eine<br />
Vielzahl von Herstellern Taktgenerator-ICs mit multiplen Ausgängen<br />
an. Um die Jitterwerte abzusenken und die geforderten Spezifikationswerte<br />
einhalten zu können, benötigen diese ICs zusätzlich<br />
einen externen, rauscharmen VCXO. Der Encore basierende VC-<br />
MO liegt mit 0,6 p srms<br />
Zufallsphasenjitter weit unter den von solchen<br />
Applikationen geforderten Jitter- und Phasenrauschwerten.<br />
Bild 1 zeigt eine typische Anwendung, in der ein Encore-VCMO<br />
den Referenztakt für solche Taktgeneratoren liefert.<br />
Bild 4: Kunststoffverpackte<br />
MEMS-Oszillatoren.<br />
Schlussbemerkung<br />
Was das Phasenrauschen angeht ist das letzte Wort noch längst<br />
nicht gesprochen, wie die Phasenrauschwerte neuester Schaltungskonzepte,<br />
die sich im Vorserienstatus befinden, zeigen. Bei Werten<br />
von bis zu -164 dBc bei 10 kHz und einer Trägerfrequenz von 20<br />
MHz ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis die MEMS-Technologie<br />
auch in eine der größten Quarz-Domänen, den Bereich der<br />
3G/4G-Netzwerke, vordringt. (sb)<br />
n<br />
Die Autoren: Robert Sheridan ist Manager Customer Engineering<br />
bei SiTime, Heribert Thammert (Bild) ist Key Account Manager<br />
bei der MSC Vertriebs GmbH.<br />
von MEMS-Oszillatoren ist die dem Silizium eigene Temperatur-<br />
Varianz. Aus diesem Grund beinhalten alle MEMS-basierenden<br />
Silizium-Oszillatorlösungen Temperatursensoren und Kompensationsnetzwerke.<br />
Die Leistungsfähigkeit von MEMS-Oszillatoren hat sich parallel<br />
zur allgemeinen Entwicklung der Halbleiter<strong>industrie</strong> in den letzten<br />
Jahren rasant weiterentwickelt. Ein signifikantes Beispiel hierfür<br />
ist SiTimes eine erst kürzlich vorgestellte Encore-Plattform, mit<br />
der Stabilität und Jitter um 20 bis 30 dB verbessert werden konnten<br />
(Tabelle 2). Mit der Encore-MEMS-Timing-Plattform realisierte<br />
Oszillatoren überzeugen neben einer guten Frequenzstabilität von<br />
±0,5 ppm und durch 650 fs integrierten RMS Zufallsphasenjitter,<br />
gemessen im Bereich von 12 kHz bis 20 MHz. Bei Einsatz der<br />
FibreChannel 8,5-GBit/s-Jittermaske gemäß ANSII FC-PI-4 beträgt<br />
der integrierte RMS Zufallsphasenjitter gerade einmal 200 fs.<br />
MEMS-basierte VCXOs in synchronisierten Netzwerkapplikationen<br />
Dank der wegweisenden Encore-Plattform erschließt sich MEMS-<br />
Oszillatoren inzwischen eine Vielzahl neuer anspruchsvoller Telekommunikations-<br />
und Industrieapplikationen. In Bild 3 beispielsweise<br />
wird ein Voltage Controlled MEMS Oscillator (VCMO) verwendet,<br />
um in einer synchronisierten Netzwerkapplikation das<br />
regenerierte Taktsignal mit dem Primärtakt zu synchronisieren.<br />
Der große Ziehbereich von bis zu ± 1.600 ppm ermöglicht esr, bereits<br />
in der Entwicklungsphase einen Feinabgleich des Endproduktes<br />
durchzuführen. Zudem zeichnet sich ein Encore-VCMO durch<br />
eine extrem geringe Linearitätsschwankung von < 1 % aus. Der gegenüber<br />
vergleichbaren Quarz-VCXOs zirka 10fach bessere Wert<br />
schlägt sich nicht nur in einer höheren Leistungsfähigkeit, sondern<br />
auch in einer einfacheren Handhabung des Gesamtsystems nieder.<br />
VCMOs als Referenz für einen Taktgenerator oder Jitter<br />
Cleaner<br />
Um die mannigfaltigen Takt- und Jitteranforderungen anspruchsvoller<br />
Applikationen wie zum Beispiel drahtlosen Repeatern, Ba-<br />
Parameter SAW-Oszillatoren MEMS-Oszillatoren<br />
Frequenzbereich > 50 MHz 1 bis 800 MHz<br />
Frequenzstabilität 25 ppm, 50 ppm@ 0/70 ºC 15ppm@ -40 /+85 ºC<br />
10ppm@ 0/+75 ºC<br />
2.5 ppm@ -40/+85 ºC<br />
(Encore>)<br />
Gehäusegröße nur 5032 und 7050<br />
verfügbar<br />
2520 und 3225, 5032<br />
und 7050 auf Wunsch<br />
verfügbar<br />
Energieverbrauch typ. >30mA typ. >20mA<br />
1,8 V nur begrenzt verfügbar standardmäßig verfügbar<br />
Alterung typ. ±3ppm/a typ. 1%<br />
Tabelle 1: Vergleich von SAW- und MEMS-Oszillatoren (oben).<br />
Tabelle 2: Technische Merkmale der MEMS-Oszillatoren (unten).<br />
52 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
50_MSC_422 (sb).indd 52 30.06.2011 13:18:48
Quarze/Oszillatoren<br />
Neue Produkte<br />
Bild: Geyer Electronic<br />
Jetzt bereits ab 10,0 MHz<br />
KX-7 – der zuverlässige Miniaturquarz von Geyer<br />
Unter der Modellbezeichnung KX-7<br />
bietet Geyer Electronic einen verlässlichen<br />
Miniaturquarz an. Bei<br />
Abmessungen von nur 3,2 x 2,5 x<br />
0,8 mm ist dieses Bauteil jetzt bereits<br />
ab einer Frequenz von 10,0<br />
MHz erhältlich und deckt nun den<br />
breiten Frequenzbereich 10,0 bis<br />
60,0 MHz ab. Der Miniaturquarz<br />
eignet sich besonders für Anwen-<br />
Schock- und vibrationsfester Quarzoszillator<br />
Arbeitet von -55 bis +230 °C<br />
dungen in den Bereichen Telekom,<br />
Blue tooth und generell Wireless<br />
Communications aus. Der KX-7 ist<br />
in den Frequenztoleranzen von<br />
+-10 bis +-50 ppm bei +25° C<br />
lieferbar. Die Lastkapazität kann<br />
kundenspezifisch in einem weiten<br />
Bereich von 8 pF bis 16 pF festgelegt<br />
werden. Regulärer Temperaturbereich<br />
ist –20...+70° C. Dieser<br />
Quarz wird auch für erweiterte<br />
Temperaturbereiche -40°...+85° C<br />
für den Automobilbereich gefertigt.<br />
Wie alle Quarz- und Oszillator-<br />
Bauteile von Geyer Electronic ist<br />
auch dieser Quarz RoHS-konform<br />
und bleifrei lötbar nach J-Std-020.<br />
infoDIREKT <br />
433ei0711<br />
Die kleinsten weltweit<br />
SAW-Oszillatoren 100 bis 700 MHz<br />
Die SAW Oszillatoren der Serie<br />
EG-2121/2102CB von Epson Toyocom<br />
(Vertrieb: Rutronik) sind<br />
mit den Abmessungen von nur<br />
5,0 mm x 3,2 mm x 1,4 mm<br />
nach Angabe der Firma die<br />
kleinsten ihrer Art weltweit. Verglichen<br />
mit der Vorgängergeneration<br />
benötigen die Bausteine<br />
mit Differentialausgabe eine um<br />
50 Prozent reduzierte Grundfläche.<br />
Dabei bieten sie höhere<br />
Frequenzen bei besserer Stabili-<br />
Breiter Ziehbereich und mehr<br />
VCXO auf MEMS-Basis<br />
Bild: Epson Toyocom<br />
tät. Um die Nachfrage nach kleineren<br />
Produkten zu erfüllen, hat<br />
Epson die Größe seiner SAW Resonatoren<br />
reduziert und die<br />
Schaltkreise der Oszillatoren<br />
verkleinert. Die Bausteine der<br />
neuen EG-2121/2102CB Serie<br />
schwingen mit einer Grundfrequenz<br />
von 100 MHz bis 700<br />
MHz. Sie unterstützen die <strong>Ausgabe</strong><br />
von 2,5 V und 3,3 V LVDS<br />
und LV-PECL mit 50 Prozent weniger<br />
Stromverbrauch als die<br />
Vorgänger. Zudem zeichnen sie<br />
sich durch hohe Störunempfindlichkeit<br />
und Stabilität aus. Der<br />
Phasenjitter wird mit 0,5 ps bei<br />
einer Frequenztoleranz von ± 50<br />
x 10 -6 angegeben. Der Resonator<br />
ist resistent gegen Ausfälle.<br />
infoDIREKT <br />
434ei0711<br />
Ein extrem weiter Betriebstemperaturbereich<br />
von - 55 bis +230 °C<br />
zeichnet den ab sofort bei MSC<br />
verfügbaren Quarzoszillator PX-<br />
570 von Vectron International aus.<br />
Der bis zu 1000 g schock- und bis<br />
zu 20 grms vibrationsfeste Quarzoszillator<br />
PX-570 arbeitet im<br />
Standardfrequenzbereich zwischen<br />
32 kHz und 40 MHz über den gesamten<br />
Betriebstemperaturbereich<br />
hinweg mit ±100 ppm Frequenzstabilität.<br />
Durch das keramische,<br />
nur 8 x 8,5 x 2,9 mm3 große<br />
RoHS-konforme 6-Pin-HTCC-Gehäuse<br />
(Gull-Wing, Bild rechts oder<br />
Durchkontaktierung, Bild links)<br />
werden thermische Spannungen<br />
zwischen Gehäuse und Leiterplatte<br />
ausgeglichen. Der spezielle, zu<br />
Quarzresonatoren kompatible,<br />
Montageaufbau prädestiniert den<br />
Quarzoszillator PX-570 für den<br />
Einsatz in militärischen, <strong>industrie</strong>llen<br />
oder sonstigen Applikationen<br />
in besonders rauer Umgebung.<br />
Datenblätter und Muster des<br />
Quarzoszillators sind auf Anfrage<br />
über frequency-vectron@msc-ge.<br />
com erhältlich.<br />
infoDIREKT <br />
Bilder: Vectron International<br />
435ei0711<br />
Der von CompoTEK vertretene<br />
Marktführer für MEMS-basierte<br />
Timing-Lösungen – SiTime – hat<br />
mit der SiT380x-Serie ein Produkt<br />
mit sehr guten Eigenschaften vorgestellt.<br />
Angeboten werden der<br />
SiT3808 für 1 bis 80 MHz und der<br />
SiT3809 für 80 bis 220 MHz. Die<br />
Frequenz der Oszillatoren lässt<br />
bis auf sechs Stellen genau definieren<br />
und bieten einen sehr breiten<br />
Pulling-Range von +/-1.600<br />
ppm. Die Produkte sind in Baugrößen<br />
von 3,2 x 2,5 mm bis 7,0 x<br />
5,0 mm verfügbar und können<br />
mit 1,8, 2,5 oder 3,3 V betrieben<br />
werden. Bei einem Temperaturbereich<br />
von -40 bis +85°C ist eine<br />
Stabilität von +/-10 ppm möglich.<br />
Des weiteren zeichnen sich<br />
die VCXOs durch eine unver-<br />
Bild: SiTime<br />
gleichbare Robustheit gegen<br />
Schock, Vibrations- und Temperaturänderungen<br />
aus. Wie alle programmierbaren<br />
MEMS-Oszillatioren<br />
von SiTime ist die SiT380x-<br />
Serie sehr kurzfristig verfügbar.<br />
Muster stehen ab sofort innerhalb<br />
von 3 Arbeitstagen, Produktionsstückzahlen<br />
innerhalb von drei<br />
Wochen zur Verfügung.<br />
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436ei0711<br />
RV-4162-C7 The World’s smallest<br />
Real Time Clock Module<br />
Size: 3.2 x 1.5 x 0.8mm, Accuracy: +/-20ppm @ 25°C<br />
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QUALITY<br />
53_PB.indd 53 30.06.2011 13:20:23
Quarze/Oszillatoren<br />
Neue Produkte<br />
Jitterarm und preiswert<br />
XO/VCXOs: Frequenzflexible Timing-Lösung bis 250 MHz<br />
Silicon Laboratories stellt eine Familie von<br />
Quarz-Oszillatoren und VCXOs vor, die den Jitter,<br />
die Systemkosten und die Designkomplexität<br />
in einer Vielzahl hochleistungsfähiger und<br />
kostensensitiver Anwendungen bis 250 MHz<br />
minimieren. Die Si51x XO/VCXO-Familie stellt<br />
die branchenweit beste Frequenzflexibilität für<br />
Netzwerkanwendungen, Kommunikation, Storage,<br />
Server, Embedded Computing und Rundfunk-Video-Systeme<br />
bereit – genauso wie für<br />
FPGA-, Serializer/Deserializer (SerDes)- und<br />
Mehrfach-Takt-Anwendungen. Die Oszillatoren<br />
der Si51x-Reihe enthalten die branchenweit<br />
ersten I2C-programmierbaren Low-Jitter<br />
XOs und die ersten Dual-Frequenz XO/VCXOs<br />
in platzsparenden 3,2 mm x 5 mm Gehäusen.<br />
Die Bausteine dienen auch zum Austausch von<br />
Festfrequenz-XOs und SAW-Oszillatoren (Surface<br />
Acoustic Wave) und bieten eine hohe Frequenzflexibilität<br />
und Störspannungsunterdrückung.<br />
Mit nur 0,8 ps effektivem Jitter über<br />
den gesamten Frequenzbereich bieten die<br />
Si51x XO/VCXOs einen 2,5-mal geringeren Jitter<br />
als herkömmliche, werkseitig programmierte<br />
Oszillatoren. Die Si51x XO/VCXOs Platzierung links<br />
ba-<br />
sieren auf Silicon Labs patentierter DSPLL-<br />
Technologie, mit der sich jede Frequenz von<br />
100 kHz bis 250 MHz mit 26 ppt (parts per trillion)<br />
Auflösung generieren lässt. Im Gegensatz<br />
zu herkömmlichen Quarz- und SAW-Oszillatoren,<br />
die für jede Frequenz einen eigenen<br />
Quarz- oder SAW-Resonator erfordern, vereinen<br />
die Si51x-Bausteine einen DSPLL-Takt-IC<br />
mit einem einzigen Niederfrequenz-Quarz.<br />
Spezifische Bauteilkonfigurationen lassen sich<br />
während des Ausgangstests programmieren.<br />
Silicon Labs Si512/3 Dual-Frequenz-XOs eignen<br />
sich als Ersatz zweier diskreter XOs und<br />
eines Multiplexers in Netzwerk-, Rundfunk-Video-<br />
und anderen Anwendungen, die Mehrfach-Takt-SerDes-Bausteine<br />
und FPGAs verwenden.<br />
Der I 2 C-programmierbare XO Si514<br />
dient als Ersatz von Taktgeneratoren, die einen<br />
externen Quarz zur lokalen Taktgenerierung<br />
erfordern. Damit vereinfacht sich das Design<br />
und ein genauerer, zuverlässiger Takt wird bereitgestellt,<br />
da der interne Quarz des Si514 eine<br />
höhere Stabilität garantiert. Der Si514 eignet<br />
sich auch als Ersatz von DDS-Takt-ICs und<br />
digitalen PLLs, die einen DAC und einen VCXO<br />
zur Taktsynchronisation verwenden. . Die Si51x<br />
XO/VCXOs unterstützen verschiedene Spannungen<br />
(1,8; 2,5 und 3,3 V) und Ausgangsformate<br />
(LVPECL, LVDS, CMOS und HCSL).<br />
infoDIREKT <br />
437ei0711<br />
Bild: Silicon Laboratories<br />
Winzige Taktmodule<br />
Energieverbrauch von Mikrosystemen senken<br />
Riesige Auswahl an<br />
Quarzen und Oszillatoren:<br />
www.quarzfinder.de<br />
Quarze und<br />
Oszillatoren<br />
Ziel des EU-Projekts „Go4Time“, an dem unter<br />
anderem das Fraunhofer IZM beteiligt ist, ist<br />
die Verwirklichung von miniaturisierten Taktmodulen,<br />
die ICs mit Resonatoren in einem<br />
Bauteil kombinieren. Die frequenzeinstellbaren,<br />
hybriden Mikrosysteme sollen einen Energieverbrauch<br />
im Bereich von einigen Mikrowatt<br />
aufweisen und damit herkömmlichen<br />
Quarz-basierten Lösungen weit überlegen<br />
sein. Diese Taktgeber werden über eine scharfe<br />
Frequenzstabilität verfügen und in der Lage<br />
sein, Temperaturschwankungen zu kompensieren.<br />
Daher kommen sie für ein breites Einsatzspektrum,<br />
etwa für <strong>industrie</strong>lle Anwendun-<br />
Bild: Fraunhofer IZM<br />
gen in Wireless-Kommunikationssystemen<br />
(GSM, Bluetooth, WSN) oder in Massenkonsumgütern<br />
der Unterhaltungs- und Haushalts<strong>elektronik</strong><br />
infrage. Im Rahmen des Projektes<br />
bringt das IZM seine Expertise in der Prozessentwicklung<br />
und Fertigungstechnik beziehungweise<br />
Industrialisierungsfähigkeit auf<br />
Prototypebene, vom Wafer-Design bis zur<br />
Montage von mikroelektronischen Systemen<br />
ein. Am Fraunhofer IZM werden mit der so genannten<br />
TSV-Technologie (Through Silicon Via,<br />
d.h. elektrische Verbindung aus Metall durch<br />
ein Silizium-Substrat) mit sehr hohen Aspekt-<br />
Verhältnissen realisiert. Hierdurch lassen sich<br />
die Bestandteile der Taktmodule dreidimensional<br />
übereinander stapeln und extrem miniaturisieren.<br />
Das IZM kombiniert diese Technologie<br />
außerdem mit einem Waferdünnungsverfahren,<br />
um die Dimensionen weiter zu reduzieren.<br />
Darüber hinaus ist das Fraunhofer IZM für das<br />
Wafer Level Packaging der im Projekt entwickelten<br />
Si-basierten MEMS verantwortlich.<br />
Das unter Vakuum durchgeführte Wafer-to-<br />
Wafer-Packaging soll schließlich die Verkapselung<br />
der Hybrid-Resonatoren mit hohem Q-<br />
Faktor durch Lotringe erfolgen.<br />
infoDIREKT <br />
438ei0711<br />
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54_PB.indd 54 30.06.2011 13:21:17
Quarze/Oszillatoren<br />
Neue Produkte<br />
Fanout-Buffer<br />
Minimaler Jitter und Zeitversatz<br />
Die Fanout-Buffer der PL133-Familie<br />
von Phase Link (Vertrieb:<br />
Petermann-Technik) vereinen extrem<br />
niedrigen additiven Jitter<br />
und Skew mit geringem Platzbedarf<br />
und niedrigstem Stromverbrauch.<br />
Die PL133-Buffer dienen<br />
zur Taktverteilung in vielfältigen<br />
Applikationen wie zum Beispiel<br />
Handhelds, mobilen Consumer-<br />
Produkten und Kommunikationssystemen.<br />
Zur Familie gehören<br />
Buffer mit 2, 3, 4 und 6 Ausgängen.<br />
Alle Fanout-Buffer dieser<br />
Reihe arbeiten mit Spannungen<br />
zwischen 1,62 bis 3,63 V und puffern<br />
Signale im Frequenzbereich<br />
zwischen 1 MHz und 150 MHz.<br />
Die Buffer PL133-67 (6 Ausgänge<br />
mit OE Control) und PL133-47 (4<br />
Ausgänge) akzeptieren sogar Eingangssignale<br />
von DC bis 150<br />
MHz. Während alle Bausteine dieser<br />
Reihe Eingangssignale im LV-<br />
CMOS-Pegel verarbeiten, ist der<br />
PL133-27 zusätzlich für sinusförmige<br />
Eingangstakte konzipiert.<br />
Nur 5 mm x 3,2 mm Gehäusefläche<br />
Hochstabiler TCXO-Quarzoszillator<br />
Eine hohe Stabilität von 100 ppb<br />
und ein exzellentes Close-In-<br />
Phasenrauschen zeichnen den<br />
neuen, in einem Keramikgehäuse<br />
mit gerade einmal 5 x 3,2<br />
mm 2 Grundfläche untergebrachten<br />
TCXO VT-803 von Vectron International<br />
(Vertrieb: MSC) aus.<br />
Bei Ausgangsfrequenzen von 10<br />
bis 52 MHz und einer Alterung<br />
von weniger als 0,5 ppm/Jahr<br />
beträgt das Phasengrundrauschen<br />
159 dBc/Hz bei 1 MHz Offset.<br />
Im Temperaturbereich zwischen<br />
-10 und +70 °C ist eine<br />
Temperaturstabilität von ±100<br />
ppb gewährleistet, zwischen -40<br />
und +85 °C sind es ±200 ppb.<br />
Am Eingang arbeitet der temperaturgeregelte<br />
Quarzoszillator<br />
wahlweise mit einer Spannung<br />
von 2,8, 3,0, 3,3 oder 5,0 V, während<br />
am Ausgang entweder ein<br />
amplitudenbegrenztes Sinussignal<br />
oder CMOS-Signalpegel zur<br />
Verfügung stehen. In der Vergan-<br />
Bild: Vectron International/MSC Bild: Phase Link/Petermann-Technik<br />
Ein besonderes Augenmerk hat<br />
Phase Link auf die Minimierung<br />
des additiven Jitters gelegt. Dieses<br />
entsteht beim Durchlauf eines<br />
Signals durch den Buffer. Durch<br />
ein spezielles Design beträgt der<br />
additive Jitter für die Ausführungen<br />
PL133-67 und PL133-47 maximal<br />
60 fs. Die Buffer-Familie ist<br />
in verschiedensten miniaturisierten<br />
SMD-Gehäusen erhältlich und<br />
steht auch im erweiterten <strong>industrie</strong>llen<br />
Temperaturbereich von<br />
-40 bis +85 °C zur Verfügung.<br />
infoDIREKT <br />
genheit mussten sich Entwickler<br />
zwischen einem TCXO mit großer<br />
Grundfläche und hoher Stabilität<br />
oder einem XO/VCXO mit kleiner<br />
Grundfläche und geringer Stabilität<br />
entscheiden. Der VT-803 bereitet<br />
diesem Dilemma ein Ende,<br />
indem er eine hohe Stabilität mit<br />
geringer Alterung und niedrigem<br />
Phasenrauschen in einem kleinen<br />
Gehäuse vereint. Typische<br />
Applikationen des RoHS6-konformen<br />
Bausteins sind Femtozellen<br />
und tragbare HF-Geräte.<br />
infoDIREKT <br />
540ei0711<br />
541ei0711<br />
...ohne<br />
Synchronisation<br />
geht nichts!<br />
quarze<br />
filter<br />
oszillatoren<br />
rubidium<br />
cäsium<br />
gps-/dcf-empfänger<br />
module<br />
systeme<br />
ntp-echtzeitserver<br />
ptp-technologie<br />
synchronisation<br />
netzplanung<br />
taktmessung<br />
installation<br />
schulung<br />
service<br />
beratung<br />
unverdross technik<br />
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www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011 55<br />
_EI_51_60021.indd 1<br />
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Embedded<br />
Boards<br />
Wenn Low Power<br />
gefragt ist<br />
CompactPCI Zentraleinheit<br />
ist sparsam<br />
Bei dem breiten Angebot an CompactPCI-Boards fällt<br />
die Auswahl schwer. Wenn es auf geringste Leistungsaufnahme<br />
ankommt ist die CompactPCI Zentraleinheit<br />
PC2-Limbo die richtige Wahl. Autor: Bernd Kleeberg<br />
Seit der Unternehmensgründung 1972 blickt EKF Elektronik<br />
GmbH, ein bekannter deutscher Hersteller von Boardprodukten<br />
auf Basis CompactPCI, auf eine beinahe 40jährige<br />
Unternehmensgeschichte zurück. In den Anfangsjahren<br />
noch als EKF Messtechnik GmbH, bestimmten Laborprodukte<br />
wie Sinusgeneratoren und Widerstandsdekaden das Produktspektrum.<br />
Ab 1980 tritt EKF mit einem breiten Angebot an Boards im<br />
Europakartenformat auf. Anfangs auf Basis Eurobus, ab 1985<br />
VMEbus und heute mit einem umfangreichen Portfolio für CompactPCI-Technologie.<br />
Zu den Alleinstellungsmerkmalen bei EKF<br />
zählt unter anderem der Einsatz der stromsparendsten Atom-Prozessoren<br />
und das Sideboard Konzept.<br />
EKFs Sideboard Konzept<br />
Dieses Konzept sieht vor, dass Basis CPU-Baugruppen im Format<br />
3U/4TE über Onboard-Interfaces mit weiteren Mezzanine Modulen<br />
und/oder vollformatigen Sideboards (3U/4TE) zu einer eigenständigen<br />
Funktionseinheit (Bundle) im Format 3U/8TE oder<br />
3U/12TE verbunden werden können (Bild 2). Die so genannten<br />
Bundles stellen komplett autarke Rechnereinheiten dar, die neben<br />
Massenspeicher unterschiedliche I/O-Funktionen anbieten und<br />
dafür keinerlei Backplane-Kommunikation benötigen. Realisiert<br />
man die Anforderungen eines Projektes vollständig innerhalb eines<br />
Bundles, so kann eine cPCI Backplane entfallen, da lediglich<br />
eine Spannungsversorgung des Bundles erforderlich ist.<br />
Die CompactPCI-Zentraleinheit PC2-Limbo<br />
Bestückt mit einem Prozessor der Intel Atom E6xx Serie, zeichnet<br />
sich die CompactPCI-Zentraleinheit PC2-Limbo (Bild 1) durch einen<br />
geringen Stromverbrauch aus. Abhängig von der Ausführung<br />
benötigt der Prozessor lediglich 3 W, das komplette Board weniger<br />
als 10 W. Das ist verglichen zu den Boardprodukten des Mitbewerbs,<br />
die oft bis zum dreifachen benötigen, ein besonderes Merkmal<br />
der Host-CPU-Karte Limbo. Die E6xx-Serie umfasst Prozessoren<br />
von 0,6 GHz bis 1,6 GHz Taktrate, optional spezifiziert für den<br />
<strong>industrie</strong>llen Temperaturbereich (-40°C…+85°C). Die 4TE Frontplatte<br />
enthält je zwei Gigabit Ethernet und USB-Buchsen. Für den<br />
Anschluss an einen Monitor steht ein DVI-Ausgang zur Verfügung;<br />
wahlweise kann aber auch der klassische VGA Connector bestückt<br />
werden. Selbstverständlich wurde das Sideboard-Konzept auch in<br />
vollem Umfang für PC2-Limbo umgesetzt. Der PC2-Limbo verfügt<br />
über bis zu 2 GB aufgelötetes RAM für erhöhte Anforderungen.<br />
Ein CFast-Sockel ermöglicht den Einsatz eines SATA basierenden<br />
Flash-Speichermoduls (SSD) als Massenspeicher für das Betriebssystem.<br />
Der zusätzliche MicroSD-Kartenhalter eignet sich für <strong>industrie</strong>lle<br />
microSDHC Flash Karten (Speed Class 6, bis 32 GB).<br />
Unter Beibehaltung der 4TE Bauhöhe des PC2-Limbo ist ein zusätzliches<br />
Mezzanine-Speichermodul wie das C42-SATA (1,8-Zoll<br />
microSATA Solid State Drive) oder C47-MSATA (Dual mSATA<br />
mit RAID Option) aufsteckbar.<br />
CompactPCI PlusIO<br />
CompactPCI PlusIO (PICMG 2.30) definiert den neuen ergänzenden<br />
CompactPCI Standard für die Daten Ein- und <strong>Ausgabe</strong> über<br />
den Steckverbinder J2, dessen Belegung in der Spezifikation im Detail<br />
beschrieben ist. Verschiedene serielle Schnittstellen des PC2-<br />
Limbo (PCI Express, SATA, Gigabit Ethernet und USB) stehen dadurch<br />
auf der Backplane zur Verfügung, wahlweise zur Nutzung<br />
durch ein so genanntes ‚Rear I/O Transition Module‘, oder für<br />
CompactPCI Serial Kartensteckplätze in einem hybriden System.<br />
CompactPCI Serial<br />
CompactPCI Serial (PICMG CPCI-S.0) beschreibt, aufbauend auf<br />
dem CompactPCI-Formfaktor, die Nutzung der seriellen Interfaces<br />
PCI Express, SATA, Gigabit Ethernet und USB 2/3 über die<br />
Backplane. Die PlusIO Spezifikation eröffnet vor allem weitrei-<br />
56 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
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Embedded<br />
Boards<br />
Bild 1 links: Weniger als 10Watt nimmt die mit<br />
Intel Atom E6xx Prozessoren bestückte<br />
CompactPCI Zentraleinheit PC2-Limbo auf.<br />
Bild 2 rechts: Bundles stellen autarke<br />
Rechnereinheiten dar, die neben Massenspeicher<br />
unterschiedliche I/Os anbieten und keine<br />
Backplane-Kommunikation benötigen.<br />
Bilder: EKF<br />
chende Möglichkeiten zum Aufbau hybrider Systeme, verheiratet<br />
also das beste aus einem umfangreichen CompactPCI-Portfolio<br />
mit den Möglichkeiten von CompactPCI Serial, gibt ein natives<br />
CompactPCI Serial-System mit Bandbreiten bis 10 GHz über die<br />
Backplane bereits heute Antworten auf die Fragen von morgen<br />
und setzt dabei auf ein bewährtes mechanisches Konzept und eine<br />
Architektur ohne Management-Overhead. CompactPCI PlusIO<br />
werden über CompactPCI Serial angebunden.<br />
Eine hybride Backplane ermöglicht den Parallelbetrieb von<br />
CompactPCI Classic und CompactPCI Serial-Karten in einem gemeinsamen<br />
Einschub, mit dem PC2- Limbo in der Mitte der Backplane<br />
als ‚System Slot Controller‘ für beide Segmente (Bild 2). Der<br />
PC2-Limbo kann als Träger für zusätzliche Aufsteckkarten zu einer<br />
noch vielseitigeren Baugruppe erweitert werden. Dazu verfügt<br />
die CPU-Karte über mehrere lokale Erweiterungs-Steckverbinder.<br />
Eine Reihe von Steckmodulen steht zur Auswahl, mit zahlreichen<br />
zusätzlichen I/O-und Massenspeicher-Funktionen. Normalerweise<br />
wird der PC2- Limbo und die zugehörige ‚Side Card‘ als fertig<br />
montierte 8TE- oder sogar 12TE-Baugruppe mit gemeinsamer<br />
Frontplatte ausgeliefert. Einige Flach-Profil Mezzanine-Module<br />
begnügen sich aber auch mit den 4TE der Träger-CPU.<br />
Der Atom E6xx-Prozessor kombiniert CPU, Grafikeinheit und<br />
Speichercontroller. Damit ist die klassische ‚South Bridge‘ überflüssig.<br />
Als <strong>Ausgabe</strong>-Schnittstelle sind 4 PCI Express-Kanäle vorhanden.<br />
Per PCI Express werden auf dem PC2-Limbo die meisten I/O-Funktionen<br />
realisiert. Der so genannte Intel PCH (Platform Controller<br />
Hub) EG20T bietet USB und SATA. Zusätzlich verfügt das Board<br />
noch über weitere Controller für Gigabit Ethernet und SATA.<br />
Schlussbemerkung<br />
EKF bietet im Sideboard-Konzept ein breites Spektrum an Boards<br />
zur Funktionserweiterung. Darüber hinaus sind kundenspezifische<br />
Sideboards möglich. (sb) <br />
n<br />
infoDIREKT www.all-electronics.de <br />
423ei0711<br />
Der Autor: Bernd Kleeberg, Manager Sales & Marketing<br />
bei EKF Elektronik GmbH,<br />
_06DRY_TOELLNER_2 Generatoren_86x29 2_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(86.00 x 29.00 mm);03. Nov 2010 12:28:02<br />
Funktions-Generatoren<br />
Arbiträrwww.TOELLNER.de<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011 57<br />
56_EKF (__).indd 57 30.06.2011 13:23:30
Messtechnik<br />
PXI<br />
Bild 1: Aufbau eines<br />
PCI-Express-Systems.<br />
Bilder: National Instruments<br />
Bild 3: Kommunikationsablauf<br />
zwischen zwei<br />
PCI-Bereichen<br />
über eine nicht<br />
transparente<br />
Brücke.<br />
Was ist PXImc<br />
Herstellerübergreifend mehrere intelligente Systeme verbinden<br />
Der PXImc-Standard (PXI Multi Computing) legt die Hard- und Softwareanforderungen fest, aufgrund<br />
derer zwei oder mehr intelligente Messsysteme miteinander verbunden werden können. Dieser Beitrag<br />
zeigt technische Details zu PXImc auf und führt in Einsatzbereiche ein. Autor: Chetan Kapoor<br />
Was steckt hinter der PXImc-Technologie Bild 1 veranschaulicht<br />
die Struktur eines typischen PCI-Express-basierten<br />
Systems. Auf dem Host-Rechner<br />
dient der Systembus (Root Complex) als Schnittstelle<br />
für das Verarbeitungssystem, um mit den PCI-Geräten zu kommunizieren.<br />
Das Verarbeitungssystem stellt dann eine Verbindung<br />
zu diesem Systembus her, um allen PCI- und PCI-Express-<br />
Geräten des Systems die erforderlichen Ressourcen zugänglich<br />
zu machen.<br />
PXImc bietet ein Kommunikationsmodell mit einer großen<br />
Bandbreite und geringer Latenz, in dem PCI oder PCI Express als<br />
physikalische Kommunikationsschicht eingesetzt wird. Zwei Systeme<br />
mit eigenen Systembussen können nicht direkt über PCI<br />
oder PCI Express verbunden werden, da es einige Knackpunkte<br />
zwischen den beiden PCI-Bereichen gibt, beispielsweise Busverwaltung<br />
und Endpunkt-Ressourcenvergabe.<br />
Die Verwendung einer nicht transparenten Brücke (NTB) löst<br />
diese Problematik, indem die PCI-Bereiche logisch getrennt werden<br />
und gleichzeitig ein Mechanismus abläuft, mit dem bestimmte Daten<br />
von einem PCI-Bereich auf den anderen übertragen werden.<br />
Bild 2 stellt diesen Vorgang dar. Sowohl System A als auch System<br />
B können die Ressourcenvergabe in ihren eigenen Bereichen<br />
selbständig steuern und werden dabei nicht durch eine nicht<br />
transparente Brücke als Schnittstelle beeinflusst.<br />
Die nicht transparente Brücke reagiert auf Anfragen des Systembusses<br />
wie die anderen PCI-Endpunkte des Systems und fordert<br />
einen bestimmten physikalischen Adressraum an. Das BIOS<br />
des Systems teilt der nicht transparenten Brücke einen speziellen<br />
Bereich im physikalischen Adressraum zu. Da diese Ressourcenvergabe<br />
sowohl in System A als auch in System B stattfindet, fordert<br />
die nicht transparente Brücke die Ressourcen in beiden PCI-<br />
Bereichen (A und B) an. Wie in Bild 3 dargestellt dient der<br />
Adressraum, der von der nicht transparenten Brücke im PCI-<br />
Bereich von System A erfasst wird, als Fenster in den physikalischen<br />
Adressraum des PCI-Bereichs von System B und der Adressraum,<br />
der im PCI-Bereich von System B erfasst wird, als<br />
Fenster in den physikalischen Adressraum des PCI-Bereichs von<br />
System A.<br />
Nach der Ressourcenvergabe auf beiden Systemen verfügt die<br />
nicht transparente Brücke über Speichermechanismen, um Daten<br />
zwischen beiden Systemen zu übertragen. Dazu gehören Elemente<br />
wie ein schneller Zwischenspeicher für die Datenübertragung,<br />
Interruptregister zur Signalisierung und große Bereiche<br />
des Adressraums, der über die nicht transparente Brücke in den<br />
gegenüberliegenden Adressraum übertragen wird.<br />
Nicht transparente Brücken sind zwar keine neue Technologie,<br />
aber bisher gab es dazu keinen branchenweiten Standard, der die<br />
Kommunikation zwischen PCI-Hierarchien erleichtert hätte. Lösungen<br />
für diesen Bereich erfordern jedoch ein benutzerdefiniertes<br />
Hard- und Softwaredesign, bevor sie als Kommunikationskanal<br />
eingesetzt werden können.<br />
Systembandbreite und Latenz<br />
Da sich PCI Express dank PXImc als physikalische Kommunikationsschicht<br />
einsetzen lässt, hängt die Leistung einer PXImc-Verbindung<br />
von der Art der PCI-Express-Schnittstelle ab. In Tabelle<br />
1 wird die theoretische Bandbreite verschiedener PCI-Express-<br />
Verbindungen aufgelistet.<br />
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www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
58_NI_502 (jj).indd 58 30.06.2011 13:25:01
Messtechnik<br />
PXI<br />
Bild 2: Zwei<br />
Systeme sind<br />
über PCI Express<br />
miteinander<br />
verbunden, indem<br />
eine nicht<br />
transparente<br />
Brücke (NTB) als<br />
Schnittstelle<br />
eingesetzt wird.<br />
Um die Leistung einer typischen PXImc-Verbindung mit Alternativen<br />
zu vergleichen, führte National Instruments erste Vergleichsstudien<br />
mit Prototypenhardware und vorläufigen Software-<br />
Stacks durch. Dafür wurden zwei PXI-Express-Chassis PXIe-1082<br />
jeweils mit einem eigenen PXI-Express-Embedded-Controller<br />
PXIe-8133 ausgestattet und über den Prototyp der auf einer x4-<br />
PCI-Express-Schnittstelle der 1. Generation basierenden PXImc-<br />
Hardware verbunden. Mit diesem Aufbau konnten eine unidirektionale<br />
Latenz von 6 µs und ein Durchsatz von 670 <strong>MB</strong>/s erreicht<br />
werden. Im Vergleich zu Gigabit Ethernet bedeutet dieses Leistungsvermögen<br />
etwa zehnmal höhere Bandbreiten und hundertmal<br />
bessere Latenz, wodurch sich PXImc als ideale Schnittstelle für<br />
das Erstellen leistungsstarker Prüf-, Steuer- und Regelsysteme auf<br />
mehreren Computern darstellt. Im Rahmen der stetigen Weiterentwicklung<br />
des Standards PCI Express wird auch die von einer<br />
PXImc-Verbindung erbrachte Leistung weiterhin zunehmen.<br />
Leistungsstarke hybride Mess- und Prüfsysteme<br />
Komplexe Mess-, Steuer- und Regelsysteme wie HIL-Systeme bestehen<br />
normalerweise aus verschiedenen separaten Subsystemen,<br />
die über unterschiedliche Funktionen verfügen. Oftmals beruhen<br />
diese Subsysteme auf verschiedenen Hardwareplattformen, um die<br />
Anforderungen an die Funktionalität der Plattform bestmöglich zu<br />
erfüllen. PXImc ermöglicht die Kommunikation dieser Subsysteme<br />
über eine PCI-Express-Verbindung mit hoher Bandbreite und<br />
geringer Latenz. So lässt sich ein leistungsstarkes hybrides Messund<br />
Prüfsystem erstellen, das mit verschiedenen Hardwareplattformen<br />
eingesetzt werden kann, und dadurch Leistung, Flexibilität<br />
und Kosten optimal in sich vereint.<br />
Durch den Einsatz von PXImc als Kommunikationsbus für<br />
mehrere Systeme können diese kürzere Prüfzeiten und schnellere<br />
Schleifenausführungsraten erzielen als über vergleichsweise langsame<br />
Schnittstellen wie Ethernet oder Reflective Memory. Diese<br />
Funktionalität ermöglicht es somit den Systemen, ihre speziellen<br />
Aufgaben schneller auszuführen, und – bei HIL-Systemen – Simulationen<br />
unter realen Bedingungen durchzuführen.<br />
Bild 4 veranschaulicht eine typische Konfiguration eines solchen<br />
Systems. In dem Beispiel kommuniziert das Master-PXI-System<br />
bei hohem Durchsatz und geringer Latenz über die PXImc-Verbindung<br />
mit den sekundären PXI-Systemen und einem Stand<br />
-alone-Messgerät, um ein leistungsfähiges, hybrides Mess- und<br />
Prüfsystem zu erstellen.<br />
➔<br />
Auf einen Blick<br />
PXImc verbindet herstellerübergreifend mehrere<br />
intelligente Systeme<br />
Mit dem Standard PXImc bietet die PXI System Alliance eine Grundstruktur<br />
für Hard- und Softwarekomponenten und ein standardisiertes<br />
Protokoll für die Kommunikation zwischen zwei Systemen mithilfe<br />
von PCI oder PCI Express. Vom Standpunkt der Hardware aus wurde<br />
die Funktionalität so angeglichen, dass zwei unabhängige Systeme<br />
direkt über PCI oder PCI Express miteinander kommunizieren können.<br />
Im Softwarebereich wurde ein Kommunikationsmuster erstellt, über<br />
das jedes System die eigenen Ressourcen so auffi nden und konfi gurieren<br />
kann, dass es mit dem anderen System kommunizieren kann.<br />
infoDIREKT www.all-electronics.de<br />
502ei0711<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 59<br />
58_NI_502 (jj).indd 59 30.06.2011 13:25:10
Messtechnik<br />
PXI<br />
Bilder: National Instruments<br />
Multicore-CPUs für verteilte Verarbeitung<br />
Anwendungen aus den Bereichen SIGINT und echtzeitfähiges<br />
Hochleistungsrechnen, für die Daten inline oder in Echtzeit verarbeitet<br />
werden, müssen typischerweise über komplexe Datenverarbeitungsfunktionen<br />
verfügen, um den Datenfluss bewältigen zu<br />
können. Außerdem wird bei diesen Anwendungen die Verarbeitungslast<br />
mithilfe einer Kommunikationsschnittstelle, die eine hohe<br />
Bandbreite und geringe Latenz bietet, auf mehrere separate Verarbeitungsknoten<br />
verteilt. Für einige verteilte Verarbeitungssysteme<br />
reichen auch FPGAs und einzelne digitale Signalverarbeitungssysteme<br />
aus. Doch für bestimmte Anwendungen muss bestehendes<br />
x86-basiertes Software-IP genutzt werden oder die Berechnungen<br />
in Gleitkomma- statt in Festkommawerten angegeben werden. In<br />
solchen Fällen bietet PXImc die Möglichkeit, verteilte Verarbeitungssysteme<br />
zu erstellen, die die aktuellen, auf Multicore-CPU<br />
basierenden PCs als externe Rechenknoten nutzen. Dies bezieht<br />
sich nicht nur auf die zuvor aufgeführten Anforderungen, sondern<br />
bietet auch ein System mit kürzeren Entwicklungs- und Fehlerbehebungszeiten<br />
im Vergleich zu Systemen, die FPGA und benutzerdefinierte<br />
digitale Signalverarbeitungssysteme nutzen.<br />
Bild 4: Beispielkonfiguration für ein leistungsfähiges, hybrides Mess- und<br />
Prüfsystem auf Grundlage von PXImc.<br />
PCI Express<br />
Link<br />
Generation<br />
Theoretical<br />
Unidirecional<br />
Transfer Rates<br />
Theoretical<br />
Bidirecional<br />
Transfer Rates<br />
x4 Gen 1 1 GB/s 1 GB/s x2<br />
x16 Gen 1 4 GB/s 4 GB/s x2<br />
x4 Gen 2 2 GB/s 2 GB/s x2<br />
x16 Gen 2 8 GB/s 8 GB/s x2<br />
Tabelle 1: Theoretische Bandbreite verschiedener PCI-Express-Verbindungen.<br />
Bild 5 (links): Beispiel eines verteilten Verarbeitungssystems, das auf<br />
einem PXI-Express-System und PXImc-Schnittstellenkarten basiert.<br />
Bild 6 (rechts): Mit PXImc lassen sich in PXI-Systemen mehrere<br />
Peripherieverarbeitungsmodule an ein Chassis anschließen.<br />
Bild 5 zeigt eine der möglichen Konfigurationen für verteilte Verarbeitungssysteme,<br />
die sich mit einem PXI-Express-System und<br />
PXImc-Schnittstellenkarten erstellen lässt. In diesem Beispiel ist der<br />
Master-Controller dafür verantwortlich, dass Daten von verschiedenen<br />
I/O-Modulen gesammelt und dann über PXImc-Verbindungen<br />
an vier x86-basierte Rechenknoten weitergeleitet werden. Diese<br />
Knoten können je nach der erforderlichen Verarbeitungsleistung<br />
handelsübliche PCs oder High-End-Workstations sein.<br />
x86-basiertes Co-Processing<br />
Beim PXImc-Standard kann ein Verarbeitungssystem über eine interne<br />
nicht transparente PCI- bzw. PCI-Express-Brücke verfügen. Dadurch<br />
können die Verarbeitungsmodule an einen Peripheriesteckplatz<br />
eines PXI-Express-Chassis angeschlossen werden und über die PCI-<br />
Express-Leitungen an der Backplane des Chassis mit dem Master-<br />
Controller kommunizieren. Am Chassis angeschlossene Peripherieverarbeitungsmodule<br />
erhöhen die gesamte Verarbeitungsfunktionalität<br />
eines einzelnen Systems und stellen eine kompakte und robuste<br />
Systemlösung dar. Damit lassen sich optimal komplexe Mess- und<br />
Prüfanwendungen verarbeiten, die durch die Abmessungen des Systems<br />
eingeschränkt sind und/oder die sehr hohe Mobilitätsanforderungen<br />
stellen. Außerdem ermöglicht der Standard direkte Peer-to-<br />
Peer-Kommunikation zwischen PXImc- und anderen PCI- bzw. PCI-<br />
Express-Geräten. Mit dieser Fähigkeit können PXImc-Geräte, zum<br />
Beispiel Peripherieverarbeitungsmodule, direkt mit PCI- bzw. PCI-<br />
Express-Geräten kommunizieren, ohne den Master-Controller einzusetzen.<br />
Außerdem lassen sich Subsysteme innerhalb eines einzelnen<br />
PXI-Chassis erstellen und die Chassis-Ressourcen effizienter nutzen.<br />
Bild 6 stellt die Einbindungsmöglichkeiten von Peripherieverarbeitungsmodulen<br />
in ein PXI-Chassis sowie die beiden möglichen Kommunikationsmethoden<br />
dar.<br />
Der Standard PXImc der PXI Systems Alliance (PXISA) stellt eine<br />
herstellerübergreifende Lösung dar, die die steigenden Anforderungen<br />
in Anwendungsbereichen wie HIL und SIGINT erfüllen kann,<br />
erweitert den Funktionsumfang der PXI-Plattform und ermöglicht<br />
unterschiedliche Konfigurationen wie Hybridsysteme, verteilte<br />
Verarbeitung und Co-Processing innerhalb eines Chassis. (jj) n<br />
Der Autor: Chetan Kapoor ist PXI Product Manager<br />
bei National Instruments in Austin/Texas.<br />
60 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
58_NI_502 (jj).indd 60 30.06.2011 13:25:14
Neue Produkte<br />
Rail-to-Rail-Eingang<br />
Schneller Komparator ist sparsam<br />
FeRAM-Speicher 32 bis 256 KBit<br />
Schnelle und geringe Leistungsaufnahme<br />
Bild: STMicro<br />
Mit einer Verzögerungszeit von 8<br />
ns zählt der TS3011 von STMicro<br />
zu den schnellen Komparatoren.<br />
Er arbeitet an einfachen 2,2 bis 5<br />
V im Temperaturbereich -40°C<br />
bis +125°C und zeichnet sich<br />
durch einen geringen Stromver-<br />
brauch von 555 µA bei 5 V aus.<br />
Zu seinen Merkmalen zählen die<br />
Rail-to-Rail-Eingänge und der<br />
Push-Pull-Ausgang sowie eine<br />
ESD-Toleranz von 2 kV HBM / <br />
200 V MM. Der Komparator im<br />
SOT23-5- oder SC70-5-Gehäuse<br />
hat eine Latch-up Immunität von<br />
200 mA. Anwendungen finden<br />
sich bei der Signalaufbereitung in<br />
der Telekom, in Messtechnik und<br />
anderen mehr. Mehr über Komparatoren<br />
ab Seite 22 in dieser<br />
<strong>Ausgabe</strong>.<br />
infoDIREKT <br />
428ei0711<br />
FeRAMs sind nicht-flüchtige Speicher.<br />
Gegenüber anderen NV-<br />
Speichern wie etwa EEPROMs<br />
oder Flash haben FeRAMs den<br />
Vorteil einer deutlich niedrigeren<br />
Leistungsaufnahme (1:400 oder<br />
weniger), einer hohen Schreibgeschwindigkeit<br />
(wie DRAM) und<br />
einer entscheidend höheren Anzahl<br />
von Schreibzyklen (10 12 ). In<br />
Verbindung mit dem Datenerhalt<br />
von 10 Jahren ermöglicht dies<br />
den Einsatz in vielen Applikationen,<br />
in denen es auf eine zuverlässige<br />
Datenspeicherung ankommt,<br />
wie für Abrechnungs-, ,<br />
Konfigurations- und Statusinformationen.<br />
Weitere Merkmale:<br />
8-Bit-Konfiguration, 3,3-V-Versorgungsspannung<br />
und Temperaturbereich<br />
-40 bis +85 °C.<br />
infoDIREKT <br />
426ei0711<br />
Bild: Rohm<br />
Bild: Fischer Elektronik<br />
Bild: Texas Instruments<br />
Kundenspezifische Kühlkörper<br />
Aluminium mit Kupfer vereint<br />
Besonders für transiente Wärmeeinträge<br />
und kleine Wärmeeintragsflächen<br />
ist es zur effektiven<br />
Kühlung der elektronischen Komponenten<br />
notwendig, die entstehende<br />
Wärme schnell vom Bauteil<br />
aufzunehmen und diese, zum<br />
Hoher Eingangswiderstand<br />
Zweifach-Komparator ist sehr sparsam<br />
Mit einem Eingangswiderstand<br />
von 10 12 Ohm kann der TLC352<br />
direkt an Hochohmquellen angeschlossen<br />
werden. Er arbeitet in<br />
einem weiten Bereich an einfachen<br />
1,5 bis 18 V, außerdem an<br />
Beispiel an einen Kühlkörper, weiterzuleiten.<br />
Hierfür bietet Fischer<br />
Elektronik ein spezielles Bearbeitungsverfahren<br />
an, mit dem Kontaktflächen<br />
aus Kupfer (Lambda =<br />
380 W/m x k) formschlüssig mit<br />
dem Alu-Kühlkörper verbunden<br />
werden. Materialstärke, Anzahl,<br />
Geometrie und Position der Kupferfläche<br />
wird nach kundenspezifischen<br />
Vorgaben realisiert. Eine<br />
planebene Fläche hoher Ebenheit<br />
und Rauheit wird durch Fräsen<br />
erreicht.<br />
infoDIREKT <br />
429ei0711<br />
zwei Spannungen zwischen 1,4<br />
bis 18 V und zeichnet sich durch<br />
einen geringen Stromverbrauch<br />
von 150 µA bei 5 V bzw. 65 µA<br />
bei 1,4 V aus. Zu seinen weiteren<br />
Merkmalen zählen der bis Masse<br />
reichende Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich<br />
sowie eine<br />
ESD-Toleranz von 2 kV nach MIL-<br />
STD-883. Der Komparator im<br />
SO8-Gehäuse hat TTL, MOS und<br />
CMOS-Ausgang. Mehr über Komparatoren<br />
ab Seite 22 in dieser<br />
<strong>Ausgabe</strong>.<br />
infoDIREKT <br />
443ei0711<br />
Universelle Stromversorgung<br />
Für LEDs mit Konstantstrom-Ausgang und PFC<br />
Emtron electronic nimmt mit dem<br />
Modell PLD-25 von Mean Well eine<br />
weitere Konstantstrom-Stromversorgung<br />
für den Betrieb von LEDs<br />
in sein Lieferprogramm auf. Die<br />
Baureihe PLD-25 kann mit Gleichund<br />
Wechselstrom in einem weiten<br />
Eingangsspannungsbereich von<br />
90 bis 295 V betrieben werden,<br />
liefert 25 W Ausgangsleistung und<br />
ist mit einer Vorrichtung zur Blindleistungskompensation<br />
(PFC) ausgestattet.<br />
Bislang hatte Mean Well<br />
die Modelle LPHC/LPLC-18 (18<br />
Watt), LPC-20 (20 Watt), LPC-35<br />
(35 Watt) und LPC-60 (60 Watt) für<br />
LED-Anwendung auf den Markt<br />
gebracht. Gemeinsames Merkmal<br />
ist ein Konstantstromausgang (350<br />
infoDIREKT 427ei0711<br />
_06DRX_TOELLNER_1 Verstärker_86x29 1_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(86.00 x 29.00 mm);03. Nov 2010 12:28:01<br />
Verstärker<br />
mA / 700 mA / 1050 mA / 1400<br />
mA); diese Geräte sind jedoch<br />
nicht mit einer PFC-Funktion ausgestattet.<br />
Aufgrund der vereinfachten,<br />
einstufigen Auslegung seiner<br />
PLC-Schaltung kann der erforderliche<br />
hohe Leistungsfaktor >0,9<br />
auf wirtschaftliche Weise erzielt<br />
werden. Die PLD-25-Serie erreicht<br />
einen Wirkungsgrad von 86 Prozent<br />
und lässt sich daher im Temperaturbereich<br />
zwischen -30 °C<br />
und +60 °C nur mit Konvektionskühlung<br />
betreiben. Sie haben<br />
Schutzfunktionen gegen: Kurzschluss,<br />
Überlast und Übertemperatur.<br />
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Bild: Emtron/Mean Well<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011 61<br />
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‘ Intel C++ Studio XE‘ - für C/C++ Entwickler im Wert von rund<br />
1.100,- € (wahlweise Linux oder Windows )!<br />
Das Softwarepaket Intel C++ Studio XE<br />
2011 steht für verschiedene Betriebssysteme<br />
zur Verfügung. Es kombiniert<br />
den C/C++- Compiler, Bibliotheken,<br />
Fehlerprüfungstools und Profiler von<br />
Intel. Dieses Softwareentwicklungswerkzeug<br />
unterstützt vor allem neuere<br />
Konzepte der parallelen Programmierung<br />
(neben Open MP und TBB auch<br />
CILK und ArBB). Diese Suite stellt darüberhinaus<br />
speziell zugeschnittene, leistungsfähige<br />
(zum Großteil bereits<br />
‘threading fähige‘) C/C++ Bibliotheken<br />
für mathematische Funktionen, Kryptographie,<br />
Bildbearbeitung und Datenkompression<br />
bereit. Mit der umfassenden<br />
Untersuchung der Softwarequalität,<br />
die ein wichtiger Teil des<br />
Entwicklungszyklus ist, können statische<br />
und dynamische Programmcodeanalyse<br />
erfolgreich kombiniert werden.<br />
Dazu zählt auch die Untersuchung von<br />
Speicherleaks und Threadingfehlern.<br />
Die Suite beinhaltet: Intel C/C++ Compiler,<br />
Integrated Performance Primitives,<br />
Threading Building Blocks, Math<br />
Kernel Library, VTune Amplifier XE und<br />
Intel Inspector XE. Um die Intel C++<br />
Studio XE Toolsuite zu gewinnen, einfach<br />
bis zum 25. September 2011 ein<br />
E-Mail mit Angabe von Namen, Funktion<br />
und Firma und mit dem Betreff<br />
‘Elektronik Industrie‘ an: studioXE@intel.com<br />
‘ senden und schon können Sie<br />
der Gewinner sein.<br />
Viel Glück wünscht die Redaktion!<br />
Die Gewinner der Gewinnspiele werden<br />
jeweils in einer der nächsten <strong>Ausgabe</strong>n<br />
veröffentlicht. Der Rechtsweg<br />
ist ausgeschlossen.<br />
infoDIREKT www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
404ei0711<br />
Impressum<br />
REDAKTION<br />
Chefredakteur:<br />
Dipl.-Ing. Siegfried W. Best, (sb) (v.i.S.d.P.),<br />
Tel: +49 (0) 6221 489-240, E-Mail: siegfried.best@huethig.de<br />
Redaktion:<br />
Dipl.-Ing. Hans Jaschinski (jj), stellv. Chefredakteur,<br />
Tel: +49 (0) 6221 489-260 E-Mail: hans.jaschinski@huethig.de<br />
Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av), Redakteur<br />
Tel: +49 (0) 89 60 66 85 79, E-Mail: ei@avollmer.de<br />
Redaktion all-electronics:<br />
Hilmar Beine (hb), Tel.: +49 (0) 6221 489-360,<br />
Stefanie Eckardt (eck), Tel.: +49 (0) 8191 125-494<br />
Melanie Feldmann (mf), Tel.: +49 (0) 6221 489-463<br />
Dr. Achim Leitner (lei), Tel.: +49 (0) 8191 125-403<br />
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Office Manager: Waltraud Müller, Tel: +49 (0) 8191 125-408<br />
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Diana Bönning, Tel: +49 (0) 6221 489-206,<br />
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Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 40 vom 01.10.2010<br />
Verlag<br />
Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg<br />
Tel: +49 (0) 6221 489-0 , Fax: +49 (0) 6221 489-482,<br />
www.huethig.de, Amtsgericht Mannheim HRB 703044<br />
Geschäftsführung: Fabian Müller<br />
Verlagsleitung: Rainer Simon<br />
Produktmanager Online: Philip Fischer<br />
Vertrieb: Stefanie Ganser<br />
Abonnement-Service:<br />
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Leitung Herstellung: Horst Althammer<br />
Art Director: Jürgen Claus<br />
Layout und Druckvorstufe:<br />
Carmen Lauter, Andrea de Paly, Weber Claudia<br />
Druck: Vogel GmbH, 97204 Höchberg<br />
ISSN-Nummer: 0174-5522<br />
Jahrgang/Jahr: 42. Jahrgang 2011<br />
Erscheinungsweise: 10 <strong>Ausgabe</strong>n jährlich<br />
Bezugsbedingungen/Bezugspreise 2011 (unverbindliche<br />
Preisempfehlung): Jahresabonnement (inkl. Versandkosten)<br />
Inland € 167,80; Ausland € 178,00. Einzelheft € 19,00, zzgl.<br />
Versandkosten. Der Studentenrabatt beträgt 35 %. Kündigungsfrist:<br />
jederzeit mit einer Frist von 4 Wochen zum<br />
Monatsende. Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt.<br />
© Copyright Hüthig GmbH 2011, Heidelberg.<br />
Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz<br />
sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion, vom Ver leger und<br />
Herausgeber nicht übernommen werden. Die Zeitschriften, alle<br />
in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen, sind urheberrechtlich<br />
geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen<br />
Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des<br />
Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für<br />
Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die<br />
Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen.<br />
Mit der Annahme des Manuskripts und seiner Veröffent lichung<br />
in dieser Zeitschrift geht das umfassende, ausschließliche,<br />
räumlich, zeitlich und inhaltlich unbeschränkte Nutzungsrecht<br />
auf den Verlag über. Dies umfasst insbesondere das Printmediarecht<br />
zur Veröffentlichung in Printmedien aller Art sowie<br />
entsprechender Vervielfältigung und Verbreitung, das Recht<br />
zur Bearbeitung, Umgestaltung und Übersetzung, das Recht<br />
zur Nutzung für ei-gene Werbezwecke, das Recht zur elektronischen/digitalen<br />
Verwertung, z.B. Einspeicherung und Bearbeitung<br />
in elektronischen Systemen, zur Veröffentlichung in<br />
Datennetzen sowie Datenträger jedweder Art, wie z. B. die<br />
Darstellung im Rahmen von Internet- und Online-Dienstleistungen,<br />
CD-ROM, CD und DVD und der Datenbanknutzung<br />
und das Recht, die vorgenannten Nutzungsrechte auf Dritte zu<br />
übertragen, d.h. Nachdruckrechte einzuräumen. Die Wiedergabe<br />
von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen<br />
und dergleichen in dieser Zeitschrift berechtigt auch<br />
ohne besondere Kennzeichnung nicht zur Annahme, dass solche<br />
Namen im Sinne des Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung<br />
als frei zu betrachten wären und daher von jedermann<br />
benutzt werden dürfen.<br />
Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung<br />
übernommen. Mit Namen oder Zeichen des Verfassers gekennzeichnete<br />
Beiträge stellen nicht unbedingt<br />
die Meinung der Redaktion dar. Es gelten die allgemeinen<br />
Geschäftsbedingungen für Autorenbeiträge.<br />
Auslandsvertretungen<br />
Frankreich, Belgien: SL REGIE, Sophie Lallonder,<br />
12 allée des Crételles, F-37300 Joué-Lès-Tours,<br />
Tel: +33/2/47 38 24 60, Fax: +33/2/90 80 12 22,<br />
E-Mail: sophie.lallonder@wanadoo.fr<br />
Großbritannien: Richard H. Thompson Ltd.,<br />
38 Addison Avenue, GB-London W11 4QP,<br />
Tel: +44/20/76 02 10 65, Fax: +44/20/76 02 21 98,<br />
E-Mail: richardmedia@yahoo.com<br />
Schweiz, Liechtenstein: MarCoMedia GmbH,<br />
Monika B. Ailinger, Obereichliweg 31, CH-6405 Immensee<br />
Tel.: +41/41/8504424, Fax: +41/41/8504529,<br />
E-Mail: m.ailinger@marcomedia.ch<br />
USA, Kanada: Marion Taylor-Hauser,<br />
Max-Böhm-Ring 3, 95488 Eckersdorf,<br />
Tel.: +49/921/31663, Fax: +49/921/32875,<br />
E-Mail: taylor.m@t-online.de<br />
Angeschlossen der Informationsgemeinschaft zur<br />
Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern (IVW),<br />
(Printed in Germany)<br />
Datenschutz<br />
Ihre personenbezogenen Daten werden von uns und den Unternehmen<br />
der Süddeutscher Verlag Mediengruppe, unseren<br />
Dienstleistern sowie anderen ausgewählten Unternehmen verarbeitet<br />
und genutzt, um Sie über interessante Produkte und<br />
Dienstleistungen zu informieren. Wenn Sie dies nicht mehr wünschen,<br />
schreiben Sie bitte an: leserservice@huethig.de<br />
62 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
62_Gewinnspiele (Intel_404.indd 62 30.06.2011 13:29:45
Gewinnspiele / Impressum<br />
<strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong>-Leser gewinnen immer<br />
Einsendeschluss:<br />
31.08.2011<br />
Gewinnen Sie ein Digital-Handmultimeter U1242A<br />
gespendet von Agilent im Wert von 200,- €!<br />
Das U1242A Digital-Handmultimeter<br />
ist ein robustes DMM für den<br />
Einsatz im Labor und auch im<br />
Feld. Die Leser der <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong><br />
haben die Chance eines<br />
dieser gut ausgestatteten Multimeter<br />
zu gewinnen, dessen wesentliche<br />
Merkmale sind:<br />
■■ Digitales 10.000-Digit-Präzisions-True-RMS-Handmultimeter,<br />
gemäß EN/IEC 61010-1:2001<br />
Kategorie III 1000 V/ Kategorie<br />
IV 600 V<br />
■■ Spannungs- und Stromstärkemessungen<br />
von DC und AC<br />
■■ True-RMS-Messung für AC-<br />
Spannung und -Strom<br />
■■ Harmonischenverhältnis<br />
■■ SCAN-Temperaturmessung für<br />
T1, T2 und T1–T2<br />
■■ Widerstandsmessung bis zu<br />
100 MΩ<br />
■■ Dioden- und akustische<br />
Durchgangstests<br />
■■ Kapazitätsmessung bis zu<br />
10 mF<br />
Außerdem verfügt das DMM über<br />
Akkukapazitätsanzeige.<br />
Um das DMM zu gewinnen einfach<br />
bis zum 31. August 2011ein email<br />
mit Angabe von Namen, Firma und<br />
dem Betreff: Digital-Handmultimeter<br />
an folgende email-Adresse: contactcenter_germany@agilent.com<br />
Viel Glück wünscht die Redaktion!<br />
Die Gewinner der Gewinnspiele<br />
werden jeweils in einer der nächsten<br />
<strong>Ausgabe</strong>n veröffentlicht. Der<br />
Rechtsweg ist ausgeschlossen.<br />
infoDIREKT www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
402ei0711<br />
<strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong>-Leser gewinnen immer<br />
Einsendeschluss:<br />
31.08.2011<br />
Gewinnen Sie eines von sechs Demo Kits für den VCNL4000 Näherungs- und Umgebungslicht-Sensor<br />
gespendet von Vishay im Wert von zusammen über 200 US$!<br />
Vishay Intertechnology führt ein Demokit für<br />
seinen VCNL4000 Näherungs- und Umgebungslicht-Sensor<br />
in den Markt ein. Es bietet<br />
den VCNL4000 Sensor bereits montiert auf einem<br />
Board mit USB-Interface und Demonstrationssoftware.<br />
Das Kit, das die<br />
Leser der <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong><br />
gewinnen können, ermöglicht<br />
es Entwicklern auf einfache<br />
und preiswerte Art den Sensor<br />
für die angedachte Applikation<br />
zu evaluieren. Der VCNL4000<br />
kombiniert einen IR-Sender,<br />
Proximityphotodiode, Ambient<br />
Lightdetector, Signalprozesor-<br />
IC und I 2 C-Bus Kommunikationsinterface<br />
in einem 395<br />
mm x 3,95 mm x 0,75 mm<br />
leadless (LLP) Surface-Mount<br />
Gehäuse. Die VCNL4000 DemoKit<br />
Software enthält zwei<br />
Schnittstellen: Eine für die<br />
Ambientlight-Funktion und<br />
infoDIREKT www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
eine weitere für die Proximity-Funktion. Der Designer<br />
kann die Schlüsselfunktionen der Sensorparameter<br />
festlegen und den Effekt auf die Applikation<br />
erkennen. Zusätzlich können unterschiedliche<br />
Gehäuse und Fenstermaterialien<br />
ausprobiert und deren Einfluss auf die Empfindlichkeit<br />
des Sensors erprobt werden. Die<br />
Proximity Software ermöglicht die Einstellung<br />
des Emitterstromes, der Samplerate, vom<br />
Samplingmode und von der Ausgangsgröße<br />
der Messung. Enthalten sind<br />
auch die automatische<br />
Rausch- und Offset-Kompensation<br />
und der Dynamikbereich.<br />
Um ein Demokit zu gewinnen<br />
einfach bis zum 31. August<br />
2011 eine E-Mail mit Betreff<br />
Demokit an: VCNL4000DemoKit@vishay.com.<br />
Viel Glück wünscht die<br />
Redaktion!<br />
Die Gewinner der Gewinnspiele<br />
werden jeweils in<br />
einer der nächsten <strong>Ausgabe</strong>n<br />
veröffentlicht. Der Rechtsweg<br />
ist ausgeschlossen.<br />
403ei0711<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011 63<br />
62_Gewinnspiele (Intel_404.indd 63 30.06.2011 13:29:49
High Tech Toy<br />
Drachenstich der Moderne<br />
Tradinno, das funkgesteuerte Untier<br />
Im Mittelpunkt des mit 500 Jahren ältesten deutschen Volksschauspiels steht seit 2010 im bayrischen Furth im<br />
Wald der moderne Drache Tradinno. Wenn ich auch Siegfried heiße, getötet habe ich ihn nicht, aber die Elektronik<br />
einmal genauer angeschaut. <br />
Autor: Siegfried W. Best<br />
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64 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de<br />
64_480_HTT.indd 64 30.06.2011 13:33:13
High Tech Toy<br />
Tradinno ist nach einer ganzen Reihe von Vorfahren, die<br />
teils von im Leib versteckten Burschen bewegt wurden,<br />
ein fast 16 m langer und 11 to schwerer Drache mit dem<br />
Innenleben eines Automobils. Er wurde komplett von<br />
Zollner Elektronik im bayrischen Zandt entwickelt.<br />
Zum Einsatz kommt ein modular aufgebautes Steuergerät<br />
zur dezentralen Steuerung/Regelung der hydraulischen<br />
Systeme mit den unterschiedlichen<br />
Aktoren und Sensoren. Die<br />
Stromversorgung der angeschlossenen<br />
Industriekomponenten<br />
(Ventile, Sensoren, usw.) erfolgt<br />
über ein KFZ/NFZ-<br />
Bordnetz mit 2x 16…32<br />
VDC, gespeist aus einem<br />
24-V-Batterienetz,<br />
ständig gepuffert<br />
von Generatoren,<br />
die von<br />
einem VW-Tur-<br />
bo-Dieselmotor (2 Ltr., 140 PS) angetrieben werden. Die angeschlossenen<br />
Aktoren und Sensoren werden über einen getrennten<br />
Stromkreis versorgt. Damit nichts Unvorhergesehenes passiert,<br />
übernimmt ein zweikanalig ausgeführter Sicherheitskreis die Abschaltung<br />
der Aktorversorgung über Sicherheitsschleife nach<br />
SIL3.<br />
Das elektronische Herz<br />
Das Blockschaltbild zeigt die Steuergeräte für die Extremitäten<br />
Füße, Schwanz und Flügel sowie solche für den Kopf, die Augen<br />
und den Hals. Alle 9 Steuergeräte sind für die Kommunikation<br />
mit 140 kBytes/s über CAN und FlexRay verbunden. Die ECUs<br />
arbeiten mit einer Zykluszeit von 200µs, die Zykluszeit zwischen<br />
den ECUs ist 6 ms. Das aus Sicherheitsgründen duale Prozessorsystem<br />
besteht aus einem 32-Bit-Mikrocontroller (Fujitsu<br />
<strong>MB</strong>91F467D, 96 MHz, Arbeitsspeicher 576 kByte) einem 32-Bit-<br />
Festpunkt-DSP (TMS320C6414E, 600 MHz, Arbeitsspeicher 33<br />
<strong>MB</strong>yte (64bit) und zwei FPGAs (Altera cyclon 2). Die interne Datenkommunikation<br />
erfolgt dabei mit 32 Bit parallel und der Datendurchsatz<br />
des komplexen Regelungssystems erfolgt mit 2,6<br />
<strong>MB</strong>yte/s bei 200 µs Abtastrate, die interne Datenübertragung zu<br />
den Aktor-/Sensormodulen über 8 LVDS Schnittstellen (mit 86<br />
Mbit/s). Gesteuert wird Tradinno von vier Personen mit 18 Kanälen<br />
(je zwei Hin- zwei Rückkanäle) über nicht handelsübliche<br />
2,4 GHz-Funkfernsteuerungen mit Rückmeldung über den im<br />
Drachen installierten Transceiver.<br />
■<br />
infoDIREKT www.all-electronics.de<br />
480ei0711<br />
Kontakt: Zollner Elektronik AG<br />
Industriestr. 2-14<br />
93499 Zandt<br />
Tel.: 09944 / 20–0<br />
Email: info@zollner.de<br />
www.zollner.de<br />
Links: 32-Bit-Mikrocontroller Fujitsu <strong>MB</strong>91F467D,<br />
Texas Instruments 32-Bit-DSP TMS320C6414E<br />
Infokasten<br />
Drachenstich 2011<br />
Der zählebigste aller Drachen ist zweifellos der Further Drache. Seit<br />
500 Jahren wird er alljährlich getötet. Dieses Jahr kommt vom 5. bis<br />
22. August zum zweiten Mal der hochmoderne Tradinno zum Einsatz.<br />
Mehr unter www.drachenstich.de<br />
www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07 / 2011 65<br />
64_480_HTT.indd 65 30.06.2011 13:33:19
Service<br />
Verzeichnisse / Impressum<br />
Inserenten<br />
A.S.T., Dresden 17<br />
EMTRON Electronic, Nauheim 37<br />
Kunze Folien, Oberhaching 27<br />
Silicon Laboratories, USA–Austin,<br />
Beta LAYOUT, Aarbergen 27<br />
EPCOS, München 15<br />
Kurz, Remshalden 25<br />
TX 78701 29<br />
Bicker Elektronik, Donauwörth 37<br />
Epson Europe Electronic, München 31<br />
Micro Crystal, CH–Grenchen 53<br />
Toellner Electronic, Herdecke 3, 51, 57, 61<br />
dataTec GmbH Messtechnik, Reutlingen 11<br />
Decision Computer, Lienen 14<br />
DETAKTA, Norderstedt 45<br />
Distrelec Schuricht, Bremen 2. US<br />
ERNI Electronics, Adelberg 49<br />
Fischer Elektronik, Lüdenscheid 5<br />
Geyer Electronic, Gräfelfing/München 35<br />
GlobTek, USA–Northvale 47<br />
National Instruments, München 4. US<br />
National Semiconductor, Fürstenfeldbruck 9<br />
Panasonic Electric Works, Holzkirchen 41<br />
PCE, Dietmannsried 36<br />
Toshiba Electronics, Düsseldorf 13<br />
UNVERDROSS-TECHNIK, Wörthsee 55<br />
WDI, Wedel 54<br />
E-A Elektro- Automatik, Viersen 7<br />
HAMEG Instruments, Mainhausen 14<br />
RECOM ELECTRONIC, Dreieich 32, 33<br />
Würth Elektronik eiSos, Waldenburg 45<br />
Unternehmen<br />
2E mechatronic 48<br />
Ericsson 48<br />
Mitsubishi Electric 6<br />
Semikron 6<br />
A.S.T. 16<br />
Agilent 63<br />
Altera 18<br />
AMA Service 16<br />
Asentics 16<br />
austriamicrosystems 15<br />
AVX 6<br />
Fairchild 6<br />
Fischer Elektronik 61<br />
Franz Binder 48<br />
Fraunhofer IZM 54<br />
Geyer Electronic 53<br />
Glyn 6<br />
Intel 27, 62<br />
MSC 50, 53, 55<br />
MTM Power 45<br />
National Instruments 12, 16, 58<br />
National Semiconductor 12, 22<br />
Omicron Lab 38<br />
Pacific Power Source 46<br />
Petermann-Technik 55<br />
Semisouth 6<br />
Semtech 30<br />
Silicon Laboratories 54<br />
SiTime 50, 53<br />
STMicroelectronics 34, 37, 61<br />
TE Connectivity 16<br />
AWR 12<br />
Interna tional Rectifier 6<br />
Phase Link 55<br />
Texas Instruments 16, 61<br />
Bicker Elektronik 45<br />
Karlsruher Institut für Technologie 6<br />
Phase Metrix 12<br />
Toshiba 6<br />
Breitmeier Messtechnik 16<br />
CompoTEK 53<br />
Cree 6<br />
Duracell 33<br />
EKF Elektronik 56<br />
Emtron 61<br />
Epson Semiconductor 28<br />
LeCroy 14<br />
Liebherr-Elektronik 6<br />
Linear Technology 12, 22<br />
Magnetec 6<br />
Maxim 22<br />
Mean Well 61<br />
Melexis 16<br />
Phoenix Testlab 13<br />
Plessey Semiconductors 12<br />
PMC-Sierra 11<br />
Recom 42<br />
Rohm Semiconductor 6, 61<br />
Rutronik 53<br />
Schroff 48<br />
Universität der Bundeswehr München 6<br />
Vacuumschmelze 6<br />
Vectron International 53, 55<br />
Vishay 14<br />
XP Power 45<br />
ZIM Plant Technology 16<br />
Epson Toyocom 53<br />
Micro electronic 12<br />
Schulz-Electronic 46<br />
Zollner 64<br />
Impressum<br />
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Leitung Herstellung: Horst Althammer<br />
Art Director: Jürgen Claus<br />
Layout und Druckvorstufe:<br />
Carmen Lauter, Andrea de Paly, Claudia Weber<br />
Druck: Vogel GmbH, 97204 Höchberg<br />
ISSN-Nummer: 0174-5522<br />
Jahrgang/Jahr: 42. Jahrgang 2011<br />
Erscheinungsweise: 10 <strong>Ausgabe</strong>n jährlich<br />
Bezugsbedingungen/Bezugspreise 2011 (unverbindliche<br />
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Inland € 167,80; Ausland € 178,00. Einzelheft € 19,00, zzgl.<br />
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© Copyright Hüthig GmbH 2011, Heidelberg.<br />
Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz<br />
sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion, vom Ver leger und<br />
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Mit der Annahme des Manuskripts und seiner Veröffent lichung<br />
in dieser Zeitschrift geht das umfassende, ausschließliche,<br />
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Frankreich, Belgien: SL REGIE, Sophie Lallonder,<br />
12 allée des Crételles, F-37300 Joué-Lès-Tours,<br />
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66 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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Wenn wir ihn erreichen wollten,<br />
würden wir Fernsehzeitschriften herausgeben.<br />
Als Fachverlag richten wir uns an Fach- und Führungskräfte aus den<br />
verschiedensten Industriezweigen - immer kompetent und auf dem<br />
neuesten Stand des Wissens. Ob Print oder Online, das große Informationsangebot<br />
moderner Medien ermöglicht Ihnen eine gleichermaßen<br />
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Fachwissen kompetent vermittelt.<br />
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Name<br />
Dr. Dennis Hong<br />
Beruf<br />
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Robotik<br />
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4 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 07/2011<br />
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