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Juli 2010
BRANCHENORIENTIERTE APPLIKATIONEN FÜR ELEKTRONIK-ENTWICKLER
41. JAHRGANG
19,00 €
unverbindliche
Preisempfehlung
D 19067
Nr. 7
41. JAHRGANG
Was Entwickler
wissen müssen!
www.elektronik-industrie.de
7 - 2010
elektronik industrie
STROMVERSORGUNGEN
Stromversorgungen, Quarze/Oszillatoren,Messtechnik
Energieeffizienz bei
Einbaunetzteilen ˘ 22
Akkutausch im
laufenden Betrieb ˘ 24
QUARZE/OSZILLATOREN
Wahl der richtigen
Lastkapazität ˘ 34
Silizium-Oszillatoren
– leistungsstark und
preiswert ˘ 38
_05F7C_Digikey-Logo_Find_it_here_ei_pdf_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(76.20 x 76.20 mm);14. Jun 2010 16:31:15
MESSTECHNIK
Skalierbare Sensormesssysteme
für tausende von Kanälen ˘ 42
˘
Titel.indd 2
TITELSTORY: Clever mit MehrkanalSensor-Interface-ICs ˘ 16
21.06.2010 10:15:40 Uhr
_05F7S_DIGI-KEY__You_need_it__we_have_it.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 297.00 mm);14. Jun 2010 16:54:39
Juli 2010
< Editorial
_05F7Q_Globtek_Stromversorgung_5_10_ei_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(56.00 x 257.00 mm);14. Jun 2010 16:42:49
Dipl.-Ing. Siegfried W. Best
Chefredakteur
Dynamische Medienentwicklung...
...hat das Automobil erreicht!
50 Mio. Handynutzer
in 11 Jahren
Das Auto ist heute
noch ein Whitespot
Das Auto wird
Teil der Cloud
Die Durchdringungsgeschwindigkeit der verschiedenen Kommunikationstechnologien nimmt in einem beängstigenden Maße zu. Brauchte es für
50 Mio. Rundfunkteilnehmer 38 Jahre oder für dieselbe Zahl Fernsehzuschauer 13 Jahre, waren es für 50 Mio. Handynutzer gerade mal 11 Jahre
und das Internet hat sich für dieselbe Zahl von Nutzern in nur 4 Jahren
ausgebreitet.
Und die Geschwindigkeit nimmt zu: Die Nutzung der sozialen Netzwerke
im Internet 2.0 brachte es auf 100 Mio. Teilnehmer in nur 9 Monaten.
Langsamer wird wohl der Einzug des Internets in das Automobil
vonstatten gehen, zumal die Automobilindustrie davon ausgeht, dass die
Zahl der Zulassungen (mit Ausnahme der Boomstaaten China, Brasilien
und Indien) zurückgehen wird. Untersuchungen haben ergeben, dass gerade junge Käufer wegbrechen werden.
Die jungen Leute, die sich dann noch ein Kfz zulegen, werden aber
Wert auf Internet-Konnektivität legen. Das Auto ist aber heute noch ein
Whitespot, es besteht keine Möglichkeit der sicheren Bedienung: Surfen
und Fahren ist ein Widerspruch. Außerdem gibt es keine kompletten Endto-End-Lösungen und keine flexiblen Service-Plattformen.
Deshalb, so Helmut Matschi, Mitglied des Vorstands und Leiter Division Interior der Continental AG auf unserem Automobil Elektronik Kongress
Mitte Juni in Ludwigsburg, bedarf es als Konsequenz technologischer
Partnerschaften. Und die geht Conti mit der Deutschen Telekom ein, die
mit dem direkten Zugriff auf das eigene Mobilfunknetz die leistungsstarke
Infrastruktur (3G, Edge, LTE) hat, außerdem ein umfangreiches Serviceproviding und ein komfortables Abrechnungssystem.
Was die OEMs neben der Infrastruktur brauchen für eine End-to-EndLösung, hat Matschi auch dokumentiert.
Natürlich die Fahrzeugkomponenten samt automotiver Qualität und
eine bedienfreundliche HMI. Dann Hardware, SIM-Karte und Vertrag für
die Konnektivität und ein Kundenservice über Call Center. Selbstverständlich auch einen App-Store mit der zugehörigen Zertifizierung. Das Automobil wird Teil der Cloud.
Continental hat mit AutoLinQ bereits die Lösung parat. Dahinter
verbirgt sich mit „Simplify your Drive“ ein bewährtes HMI-Konzept sowie
eine Plug-and Play-Lösung für die OEMs, die die verfügbaren OnlineDienste der Deutschen Telekom integriert und problemlos erweiterbar ist.
Außerdem ein flexibler App-Store und eine offene Entwicklungsplattform
auf Goggle Android-Basis, die es ermöglicht, Apps im Automobil zu nutzen.
Im Infotainment der Zukunft werden „Cross Domain“-Lösungen
neue Endkundenfunktionen generieren. Unsere Schwesterzeitschrift
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK wir das Thema weiter verfolgen.
In diesem Sinne
Siegfried W. Best
Chefredakteur elektronik industrie
˘
Schreiben Sie uns Ihre Meinung: [email protected]
elektronik industrie 7 - 2010
Editorial_neu.indd 3
21.06.2010 15:30:03 Uhr
INHALT
7/10
STROMVERSORGUNGEN
BRANCHENORIENTIERTE APPLIKATIONEN FÜR ELEKTRONIK-ENTWICKLER
��. JAHRGANG
��,�� €
D ��
20 Produktberichte
Was Entwickler
wissen müssen!
� - ��
STROMVERSORGUNGEN
Energieeffizienz bei
Einbaunetzteilen Ø ��
Akkutausch im
laufenden Betrieb Ø ��
QUARZE/OSZILLATOREN
Wahl der richtigen
Lastkapazität Ø ��
Silizium-Oszillatoren
– leistungsstark und
preiswert Ø ��
TITELSTORY: Clever mit MehrkanalSensor-Interface-ICs Ø ��
AKTUELL / MÄRKTE – TECHNOLOGIEN
3
Energieeffizienz bei Einbaunetzteilen
24
Akkutausch im laufenden Betrieb
26
Die kommende Smart-Grid Revolution
30
Produktberichte
QUARZE/OSZILLATOREN
MESSTECHNIK
für tausende von Kanälen Ø ��
Ø
22
Editorial: Dynamische Medienentwicklung
34
Wahl der richtigen Lastkapazität
37
Produktberichte
38
Silizium-Oszillatoren –
leistungsstark und preiswert
8 Gewinnspiel: ARM Cortex-M3 32-bit-Mikroprozessor-Starter-Kit
MESSTECHNIK
10Gewinnspiel: 100 LPCXpresso Boards
42
Skalierbare Sensormesssysteme für tausende von Kanälen
12Gewinnspiel: Kassettenrelais Modell KRM6-5412-T
45
Produktberichte
14Gewinnspiel: Drei LongBow Basisboards
EMBEDDED-SYSTEME
48HIGH TECH TOYS – ROBO TX Explorer:
Mit Sensorik die Welt entdecken
46 Kostengünstige Motorregelungs-Applikationen
ANALOG/MIXED-SIGNAL-ICs
SERVICE
16Titelstory: Clevere Lösungen mit Mehrkanal-Sensor-Interface-ICs
50 Firmenverzeichnis
18HV-Operationsverstärker vereinfachen 4 … 20 mA Stromschleifen
50 Impressum
22 ˘ Energieeffizienz bei
Einbaunetzteilen
Externe Netzteile, die typischen schwarzen
Geräte, die heutzutage mit sehr vielen elek
tronischen Geräten geliefert werden, müssen
spezielle Vorschriften zur Energieeffizienz
erfüllen. Die Vorschriften enthalten den
Wirkungsgrad beim Betrieb und die Leistungsaufnahme im Leerlauf. Im Falle von
Einbaunetzteilen, welche in elektrischen
und elektronischen Geräten implementiert
sind, ist die Betrachtung schwieriger.
4
Inhalt.indd 4
38 ˘ S
ilizium-Oszillatoren
– leistungsstark
und preiswert
42 ˘ S
kalierbare Sensormess
systeme für tausende
von Kanälen
Mit den PureSilicon-Oszillatoren von Discera/
SE Spezial Electronic stehen jetzt leistungs
fähige und preiswerte Silizium-Oszillatoren zur
Verfügung, die über eine hohe Einsatzreife verfügen. Die Entwickler taktgesteuerter Geräte
sollten daher nicht länger zögern. Mit den
neuen Bausteinen DSC10XX können sie die
Robustheit ihrer Produkte deutlich erhöhen
und zugleich die Kosten wesentlich reduzieren.
Herkömmliche Sensormesssysteme sind
meist schon vordefiniert und daher nicht
flexibel. Anders die Produktfamilie SC Express
von National Instruments: sie bietet Technologien für Sensormessungen mit einer anpassbaren und vereinfachten Architektur.
Damit sind skalierbare Sensormesssysteme
auf der Standard-PXi-Plattform ohne
Weiteres möglich.
21.06.2010 11:28:10 Uhr
_05FK2_Fischer_StrategieMH_ei_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(72.00 x 297.00 mm);15. Jun 2010 16:44:24
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infoDIRECT
Mehr Informationen zu einem Thema?
Ganz einfach zu www.elektronik-industrie.de
gehen und die infoDIRECT Adresse eingeben.
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ONLINE-ONLY-Artikel
Neben den Fachartikeln in der elektronik industrie bieten wir über unseren
infoDIRECT-Service weitere Fachartikel, Applikationschriften, Whitepapers und
andere tiefgreifende technische Artikel zum Download.
In dieser Ausgabe bieten wir folgende Online-Artikel:
Artikel: SP3 Boost chopper module with ESBT switch and
SiC boost diode for highest efficiency power converters
Eine in den 80er Jahren entwickelte Leistungshalbleitertechnologie wurde kurz nach ihrer
Einführung durch den IGBT verdrängt. Jetzt ist sie wieder am Kommen: Die ESBT-Techno
logie, auf die Serge Bontemps, Alain Calmels von Microsemi und Hans Oppermann auf
6 Seiten in Englisch näher eingehen.
www.elektronik-industrie.de infoDIRECT 409ei0710
Artikel: Solar Bypass Diodes: Then and Now
Auf 12 Seiten in Englisch beschreibt Shawn A. Fahrenbruch, Principal Engineer der Microsemi
Analog Mixed Signal Group ausführlich die Veränderungen bei Solarmodulen und dort auftretende Fehlermechanismen. Auch werden die verschiedenen Betriebsbedingungen an der
Solarzelle näher betrachtet.
Application Note: Microwave Power Amplifier Fundamentals
Wer sich mit Mikrowellenverstärkern befassen muss, für den sind die 24 Seiten in Englisch
von Carlos Fuentes von Giga-tronics eine Pflichtlektüre. Behandelt werden die Spezifika
tionen und deren messtechnische Überprüfbarkeit. Dabei geht es sehr umfassend um Verstärkung, SWR, Returnloss, Stabilität, Rauschzahl, Harmonische, IP, Intermodulation usw.
Application Note: Comparing Signal Purity in Microwave Signal Generators
Die 7 Seiten in Englisch von Leonard Dickstein von Giga-tronics befassen sich mit dem
Vergleich der Signalreinheit von Mikrowellensignalgeneratoren. Betrachtet werden Phasenrauschen, Harmonische, Störsignale usw.
48 ˘ High Tech Toys: ROBO TX
Explorer: Mit Sensorik
die Welt entdecken
Unbekannte Räume erkunden, Abstände
messen, Spuren folgen, Farben erkennen,
Temperaturen messen, berührungslos
Hindernissen ausweichen, Tag und Nacht
erkennen, Alarm auslösen: Die Modelle
und die zahlreichen Sensoren aus dem
Baukasten ROBO TX Explorer wecken
den Forschergeist in fischertechnik Kon
strukteuren. Wir zeigen das Innenleben.
Inhalt.indd 5
5
21.06.2010 11:28:11 Uhr
Aktuell > Märkte – Technologien
Verschlüsselung selbst innerhalb beider CPU-Kerne
Sicherheitscontroller mit „Integrity Guard“
Infineons Sicherheitscontroller der SLE 78-Familie
haben vom Bundesamt
für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) die
Sicherheitszertifizierung
für den Einsatz in elek
tronischen Ausweis
dokumenten und Chip
kar tenanwendungen
erhalten. „Infineon leitet mit der
revolutionären Sicherheitstechnologie „Integrity Guard“ und
der SLE 78-Familie ein neues Zeitalter im Bereich der hardwarebasierten Sicherheit ein. Als Innovationstreiber ermöglichen
wir es zum ersten Mal in der über
25-jährigen Geschichte der Chipkarte, dass Daten im Prozessorkern selbst verschlüsselt verarbeitet werden“, sagte Dr. Helmut
Gassel, President der Division
Chip Card & Security bei Infineon
Technologies. „Integrity Guard
bedeutet den Sprung von konventionellen Sicherheitskonzepten zur neuen Generation digita-
ler Sicherheit. Diese bietet die
vollständige Verschlüsselung des
Datenpfads und dessen kontinuierliche Überwachung sowie
zwei sich gegenseitig überprüfende CPUs.“
Die zertifizierte Produktgruppe
SLE 78CLXxxxP mit kontaktloser
und kontaktbasierter Schnittstelle und Hardware-Beschleunigern
für die fortschrittlichsten kryptografischen Operationen basiert
auf einer neuartigen Sicherheitstechnologie, dem „Integrity Guard“. Mit dem „Integrity Guard“
bietet ein Sicherheitscontroller
eine umfassende Fehlererkennung und eine vollständige Ver-
schlüsselung über den
gesamten Datenpfad. Dies
schließt die beiden CPUEinheiten, die Speicher
(EEPROM, Flash, ROM,
RAM), Caches und Busse
ein. Der Controller enthält
zwei 16-bit-Kerne, die sich
gegenseitig ständig umfassend überwachen und
umgehend feststellen, ob eine
Rechenoperation korrekt ausgeführt oder aber angegriffen wurde. Hat der Sicherheitscontroller
einen Fehler oder den Versuch
eines Angriffs erkannt, wird
Alarm ausgelöst und die Rechenoperation automatisch abgebrochen.
Ein weiterer wichtiger technischer
Fortschritt des „Integrity Guard“
ist das Rechnen mit verschlüsselten Daten im Prozessorkern selbst.
Üblicherweise werden Daten zur
Verarbeitung zunächst entschlüsselt, wodurch sie kurzfristig im
Klartext im Chip vorliegen – ein
lohnendes Ziel für Angreifer.
Derzeit sind 19 Mitglieder der SLE
78-Familie verfügbar. Sie unterscheiden sich in ihren Speichergrößen und enthalten zwischen
244 KByte und 288 KByte an ROM
und zwischen 36 KByte und 144
KByte an EEPROM. Sie bieten Coprozessoren für symmetrische
und asymmetrische Verschlüsselungsoperationen wie 3-DES
(Triple Data Encryption Standard), AES (Advanced Encryption
Standard), RSA (Rivest, Shamir,
Adleman) und ECC (Elliptic Curve
Cryptography). Die Mitglieder
der SLE 78CL-Familie (CL für „contactless“, kontaktlose Schnittstelle) unterstützen die gesamte
Bandbreite der kontaktlosen
Proximity-Schnittstellen wie z. B.
ISO/IEC 14443 Typ B und Typ A
sowie ISO 18092 (NFC passive
mode).
_05FBC
˘ infoDIRECT526ei0710
˘ Link zu Infineon
O
ARM Cortex-M4 Processor Microarchitecure
Freescale bringt 32-bit-Mikrocontroller Kinetis auf den Markt
Den Start des Freescale Technology Forums in Orlando hat Freescale-CEO Rich Beyer ausgewählt, um
die 32-bit-Mikrocontroller-Familie
Kinetis erstmals der Öffentlichkeit
vorzustellen. Erste
Muster sollen in diesem Quartal verfügbar sein, mit der
Massenfertigung ist
im ersten Halbjahr 2011 zu rechnen. Die in 90-nm-Strukturbreiten
hergestellten Mikrocontroller basieren im Kern auf der low-power
ARM Cortex-M4 MCU. Außerdem
enthalten sie 90 nm Thin-Film
Flash-Speicher mit FlexMemory
embedded EEPROM sowie vielfältige mixed-signal Bereiche mit
zum Beispiel 16-bit-AD-Wandler,
12-bit-DA-Wandler, Programmierbare Verstärker, Spannungsre
ferenzen und Hardware-TouchSensing. Weitere technische
Merkmale sind auch On-chip
cache für Befehle und Daten,
Cross-Bar Switch für multi-master/slave Zugriff, On-chip DMA zur
CPU-Entlastung und eine verlustleistungsarme Wake-up Unit.
Insgesamt werden in den K10 bis
K70 genannten Familien über 200
verschiedene Kinetis-MCUs auf
den Markt gebracht werden.
Au
˘ Link zu Freescale Semiconductor
Ze
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mo
Pa
6
aktuell.indd 6
21.06.2010 10:25:16 Uhr
ge
100125
Märkte – TEchnologien
< Aktuell
Bauelemente-Distributionsmarkt in Deutschland im 1. Quartal 2010
Rekordumschwung in Höchstgeschwindigkeit
Genauso schnell wie der deutsche Bauelemente-Distributionsmarkt letztes Jahr eingebrochen ist, konnte er sich in 2010
wieder erholen. Dem Gesamtjahresminus von 23 % folgte in
den ersten drei Monaten 2010
ein Umsatzwachstum von 30 %
auf 636 Million Euro, was ein
Zwei-Jahres-Hoch darstellt. Der
Auftragseingang explodierte um
66 % auf 739 Mio. Euro, einem
Rekord seit der Gründung des
FBDi im Jahr 2003. Die Book-toBill-Rate hat sich mit 1,16 etwas
relativiert im Vergleich zum Vorquartal, das liegt aber an der
deutlich höheren Umsatzbasis.
Die Umsatzverteilung änderte
sich unwesentlich: Halbleiter
stellen mit 70 % den Löwenanteil
des Marktes. Passive Komponen-
ten kamen auf einen Anteil von
15,4 %, die Elektromechanik auf
10,4 %, Stromversorgungen auf
2,4 % und Displays auf 1,8 %. Das
stärkste Wachstum verzeichneten Flat-Panel-Displays (+ 40 %),
allerdings auf verhältnismäßig
niedrigem Umsatzniveau, gefolgt von den Passiven (+ 35 %)
und den Halbleitern (+ 32 %). Die
Elektromechanik wuchs um
29 %, die Stromversorgungen
(inklusive Batterien und Akkus)
um 14 %.
Die Erwartungen für das Gesamtjahr 2010 sind dementsprechend hoch. Das 2. Quartal wie
auch das Sommerquartal entwickeln sich ebenso rekordverdächtig, so dass ein Wachstum
von 25 oder gar 30 % für 2010
nicht mehr unrealistisch erscheint. Allerdings kommt dieser
Aufschwung auch mit den entsprechenden Nebenwirkungen,
die da heißen Knappheit und
Preiserhöhungen – allerdings
beide nicht getrieben von der
Distribution, sondern von den
Herstellern.
˘ infoDIRECT 527ei0710
˘ Link zu FBDi
_05FBC_MesseMuenchen_Dach mit MH_ei.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 146.00 mm);15. Jun 2010 11:15:21
24. Weltleitmesse
Neue Messe München
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21.06.2010
10:25:16
Uhr
14.06.10
12:15
elektronik industrie-Leser gewinnen immer
Gewinnen Sie ein ARM Cortex-M3 32-bit-Mikroprozessor-Starter-Kit für die Bereiche
Industrie und Haushaltsgeräte gespendet von Toshiba im Wert von 250 Euro!
Toshiba Electronics Europe (TEE) bietet Lesern
der elektronik industrie die Möglichkeit zum
Gewinn eines Starter-Kits für den weltweit
ersten Mikrocontroller ARM Cortex-M3, der
eine Betriebsspannung von 5 V aufweist. Der
TMPM380FY MCU, der sich durch hohe Leistung sowie geringe Verlustleistung auszeichnet, vereint umfassende Möglichkeiten zur
seriellen Datenanbindung mit einer Reihe
integrierter Leistungsmerkmale und Peripherie, welche die besonderen Anforderungen
von Designs im Bereich Industrie und Haushaltsgeräte erfüllen.
Der TMPM380FY verringert die Anzahl von
Bauelementen und vereinfacht die Entwicklung von Embedded-Designs für die Industrie
und für Weiße Ware. Zu den integrierten Leistungsmerkmalen zählt die Möglichkeit der
Ansteuerung von Motoren und IGBTs, eine
hochgenaue Analog-Digital-Wandlung sowie
ein Oscillation Frequency Detector (OFD), der
eine Hardwareüberwachung des CPU-Takts
erleichtert, um eine Übereinstimmung mit
dem Haushaltsgeräte-Sicherheitsstandard
IEC60730 (Class B) zu gewährleisten.
Das Starter-Kit, das von IAR Systems hergestellt wird, umfasst eine Dreisegment-LEDAnzeige, einen SD-Kartenleser, eine Lautsprecherbuchse sowie Analogschaltungen für die
Sprachausgabe. Darüber hinaus enthält das
Einsendeschluss
31.08.2010
Kit ein IAR
Board Support Package
und ein IAR J-Link
sowie einen ARM JTAG
Hardware-Debug-Tastkopf, der über USB mit
einem Host-PC verbunden ist, auf dem Microsoft Windows läuft. Es wird über einen
USB-Steckverbinder mit einer Spannung von
5 V versorgt und ist mit einem USB-zu-UARTWandler ausgerüstet.
Um das Starterkit zu gewinnen, schreiben Sie
bis zum 31.8.2010 eine E-Mail an mac-ic@
toshiba-components.com mit Betreff „M3
Starterkit“.
Viel Glück wünscht die Redaktion!
Die Gewinner der Gewinnspiele werden jeweils in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.
˘ Toshiba
infoDIRECT404ei0710
www.all-electronics.de
Der Internetauftritt der Elektroniktitel des Hüthig-Verlags
Ergänzend zur gedruckten elektronik industrie finden Sie alle
Informationen auch auf unserem
Online-Portal All Electronics unter www.all-electronics.de. Und
mehr:
Neben der elektronik industrie sind
hier auch alle Fachbeiträge und
Produktmeldungen der Schwesterzeitschriften Elektronik Journal,
Automobil-Elektronik, productronic und IEE vereint. Damit wird die
Recherche im umfangreichenden
Archiv sehr simpel. Sie können
aber auch direkt die Inhalte Ihres
Hefts selektieren: www.elektronikindustrie.de führt Sie zum heftspezifischen Bereich das Portals All
Electronics.
Neben der Volltextrecherche
können Sie die infoDIREKT-Codes
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direkt in das Suchfeld eintippen.
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Im einfachsten Fall verlinken wir
ihre Anfrage auf die Website des
Herstellers. Meistens sind weiterführende Informationen hinterlegt. Z. B. Datenblätter, Applikationsschriften, Whitepapers,
weitere Fachartikel usw. und das
ohne Begrenzung des Umfangs,
viele Artikel werden nur Online
angeboten. Sie finden dann im
Heft einen Hinweis darauf und
können den Artikel dann herunterladen, einige Artikel werden
im Heft in einer verkürzten Form
abgedruckt, über infoDIRECT bekommen Sie dann die Langfassung. Das gibt uns auch die Möglichkeit, Themen abzuhandeln,
die nur wenige Leser ansprechen.
Bei den Gewinnspielen, die elektronik industrie als einzige deutsche Fachzeitschrift regelmäßig
bietet, kann sich der Leser über
infoDIRECT registrieren.
Außerdem bietet All Electronics
tagesaktuelle News, Specials zu
wichtigen Messen, ein Terminverzeichnis sowie unseren Stellenmarkt.
21.06.2010 15:32:46 Uhr
Überzeugen durch Leistung
Alle Photovoltaik-Produktlinien
Future Electronics vertreibt
Shoals Technologies weltweit
Future Energy Solutions (FES) ist
seit 2009 ein neuer Geschäftsbereich von Future Electronics. Er
unterstützt mit Fach- und Designkompetenz, Logistiklösungen
und einer hervorragenden Supply
Chain – gebündelt mit der finanziellen Stärke eines Privatunternehmens – seine Kunden beim
Einsatz energiesparender Lösungen, dem Wechsel hin zu erneuerbaren Energien und dadurch bei
der Einsparung vom CO2-Emissionen.
FES und die Shoals Technologies
Group haben jetzt eine Vereinbarung über die weltweite Distribution der Shoals-Produktpalette
geschlossen. Im Rahmen dieser
Partnerschaft vertreibt Future
Electronics alle Photovoltaik-Produktlinien des Herstellers von
Steckverbindungen, Sicherungskästen, Kabelsträngen und Leitungssätzen. „Die Partnerschaft
von Future Energy Solutions mit
Shoals ermöglicht Kunden aus der
Solarindustrie den einfachen Zugriff auf die hochwertigen und
dennoch preiswerten Spitzenpro-
dukte zur schnellen Umsetzung
von Photovoltaikinstallationen.
Durch unsere globale Präsenz
kann Shoals seine Kundenbasis in
neue Gebiete ausdehnen“, so
Danny Miller, Vice President
Future Energy Solutions.
„Shoals wird durch die globale
Vertriebsvereinbarung mit Future
eine größere Durchdringung des
Solarmarktes mit dem umfangreichen Produktportfolio erzielen.
Der Logistikansatz und die Supply
Chain Management-Lösungen
von Future Electronics passen
perfekt zu unserer innovativen
Produktpalette für die Systemkonfiguration. Unsere Kunden
erwarten von uns Qualität und
termingerechte Lösungen. Future
wird uns dabei unterstützen, die
gewohnten Kundenanforde
rungen weltweit zu erfüllen“, so
Dean Solon, Chief Executive Officer Shoals Technologies Group.
˘ Link zu Future Electronics
Und wieder einer weniger
Synopsys übernimmt Virage Logic
Mit dem Kauf wertet Synopsys sein
Angebot an Embedded Memories
mit Test and Repair, Standard Cell
Bibliotheken und Programmable
Cores für Steuerungs- und Multimedia Subsystemen auf. Der derzeitige EDA-Marktführer Synopsys
Inc. wird wohl den Konkurrenten
Virage Logic Corp.kaufen. Der Aufsichtsrat von Virage Logic hat der
Übernahme bereits zugestimmt.
Die Virage Logic-Aktionäre sollen
12,00 Dollar je Aktie in bar erhalten,
was einem Gesamtvolumen von
rund 315 Mio. Dollar entspricht. Die
Übernahme steht noch unter dem
Vorbehalt der Zustimmung der
Aktionäre sowie die zuständigen
Kartellbehörden. Virage Logic President und CEO Alex Shubat wird
bei Synopsys weiterarbeiten. Virage
soll nach dem erfolgreichen Abschluss des Geschäftes in Synopsys
integriert und der Aktienhandel
eingestellt werden.
é
Know-how. Eingebaut.
Rutronik und Epson
Innovative Lösungen für optimales Energiemanagement
∙ Microcontroller und 32 KHz Kristalle für
optimierte Verbrauchskontrolle
∙ Multi-funktionale Real-Time-Clock Module
für Solarinverter
∙ Miniaturisierte MHz Kristalle für Funkauslesungen
von Epson Toyocom
˘ Link zu Synopsys
Consult | Components | Logistics | Support
aktuell.indd 9
Tel: +49 (0) 7231 801 579
www.rutronik.com
21.06.2010 10:25:26 Uhr
Gewinnen Sie ein Kassettenrelais Modell KRM6-5412-T
der Firma MTS Systemtechnik GmbH im Wert von 896 Euro!
Jeder kennt das: Wenn Baugruppen
oder Geräte mit unterschiedlichen Messgeräten getestet werden, entsteht
ein enormer Verkabelungsaufwand. Mit
dem Kassettenrelais
Modell KRM6-5412-T
der Firma MTS Sys
temtechnik GmbH
wird das aufwändige
Verkabeln durch Schalten verschiedener Signale erleichtert und die Leser der elektronik
industrie haben die Chance eines zu gewinnen.
Das KRM-Modul besteht aus einem SP6T
(6 Weg) Relais, das über eine RS-232 Schnittstelle angesteuert wird. Somit können bis zu
6 verschiedene Messgeräte oder auch Antennen mit einem Prüfling verbunden werden.
Eine LED an der Frontseite des Gehäuses zeigt
den Betriebszustand
an. Die Stromversorgung erfolgt über ein
externes 28 V Steckernetzteil.
Das eingebaute
50-Ω-Relais mit SMA
Buchsen hat einen Frequenzbereich von DC18 GHz und eine Isolation von
60 dB min. (18 GHz). Hervorzuheben sind die niedrige Einfügedämpfung und das gute VSWR. Die max.
Durchgangsleistung (cold switching) beträgt
75 Wcw (18 GHz). Das Relais erlaubt mindestens
106 Schaltspiele und hat eine Schaltzeit von
15 ms max.
Das SP6T Relais mit Steuerkarte ist in einem
kompakten Aluminiumgehäuse (B = 150 mm,
H = 69,7 mm, T = 170 mm) untergebracht.
Eine Bedienungsanleitung wird mitgeliefert.
Einsendeschluss
31.08.2010
Einfügedämpfung:
0,20 dB max.
(DC-4,0 GHz)
0,30 dB max. (4,012,4 GHz)
0,50 dB max. (12,4-18 GHz)
VSWR:
1,25 max. (DC-4,0 GHz)
1,40 max. (4,0-12,4 GHz)
1,50 max. (12,4-18 GHz).
Um das Kassettenrelais zu gewinnen, einfach
bis zum 31.8.2010 eine E-Mail mit Angabe von
Name und Firma mit Betreff KRM-Modul an
[email protected].
Viel Glück wünscht die Redaktion.
˘ MTS Systemtechnik GmbH
infoDIRECT403ei0710
SolarMagic-Chipsatz
Macht Solar-Panels „intelligenter“
Erstmals hat National Semiconductor den Schleier um das
„Magic“-Element von SolarMagic gelüftet. Der ursprüngliche,
im Mai 2009 auf den Markt gebrachte und preisgekrönte SolarMagic Power Optimizer konnte als eigenständiges System an
bestehende PV-Anlagen oder
Neuinstallationen angeschlossen werden. Nun lassen sich die
Vorteile des SolarMagic Power
Optimizers als Chipsatz direkt in
die Anschlussdose integrieren,
mit der jedes PV-Panel ohnehin
ausgestattet ist. Als komplette
Platine konfektioniert, oder auch
als reiner Chipsatz umfasst der
SM3320 zehn proprietäre Analog- und Mixed-Signal-ICs, die
10
aktuell.indd 10
die hochzuverlässige digitale
Regelung im Verbund mit analogen Mess- und Kommunikations-Funktionen übernehmen.
Proprietäre Algorithmen für das
lokale Maximum-Power-PointTracking (MPPT) ergeben eine
maximale Energieausbeute, indem sie die Spannung und den
Strom am Eingang in jene Spannungs-/Strom-Kombination umwandeln, die einen größtmöglichen Energiefluss ergibt. Dabei
arbeitet der Chipsatz kognitiv:
das System erfasst die Eingangsspannungen und Ströme im gesamten Array und optimiert die
Werte der einzelnen Strings. Bestandteil des SolarMagic-Chipsatzes ist ein hochintegrierter
Tri-Mode-Leistungswandler mit
350 W Leistung und 99,5 % Wirkungsgrad. Zum Erzielen eines
optimalen Energieertrags kann
der Chipsatz die Spannung eines
Panels entweder anheben, unverändert lassen oder reduzieren. Zu den Optionen gehören
das Abschalten des Panels für
den Brandschutz sowie eine
ganze Reihe weiterer Sicherheitsmechanismen. Der Chipsatz, dessen Massenproduktion
bereits begonnen hat, wird
mit UL- und CE-Component-Level-Zertifikat
auf den Markt gebracht. Das Platinensystem wiegt ca.
180 g und passt mit
seinen Abmessungen von
12,7 cm x 8,9 cm x 1,2 cm in die
Anschlussdose eines Panels. Es
wird gegenwärtig von Partnerunternehmen im Anschlussdosen- und Modulbereich integriert, die ihre Produkte im
weiteren Verlauf des Jahres auf
den Markt bringen werden.
˘ Link zu National Semiconductor
21.06.2010 10:25:28 Uhr
Märkte – TEchnologien
Digi-Key im Q1-2010
Book-to-Bill-Ratio bei 1,29
Verkäufe haben sich in Europa
mehr als verdoppelt
Leiterplattenmarkt
boomt im März 2010
Der Bauelemente-Distributor
Digi-Key Corporation hat bekannt
gegeben, dass sich seine Umsätze in Europa im 1. Quartal 2010
um mehr als 115 % gegenüber
dem Vergleichsquartal 2009 erhöht haben. Auf weltweiter Basis
stiegen die Verkäufe um 63 %.
Digi-Key beliefert seine weltweite Kundenbasis direkt aus dem
Lager in Thief River Falls, Minnesota, und hat dort auch die Lagerkapazitäten entsprechend
den europäischen Bedürfnissen
entsprechend erweitert.
˘ Link zu Digi-Key
Silizium-Tuner
Für analoges und digitale TV
NXP gibt heute die Verfügbarkeit
des neuen Silicon Tuner TDA18272
bekannt. Der hoch integrierte
DVB-T2-fähige Tuner unterstützt
alle analogen und digitalen TVStandards weltweit und ermöglicht den Fernseherherstellern,
TV-Geräte der nächsten Generation zu bauen. Mit dem TDA18272
bietet NXP nun die vierte Gene-
< Aktuell
ration seiner Silicon Tuner-Produktfamilie. Wesentliche Daten
sind: Ub = 3,3 V, 40-pin ROHs konformes HVQFN (6 x 6 mm), externe LNA and SAW Filter werden
nicht benötigt, Master/Slave Versionen für Multituner Applicationen, integrierte HF Trackingfilters und LO, AGC, I2C-Bus sowie
ZF von 3 bis 5 MHz. Unterstützte
Standards sind: Analog PAL, SECAM, NTSC und digital DVB-T/C,
DVB-T2, ATSC, ISDB-T, DMB-T.
˘ Link zu NXP
Der März-Umsatz der Leiterplattenhersteller in Deutschland lag
um 16,7 % über dem im Februar
2010, berichtet der ZVEI-Fachverband PCB and Electronic Systems.
Gegenüber dem Vorjahresmonat
lag er 43,5 % höher. Das Umsatzwachstum zeigt sich auch auf
Quartalsbasis: Im ersten Quartal
2010 wurde 29 % mehr Umsatz
erzielt als im gleichen Vorjahrzeitraum. Es knüpft damit an das
Volumen im Jahr 2008 an. Auch
die schon guten Auftragseingänge im Februar wurden im März
nochmals um 19 % übertroffen.
Das erste Quartal schloss mit
einem Plus von 113 % gegenüber
dem Vorjahr ab.
Die Unternehmen sind sehr
gut ausgelastet. Als Folge der
Kapazitäts- und Personalanpassungen des Vorjahres sind die
Lieferzeiten bereits stark angestiegen. Ab dem dritten Quartal
2010 – zur Hauptproduktionszeit von Leiterplatten –, droht
zusätzlich eine Materialknappheit insbesondere bei Laminaten.
Das Book-to-Bill-Ratio als Trendindikator liegt seit neun Monaten über eins und hält sich seit
Jahresbeginn auf etwa gleicher
Höhe von 1,29. Dies lässt weiteres Umsatzwachstum erwarten.
˘ Link zu ZVEI
MWX100 - Das Ultraschallschweißsystem
für vielfältigen Einsatz
Das neue Ultraschall Schweißsystem MWX100 ist robust und kann für
diverse Anwendungen zur Schweißung von Buntmetallen bei 30, 40 und
60 kHz ausgerüstet werden.
Es eignet sich ideal für die Präzisionsschweißung von Buntmetallen
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Kondensatoren und anderer kritischer Komponenten und bietet maximale
Zuverlässigkeit bei minimalen Stückkosten.
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aktuell.indd 11
18.06.2010 12:37:59
21.06.2010 15:15:04 Uhr
_05G4
Gewinnen Sie eines von drei LongBow Basisbords inklusive einem
Micro-Blox-Modul von Future Electronics im Wert von insgesamt 750 Euro!
Den einfachen Vergleich
von 32-bit-Mikrocontrollern ermöglicht
die Proof-of-ConceptEntwicklungsplattform LongBow von
Future Electronics.
Auf einer einzigen Platine können Designer 32-bit
MCUs verschiedenster Hersteller vergleichen und evaluieren. Mit
LongBow steht eine Plattform zur beschleunigten Prototypenentwicklung zur Verfügung,
die eine realistische Umgebung für das Design
verschiedenster Endprodukte bietet.
Zum Vergleich der MCUs lassen sich in das
LongBow Basisbord austauschbare Module,
die Micro-Blox Daughterboards einsetzen.
Diese Entwicklungsplatinen stehen beispielsweise auf Basis von Cortex M3 bzw. ARM7 von
NXP oder Coldfire V2 und V3 von Freescale,
sowie Cortex M0 und FPGA von Actel und
Microchip PIC32 zur Verfügung und haben das
jeweilig benötigte Debugging-Interface integriert. Weitere Informationen zu LongBow
und den verfügbaren
Micro-Blox-Modulen sind unter
www.my-boardclub.com/LongBow abrufbar.
Die LongBow-Plattform
enthält eine breite Auswahl an I/O-Optionen,
Schnittstellen und Peripheriefunktionen. Folgende
Features sind, abhängig vom eingesetzten Micro-Blox enthalten:
˘ 160 Pin Micro-Blox Schnittstelle mit Unterstützung von 3 x UART, USB 2.0 Host, USB
OTG, SPI, I2C, 8 x ADC, 6 x PWM, 8 x Timer/
Capture, RTC Alarm, I2S, DAC, 6 x GPIO, MIISchnittstelle, SD/MMC-Kartenschnittstelle,
LCD-Interface
˘ RS 232, IrDA, RS-485 & CAN2.0B
˘ Stromverbrauchsmessung der CPU
˘ USB2.0 Host und OTG Anschluss
˘ Buzzer, Taster, Status und Power LEDs
˘ Vorinstalliert mit µCLinux, MQX oder Demonstrationssoftware
Einsendeschluss
31.08.2010
˘ 1 0 / 1 0 0
Ethernet
Anschluss
mit IEEE1588
Zeitstempel
˘ Direkte Schnittstelle zu TFT LCDs mit
Touch-Screen Anbindung
˘ Schnittstellen zu Bluetooth™, ZigBee™
und WiLAN Modulen
˘ SD-Card Interface
˘ Vollständige Designunterlagen der
Boards
Um eines der drei LongBow Basisbords mit
einem Micro-Blox Modul Ihrer Wahl zu gewinnen, schreiben Sie bis zum 31.8.2010 eine EMail an Info-DE-Future@FutureElectronics.
com mit Betreff „LongBow“. Vergessen Sie
nicht, Ihre vollständige Firmenanschrift und
das gewünschte Micro-Blox Board anzugeben.
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Die Leser der elektronik indus
trie hatten die Möglichkeit ein
Cyclone III LS-Entwicklungskit
von Altera im Wert von
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Der glückliche Gewinner ist:
Johann Andreas Streitwieser
DR. Johannes
Heidenhain GmbH
83292 Traunreut
Herzlichen Glückwunsch!
Überreicht hat den Gewinn
Jörg Matschke (rechts), Sales
Manager, Industrial Accounts
bei der Altera GmbH.
12
aktuell.indd 12
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Abgekündigt
Ersetzen Sie
abgekündigte
Signalgeneratoren
mit m
inimalen Änderungen ihrer Testprogramme
Die 2500B und 2400C Series
Mikrowave Signalgeneratoren
von Gigatronics, die dieses Jahr
30 Jahre bestehen, bieten die
Emulation folgender abgekündigter Signalgeneratoren verschiedener Hersteller:
• HP 8370 Series • HP 8340 Series (kompatibel mit dem 8757D
Scalar Network Analyzer) • HP
8350 Series • HP 8360 Series •
HP 8663 Series • HP 8673C/D
Series • GT 900 Series • GT
12000 Series • GT 9000 Series
• Wavetek 900 Series • GT 6000
Series • GT 7000 Series • Systron Donner 1720
˘ Link zu weiteren
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und stellt damit eine
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wendet sich gleichermaßen an Anfänger wie an fortgeschrittene
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Einsendeschluss
31.08.2010
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Verfügung,
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Produktentwicklung an-
zukurbeln
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Markteinführungszeit zu verkürzen.
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jeweils in einer der nächsten Ausgaben veröffentlicht. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.
˘ NXP
infoDIRECT402ei0710
Intelligentes Laden
Von der Rolle
Im neuen Smart-EV
Flexible OLEDs und …
CarMedialab entwickelte als Integrationspartner der Daimler AG
für intelligente Lademanagement
im neuen smart fortwo electric
drive. Erstmalig eingesetzt wird
die dafür speziell entwickelte
Funktionalität beim smart fortwo
electric drive bei eMobility in Berlin, einem Gemeinschaftsprojekt
von Daimler und RWE. Strom laden funktioniert damit noch komfortabler als heute Kraftstoff tanken. Voraussetzungen sind die
einfache technische Handhabung
(„Plug & Charge“) und der auto-
matische Informationsaustausch
zwischen Fahrzeug und Ladestation während des Ladevorgangs.
Wenn mittels Ladekabel der Kontakt zwischen Fahrzeug und Ladestation hergestellt ist, ermöglicht
die Elektronik an Bord des smart
fortwo electric drive und des Ladepunkts, alle relevanten Informationen – wie etwa die Identifikationsdaten des Stromvertrags – mit
dem Stromnetz auszutauschen.
Der Ladevorgang wird nur durch
die Erkennung der persönlichen ID
automatisch freigegeben. So lässt
sich beispielsweise die Abrechnung stets komfortabel, einfach
und vor allem sicher gestalten.
Gleichzeitig ist der Datenschutz
gewährleistet.
˘ Link zu CarMediaLab
_EI_06_45423.indd 1
aktuell.indd 14
09.01.2007 17:52:00 U
14
Den Wissenschaftlern zweier
Dresdener Fraunhofer-Institute ist
es gelungen flexible, großflächige,
organische Leuchtdioden mit den
für eine lange Lebensdauer notwendigen Barriereschichten herzustellen. Das Fraunhofer-Institut
für Photonische Mikrosysteme
IPMS und das Fraunhofer-Institut
für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP haben zusammen in
dem vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung (BMBF)
geförderten Projekt ROLLEX (Rollezu-Rolle-Fertigung hocheffi zienter
Leuchtdioden auf flexiblen Substraten) erstmals eine flexible OLED
mit einer Dünnschichtverkapselung in einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage hergestellt. In
ihrer Pilotanlage konnten die Forschergruppen erstmals OLEDMaterialien auf eine preisgünstige
Aluminiumfolie aufbringen und
mit dem vom Fraunhofer FEP patentierten Schichtsystem verkapseln, ohne die Leuchtfähigkeit der
Folie zu beeinträchtigen. Die von
den zwei Fraunhofer-Instituten
entwickelte Technologie stellt einen Meilenstein für den weiteren
Weg zur industriellen Herstellung
von flexiblen OLEDs dar. Neben
OLEDs können auch weitere Bauteile, wie z. B. organische Solarzellen oder Speichersysteme, mittelfristig realisiert werden.
˘ Link zu IPMS
21.06.2010 10:25:37 Uhr
_05G4M_NatSemi_EI_7-10.ps;S: 1;Format:(102.00 x 297.00 mm);18. Jun 2010 13:55:22
FERCHAU Engineering
Hohe Präzision.
Niedrige Fehlerrate.
Einer der bundesweit größten
Engineering-Dienstleister
˘ Link zu Ferchau Engineering
Das umfangreiche Portfolio analoger Produkte von
National überzeugt mit stabiler System-Performance, mehr
Effizienz bei geringerem Stromverbrauch, verbessertem Durchsatz und präziseren Steuerungsfunktionen für Produktionseinrichtungen und Maschinen im Fabrikeinsatz.
HVDC Bus
Energy Management Unit
DC-DC
Converter
3.3V
1.8V
Tachometer
Feedback
FPGA
Clock
MAC
Inverter
3-Phase
Motor
REF
Encoder
ADC
ADC
ADC
XFMR
IEEE
1588
PHY
AMP
ADC
ADC
ADC
REF
Blockschaltbild einer Servomotor-Steuerung
und PowerWise sind eingetragene Warenzeichen. Alle Rechte vorbehalten.
Die FERCHAU Engineering GmbH
wurde 1966 von Heinz Ferchau
gegründet, damals noch unter
dem Namen FERCHAU Kon
struktion. Aus dem Ein-MannUnternehmen ist heute der
bundesweit größte EngineeringDienstleister mit mehr als 3 600
Mitarbeitern und einem Umsatz
von 260 Mio. Euro in 2009 ge
worden. 1972 folgte die Grün
dung der ersten Niederlassung
in Stuttgart. Inzwischen hat die
Firma über 50 Niederlassungen
und Standorte sowie 60 Techni
sche Büros in der gesamten Bun
desrepublik. Nach einem leichten
Rückgang Anfang der neunziger
Jahre, bedingt durch die Wieder
vereinigung, erlebt das Unter
nehmen seit 1996 einen steilen
Aufstieg.
„Betrachtet man die zukünftige
Entwicklung von Arbeitswelt und
Personalbedarf, so stellt man
auch bei den Ingenieurleistun
gen fest, dass hier kein starres
Schema funktioniert“, analysiert
Frank Ferchau, geschäftsführen
der Gesellschafter und Sohn des
Firmengründers. Den Kunden
stehen mehr als 3 600 hoch qua
lifizierte Mitarbeiter zur Verfü
gung. Ingenieure, Techniker und
Technische Zeichner lösen alle
Probleme der Projektarbeit. Pla
Energieeffiziente Lösungen für die
Fabrikautomatisierung
© National Semiconductor Corporation, 2010. National Semiconductor,
Frank Ferchau, geschäftsführender
Gesellschafter der FERCHAU Engineering GmbH
nung, Projektierung, Entwick
lung, Konstruktion, Dokumenta
tion und Programmierung – für
jede dieser Aufgaben stellt Fer
chau individuelle Projektgruppen
zusammen.
Für den Kunden heißt das: Flexi
bilität bei der Projektplanung,
Projektsicherheit, Lösungskom
petenz und technische Gesamt
kompetenz. Die bundesweite
Präsenz stellt die ortsnahe Be
treuung einzelner Standorte des
Kunden sicher. Bedarfsgerechte
Bereitstellung von CAE-Equip
ment auf über 30 gängigen
Systemen bedeutet optimale
Schnittstellenlösungen.
Ferchau ist u. a. in den Bereichen
Elektro- und Informationstechnik,
Fahrzeugtechnik, Luft- und Raum
fahrttechnik, Maschinenbau und
Schienenfahrzeugtechnik tätig.
Der Mittelstand stellt den Löwen
anteil der Kunden. Genauso zählt
aber auch das „Who is Who“ der
deutschen Wirtschaft zum festen
Kundenstamm des Unterneh
mens: von ABB und Alstom über
BMW, Carl Zeiss, EADS, Philips bis
hin zu Siemens.
In Bremen, Hamburg, München,
Toulouse, Bristol, Laupheim und
Donauwörth bündelt der Ge
schäftsbereich Aviation das
Know-how in der Luft- und
Raumfahrtbranche. Zudem hatte
Ferchau zum 1. September 2006
mit dem Erwerb der ORCA Engi
neering GmbH in Bremerhaven
den Geschäftsbereich Marine
mit Konzentration auf Schiffbauund Offshore-Technik gegründet.
Weitere Standorte sind Ham
burg, Kiel und Bremen.
Hohe Effizienz – Präzisions-Verstärker und Datenwandler wie
die Produktfamilien LMP770x und ADC161xxx ermöglichen
eine bessere Prozesssteuerung und damit höhere Qualität bei
grösserer Geschwindigkeit.
Weniger EMI – Die SIMPLE SWITCHER® Power Module erzeugen
keine Störungen in empfindlichen analogen Signalpfaden.
Präzise Automatisierung – Die Channel-Link II- und III-SerDesFamilien unterstützen längere Kabelstrecken in Bilderfassungssystemen.
national.com/factory
aktuell.indd 15
21.06.2010 15:29:17 Uhr
Analog/Mixed-Signal-ICs > Titelstory
Differenzielle Messgrößen, redundante Systeme
und mehrdimensionale Sensor-Applikationen
Clevere Lösungen
mit MehrkanalSensor-Interface-ICs
Eine Spezialfamilie von ZMDI-Standardschaltkreisen ermöglicht
es, mit einem IC Signale von bis zu drei externen Sensorelementen
reglerfrei mit 16 bit zu digitalisieren.
Der allgemein steigende Informationsbedarf und stetig wachsende Leistungsanforderungen führen sowohl im ConsumerBereich als auch im Industriesektor zu
erhöhten Ansprüchen an die Genauigkeit
oder die Messbereichsweite bei der Ermittlung von Umgebungseigenschaften,
wie z. B. Druck, Temperatur, Gewicht, Kraft
usw. Gleichzeitig besteht stets die Forderung nach Modulgrößen- und Kostenminimierung.
Darüber hinaus sind in vielen Anwendungsgebieten der Mess- und Sensortechnik zunehmend komplexe oder mehrdimensionale Messaufgaben zu erfüllen.
Typische Applikationen, die mehrere De-
˘ AUTOR
r. Marko Mailand ist
D
Projekt Manager für
Mixed-Signal-IC-Entwicklung im Bereich Medical,
Consumer und Industrial
bei ZMDI in Dresden.
tektoren bzw. Sensoren benötigen, sind
beispielsweise:
˘D
urchfluss-Kontrolle (differenzieller
Druck),
˘3
D-Kompass,
˘ t emperaturabhängige Tension und Dehnung,
˘m
ehrachsige Vibration oder auch
˘ r edundante Systeme (z. B. mit hohem
Sensor-Element-Stress bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit) u. v. m.
Insbesondere für weitestgehend lineare
Sensorsignale oder kostenoptimierte Lösungen bieten mehrkanalige Sensor-Signal-Interface-Schalkreise (kurz: SSI) eine
wertvolle Alternative zu komplexeren Topologien (mit separaten: Multiplexern,
Verstärkern, ADC(s), Reglern, Mikrokon
trolle usw.).
Sensor-Signal-Interface-ICs (SSIs)
Als etablierter und langjährig erfahrener
Hersteller von applikations-spezifischen
Spezial-Schaltkreisen (ASICs) und Stan-
Bild 2: Applikationsschaltung mit MUSic-SSI, drei resistiven Brückensensoren,
zwei zusätzlichen temperaturempfindlichen Widerständen, Mikrocontroller,
Spannungsversorgung und Ausgabe-.bzw. Auswertungseinheit.
16
503.indd 16
Bild 1: Das TSSOP20 ist eine Package-Variante
für MUSic ICs.
(alle Bilder ZMDI)
dard-ICs (ASSP) unterstützt ZMDI mit seiner Standard-Produktfamilie MUSic die
Entwicklung und Realisierung genau
derartiger Multi-Sensor-Applikationen
(Bild 2). Unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen wurde hier eine
IP-Basis entwickelt, mit der unter anderem
Sensor-Interface-ICs mit einem Durchschnittsverbrauch von 25 µW, einer programmierbaren Auflösung von 10 bit bis
16 bit, Eingangsempfindlichkeiten von
130 nV/V bis 2 µV/V (Supply-bezogen) und
entsprechenden Messbereichen von
7,5 mV/V bis 120 mV/V realisiert werden
können. MUSic-SSIs sind nutzbar für beliebige Widerstands-Sensorbrücken Si (z. B.
piezoelektrische Kraftsensoren, Dehnmessstreifen, Drucksensoren u. a.) und
ermöglichen mit zusätzlich integrierten
Temperatursensoren Ti und einer intelligenten Multiplexertopologie die Realisie-
Bild 3: Eingangsmultiplexer der Sensor-Signal-Interface-Schaltkreise von
ZMDI.
18.06.2010 14:19:33 Uhr
Titelstory
rung bis zu fünf-dimensionaler Appli
kationen A(S1,S2,S3,T1,T2) mit nur einem
SSI-Bauelement. Die unterstützten Betriebsspannungen reichen von 2,2 V bis
5,5 V.
Der erste diesbezüglich erhältliche, dreikanalige Interface-ASSP ist der ZMD21013.
Zwei weitere SSIs werden bis Ende 2010
verfügbar sein (Referenz: IC-014 und IC015). Eine kurze Übersicht der spezifischen
Eigenschaften kann Tabelle 1 entnommen
werden.
< Analog/Mixed-Signal-ICs
Eingangsempfindlichkeit [µV/(V·LSB)]
Messbereich [µV/V]
Maximaler Ratiometriefehler [LSBPP]
ZMD21013
IC-014
IC-015
1, 2
0.25, 0.5, 1
0.13, 0.25, 0.5
60, 120
15, 30, 60
7.5, 15, 30
11
18
26
ADC-Auflösungen [bit]
10…16
Max. 16-bit-Wandlungsrate [Sample/s]
Weitere Besonderheiten
40
On-Chip EEPROM, Auto-Zero-Messung
unterstützt, Temperatursensor integriert,
SPI-Interface
Tabelle 1: Parametervergleich von ZMDIs Sensor-Signal-Interface-ICs der MUSic-Familie.
Clevere Detaillösungen
Die MUSic-SSIs verfügen jeweils über 3
Eingangskanäle, deren Sensoren separat
betrieben werden können. Der entsprechend interessierende Sensor-Eingangskanal kann über einen integrierten Multiplexer ausgewählt werden, welcher
wiederum über die flexible serielle Schnittstelle programmierbar ist (Bild 3). Zusätzlich unterstützen der erste und zweite
Kanal eine Temperaturmessung. Dazu
kann wahlweise einer der integrierten
temperaturempfindlichen Widerstände
oder auch ein zusätzlicher externer Widerstand and den Fußpunkt des eigentlichen
Sensors geschaltet werden. Dadurch bildet
der Sensor-Brückenwiderstand zusammen
mit dem Fußpunktwiderstand einen Spannungsteiler, dessen Teilerverhältnis durch
den Einsatz unterschiedlicher Widerstände temperaturabhängig ist.
Zur Optimierung von Messgenauigkeit,
Mess- bzw. Wandlungszeit und aktiver
Stromaufnahme bieten die SSIs die Möglichkeit, die Abtastrate der ADC-Sample&-Hold-Schaltung zu programmieren. Hier
werden letztlich unterschiedlich viele Abtastwerte der Sensorbrücke genutzt, um
das entsprechende ADC-Ergebnis zu generieren. Für eine feste ADC-Auflösung gilt
dabei generell: je höher die Sensorabtastrate ist, umso rauschärmere Messergebnisse werden erzielt, wobei gleichzeitig
weniger Messwerte pro Sekunde geliefert
werden können und die integrale Stromaufnahme steigt (Bild 4).
Des Weiteren ist die Grundtopologie der
MUSic-SSIs als ratiometrisches System
ausgelegt, sodass Schwankungen in der
Betriebsspannung sich vernachlässigbar
auf das Ausgangssignal auswirken. Aufgrund dessen besteht in der entsprechen-
503.indd 17
Bild 4: Einfluss von
Sensorab
tastrate und
ADC-Auf
lösung auf
Messwert
anzahl und
Energie
verbrauch
(Rsensor= 2 kΩ,
UDD= 3 V)
beim SSI:
ZMD21013.
den Applikation kein zwingender Bedarf,
Regler für eine hochgenaue bzw. stabile
Betriebsspannung einzusetzen. In Kombination mit der geringen Ruhestromaufnahme von typischer Weise weniger als
200 nA, lassen sich damit aufbauseitig
und kostenbezogen schlanke und energieeffiziente Lösungen realisieren.
Darüber hinaus verfügen die ICs über einen EEPROM, der vom Nutzer frei programmierbar ist, z. B. zum Speichern
von:
˘P
rodukt- oder Modul-ID,
˘S
ensor-Element-spezifischen Parametern,
˘R
eferenzwerten oder
˘K
orrekturkoeffizienten.
Zusätzlich lässt sich mit den MUSic-SSIs
eine so genannte Auto-Zero-Messung
durchführen. Mit dieser wird der IC-Eingang des jeweiligen Kanals kurzgeschlossen. Dadurch lassen sich IC-interne Offsets
oder langzeitliches Driftverhalten des SSIBausteins ermitteln, womit folglich das
eigentliche Sensorsignal von SSI-bezogenen Störeinflüssen bereinigt werden kann.
Dies reduziert unter anderem die Notwendigkeit einer dedizierten Messsystemkalibrierung, beim Einsatz weitestgehend
linearer Sensorelemente.
Fazit
Die Möglichkeit zur Reduzierung von
Baugröße, Komponentenanzahl und Leistungsaufnahme sowie die Verfügbarkeit
aller relevanten Parameter für mobile, integrierte Systemlösungen insbesondere
für die Ermittlungen komplexer bzw.
mehrdimensionaler Messgrößen machen
Mehrkanal-Sensor-Interface-Schaltkreise
zu Schlüsselbausteinen moderner Geräte
im Industrie-, Medizin- und Heimbereich
sowie mobiler Diagnosesysteme.
(jj)
˘ infoDIRECT
503ei0710
˘ Link zu ZMDI
17
18.06.2010 14:19:34 Uhr
Analog/Mixed-Signal-ICs
U-I Konverter für 6 bis 38 V Versorgungsspannung
HV-Operationsverstärker vereinfachen
4-20 mA Stromschleifen
In der industriellen Regelungs- und Steuertechnik finden Stromschleifen seit langer Zeit Anwendung, da sie relativ
störunempfindlich sind. Von Sensoren werden damit Informationen zur SPS/CPU geschickt oder von dort zu einem
Aktor. Am häufigsten werden hierbei 4-20 mA Stromschleifen verwendet, doch ± 20 mA Schleifen sind in diesem
Umfeld auch anzutreffen. Mit hochspannungsfähigen Operationsverstärkern, die gleichzeitig noch einen hohen
Ausgangsstrom liefern können, lassen sich Signalspannungen relativ einfach in solche ± 20 mA oder 4-20 mA Stromschleifen umwandeln.
Bild 1: Aus diesen Komponenten besteht eine einfache Stromschleife.
Bild 2: Ein komplexeres System mit einer zweiten
Stromschleife, um einen Aktor anzusteuern.
Bild 3: Dieser U-I Konverter formt die Ausgangsspannung des DA-Wandlers in einen Laststrom um.
Eine typische Stromschleife besteht aus
Sensor, Transmitter, Receiver, AD-Wandler
(ADC) oder Mikrocontroller (µC) und einer
Stromversorgung (Bild 1). Der Sensor misst
einen physikalischen Wert, wie zum Beispiel die Temperatur, und wandelt diese
in einen Spannungswert um. Der Transmitter formt den Spannungswert anschließend in einen proportionalen 4 mA
bis 20 mA Strom um, während der Receiver
das Stromsignal wieder in eine Spannung
zurückwandelt. Mit einem ADC lässt sich
dann der vom Receiver gelieferte Spannungspegel mit einem ADC digitalisieren.
Die Stromversorgung kann entweder im
˘ AUTOR
Maurizio Gavardoni ist
Product Definer für Verstärker
und Komparatoren bei Maxim.
18
563.indd 18
Transmitter oder im Receiver angesiedelt
sein.
Bei der in einer Stromschleife übertragenen Information handelt es sich um eine
Strommodulation. In einem 4-20 mA System wird der Nullwert eines Signals üblicherweise durch 4 mA dargestellt und der
Vollausschlag durch den 20 mA Wert. Dadurch kann eine Leitungsunterbrechung
(0 mA) leicht detektiert werden.
Stromschleifen sind von Natur aus unempfindlicher gegen Rauschen als spannungsmodulierte Signale, dadurch eignen sie
sich sehr gut für industrielle Umgebungsbedingungen. Das Signal kann dabei über
lange Strecken transportiert werden. Somit ist es möglich, Informationen von weit
entfernten Aufstellungsorten zu übermitteln bzw. zu empfangen. Typischerweise
ist das ein vom System-Controller im Leitstand entfernter Sensor.
Etwas komplexere Systeme beinhalten
eine zweite Stromschleife, die den µC oder
DSP mit einem Aktor verbindet (Bild 2). Ein
DA-Wandler (DAC) beim bzw. im µC konvertiert die digitale Information in eine
analoge Spannung und der Transmitter
übersetzt diese wiederum in ein 4-20 mA
oder ± 20 mA Stromsignal, um den Aktor
anzusteuern. Ein solches System findet
man auch in Energieversorgungsnetzen,
bei denen ausgeklügelte Algorithmen den
aktuellen Zustand des Systems bestimmen. Daraufhin werden die anstehenden
Änderungen prognostiziert und gehen in
einen Regelkreis ein, der dynamisch die
Systemparameter anpasst.
Operationsverstärker als U-I Konverter
mit hohem Ausgangsstrom
Mit zwei Operationsverstärkern und ein
paar externen Widerständen kann man
21.06.2010 11:26:25 Uhr
Analog/Mixed-Signal-ICs
einen einfachen Spannungs-/Strom-Konverter (U-I) aufbauen (Bild 3). Versorgt
man den OPV mit ± 15 V, können mehr als
± 20 mA in niederohmige Lasten eingespeist werden. Der gezeigte Baustein
MAX9943 ist ein 36 V OPV mit hochleistungsfähigem Ausgangstreiber, der bei
kapazitiven Lasten bis 1 nF stabil bleibt.
Dadurch ist der Baustein sehr gut für industrielle Anwendungen geeignet, bei
denen die Ausgangsspannung eines DAWandlers in ein proportionales 4-20 mA
oder ± 20 mA Signal umgewandelt werden
muss.
Für die Schaltung aus Bild 3 lautet die Beziehung zwischen Eingangsspannung und
Laststrom:
hierbei gilt wie folgt
α = 1/RSENSE + R2/R1(R1 + R2)
Gleichung 3
β = 1/RSENSE + 1/R1 + 1/RLOAD
Gleichung 4
Eingesetzt mit den Werten aus Gleichung
2 und 3 folgt daraus,
U1 = 4,876 × UIN – 4,872 × UREF
Gleichung 5.
UIN = R2/R1 × RSENSE × ILOAD + UREF
Gleichung 1
Die Werte der Komponenten sind in diesem Beispiel R1 = 1 kΩ, R2 = 10 kΩ, RSENSE =
12,5 Ω, und RLOAD = 600 Ω. Ein typischer
Wert für die Last beträgt ein paar hundert
Ohm, es gilt allerdings zu beachten, dass
in einem Fehlerfall viel kleinere Werte für
Lasten auftreten können. Dies ist bei einem Kurzschluss gegen Masse oder bei
einem reduzierten Bürdenwiderstand, der
Signalübertragungen über große Distanzen zulässt, gegeben. Des Weiteren kann
man Fehler, hervorgerufen durch unerwünschte Schwankungen von UREF, eliminieren, indem man die Referenzspannung
UREF mit der Referenz des D/A-Wandlers
synchronisiert. Dadurch wird UIN ratiometrisch zu UREF.
Ein ± 20 mA Stromtreiber
aus ± 2,5 V Eingangssignal
Bild 4: Aus ± 2,5 V am Eingang werden ± 20 mA
Ausgangsstrom. Blau ist die ideale Kurve, rot
sind real gemessene Werte mit UCC = + 15 V und
UEE = –15 V.
Bild 5: Aus ± 3 V am Eingang werden ± 24 mA
Ausgangsstrom. Blau ist die ideale Kurve, rot
sind real gemessene Werte mit UCC = + 18 V und
UEE = – 18 V.
Man kann die Schaltung aus Bild 3 modifizieren, um einen ± 20 mA Stromtreiber
zu erhalten. Legt man U REF auf 0 V, so
e rzeugt man mit einem Eingangs
spannungsbereich von ± 2,5 V einen nominellen Ausgangsstrom von ± 20 mA
(Bild 4). Die Beziehung zwischen Eingangsspannung (U IN) und Ausgangs
spannung der Vorwärts-Verstärkerstufe
(U1) lautet:
UIN = U1(R2/R1)(1 – α/β)
+ UREF(1 –(R2/R1)/β(R2+R1))
Gleichung 2
563.indd 19
Bild 6: Aus 0 V bis +2,5 V am Eingang werden
4-20 mA Ausgangsstrom. Blau ist die ideale
Kurve, rot sind real gemessene Werte mit UCC
= +18 V und UEE = -18 V.
Die Beziehung in Gleichung 5 verhindert,
dass die Ausgangsspannung in die Sättigung geht. Beträgt zum Beispiel die UIN =
+ 2,5 V, so stehen am Ausgang des unteren
OPV (U1) 12,2 V an. Erhöht sich jetzt UIN
weiter, kann die Ausgangsstufe des OPVs
in die Sättigung gehen und somit U1 nicht
weiter ansteigen. Die resultierende Kurve
von UIN über IOUT (Bild 4) flacht dadurch
ab und folgt somit nicht mehr der idealen
Kurvenform. Ein ähnlicher Effekt tritt auf,
wenn der negative Eingang unter – 2,5 V
abfällt.
In Bild 4 sieht man, dass der OPV-Ausgang
mit bis zu 21,5 mA Quellen- oder Senkenstrom innerhalb des linearen Bereiches
bleibt. Dieser Wert korrespondiert mit
± 2,68 V am Eingang und ± 13 V am Ausgang unteren OPV. Der negative Wert kann
dabei noch etwas größer werden, da der
Ausgang des OPVs sehr nahe an den Wert
der negativen Versorgungsspannung heranreichen kann. Bei der positiven Versorgung sieht es hingegen anders aus, der
OPV-Ausgang kann nur eine Spannung
von etwa 2 V unterhalb der positiven Versorgung erreichen.
Manche Applikationen benötigen höhere
Ausgangsströme, entweder um einen höheren Sicherheitsspielraum zu gewährleisten oder um Raum für Kalibrierzwecke
zu schaffen. Für solche Applikationen kann
die Schaltung aus Bild 3 mit ± 18 V anstatt
mit ± 15 V betrieben werden. Dadurch kann
der OPV bis zu ± 24 mA liefern und bleibt
dabei im linearen Bereich (Bild 5).
Erzeugen eines 4-20 mA Signals
aus 0-2,5 V am Eingang
Legt man für UREF = – 0,25 V an, so erhält
man gemäß Gleichung 5 für 0 V bis 2,5 V
am Eingang, am Ausgang Stromwerte von
2 mA bis 22 mA (Bild 6). Als Entwickler bevorzugt man gerne einen etwas größeren
Dynamikbereich, um etwas Marge für eine
Software-Kalibrierung zu haben. Wird
mehr Strom benötigt, so kann man die
Schaltung mit ± 18 V versorgen, wie bereits
weiter oben im Text beschrieben wurde.
(jj)
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563ei0410
˘ Link zu Maxim
19
21.06.2010 11:26:27 Uhr
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Bis 100 MSample/s
Mini-USB-Oszilloskopmodul
Das ultraportable, ergonomische
HProbe 3 erweitert die bei Bitzer
Digitaltechnik erhältliche TP-Oszilloskopserie. Es erlaubt auf
einfachste Weise oszilloskopischesowie Spektralmessungen und
lässt sich als Voltmeter mit umfangreichen Funktionen und als
Transientenrecorder verwenden.
Die Speisung erfolgt über den
USB-Port des PCs oder Notebooks.
Der Eingang ist differentiell arbeitend, was insbesondere von Vorteil ist, wenn Masseschleifenprobleme bei Messungen zu erwarten
sind bzw. das Massepotential des
Prüflings nicht auf dem Massepotential des PCs/Notebooks liegt.
Ebenso können in Messschaltungen keine Kurzschlüsse durch versehentliches Berühren von Komponenten durch die Masseleitung
des Tastkopfs auftreten.
Die Messbereiche reichen
von 200 mV bis 800 Vpeak, die
Abtastfrequenzen je nach Gerätetyp bis 100 MSample/s. Das Gerät
verfügt über einen eingebauten
Speicher für bis zu 1 Mio. Abtastungen. Es können auch Dauermessungen im streaming-mode
direkt auf Festplatte durchgeführt
werden. Die Abtastrate kann hier-
bei bis 10 MSample/s
betragen. Es stehen
Ausführungen mit
5 MHz, 20 MHz und 100 MHz maximaler Abtastrate zur Verfügung.
Frequenz von 32,768 kHz
als Ausgangsfrequenz erreicht
wird. Mit Abmessungen von 2,5 x
2,0 mm sind dies recht kleine Bausteine. Als Versorgungsspannung
gibt es 1,8 V (CFPS-107), 2,5 V (CFPS108) sowie 3,3 V (CFPS-109). Der
Stromverbrauch liegt je nach Versorgungsspannung zwischen
1,5 mA und 3,5 mA. Alle
Typen haben einen HCMOS Ausgangssignal und besitzen eine
Tristate-Funktion.
˘ Link zu Bitzer Digitaltechnik
Besser als Standard
32,768 kHz Oszillator von IQD
Die Oszillatoren der Serie CFPS- 107
/ 108 / 109 des Herstellers IQD (Vertrieb: WDI AG) generieren eine
hochstabile Ausgangsfrequenz
von 32,768 kHz mit Frequenzstabilitäten von ± 20 ppm, ± 25 ppm,
± 50 ppm und ± 100 ppm. Diese
Angabe ist einschließlich Toleranz
und gültig für den kompletten Ar-
beitstemperaturbereich. Dies
bringt eine bis zu 4-fache Verbesserung gegenüber der Standardtoleranz eines Uhrenquarzes bei
32,768 kHz. Diese Verbesserung
wird erzielt durch die Verwendung
eines sehr genauen AT-Schnitt
Quarzes in höherer Frequenz, wonach dann mittels eines Teilers die
˘ Link zu WDI
Für Multicore-Prozessor P2020
Multicore-Betriebssysteme und Entwicklungswerkzeuge
Green Hills Software bietet umfassende Softwareentwicklungsund Laufzeitmanagement-Lösung
für Embedded-Systeme auf der
Basis der Multicore-Kommunika-
tionsprozessoren QorIQ P2020
und P2010 von Freescale an. Zu
den Bestandteilen des Entwicklungspakets zählen das INTEGRITY RTOS und INTEGRITY Secure
Virtualization (ISV), optimierende
C/C++ Compiler für die Power Architecture, die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) MULTI
und Highspeed-Debug-Probes.
˘ Link zu Green Hills Software
_05EAZ_Coronex_Materialbeschaffung ei.pdf;S: 1;Format:(86.00 x 62.00 mm);09. Jun 2010 13:56:24
32-kHz-SMD-Stimmgabel-Kristallresonator
Reflow-lötbar, zuverlässig und klein
AVX Corporation präsentiert einen
hochzuverlässigen SMD-Kristallresonator mit einer Nennfrequenz
von 32,768 kHz in einem Keramikgehäuse mit einer Grundfläche
von nur 3,2 mm x 1,5 mm und einer
Höhe von nur 0,8 mm. Der neue
StimmgabelKristallresonator mit
der Typenbezeichnung ST3215SB
hat eine Frequenztoleranz von
± 20 ppm, einen maximalen ESR
von 70 kW und einen Betriebs
20
PB.indd 20
temperaturbereich von
– 40 °C bis + 85 °C. Die
Resonatoren ST3215SB
sind bleifrei und RoHSkonform. Die Standardkapazitätsbereiche gehen von 9 pF bis 12,5 pF.
˘ Link zu AVX
21.06.2010 10:29:57 Uhr
GRU014_AZ-CX33D-180705-A.qxd
Stromversorgungen
19.07.2005
17:45 Uh
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NEUES NIVEAU
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Auch als POL-Wandler
Isolierte und nicht-isolierte DC/DC-Konverter
Die nicht-isolierten DC/DC-Konverter von
Bel Power (Vertrieb: Municom) unterstützen eine Vielzahl von unterschiedlichen
Eingangsspannungen und liefern Ausgangsspannungen beginnend von 1 V bis zu
12 V. Es wird eine eine breite Palette von
Spannungs-und Leistungsklassen ange
boten. Die Wandler liefern je nach Typ
Ausgangsströme zwischen 1 A und 150 A.
Isolierte Konverter werden u. a. als so genannte Bricks angeboten. Die Serie der BusKonverter-Module, die typischerweise eine
48-V-Spannung auf niedrigere Spannungspegel (6 ... 12 V) wandeln, generieren Spannungen zur Versorgung von Halbleiterbauteilen innerhalb des Systems. Der 1/16
Brick-Bus-Konverter SRCA-16S12L liefert beispielsweise bei einer Eingangsspannung
zwischen 36 V und 55 V eine nominale Ausgangsspannung von 9,6 V und einen max.
Ausgangsstrom von 16 A (max. Ausgangsleistung 154 W, Wirkungsgrad typ. 95 %).
Seit März 2010 ergänzt ein nicht-isolierter
Point-of-Load (POL) DC/DC-Konverter die
bestehende SLIN-Serie. Dieser Konverter
unterstützt die Tunable Loop Technology
(TM). Dies ermöglicht den Anwendern, die
Dynamic Response zu optimieren. Damit
vereinfacht sich die Anpassung am Ausgang und führt zu Kosteneinsparungen.
Die SLIN-Serie ist für Eingangsspannung
von 4,5 V bis 14 V konzipiert und liefert stabile Ausgangsspannungen von 0,59 V bis
5,5 V unter einem Betriebstemperaturbereich von – 40 bis + 85 °C.
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517ei0710
˘ Link zu municom
DC/DC-Wandler
LED-Treiber bis 600 mA
Emtron bietet eine Vielzahl von Stromversorgungen für allgemeine Anwendungen,
aber auch für diverse LED-Applikationen.
Hierzu gehört auch ein DC/DC-Konverter
des Herstellers Powertrade, der eine maximale Treiberleistung von 17 W bei
600 mA Ausgangsstrom hat. Der Konstantstrom-Konverter LED-0600-24W hat
einen Eingangsspannungsbereich von 7
bis 30 V. Der Baustein im DIL16-Gehäuse
kann damit LED-Konfigurationen von 2 V
bis 28 V treiben. Der Ausgangsstrom ist
extern im Bereich von 25 bis 100 % des
Maximalwerts von 600 mA einstellbar.
Das Design des Treibers ist für LEDs mit
PB_SV.indd 21
hohem Strombedarf optimiert.
Bei maximaler Belastung erreicht
der Baustein einen Wirkungsgrad
von 95 %. Der Treiber hat eine
analoge und digitale Dimmfunktion. Im einfachsten Fall kann
man mit Hilfe einer externen
Analogspannung von 0,3 bis 1,25 V
oder einem entsprechenden Widerstand den Ausgangsstrom am
Adjust-Eingang steuern. Auch die
Steuerung über ein PWM-Signal
ist möglich. Hierzu wird eine maximale
Frequenz von 1 kHz empfohlen. Die kürzeste Impuls- und Pausendauer kann dabei
200 ns betragen. Weitere Spezifikationen
sind: Temperaturbereich – 40 bis + 85 °C,
maximale Ripple- und Noisespannung
250 mVpp, MTBF 4,7 Mio. Stunden, eingebauter Kurzschlussschutz sowie EMCZertifikationen gemäß EN55015 und
EN61547.
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B AT T E R I E - T R E N N R E L A I S
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21.06.2010 10:33:10 Uhr
STROMVERSORGUNGEN
Typical Electricity Consumption oder Operational Mode
Energieeffizienz bei Einbaunetzteilen
Externe Netzteile, die typischen schwarzen Geräte, die heutzutage mit sehr vielen elektronischen Geräten geliefert
werden, müssen spezielle Vorschriften zur Energieeffizienz erfüllen. Die Vorschriften enthalten den Wirkungsgrad
beim Betrieb und die Leistungsaufnahme im Leerlauf. Im Falle von Einbaunetzteilen, welche in elektrischen und elektronischen Geräten implementiert sind, ist die Betrachtung schwieriger.
Externe Stromversorgungen werden als
eigenständige Geräte betrachtet und müssen dadurch relativ klare Anforderungen
erfüllen, während dies für Einbaugeräte
nicht in dieser Art zutrifft. Die Energy Star
Anforderungen sind für die Produktgruppen in Tabelle 1 gültig, wobei jede
Produktgruppe verschiedene Geräte enthalten kann. So umfasst
z. B. die Produktgruppe „Bildgebende Systeme“ digitale Kopierer, Adressiermaschinen, Drucker,
Scanner und Multifunktionsgeräte.
Wenn man als Beispiel Drucker betrachtet,
sind die Wirkungsgradanforderungen davon
abhängig, ob als Technologie Thermotransfer, Laser, Tintenstrahl, Nadeldrucker oder
eine andere eingesetzt wird. Ebenso geht
das Druckformat (A6, A4, A2 usw.) mit in die
Betrachtung ein. Daher ist das gleiche Netzteil, eingesetzt in verschiedenen Druckertypen, unterschiedlichen Wirkungsgradanforderungen unterworfen. Bei der Betrachtung
einer Anwendung im Bereich bildgebender
Systeme sind, um die Energy Star Konformität zu bestätigen, zwei Bewertungsarten
möglich. Die eine ist die Typical Electricity
Consumption- (TEC) Methode, die andere
ist die Operational Mode- (OM) Methode.
TEC- oder OM-Methode?
Die TEC-Methode geht von der Vorgabe aus,
wie viele Stunden pro Tag das Gerät in der
Regel eingeschaltet und wie viele Stunden
es hierbei in Betrieb ist, sowie die Zeit bis
das Gerät in den Ruhezustand geht. Hierbei
wird der insgesamt aufgenommene Verbrauch gemessen und durch die Dauer der
Testperiode geteilt.
˘ AUTOR
Gary Bocock
ist Technischer Direktor
bei XP Power.
22
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Die Berechnung geht von zwei Betriebsperioden pro Tag mit einem Ruhezustand dazwischen aus, welche die Mittagspause
simuliert. Man setzt hierbei voraus, dass
kein Betrieb am Wochenende stattfindet.
Der Wert der TEC wird von verschiedenen
Messungen während des Betriebs, dem
Ruhezustand und im Auszustand abgeleitet. Der maximal erlaubte Wert des TEC ist
abhängig von der Größe, der Geschwindigkeit (Seiten pro Minute) und der Geräteklassifizierung.
Im Gegensatz dazu betrachtet der OMAnsatz die Leistungsmessung während des
Bereitschafts-, Standby- und Ruhezustands
sowie der vorgegebenen Zeit bis das Gerät
in den Ruhezustand geht. Um konform zum
Energy Star zu sein, muss ein Gerät drei
Kriterien erfüllen:
˘ Die vorgegebene Zeit um in den Ruhezu-
stand zu gehen, muss geringer sein als
ein vorgeschriebener Wert, der von der
Druckgröße und der Geschwindigkeit –
Seiten pro Minute – bei bildgebenden
Geräten, mit Ausnahme von Adressiermaschinen, abhängig ist. Bei Adressiermaschinen ist die einzuhaltende Zeit
bis zum Eintreten in den Ruhezustand
nur von der Geschwindigkeit bzw. der
möglichen Briefe pro Minute abhängig.
˘ Die Standby-Leistung von
kleinen und mittleren Druckern ohne Faxfunktion sollte weniger als 1 W und bei
gleichen Geräten mit Faxfunktion unter 2 W sein. Für
Großgeräte und Adressiermaschinen gibt es zurzeit
keinen Grenzwert.
˘ Die Leistung im Ruhezustand muss geringer als ein Sollwert sein, der abhängig
vom Gerätetyp, der Papiergröße und der
Drucktechnologie festgelegt ist.
Es gibt für jeden Fall einen Basiswert, der
aber höher werden kann, wenn das Gerät
neben dem eigentlichen Drucker über weitere Funktionen verfügt. So wird durch die
Verfügbarkeit eines Netzwerkanschlusses,
eines Kartenlesers, eines Infrarotanschlusses oder eines Mobilteils die erlaubte Leistungsaufnahme im Ruhezustand erhöht.
Die erlaubte Erhöhung der aufgenommenen Leistung im Ruhezustand ist abhängig
davon, ob die Zusatzfunktionen, während
dem das Gerät im Ruhezustand ist, aktiv
oder inaktiv sind. Des Weiteren gibt es einen
Wert, der für das Netzteil addiert werden
kann. Dieser Wert basiert auf der Ausgangsleistung der eingesetzten Stromversorgung
und berechnet sich wie folgt: 0,05 x (Ausgangsleistung -10).
Aus den vorgenannten Punkten ist ersichtlich, dass außer dem Netzteil weitere Faktoren die Energieeffizienz von bildgebenden
Applikationen beeinflussen.
Manche Geräte müssen speziellen Anforderungen entsprechen, während andere
wie Kopierer, Faxgeräte, Adressiermaschinen, Drucker, Scanner und Multifunktionsgeräte in Gruppen zusammengefasst werden.
21.06.2010 15:38:19 Uhr
Produktkategorie Darin enthaltene Geräte
Haushaltsgeräte
Waschmaschinen, Luftentfeuchter, Kühlschränke, Tiefkühlgerät, mobile Klimageräte
Gastronomiegeräte
Geschirrspüler, Friteusen, Warmhalte
schränke, Kühlschränke, Tiefkühlgerät,
Dampfgarer
Beleuchtung
Leuchtstofflampen, Beleuchtungskörper,
Lichtanlagen, Notleuchten, Ampeln, Lichtbänder
Konsumerelektronik
Batterielader, Schnurlose Telefone, DVDGeräte, Audioanlagen, Fernseher, Videorekorder
Büroausstattung Computer, Faxgeräte, digitale Kopierer,
Laptops, Adressier- und Frankiermaschinen,
Externe Netzteile, Monitore, Drucker, Scanner und Kombigeräte,
Heizung und
Kühlung
Klimaanlagen, Boiler, Deckenlüfter, Venti
latoren, Heizungen
Tabelle 1: Energy Star Produkte.
Green Mode
Da alle Geräte und Produktgruppen unterschiedlichen Anforderungen
entsprechen müssen, um Energy Star konform zu sein, ist es unmöglich, dass Netzteile dies für alle Anwendungen sicherstellen können.
Die unterschiedlichen Betriebszustände wie Standby oder Schlafmodus, die Zeit bis zum Standby-Betrieb und die durchschnittlich aufgenommene Leistung innerhalb eines Arbeitstages müssen mit berücksichtigt werden. Dennoch erleichtert die sorgfältige Auswahl einer
Stromversorgung, welche einen hohen Wirkungsgrad über den gesamten Leistungsbereich von Leerlauf bis Volllast bietet, dass das
Endprodukt die Anforderungen zur Energieeffizienz erfüllen kann.
So sind die ECS45 von XP Power ein Beispiel für kompakte Stromversorgungen, die dank „Green Mode“ über einen typischen Wirkungsgrad von 88 % und eine Leerlaufleistungsaufnahme von
weniger als 0,3 W verfügen. Die Serie mit „Green Mode“ PWM-ICs
bieten Ausgangsspannungen von 12 V bis 48 VDC bei nur 3 x 2 x 0,95
Zoll. Das PWM-IC reduziert bei geringer Ausgangslast die Schaltfrequenz des Sperrwandlers und vermindert unter diesen Bedingungen die Schaltungsverluste. Der Chip ist in BiCMOS-Prozess
erstellt und benötigt nur 14 µA beim Start und 4 mA im Betrieb. Des
Weiteren sind darin bereits einige Schutzfunktionen integriert und
es ermöglicht eine konstante Ausgangsleistung über einen Eingangsspannungsbereich von 90 bis 264 VAC.
Die Einhaltung der Energy Star-Richtlinien und anderer Wirkungsgradanforderungen wird eine immer größerer werdende Herausforderung bei der Entwicklung. Die Auswahl eines geeigneten
„Green Mode“-Netzteils kann sicherlich nicht alle Forderungen
erfüllen, ist aber allemal ein guter Anfang.
(jj)
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500.indd 23
21.06.2010 15:29:38 Uhr
Stromversorgungen
Aktiver O-Ring
Akkutausch im laufenden Betrieb
Der Beitrag erläutert eine „aktiver O-Ring“ genannte Technik, die als Ersatz für herkömmliche Dioden-O-Ringe verwendet werden kann. Durch den Einsatz von MOSFETs im Schaltkreis kann die für eine 100 %ige Verfügbarkeit erforderliche
Schaltgeschwindigkeit erreicht und gleichzeitig die Verlustleistung im Schaltkreis fast auf null reduziert werden.
Herkömmlicherweise wurde für den Austausch des Akkus im Betrieb eine externe
Gleichstromquelle oder eine andere alternative Stromversorgung benötigt. Bei dieser
alternativen Stromversorgung konnte sich
um einen weiteren Akkumulator oder einen
Superkondensator handeln. Wenn ein Akku
die Ersatzstromquelle war, hatte der Ingenieur zwei Optionen: Für lange Laufzeiten
konnte er einen Akkumulator mit derselben
Kapazität wie der auszuwechselnde Akkumulator wählen. Oder er konnte einen Akkumulator mit einer wesentlich geringeren
Kapazität wählen, die gerade ausreicht, um
das System während des Akkutauschs am
Laufen zu halten, bis ein neuer primärer
Akkumulator eingesetzt wird. Statt eines
Akkumulators können auch Superkondensatoren in Serien- oder Parallelschaltung als
Reservestromquelle eingesetzt werden, um
die Stromversorgung während des Akkuwechsels aufrechtzuerhalten. Bild 1 zeigt
eine typische Implementierung einer solchen Architektur, in der Dioden als Bausteine zum Umschalten zwischen den verschiedenen Stromquellen eingesetzt werden.
Hotswap-Techniken
Für den Austausch von Akkumulatoren/
Superkondensatoren im laufenden Betrieb
gibt es im Wesentlichen drei Verfahren. Das
mit Abstand einfachste verwendet diskrete
Dioden – die sogenannte „Dioden-O-Ring“Technik. Sie ist kostengünstiger, benötigt
weniger Leiterplattenplatz und lässt sich
einfacher implementieren als ihre Alternativen. Ihr Nachteil besteht in ihrer hohen
Verlustleistung aufgrund des Durchlassspannungsabfalls von typischerweise 0,7 V.
Selbst bei Verwendung von Schottky-Dio-
˘ AUTOR
John Dillon ist FAE
für Power und Analog
bei Future Electronics (UK)
24
564.indd 24
Bild 1: Typische Schaltung für einen herkömmlichen Leistungsschalter mit Dioden-O-Ring.
Bild 3: Superkondensator in Serie als Notstromversorgung.
Bild 2: Superkondensator als parallele Stromquelle.
Bild 4: Typische Implementierung einer diskreten MOSFET-O-Ring-Schaltung mit p-KanalMOSFETs.
den, deren Durchlassspannung in der Regel
nur ca. 0,3 V beträgt, entsteht bei Systemen,
die mit mehr als 1 A betrieben werden, noch
eine hohe Verlustleistung.
Außerdem wird bei der Dioden-O-RingTechnik stets die Quelle mit der höchsten
Spannung verwendet, was nicht immer
wünschenswert ist. Zum Beispiel kann ein
Superkondensator, der als Reservestromquelle eingesetzt wird, unter bestimmten
Umständen eine höhere Klemmenspannung als die primäre Gleichstromquelle –
wie etwa eine mit 8 V betriebene Autobatterie – aufweisen. Der Einsatz eines
Dioden-O-Rings ist in diesem Fall nicht effizient, da von dem Superkondensator keine
Leistung bezogen werden sollte, solange die
primäre Gleichstromquelle zur Verfügung
steht, damit der Superkondensator vollständig geladen bleibt, bis er tatsächlich benötigt wird.
In dieser Situation wird ein Hochsetzsteller,
ein Hochsetz-Tiefsetz-Steller oder ein SEPICWandler benötigt, um die Spannung der
Gleichstromquelle über die Spannung der
Reservestromquelle anzuheben. Dadurch
steigen die Stückkosten und die Komplexität
der Dioden-O-Ring-Technik. Es kann auch ein
Hochsetz-Tiefsetz-Regler zum Laden der Superkondensatoren oder Akkumulatoren notwendig werden, wenn die Spannung der
Gleichstromquelle unter der Spannung des
Akkumulators oder Superkondensators liegt.
Diskreter MOSFET-O-Ring
Eine ähnliche Technik mit geringerer Verlustleistung erhält man, indem man die Dioden
durch MOSFETs ersetzt. Hierbei ist die Verlustleistung gleich dem Produkt aus Strom
und minimalem Durchgangswiderstand
RDS(on) des MOSFET. Je niedriger RDS(on), desto
weniger Leistung geht verloren. Aus diesem
Grund lohnt es sich, die DirectFET-Serie von
International Rectifier in die nähere Auswahl
aufzunehmen. Diese Bausteine sind auf clevere Weise so in ihre Gehäuse integriert, dass
Kühlung sowohl auf der Ober- als auch auf
der Unterseite möglich ist. Sie bieten daher
hervorragende Eigenschaften hinsichtlich
ihrer Größe und Ausgangsleistung.
21.06.2010 11:25:39 Uhr
_05EUM_Syko_Sinuswechseleinrichter_ei_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(57.00 x 297.00 mm);10. Jun 2010 17:36:45
Stromversorgungen
Der größte Nachteil eines O-Ring-Ansatzes mit
diskreten MOSFETs besteht darin, dass MOSFETs
eine Body-Diode beinhalten und der Stromkreis
für eine vollständige Trennung zwischen den
Stromquellen daher zwei MOSFETs benötigt. Erneut steigen dadurch die Komplexität, die Komponentenanzahl und die Stückkosten.
Im Schaltkreis schaltet ein Komparator die Gates
der MOSFETs: Wenn, wie oben, die primäre Gleichstromquelle eine niedrigere Klemmenspannung
aufweist als die Reservestromquelle, kann der
Komparator vorgespannt werden, um sicherzustellen, dass die primäre Quelle Vorrang hat. Der
Komparator kann beliebig viele Gleichstromquellen schalten; für jede weitere Gleichstromquelle
werden lediglich zwei MOSFETs und ein Transistor
benötigt.
Ein geeigneter Komparator für diese Anwendung
ist der LM2901 von National Semiconductor – ein
Vierfach-Komparator mit großem Eingangsspannungsbereich und niedrigem Eingangsruhestrom.
Dank seiner Ausgänge mit offenem Kollektor verfügt der Baustein über eine Schnittstelle, die die
Integration in eine Vielzahl von Logiksystemen
erlaubt.
Beim Schaltungsentwurf sind eine Reihe von
Richtlinien zu beachten, damit sich eine effektive
Implementierung der diskreten MOSFET-O-RingTechnik ergibt. Die wichtigsten davon werden im
Folgenden umrissen.
Erstens sind p-Kanal-MOSFETs und npn-Transistoren aufgrund der Gate-Vorspannung einfacher in
der Anwendung als n-Kanal-MOSFETs. Die einzelnen Komparator-Kanäle sind mit der Basis der
NPN-Transistoren zu verbinden (Bild 4).
Die beiden MOSFETs müssen in Reihe geschaltet
werden, damit sie als isolierter Schalter wirken
können. Der Grund hierfür ist, dass sie ggf. eine
Gleichstromquelle auf höherem Potential zuschalten müssen und dabei die Body-Diode eines einzelnen MOSFETs leitend würde.
Bei einem MOSFET-O-Ring ist die maximal zulässige Gate-Spannung zu beachten; ggf. muss eine
Z-Diode eingesetzt werden, um die MOSFETs zu
schützen. Falls die Spannung der Gleichstromquellen oszilliert, werden außerdem aktive Pull-upTransistoren (p-Kanal-MOSFETs) benötigt, um die
Gates auszuschalten, damit sie nicht im linearen
Bereich vorgespannt werden.
Es ist wichtig, beim Umschalten zwischen Gleichstromquellen mit hoher und niedriger Spannung
auf den Leckstrom durch die Body-Dioden zu achten. Aus diesem Grund kann es notwendig sein,
an die Drains der beiden MOSFETs einen Widerstand anzuschließen. Der Wert des Widerstands
564.indd 25
sollte dem Sperrreststrom angepasst sein. Es ist
außerdem wichtig, die Differenzspannung zwischen Source und Gate der MOSFETs zu beobachten und dafür zu sorgen, dass die MOSFETs stets
richtig vorgespannt sind und sich zu keinem Zeitpunkt im linearen Bereich befinden. Zwar können
n-Kanal-Bausteine Probleme mit der Differenzspannung lösen, ihre Verwendung erhöht jedoch
den Komplexitätsgrad.
Aktiver O-Ring
Die beiden Ansätze – Dioden-O-Ring und diskreter
MOSFET-O-Ring – sind in der Vergangenheit in
großem Stil angewandt worden und profitieren
von vergleichsweise niedrigen Stückkosten. Allerdings sind MOSFET-O-Ringe relativ kompliziert zu
implementieren. Dioden-O-Ringe dagegen lassen
sich ziemlich einfach implementieren, haben aber
eine unnötig hohe Verlustleistung. Doch es gibt
jetzt eine Lösung: den integrierten aktiven O-Ring.
Dieser Ansatz lässt sich am Besten anhand einer
Beispielschaltung mit dem IR5001S von International Rectifier erläutern. Dieser Baustein bietet eine
vollständig integrierte Lösung für einen aktiven
O-Ring und ist extrem einfach zu verwenden. Sein
Gatetreiber-Leistungsvermögen (3 A) reicht zur
Ansteuerung von MOSFETs zum Schalten von Leistungen bis zu 300 W aus.
Der Baustein erfasst den Strom, der von Source zu
Drain durch einen n-Kanal-MOSFET fließt. Wenn
der Strom positiv ist, wird der FET eingeschaltet;
ist er negativ, schaltet der Baustein den FET in
lediglich 130 ns aus. Der IR5001S enthält Erfassungsschaltkreise. Dadurch werden externe Komparatoren überflüssig, und im Vergleich zur Lösung
mit diskretem MOSFET-O-Ring sinkt die Anzahl
der Komponenten. Außerdem verfügt der Baustein über Eingangspolaritätsschutz.
Der Baustein ist darauf ausgelegt, das Verhalten
von Dioden zu emulieren, und deswegen wird die
Last von der Stromquelle mit der höchsten Spannung versorgt (was ein Nachteil sein kann, wenn
Akkumulatoren und/oder Superkondensatoren
eine höhere Spannung aufweisen). Genau wie bei
der Lösung mit Dioden-O-Ring kann daher ein
Hochsetzsteller, ein Hochsetz-Tiefsetz-Steller oder
ein SEPIC-Wandler an der Primärquelle benötigt
werden, um sicherzustellen, dass die Stromversorgung immer durch die externe Quelle erfolgt,
sofern diese vorhanden ist.
(jj)
˘ infoDIRECT
564ei0510
˘ Link zu Future Electronic
25
21.06.2010 11:25:39 Uhr
Stromversorgungen
Elektrizitätsversorgung unter Druck
Die kommende Smart-Grid Revolution
Die bestehende Infrastruktur der Elektrizitätsversorgung ist kaum in der Lage, die erwartete Flutwelle der erneuerbaren
Energien aufzunehmen. Um diese Infrastruktur dem erwarteten Wachstum der Erneuerbaren anzupassen ist eine neue
Netzstruktur notwendig, die allgemein als „Smart Grid“ bezeichnet wird.
Im Dezember 2009, auf dem Kopenhagener Klimagipfel, hat sich die Welt wieder
einmal dazu verpflichtet, einen erheblichen Anteil ihrer Energieerzeugung auf
die erneuerbaren Energien zu verlagern.
Diese Ziele lassen sich nur erreichen, wenn
die Stromerzeugung mit erneuerbaren
Energien in den kommenden Jahren stark
wächst.
Allerdings dürfte das die bestehende Infrastruktur der Elektrizitätsversorgung
stark unter Druck setzen. Derzeit ist sie
kaum in der Lage, die erwartete Flutwelle
der erneuerbaren Energien aufzunehmen,
die da auf uns zukommt. Radikales Umdenken ist gefordert, neben erheblichen
Innovationen und neuen Technologien,
und vor allem mit umfangreichen Investitionen, um diese Infrastruktur dem erwarteten Wachstum der Erneuerbaren anzupassen. Es wird eher eine systemische
Revolution sein, und sie wird eine neue
Netzstruktur bringen, die allgemein als
„Smart Grid“ bezeichnet wird.
IMEC, mit erheblichen Forschungsaktivitäten in der Photovoltaik, in Low-power
˘ AUTOR
Johan Van Helleputte ist
Direktor des Technology
Office Energy bei IMEC in
Leuven, Belgien.
26
422.indd 26
Sensoren und Leistungselektronik, hilft
aktiv mit, die Smart-Grid Revolution zur
Realität zu machen. Auf der einen Seite
hat diese Forschung praktische Ziele –
man denke nur an die weitere Verbesserung der Energie-Effizienz photovoltaischer Systeme, um die Netzparität noch
schneller zu erreichen. Doch auch auf anderen Gebieten sind fundamentale Technologiedurchbrüche dringend geboten –
etwa in der Erforschung neuer Materialien
und Prozesse für die Leistungsbausteine
der nächsten Generation.
Diese neuen Leistungsbausteine sollen in
der Lage sein, hohe Spannungen zu verarbeiten und zugleich hohen Temperaturen
standzuhalten. Vor allem sollten sie kostengünstig sein. Denn das Smart Grid wird
umfassend von solchen innovativen Leistungsbausteinen Gebrauch machen müssen – zur Netzwerkstabilität und -qualität,
für Lastausgleich und Lastmanagement,
sowie zur Speicherung von elektrischer
Energie.
Energie: Telecom von morgen
Wenn wir die Energieziele erreicht haben,
die sich die EU im SET-Plan setzt – Erhöhung des Anteils aller erneuerbaren Energien im Jahr 2020 auf 20 % – dann wird
sich auch die Landschaft der Energieerzeugung total verändert haben. Neben den
klassischen Elektrizitätswerken wird es
Millionen von Solarpanels auf den Dächern geben, dazu private Windgeneratoren und Wärmepumpen – und alle werden
Elektrizität in das Netz einspeisen.
Das lässt sich gut mit den epochalen Veränderungen vergleichen, die die Telekommunikation in den letzten zwanzig Jahren
durchlaufen hat. Wie heute die Energie, war
Telecom damals die Sache einiger weniger
großer Anbieter. Sie boten einigermaßen
homogene Dienste, mit Netzen und Technologien, die sich nur langsam weiterentwickelten. Es gab das gute alte Telefon, das
man zur Sprachkommunikation benutzte,
über Leitungen aus Kupfer.
Heute sind es Tausende von Firmen, die
Telecom-Services über einen breiten Mix
von heterogenen Infrastrukturen und Services bieten, auf der Basis sehr schnell
evolvierender Technologien. Dieser Prozess
hat die Telekommunikation nahezu vollständig digitalisiert. Das hat die Grenzen
zu den Computernetzwerken – dem Internet – immer mehr verwischt und die gemeinsame Entwicklung von Telecom und
Computing beträchtlich beschleunigt. Außerdem hat das die Telecom-Geschäftmodelle fundamental verändert.
Dieselbe Revolution steht nun dem Energiemarkt bevor. Mit Millionen von heterogenen Energieversorgern – aktiven Prosumern anstelle von passiven Consumern.
Und mit der Notwendigkeit verteilter und
mobiler Speicherstellen. Mit diversen Formen der Fern- und Nahversorgung mit
Energie, mit Preisbildung in Echtzeit und
einem ganzen Bündel neuer Dienste. Außerdem mit einer neuen Art von Netz. Es
wird unter Einschluss auch der alten Infrastruktur radikal anders funktionieren: mit
sehr viel mehr Intelligenz und digitaler
Technologie. Mit Halbleitern, die Elektrizität verarbeiten wie früher Informationen.
Es wird eine gewaltige Herausforderung
werden, das weltweit etablierte Elektrizi-
18.06.2010 14:22:30 Uhr
Stromversorgungen
tätswesen in eines der höchst komplexen
Systeme zu transformieren, das jemals von
der Menschheit geschaffen wurde. Und
alles das zu erreichen, wobei die Kontinuität der Services gesichert ist. Das ist sicherlich kein Technologie-Einsatz auf der
grünen Wiese!
Das Internet der Elektrizität:
global verteilt, in Echtzeit gesteuert
Der ideale Platz zur Erzeugung erneuerbarer Elektrizität ist nicht immer dort, wo sie
anschließend verbraucht wird. Südeuropa
oder die sonnenüberfluteten Räume Nordafrikas sind die idealen Orte zur solaren
Energiegewinnung. Doch dafür benötigt
man eine Netzstruktur, das diese Energie
dorthin transportieren kann, wo sie gebraucht wird: bis herauf zum Polarkreis.
Natürlich ohne allzu große Verluste auf
diesem langen Weg.
Eine weitere Herausforderung ist die Qualität und die Sicherheit der Versorgung,
überall und jederzeit. Dies im Kontext
ständig steigender Elektrizitätsmengen,
die aus intermittierenden and unkontrollierbaren Quellen stammen. An einem
sonnigen Sommertag wird vielleicht viel
mehr Energie ins Netz eingespeist, zu einem Zeitpunkt, an dem viel weniger nachgefragt wird. Umgekehrt, in einer kalten
Winternacht, kann Spitzenbedarf bestehen, aber die Anbieterkapazität ist gering.
Somit muss das zukünftige Grid mit viel
stärkeren Versorgungs- und Nachfragespitzen fertig werden, die nicht notwendigerweise zusammengehen und vor allem
weitaus flüchtiger und weniger vorhersehbar verlaufen als heute gewohnt. Das
erfordert eine kompliziertere Methodik
zum schnellen und robusten Lastausgleich, mit neuen Last-Managementsystemen und Speicherlösungen. Es bedarf
hoher Anstrengung beim intelligenten
Transport, innovativer Speicherung und
smarter Preisgestaltung, um alles das zu
verwirklichen.
Drittens, die gegenwärtige scharfe Distinktion zwischen Erzeugern und Verbrauchern von Elektrizität wird verschwinden.
In jedem gegebenen Moment kann ein
Netto-Verbraucher zum Kleinerzeuger von
Elektrizität werden. Dies lässt ich sogar
auf der Ebene einzelner Gebäude implementieren, ja sogar für individuelle „Geräte“ – wenn man darunter auch die zukünftigen Elektro-Autos versteht.
Somit müssen alle Stromzähler und Lastausgleichssysteme in beiden Richtungen
funktionieren. Das heißt, alle Versorger
benötigen in jedem Moment schnelle und
detaillierte Informationen über den Verbrauch und die Erzeugung in ihren Netzen
und die entsprechenden Daten über die
Verbrauchs- und Erzeugungsprofile ihrer
Kunden.
Zum besseren Lastausgleich und zum Abflachen von Lastspitzen brauchen wir also eine
Preisbildung in Echtzeit – wobei der Strompreis in jedem Moment und an jedem Ort
als Funktion von Angebot und Nachfrage ˘
_05E9M_XP Power EI_BMP_pdf_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(178.00 x 126.00 mm);09. Jun 2010 12:37:10
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2 bis 40 Watt
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18.06.2010 14:22:30 Uhr
Stromversorgungen
Bild 1: SiNAlGaNGaN DH Leistungs-MOSFET auf Si-Substrat montiert auf Testplatine. fluktuiert. Auch das verlangt „Smart Metering“ und schnelles Feedback auf der Ebene
jedes einzelnen Geräts. Es erfordert die Adaption des Stromverbrauchs jedes Geräts im
Hinblick auf den momentan geltenden Preis
– in einigen Fällen mit Aufladung einer Batterie, wenn der Preis gerade niedrig ist, und
mit Einspeisung von Energie ins Netz, wenn
der Preis nach oben tendiert.
Zusammengefasst: Elektrizität wird in
Zukunft über ein Verbundnetz aus einzelnen Smart Grids transportiert und balanciert. Dabei wird es Milliarden von Consumern und Produzenten geben. Alles das
braucht eine Infrastruktur, wie sie das Internet für Computing und Telekommunikation bereits heute realisiert.
(Alle Bilder: IMEC)
Fokus auf Leistungselektronik
– IMEC entwickelt GaN-on-Si Die Smart-Grid Revolution wird sich auf
Milliarden preisgünstiger Leistungsmesser,
Schalter, Sensoren, Aktuatoren, Konverter,
Inverter und Batterien stützen. Viele dieser
Schaltungen sind derzeit noch zu langsam,
zu unförmig, zu teuer und ungeeignet für
die hohen Spannungen und hohen Temperaturen, wie sie im Smart Grid von morgen
herrschen werden.
Die bisher gebräuchlichen Hochvolt-Leistungsbausteine basieren meist auf Si-MOSFET-Strukturen. Doch für eine wachsende
Zahl von Applikationen sind sie nur von
begrenztem Nutzen. GaN-basierte Schaltungen können diese Begrenzungen über-
winden. Sie kombinieren exzellente Transport-Eigenschaften mit der Fähigkeit, auch
bei hohen Feldstärken zu arbeiten. Nicht
nur von Standpunkt der Betriebssicherheit,
sondern auch unter dem Aspekt der Energieeinsparung ist die zügige Entwicklung
dieser neuen Generation von Leistungsbausteinen von extremer Wichtigkeit.
Zur Diskussion steht dabei natürlich, ob
sich derartige Halbleiter-Bauelemente
kostengünstig fertigen lassen, also auf
großen Wafern. Letztes Jahr hat IMEC in
einer spezifischen Zusammenarbeit mit
Aixtron gezeigt, dass es möglich ist, einen
crack-freien GaN-Layer (mit 1,5 µm Dicke)
auf 200-mm-Wafern zu wachsen. Das eröffnet exzellente Perspektiven für GaNon-Si Elemente, speziell unter dem KostenNutzen-Gesichtspunkt.
Um diese Fertigungserfahrung mit GaN
breit zu nutzen und Entwicklungspartner
daran zu beteiligen, hat IMEC kürzlich ein
eigenes IIAP (IMEC Industrial Affiliation
Program) zur Erforschung von GaN-on-Si
Elementen aufgelegt. Ziel des Programms
ist die Entwicklung von Hochvolt-Bauelementen mit geringen Verlusten und hoher
Schaltleistung auf der Basis von großen
Wafern in GaN-on-Si Technologie (Bild 1).
Von Bauelementen also, die in den kommenden Jahren die Bausteine des Smart
Grid werden.
(sb)
˘ infoDIRECT
422ei0710
˘ Link zu IMEC
60 … 160 V DC-Weitbereichseingang
Quarter-Brick DC/DC-Wandler bis 100 W
TDK-Lambda hat sein DC/DCWandler-Spektrum ausgebaut:
Mit dem Weitbereicheingang 60
bis 160 V= adressiert die QuarterBrick-Wandlerreihe CN-A einen
Spannungsbereich, der insbesondere im Schienenverkehr sehr
verbreitet ist. Die voll geregelten
und isolierten Wandler haben
Nennausgangsspannungen zwischen 5 V und 24 V (einstellbar
um ± 10 %) und Nennleistungen
bis zu 100 W. Die CN-A-Wandler
28
422.indd 28
lassen sich gleichermaßen in
Fahrzeugen wie in Fix-Installationen einsetzen und versetzen die
Kunden in die Lage, kosteneffizient EN 50155-konforme Systeme
aufzubauen. Ausgelegt für raue
Umgebungen, entsprechen die
Wandler in Sachen Stoß- und Vibrationsfestigkeit den strengen
Vorgaben der IEC61373, Kategorie
1, Klasse B, sowie der japanischen
Entsprechung JIS E 4031. Die Kühlung der Quarter-Bricks erfolgt
über die Basisplatte, und dies so
effizient, dass die Wandler zwischen – 40 °C und + 100 °C bei
voller Leistung (kein Derating!)
betrieben werden können. Die
Wandler verfügen standardmä-
ßig über Remote-Sense, um einen Spannungsabfall über den
Ausgangsleitungen auszugleichen, und über Fern-Ein/Aus,
haben eine Isolationsspannung
Eingang/Ausgang von 3 000 VAC
und sind geschützt gegen Überspannung und Überstrom.
˘ Link zu TDK-Lambda
18.06.2010 14:22:32 Uhr
_05FM8_Elektro-Automatik_Stromversorg_ei_gepr.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 297.00 mm);16. Jun 2010 12:24:59
Das komplette Stromversorgungsprogramm
Programmierbare Labornetzgeräte
Serie PS 8000 T und PSI 8000 T
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Leistungen 320W bis 1500W
Spannungen 16V bis 360V DC
Ströme 5A bis 60A
μ-Prozessor gesteuert
Tischversion im Tower-Gehäuse
Alle Werte im grafischen Display
Flexible Ausgangsstufe
Speicherbare Gerätekonfiguration
Integrierte Sequenz-Funktion
Innenwiderstandsregelung
Schnittstellen:
Analog / CAN / IEEE / Ethernet
RS232 / USB / Bedienersoftware
Serie PS 8000 DT und PSI 8000 DT
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Programmierbare Einbaunetzgeräte
Serie PSI 800 R
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Ströme 5A bis 170A
Einbaugehäuse
Analogschnittstelle
Fernfühlung
Schnittstellen:
Analog / CAN / Ethernet / RS232
USB / Bedienersoftware
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Leistungen 640W bis 150kW
Ströme 10A bis 5100A
Tischversion und 19“-Einschub
Innenwiderstandsregelung optional
Schnittstellen:
19“ Einschubnetzteile
für Baugruppenträger DIN 41494
Programmier- und Parametrierbare
digitale und analoge Schnittstellen
• Schnittstellen:
Analog galvanisch getrennt / CAN /
IEEE / Ethernet / RS232 / USB
• Steckkarten leicht nachrüstbar
• Plug and Play
• Leichte Konfiguration am Gerät
• Galvanische Trennung bis 2000V
• Umfangreiche Bedienersoftware
• Umfangreiche LabView VI´s
• Vernetzung von Geräten PSI 9000
• Für automatische Prüfsysteme
• Für viele EA-Serien geeignet
Programmierbare
Electronische DC-Lasten
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Ströme 5A bis 60A
Tischversion im Design-Gehäuse
Innenwiderstandsregelung
Schnittstellen:
Serie PS 8000 und PSI 8000
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Spannungen 3,3V, 5V, 12-15V, 24V
Ströme 2,5A bis 30A
Weiteingang 90-264V AC / 90-360V DC
Hoher Wirkungsgrad bis 92%
Aktive PFC (Leistungsfaktorkorrektur)
Einzel-, Doppel- & Dreifachausgang
Alle Ausgänge einzeln geregelt
Fernfühleingang, Extern Ein / Aus
Überspannungsschutz (OVP)
Übertemperaturschutz (OTP)
Power sharing für Parallelschaltung
48V Systeme auf Anfrage verfügbar
Programmierbare Batterieladegeräte
für alle aufladbaren Batterien
Betriebsmodi CC+CV+CP+CR
Alle Werte gleichzeitig im Display
Für automatische Prüfsysteme
Luft- oder wassergekühlt
Dynamische Testfunktionen
Batterietestfunktion
Schnittstellen:
EA Elektro-Automatik GmbH & Co. KG
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Einbauversion und 19“-Einschub
Programmierbar für alle Lithium-Batterien
Programmierbar für alle Blei-Batterien
Für NiMh und NiCd Batterien
Temperaturkompensation
Schnittstellen:
Analog / CAN / Ethernet / RS232
USB / Bedienersoftware
Helmholtzstr. 31- 33
D-41747 Viersen
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Batterieladegeräte
für alle aufladbaren Blei-Batterien
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Ströme 5A bis 510A
Einbauversion und 19“-Einschub
Programmierbar für alle Blei-Batterien
Temperaturkompensation
Parallelbereitschaftsbetrieb als Netzgerät
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Tiefentladeerkennung
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Produkte > Stromversorgungen
Hochstromanwendungen
Drei-Phasen-DC/DC-Abwärtswandler-Controller
Linear Technology präsentiert
mit dem LTC3829 einen EinkanalDrei-Phasen-Synchron-DC/DCAbwärtsreglercontroller mit hohem Wirkungsgrad (bis 95 %),
PolyPhase-Betrieb, differenziellem Ausgangsspannungsabgriff
und integrierter PLL zur Synchronisation mit einem externen
Taktsignal. Bis zu sechs Phasen
können parallelgeschaltet und
gegeneinder versetzt getaktet
werden, um die Anforderungen
an die Eingangs- und Ausgangsfilter in Hochstromanwendun-
gen (bis 150 A) zu verringern. Der
Differenzverstärker greift die
Ausgangsspannung sowohl an
den positiven als auch den negativen Anschlüssen ab und ermöglicht dadurch eine präzise Regelung auch in solchen Fällen, in
denen Leiterbahnen, Durchkontaktierungen oder Steckverbinder einen Spannungsabfall verursachen. Der LTC3829 arbeitet
ausschließlich mit n-Kanal-MOSFETs und akzeptiert Eingangsspannungen von 4,5 V bis 38 V; er
kann Ausgangsspannungen zwi-
schen 0,6 V und 5 V mit einer Ungenauigkeit von ± 0,75 % liefern.
Der Chip unterstützt zwei Arten
der Ausgangsstrommessung:
Messung des Spannungsabfalls
über der Ausgangsinduktivität
(DCR) oder Verwendung eines
Strommesswiderstands. Eine
programmierbare DCR-Temperaturkompensation gewährleistet
eine präzise und stabile Überstrombegrenzung über einen
weiten Temperaturbereich. Der
IC ist in einem thermisch optimierten, 38-poligen TSSOP oder
einem 38-poligen, 5 mm x 7 mm
großen QFN-Gehäuse erhältlich
und für den Sperrschichtbetriebstemperaturbereich von – 40 °C
bis 125 °C spezifiziert.
˘ Link zu Linear Technology
300 W IPC-Netzteil
Bis 50 °C
Zusätzlicher 24 V DC-Ausgang
Konvektionsgekühlte
300 W-Industrienetzteile
Das Industrie-PC-Netzteil BEH631 von Bicker Elektronik mit einer maximalen Ausgangsleistung von 300 W verfügt über
einen zusätzlichen 24 V DC-Ausgang. Neben der Versorgung des
Rechners mit den typischen ATXSpannungen, gestattet der bis zu
6 A starke 24 V DC-Ausgang die
direkte Versorgung von Peripheriegeräten wie Displays, Drucker,
Magnetkartenleser oder Münzprüfer. Ein sonst hierfür zusätzlich benötigtes Netzteil kann
entfallen. Das robuste Netzteil
mit einem Wirkungsgrad bis zu
84 % ist ein Einbaugerät
und für einen Eingangsspannungsbereich von 90
bis 264 VAC (47 bis 63 Hz)
ausgelegt. Die Strom
aufnahme beträgt an
220 VAC 2 A. Als Ausgangsspannungen stehen + 24 V, + 3,3 V, + 5 V,
+ 12 V, – 12 V und + 5 Vsb
zur Verfügung. Das Netzteil verfügt über Kurzschluss-, Überlast-,
Überspannungs- und ÜberstromSchutz. Der spezifizierte Temperaturbereich beträgt 0 bis 50 °C.
Das Netzteil erfüllt die Sicherheitsnormen gemäß EN 60950
und UL 60950. Die Abmessungen
betragen 190 x 81,5 x 40,3 mm.
Das Gewicht wird mit 1,2 kg angegeben.
˘ Link zu Bicker Elektronik
Kepco (Vertrieb: CompuMess) hat
die robusten Industrienetzteile der
RMW-Serie um Modelle mit 300 W
erweitert. Bei Konvektionskühlung
stehen die 300 W bis zu 50 °C Umgebungstemperatur bereit. Unter
Lüfterkühlung von 18 cfm ist eine
Leistungsreserve von 360 W im
Dauerbetrieb abrufbar. Mit Einfachausgang stehen sechs Versionen 5, 12, 15, 24, 28, 48 VDC der
Schaltnetzteile bereit, eine Version
bietet drei Ausgänge 5 V, ± 12 V. Die
Ausgangsspannungen sind trimmbar. Überspannungs-, Überstromund Kurzschluss-Schutz sind integriert. Ein Anschluss bietet eine
12 V-Hilfsspannung für einen externen Lüfter. Alle Modelle haben
einen universellen Weitbereichseingang mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur. Die leitungsgebundenen und abgestrahlten
Emissionen übertreffen die EMV-
Prüfnorm Klasse B. Sense-Leitungen und Meldesignale für das
Anliegen der nominalen Ausgangsspannungen sind Standard.
Alle Modelle sind UL- und cULgelistet, sind nach EN 60950 TÜV
zertifiziert, tragen das CE Zeichen
und sind ROHS konform. Die Abmessungen betragen 40,6 mm x
127,8 mm x 228,6 mm.
˘ Link zu CompuMess
_05F7U_CPS_Netzmodul_eipdf_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(185.00 x 15.00 mm);14. Jun 2010 16:59:36
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Bauhöhe 6,7 mm
60 W Open Frame
Isolierter 60 W DC/DC-Wandler
Die Open Frame Netzteile der
Baureihe NPS40-M von Emerson
Network Power (Vertrieb: Fortec
Electronic) haben eine kompakte
2 ″ x 4 ″ Bauweise und eine Bauhöhe von nur 1 ″. Als Eingangsspannung werden 90 V bis 264 V
erwartet. Die regelbare Ausgangsleistung ist bis zu 45 W mit
Konvektionskühlung und bis zu
60 W mit nur 51 m3/h Zwangsbelüftung. bei einer Ausgangsspannung im Bereich 5 bis 48 V und
max. Strom von 12 A. Im Leerlauf
werden weniger als 300 mW verbraucht. Weitere Merkmale sind:
Betriebstemperatur – 20 bis
70 °C, Überlastungs- und Kurzschlusssicherung, Fernsteuerung
Die zur Vicor Corp. gehörenden
Firma Picor ist auf die Entwicklung von hochwertigen Power Management Lösungen
spezialisiert. Neuestes Produkt ist der PI3101 Cool-Power,
ein isolierter DC/DC-Wandler
mit hoher Leistungsdichte. Mit
Eingangsspannungen von 36 bis
75 V liefert das Modul eine Ausgangsspannung von 3,3 V mit bis
zu 18 A. Damit erreicht es eine
Leistungsdichte von 25 W/cm 3
(400 W/in 3 ). Mit 16,5 W/cm 2
(105 W/in2) wird ebenfalls eine
deutliche Reduzierung des Platzbedarfs auf der Leiterkarte ermöglicht. In einem mit 22 mm x
16,5 mm großen und nur 6,7 mm
hohen SMD Power-System-inPackage (PSiP) ist die galvanische Trennung, die Spannungsübertragung und die Regelung
der Ausgangsspannung integriert. Die Baureihe basiert auf
einer patentierten ZVS Topologie und hat Schaltfrequenzen
von über 1 MHz sowie Wirkungsgrade bis zu 87 %. Die schnelle
Reaktion auf Lastsprünge reduziert den Bedarf an externen
Stützkondensatoren und das
EMV-Verhalten wurde durch die
verwendete Topologie mit niedrigen Störspannungen und hohen Arbeitsfrequenzen optimiert. Das Modul enthält eine
Vielzahl programmierbarer Eigenschaften, wie z. B. die Trimmbarkeit der Ausgangsspannung
um ± 10 %, ein einstellbarer Softstart sowie Remote On/Off. Zusätzlich gibt es eine exakte
Überwachung der Temperatur,
die eine zur internen Temperatur des Wandlers proportionale
analoge Spannung liefert. Dieses Signal kann auch als Fehleralarm genutzt werden. Das
Modul ist geschützt gegen verschiedene Fehler und schaltet
bei Über- und Unterspannung
nach
S t ro m ausfällen,
EN61000-3-2
konform. Ein Funkentstörfilter
der Klasse B ist eingebaut. Eine
umfassende Reihe von weltweiten Sicherheitszulassungen, für
IT-Zubehör (ITE) und nicht sicherheitskritischen medizinischen
Anwendungen ohne Patientenkontakt liegt vor.
˘ Link zu Fortec
Geringer Platzbedarf
250 W DC/DC-Powerblock
Die primärgetakteten DC/DCWandler mit 250 W von MTM
Power wurden speziell für den
Einsatz in der Fahrzeugtechnik
entwickelt und arbeiten nach
dem Gegentaktprinzip. Hierbei
wird die Eingangsgleichspannung durch zwei im Gegentakt
arbeitende Transistoren mit einer Frequenz von ca. 60 kHz
zerhackt. Mit Hilfe eines Transformators und einer sekundärseitigen Längsdrossel wird eine
galvanisch getrennte Ausgangsspannung (12 V, 24 V oder 30 V)
erzeugt, die durch eine Pulsbreitenmodulation nach dem „Current Mode“-Prinzip geregelt
wird. Die Serie PCMD250W ist
mit den Eingangsspannungen
24 V DC (16,8 … 36 V DC), 48 V DC
(30 … 75 VDC), 80 VDC (50 … 150 VDC)
und 110 VDC (66 … 154 VDC) erhältlich. Die Abmessungen betragen
150 mm x 86 mm x 55 mm. Der
Anschluss erfolgt über Schraubklemmen. Die Geräte sind leerlauffest, durch primär- und
PB_SV.indd 31
sekundärseitige Leistungsbegrenzung kurzschlusssicher und
können optional für den Einsatz
in der Bahntechnik gefertigt
werden. Die wartungsfreien
Wandler sind vakuumvergossen,
für den Einsatz in Geräten der
Schutzklasse II vorbereitet und
erfüllen die Niederspannungsrichtlinie. Zum ungestörten Betrieb der Geräte ist es notwendig, die Montage auf einer
wärmeableitenden Fläche vorzunehmen.
˘ Link zu MTM Power
am Eingang, Übertemperatur im
Modul und Überspannung am
Ausgang automatisch ab. Nach
einem Fehlerfall erfolgt ein automatisches Wiedereinschalten.
Eine Überstrombegrenzung mit
zwei Schaltschwellen schützt
vor einem Kurzschluss am Ausgang.
˘ Link zu Picor/Vicor
31
21.06.2010 12:28:02 Uhr
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National Semiconductor bringt
mit dem ADC12D1800 den
schnellsten 12-Bit- ADC der Welt
auf den Markt. Damit wird eine
neue Generation von Architekturen und Applikationen im Bereich
Software Defined Radio (SDR) für
den Frequenzbereich von DC bis
1,8 GHz möglich. Die dynamischen
Kenndaten, darunter ein Eigenrauschen von – 147 dBm/Hz, ein
Rauschleistungsverhältnis (Noise
Power Ratio – NPR) von 52 dB und
die für einen 12-Bit-ADC sehr geringen Intermodulationsverzerrungen (IMD) von -61 dBFS, ermöglichen diese Applikation. Mit
einer Abtastrate von 3,6 GSPS ist
der ADC12D1800 um den Faktor
3,6 schneller als sämtliche andere
derzeit erhältliche 12-Bit-ADCs.
Zusätzlich zum ADC12D1800 stellt
die Firma zwei weitere Produkte
seiner Familie ultraschneller ADCs
vor, nämlich den ADC12D1600 mit
einer Abtastrate bis zu 3,2 GSPS
und den ADC12D1000, der auf bis
zu 2,0 GSPS kommt.
Da die an einfachen 1,9 V arbeitende ADC12D1x00-Familie im
BGA292 in der Lage ist, innerhalb
einer großen Bandbreite modulierte, bandbegrenzte Signale mit
hoher Genauigkeit zu empfangen, lassen sich mit ihr völlig neue
SDR-Architekturen realisieren. In
militärischen Radarsystemen
etwa kann ein einzelner ADC12D1X00 im Verbund mit einem
digitalen Abwärtsumsetzer
mehrere Mischer-, Filter-, Ver
stärker- und Überlagerungs
oszillator-Stufen traditioneller
Heterodyn-Empfänger mit zwei
oder drei Umsetzerstufen ersetzen.
In mehrkanaligen Set Top Boxen
der nächsten Generation lassen
Viele Neuheiten
Greisinger electronic Katalog 2010
Im GREISINGER electronic Katalog 2010 präsentiert die Firma
auf 120 Seiten ihr umfassendes
Angebot. Der Katalog zum Thema: „Messen Steuern Regeln“
zeigt Handmessgeräte, Temperaturfühler, Anzeigen und Regler,
Daten-logger/EASYBus, Mess-
32
PB.indd 32
umformer und Alarm- und
Schutzgeräte. Neben zahlreichen
Änderungen und Erweiterungen
wurden folgende Geräte neu in
die Produktpalette aufgenommen:
GOX 100T (Kompaktes Luftsauerstoff-Messgerät für Tauchanwendungen), GGO 370 / GOO 370
(Luftsauerstoffsensoren für
Tauchanwendungen), EBS 20M
Software zur 20-Kanal-Messdatenerfassung und T-Logg 100 E
ein Temperaturlogger inklusive
externem Sensor. Der Katalog ist
kostenlos als Download erhältlich oder kann auf Anfrage per
Post zugesendet werden.
˘ Link zum Katalog
sich mit einem einzigen ADC12D1X00 sogar alle Tuner ersetzen, hier gab es in der Vergangenheit die verschiedenen Tuner für
DAB, DVB-T, DVB-S usw. Die Umstellung solcher Architekturen
auf eine SDR-Implementierung
bewirkt eine drastische Verringerung der Leiterplattenfläche, der
Stromaufnahme und der Kosten,
während sich die Systemflexibilität deutlich verbessert.
Die 12-Bit-ADCs von National werden mit thermisch optimierten
(wahlweise bleifreien) BGA-Gehäusen mit 292 Anschlüssen geliefert und sind pinkompatibel zu
den ADCs ADC10D1000 und ADC10D1500. Sie werden mit einer
Versorgungsspannung von 1,9 V
betrieben und enthalten zwei
Kanäle, die entweder unabhängig
oder im Interleaved-Betrieb (verzahnt) genutzt werden können.
Die Bausteine enthalten Schaltungen zur Synchronisation mehrerer Chips. Verstärkung und Offset können für jeden Kanal
einzeln programmiert werden.
Der eingebaute Track-and-HoldVerstärker und das erweiterte
Selbstkalibrierungs-Konzept ermöglichen einen sehr flachen
Verlauf aller dynamischen Parameter für Eingangsfrequenzen
bis über 2 GHz hinaus, wobei eine
außergewöhnlich niedrige Codefehlerrate von 10-18 eingehalten
wird.
˘ Link zu National Semiconductor
Katalog Fischer elektronik
Gehäuse – 19 ″ Technik
– Testzubehör
Fast 150 Seiten umfasst der Katalog 2010 f.case.d von Fischer
elektronik. Den Schwerpunkt des
teilweise farbig angelegten Katalogs bilden die Gehäuse, die als
Pult- und Schalengehäuse, als
Kombinations- und Tubusgehäuse, als Alu-Gehäuse und als Wärmeableitgehäuse angeboten
werden. Der Katalog kann kostenlos angefordert werden.
˘ Link zur Kataloganforderung
21.06.2010 10:30:20 Uhr
Stromversorgungen
< Produkte
EXL Core-Architektur
PFC-ICs für Netzteile und Vorschaltgeräte
Cirrus Logic hat die branchenweit
ersten digitalen Power Factor Correction (PFC) Controller-ICs, die
analoge PFCs sowohl in punkto
Leistung als auch im Preis übertreffen präsentiert. Die ICs CS1500
und CS1600 bieten Entwicklern
von Netzteilen und Lampen-Vorschaltgeräten eine – im Vergleich
zu entsprechenden analogen
PFC-Produkten – leistungsfähige-
re und auch schaltungstechnisch
einfachere Lösung. Die ICs basieren auf der EXL Core-Architektur
von Cirrus Logic, für die bisher
bereits 53 Algorithmus-Technologien patentiert oder zum Patent
angemeldet wurden. Sie bieten
gegenüber analogen Produkten
den Vorteil, dass sie komplexe
Herausforderungen für das Power-Management auf intelligente
Weise lösen können. Durch die
patentierte digitale Noise-Shaping-Technik kommen die ICs mit
kleineren EMV-Filtern aus.
Die ICs sind digital gesteuerte
DCM (Discontinuous Conduction
Mode) PCF-ICs, die zur Verwendung in Netzgeräten bis 300 W
Ausgangsleistung bestimmt sind.
Der CS1500 wurde für Netzteile
entwickelt, während der CS1600
für elektronische Lampen-Vorschaltgeräte bestimmt ist. Beide
arbeiten im Temperaturbereich
von – 40 bis + 125 °C. Sie sind einem 8-poligen SOIC-Gehäuse
untergebracht und haben eine
Verlustleistung im Standby-Betrieb von weniger als 0,2 W. verfügbar. Der Preis liegt bei 0,30
PB_SV.indd 33
damit besonders umweltfreundlicher Li-Zellen fokussiert. So sind
die seit drei Jahren verfügbaren
wiederaufladbaren Batterien
nach wie vor die weltweit einzigen Lithium-Zellen, die das Nordic Ecolabel tragen dürfen. Parallel dazu wurden die Produkte von
Boston-Power als weltweit erste
Li-Zellen vom China Environmental United Certification Center
(CEC) zertifiziert.
Mit über 1000 garantierten
Lade-/Entladezyklen verfügen
die Sonata-Zellen über eine dreibis fünfmal längere Haltbarkeit
˘ Link zu Cirrus Logic
_05EAR_Hivolt_hivolt.de_ei_as_gepr.pdf;S:1;Format:(45.00x67.00mm);09.Jun201013:46:56
- Hochspannungsversorgungen
- Hochspannungsverstärker
- Hochspannungskabel
- Oszilloskope
- Magnetstromversorgungen
- Leistungsverstärker
- Leistungselektronik
- AC-Quellen
- elektronische Lasten
- DC-Netzgeräte
_05EBS_Bicker Elektronik_UPSI-B-2410_ei_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(57.15 x 143.23 mm);09. Jun 2010 14:02:20
Boston-Power und BMZ kooperieren
Boston-Power Inc. und der AkkuSystemlieferant, das BMZ Batterien-Montage-Zentrum werden
künftig bei der weltweiten Vermarktung Boston-Power‘s innovativer Batterietechnologien eng
zusammen arbeiten. Im Rahmen
der Vereinbarung wird das BMZ
die Produktion und Vermarktung
von auf Boston-Power’s Sonataund Swing-Zellen basierenden
Akkus übernehmen.
Die 2005 von Dr. Christina Lampe-Önnerud gegründete Boston
Power Inc. hat sich auf die Entwicklung extrem langlebiger und
hivolt.de GmbH & Co. KG
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Herstellung und Vermarktung künftiger Lithium-Ionen-Akku-Generationen
Wollen mit lang
lebigen Lithium-IonenZellen gemeinsam den
europäischen Markt
erobern (v. l.) BMZ-Ver
triebsleiter Klaus Heck
und Martin Dluzansky,
Director Partner
Marketing bei
Boston-Power.
US-Dollar (Abnahmemenge 1 Mio.
Stück).
als traditionelle, in Notebooks
und vielen anderen portablen
Geräten eingesetzte Zellen der
Baugröße 18650. Ein weiterer
Vorteil ist ihre relativ kurze Ladezeit. In 30 Minuten – also in etwa
20 % der sonst üblichen Zeit –
werden bereits 80 % der Ladekapazität erreicht.
Die zweite Produktlinie, SwingZellen, wurden vorwiegend für
den Einsatz in Elektrorollern, EBikes, Hybrid-Elektrofahrzeugen,
reinen batteriebetriebenen Gefährten und Energiespeichern
konzipiert. Die Swing-Zellen haben
mindestens 1 000 Ladezyklen bei
100 % Entladung und 2 000 Ladezyklen bei 90 % Entladung. Mit
420 kWh/L ist diese etwa doppelt
so hoch als bei heutigen LithiumPhosphat-basierten Zellen.
DC-USV
UPSI-B-2410 | 24 VDC/10 A
von -30...+70°C einsetzbar
hohe Standzeit durch
CYCLON-Batteriepack
• mit Reboot-Funktion
•
•
˘ Link zu BMZ
33
Bicker Elektronik GmbH
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21.06.2010 10:34:30 Uhr
Quarze/Oszillatoren
MHz-Oszillator Design
Wahl der richtigen Lastkapazität
Die Wahl der richtigen Lastkapazität (CL) für einen Quarzoszillator ist kritisch für dessen korrekte Funktionsfähigkeit.
Auf den ersten Blick könnte man meinen, dies sei eine einfache Entscheidung. Dass dies so einfach nicht ist, und was
zu beachten ist, zeigt elektronik industrie.
Bei genauerem Hinsehen stellt man bei
der Auslegung der Lastkapazität fest, dass
es sich hierbei um einen Kompromiss gegenläufiger Anforderungen und verschiedener Eigenschaften handelt. Diese werden häufig unterschätzt oder oft auch aus
Unwissenheit falsch gewählt, was in der
Praxis häufig zu Problemen führt.
Dieser Beitrag soll die technischen Hintergründe und Kompromisse im Oszillatordesign erörtern und einen Einblick in die
Optimierungsmöglichkeiten beim Design
eines Quarz Oszillators geben. Auch wenn
die gewählten Beispiele aus dem Bereich
der MHz-Quarze sind, sind die gemachten
theoretischen Aussagen auch auf kHzQuarze übertragbar.
Das Ersatzschaltbild eines Quarzoszillators
nahe der Resonanzfrequenz besteht wie
in Bild 1 dargestellt aus einem Serienschwingkreis mit einer induktiven, einer
kapazitiven und einer resistiven Komponente. Parallel hierzu befindet sich eine
mit C0 bezeichnete Kapazität, die im Wesentlichen durch das Design und Gehäuse
des Quarzes bestimmt wird. Die Frequenz
eines Quarzes kann gezogen, d. h. in gewissem Rahmen variiert, werden, indem
im Oszillatorschaltkreis Scheinwiderstände hinzugefügt werden. Um die hohe Güte
des Schwingkreises zu erhalten, wird dies
durch zufügen von Kapazitäten erreicht.
Bild 2 zeigt ein Schaltbild einer typischen
Oszillatorschaltung.
Die Ziehfähigkeit eines Quarzes D berechnet sich mithilfe der Formel
D= C1x106/2(C0+CL)
wobei CL die Lastkapazität der Oszillatorschaltung ist, also die Kapazität die
˘ AUTOR
Stefan Hartmann,
Department Manager QD,
Epson Europe
Electronics GmbH
34
420.indd 34
Bild 1: Ersatzschaltbild
eines Quarzoszillators
nahe der Resonanzfre
quenz.
(Bilder: Epson)
der Quarz an seinen zwei Anschlüssen
sieht.
Ein typischer MHz-Quarz (AT-Quarz) für
Mobiltelefone besitzt eine Toleranz von
± 10 ppm bei Raumtemperatur und im besten Fall eine zusätzliche Toleranz von
± 10 ppm über dem üblichen Betriebstemperaturbereich. Diese Werte werden bei
der spezifizierten nominalen Lastkapazität CL, die sich üblicherweise im Bereich
7 pF bis 30 pF bewegt, erreicht.
Für Anwendung, die eine Genauigkeit von
z. B. ± 30 oder ± 50 ppm benötigen, ist es
nicht unbedingt erforderlich den Quarz zu
ziehen, d.h. die Frequenz individuell einzustellen, da Quarze mit entsprechenden
Toleranzen verfügbar sind. In diesem Falle
können Fertigungskosten eingespart werden, da auf aufwendige Frequenzjustierung nach der Bestückung des PCBs verzichtet werden kann.
Beeinflussende Parameter
Es gibt drei dominante und zwei weniger
relevante Parameter, welche die Frequenztoleranz beeinflussen:
1) Toleranz bei Raumtemperatur (z. B.
± 10 ppm)
2) Maximale Abweichung über dem Bet r i e b s t e m p e rat u r b e re i c h ( z . B.
± 12 ppm)
3) A
lterung des Quarzes über der Lebenszeit (z. B. ± 3 ppm in 5 Jahren)
4) A
usgangslast (z. B. ± 0,3 ppm)
5) Versorgungsspannungsschwankungen
(z. B. ± 0,2 ppm)
Die maximale Frequenzabweichung im
obigen Beispiel wäre über die Lebenszeit
Bild 2: Schaltbild einer typischen Oszillator
schaltung.
und den Betriebstemperaturbereich im
schlimmsten Falle ± 25,5 ppm, wenn keine
Frequenzeinstellung vorgenommen wird.
In der Realität besteht die Toleranz bei
Raumtemperatur jedoch aus zwei Komponenten:
1) Herstellungstoleranz des Quarzes (z. B.
± 10 ppm)
2) Abweichung der tatsächlichen Lastkapazität in der Oszillatorschaltung des
Kunden (incl. Fertigungs- und Bauteiltoleranzen) im Vergleich zur Testumgebung des Quarzherstellers.
Quarzhersteller treiben einen nicht unerheblichen Aufwand, um sicherzustellen,
dass die Lastkapazität ihrer Testumgebung
so nahe als nur irgend möglich an der spezifizierten Lastkapazität liegt. Messungen
in der Quarzfertigung werden gemäß ISO
Standard durchgeführt, der hierfür den
Einsatz eines PI-Netzwerkes vorsieht. Die
Last des PI-Netzwerkes wird vor der Messung auf die gewünschte Lastkapazität
eingestellt, während die tatsächliche Last
18.06.2010 14:23:03 Uhr
_05F7D_Geyer_Quarze_ei_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(69.00 x 297.00 mm);14. Jun 2010 16:31:12
Quarze/Oszillatoren
der Kundenschaltung äußerst schwer zu
bestimmen ist.
Die Lastkapazität setzt sich aus drei Größen zusammen:
1) D
en Kondensatoren in der Oszillatorschaltung (CD und CG in Bild 2)
2) D
er Kapazität des Oszillator-Halbleiters
(z. B. ASIC)
3) D
er Streukapazität der Leiterbahnen auf
dem PCB
Falls die Lastkapazität klein gewählt wird,
gewinnen Streukapazitäten des PCBs an
Signifikanz.
Wie aus obenstehender Formel ersichtlich ist, hängt die Ziehfähigkeit des Quarzes erheblich von der Lastkapazität ab
(Bild 3). Im Falle eines Festfrequenzoszillators ohne Frequenzjustierung ist deshalb eine höhere Lastkapazität empfehlenswert. Die höhere Lastkapazität
reduziert den Frequenzfehler aufgrund
schwankender Streukapazitäten in der
Fertigung und von Kalibrierungsfehlern
zwischen der Lastkapazitätseinstellung
des Quarzherstellers und des Kunden.
Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass
die Oszillatorschaltung einen ausreichenden „negativen Widerstand“ (also Verstärkung) aufweist, um die Oszillation
sicher und schnell genug zu starten, da
eine höhere Lastkapazität auch mehr
Energie benötigt.
Für den Fall, dass der Oszillator als VCXO
(spannungsgesteuerter Quarzoszillator
oder Voltage Controlled Crystal Oscillator)
oder DCXO (digital kontrollierter Quarzoszillator oder Digitally Controlled Crystal
Oscillator) ausgeführt werden soll, ist es
häufig notwendig eine geringe Lastkapazität zu wählen (typischerweise 8 bis
12 pF), um einen ausreichenden Ziehbereich zu erhalten und alle anfallenden
Frequenztoleranzen über der Lebenszeit
ausgleichen zu können. In diesem Falle
steigt die Signifikanz des durch Schwankungen der Streukapazität verursachten
Frequenzfehlers erheblich an und die Kalibrierung der Lastkapazität gewinnt an
Bedeutung. Bei einer Sensitivität von z. B.
20 ppm/pF bewirkt bereits eine Variation
der tatsächlichen Lastkapazität in der Kundenschaltung von 0,5 pF einen Frequenzfehler von 10 ppm, welcher in vielen Anwendungen kritisch ist.
420.indd 35
Kalibrierung der Lastkapazität
zwischen Kunden und Hersteller
In kritischen Anwendungen ist es oft notwendig eine Kalibrierung zwischen der
Schaltung des Kunden und der Testumgebung des Quarzherstellers durchzuführen.
Dies ist notwendig, da es für den Anwender fast unmöglich ist, die Lastkapazität
der Oszillatorschaltung in der benötigten
Genauigkeit zu spezifizieren. Um die Kalibrierung durchzuführen, stellt der Quarzhersteller üblicherweise eine Reihe von
nummerierten Quarzen zur Verfügung,
deren individuelle Frequenz vorher bei
Raumtemperatur vermessen wurde. Diese
nummerierten Quarze werden dann auf
die finale Leiterplatte des Kunden assembliert und die genaue Frequenz in der Anwendungsschaltung wieder bei Raumtemperatur ermittelt. Die durchschnittliche
Differenz dieser beiden Frequenzen stellt
einen Offset zwischen der Kundenschaltung und der Testumgebung des Herstellers dar. Dieser Offset kann dann vom
Quarzhersteller in seiner Testumgebung
berücksichtigt und damit korrigiert werden.
Der Sinn der Kalibrierung ist es, die Frequenzdifferenz aufgrund unterschiedlicher Schaltungs- und Testumgebungen
zwischen Kunden und Hersteller bei
Raumtemperatur zu minimieren und die
Frequenztoleranz des Quarzes um die Nominalfrequenz zu zentrieren. Diese Art
der Kalibrierung hat einige Nachteile, da
sie die Frequenzdrift, die aufgrund des
Lötprozesses zustande kommt, vernachlässigt. Desweiteren ist eine nicht zu kleine Menge an Quarzen notwendig, um eine
statistische Aussagekraft des Tests zu erlangen und es ist darauf zu achten, dass
das Lötprofil des Quarzes auf keinen Fall
überschritten wird um erhöhte Frequenzdrifts zu vermeiden.
Eine zuverlässigere Möglichkeit der Kalibrierung wäre, statistische Daten über die
tatsächliche Frequenz in der Anwenderschaltung zu verwenden. Wenn in der Leiterplatte Produktion ein nachhaltiger und
konstanter Frequenzoffset erkannt wird,
kann dieser vom Quarzhersteller durch Anpassung seiner Testschaltung entsprechend
korrigiert werden. Damit diese Methode
jedoch funktioniert, muss eine relativ größere Menge an Leiterplatten produziert ˘
35
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18.06.2010 14:23:04 Uhr
Quarze/Oszillatoren
Bild 3: Abhängigkeit der
Schwingfrequenz des
Quarzes von der tatsäch
lichen Lastkapazität der
Oszillatorschaltung.
werden und die festgestellte Frequenzabweichung um einen bestimmten Wert herum Schwanken.
Anmerkungen zum Ziehen
des Quarzes
Bild 3 zeigt ein Beispiel der Abhängigkeit
der Schwingfrequenz des Quarzes von der
tatsächlichen Lastkapazität der Oszillatorschaltung, in der er verbaut wird. Diese
Kurve zeigt also die Ziehfähigkeit des
_05EBK_WDI_AG_Quarze&Osszilatoren_ei_as_gepr.pdf;S: 1;Format:(57.50 x 146.40 mm);09. Jun 2010 13:59:31
l an
Riesige Auswah oren:
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zil
Os
d
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n
Quarze
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www.quarzfind
Quarze und
Oszillatoren
Quarzes, oder wie stark sich die Frequenz
verändert, wenn die tatsächliche Last
kapazität in der Anwenderschaltung
schwankt oder von der nominalen Lastkapazität des Quarzherstellers abweicht.
Im Herstellungsprozess des Quarzes bleibt
die gewünschte Lastkapazität nahezu bis
zum finalen Test unberücksichtigt. Erst
zum Schluss des Produktionsprozesses des
Quarzes nimmt der Quarzhersteller üblicherweise eine Frequenzjustierung vor, bei
welcher der Quarz in seiner Testumgebung
betrieben wird. Dieser Prozessschritt ist
es auch in dem die vorher beschriebene
Kalibrierung seitens des Quarzherstellers
umgesetzt wird.
Mit kleiner werdenden Bauformen von
MHz-Quarzen nimmt auch deren Ziehfähigkeit ab, bei gleichzeitiger Erhöhung des
Serienwiderstandes (ESR). Diese Abnahme
der Ziehfähigkeit kann in gewissen Grenzen durch eine Reduktion der Lastkapazität kompensiert werden. Die Verringerung
der Lastkapazität hat jedoch einige Nachteile:
1. Die Streukapazität des Halbleiters hat
einen größeren Einfluss auf die Genauigkeit
2. D
er Einfluss jeglicher Lastkapazitätsänderung z. B. durch Toleranzen externer
Kondensatoren oder Schwankungen der
Leiterbahndicke erhöht sich, so dass
selbst kleinste Variationen der Lastkapazität bereits messbare Frequenzänderungen bewirken.
Im Falle kleiner Lastkapazitätswerte (im
Bereich 6 pF bis 10 pF) sind Maßnahmen
zur Stabilisierung der Lastkapazität notwendig. Zu nennen wäre hier der Einsatz
von Kondensatoren mit kleineren Toleran-
zen und die Sortierung bzw. enge Prozesskontrolle der Leiterplatten und anderer
Komponenten. Bei kleinen Lastkapazitäten ist der Oszillatorkreis so empfindlich,
dass selbst die bloße Annäherung mit der
Hand eine Frequenzverstimmung verursachen kann. Es muss auch darauf geachtet werden, dass die Oszillatorschaltung
und speziell die Kondensatoren im Oszillatorkreis von externen Einflüssen abgeschirmt werden um die tatsächliche Lastkapazität zu stabilisieren und konsistente
Ergebnisse zu erzielen.
Miniaturisierung
In Mobiltelefonen und anderen Funkanwendungen ist es häufig notwendig, die
Frequenz eines Oszillators auf die Frequenz des Netzwerks abzustimmen. Hierfür werden üblicherweise VCXOs (spannungsgesteuerte Quarzoszillatoren) oder
DCXOs (digital kontrollierter Quarzoszillator) eingesetzt, deren eingebauter Quarz
einen ausreichenden Ziehbereich aufweisen muss um sämtliche anfallenden Toleranzen auszugleichen. Durch die fortschreitende Miniaturisierung wird dies
zunehmend schwieriger, da wie bereits
erwähnt die Ziehfähigkeit des Quarzes bei
kleineren Bauformen abnimmt. Dies in
Verbindung mit den gestiegenen Anforderungen für Navigationsanwendungen
(GPS) führt vermehrt zum Einsatz neuartiger Architekturen und Konzepte. Diese
verwenden z. B. eine feste, nicht korrigierte Frequenz des Referenzoszillators und
korrigieren diese mit Hilfe leistungsstärkerer DSPs. Wie bereits ausgeführt, ist in
diesem Falle der Einsatz höherer Lastkapazitäten empfehlenswert.
Derzeit verwenden die meisten GPS Navigationssysteme hochgenaue TCXOs (temperaturkompensierte Quarzoszillatoren)
als Taktgeber. Um Kosten und Platz zu
sparen und durch die verfügbare höhere
Rechenleistung bei geringer werdenden
Leistungsaufnahmen ist es durchaus
denkbar dass zukünftige Systeme Festfrequenzoszillatoren verwenden und diese
mit Hilfe von DSPs korrigieren.
(sb)
˘ infoDIRECT
420ei0710
˘ Link zu Epson Europe Electronics GmbH
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420.indd 36
18.06.2010 14:23:05 Uhr
Quarze/Oszillatoren
< Produkte
SMD-Quarze
MSC erweitert das Frequenz-Produktespektrum
Preisgünstig im
weißen Vollkeramikgehäuse
Oszillatoren-Familien von
TST-TAI-SAW Technology
Auris (Vertrieb: Setron) geht neue
Wege in der Verwendung von
kostengünstigen Gehäusematerialien. Als Alternative zu den am
Markt üblichen Gehäusematerialien wird zusätzlich ein Vollkeramikgehäuse aus eigener Produktion angeboten.Die neuen
auris-SMD-Quarze der Serie AC
im weißen Vollkeramikgehäuse
bieten im Vergleich zu den
marktüblichen Quarzen in Keramik mit Metalldeckel außerdem
folgende Vorteile: sie sind funktions- und pinkompatibel sowie
laserbeschriftet (Datum- und
Loscode).Die auf höchstem Qualitätsniveau basierenden Quarze
werden in Reinsträumen gefertigt, einer 100 % Prüfung unterzogen und zusätzlich entsprechend der Norm IEC 60444-6
(DLD-Messung) geprüft. Ein einwandfreies Anschwingen in der
Anwendung wird somit sichergestellt. Derzeit sind folgende Gehäusevarianten verfügbar:
AC3225 (3,2 x 2,5 mm) im Frequenzbereich von 12 MHz bis
40 MHz, AC5032 (5,0 x 3,2 mm)
mit 12 MHz bis 30 MHz und
AC1045 (10,0 x 4,5 mm) mit
3,2768 MHz bis 7 MHz. Die Quarze
sind bleifrei, RoHS konform und
können Reflow gelötet werden.
˘ Link zu Setron
Low cost Mini-SMD-Quarz
PB_Quarze.indd 37
ihrem ausgezeichneten Preis/
Leistungs-Verhältnis ideal für
viele Anwendungen.
Alle Oszillatoren der XO- Serie
entsprechen der RoHS- Richtlinie
und sind bleifrei.
˘ Link zu MSC
Für Bluetooth
Für Bluetooth-Applikationen hat sich aus
dem Produktspektrum
der Petermann-Technik
der Mini-SMD-Quarz
mit den Abmessungen
3,2 x 2,5 x 0,6 mm der
Serie SMD03025/4 als günstigster Quarz im Keramikgehäuse
etabliert. Der ab 12 MHz lieferbare Winzling ist mit Frequenztoleranzen bei 25 °C ab ± 10 ppm,
Temperaturstabilitäten ab
± 8 ppm und mit einer Alterung
von max. ± 1 ppm pro Jahr lieferbar. Für Automotive Applikationen ist der Quarz anhand
AECQ200 mit dem erweiterten
Te m p e r a t u r b e r e i c h
von
– 40/+ 125 °C qualifizierbar.
Mit den beiden Serien XO-3225
und XO-2520 des Hersteller TST
TAI-SAW Technology bietet die
MSC besonders kompakte Quarzoszillatoren für Frequenzen von
2 MHz bis 60 MHz bei Betriebsspannungen von 2,5 bis 3,3 Volt
an. Aufgrund der minimalen Abmessungen von 3,2 x 2,5 x 1,2 mm
und 2,5 x 2,0 x 0,9 mm können
die Quarzoszillatoren platzsparend in den Endgeräten verbaut
werden. Die XOs sind erhältlich
im Arbeitstemperaturbereich
von – 20 bis + 70 °C oder – 40 bis
+ 85 °C mit einer Frequenzstabilität über allen Parametern von
± 25 ppm + ~ ± 50 ppm.
Die Bauteile überzeugen jedoch
nicht nur für platzkritische Projekte sondern eignen sich wegen
Selbstverständlich
sind auch sehr günstige Lösungen für IMS,
ZigBee, WLAN, NFC
und andere WirelessApplikationen sehr
kurzfristig lieferbar.
Zur Verbesserung des EMV-Verhaltens empfiehlt es sich, den
Quarz über die Pins 2 und 4 zu
erden. Um höchstmögliche Qualität zu erreichen werden die
Mini-SMD-Quarze in Reinsträumen auf höchstem Produktionsniveau gefertigt.
˘ Link zu Petermann-Technik
Winzig, sicher und leistungsfähig
Superminiatur-Oszillator
Mit der Modellbezeichnung KXOV94 bietet Geyer Electronic einen
Superminiatur-Oszillator an, der
durch die kleinen Abmessungen
von nur 2,0 x 1,6 mm besonders
schock- und vibrationsfest ist.
Auch der große Frequenzbereich
des KXO-V94, der bereits bei
1 MHz beginnt und bis 80 MHz
reicht, ist ein besonderes Merkmal. Im Vergleich zu einer Lösung
mit Schwingquarz und Kondensatoren verringert sich bei niedrigen Frequenzen der Platzbedarf
durch Einsatz dieses Miniatur
oszillators um eine weitere
Größenordnung. Zudem sind
Oszillatoren im gesamten Betriebsbereich schnell und sicher
einzusetzen. Die Versorgungsspannung beträgt 1,8 V, 2,5 V,
2,8 V, 3,0 V oder 3,3 V. Betriebstemperaturen bis + 85 °C sind
möglich. Hervorzuheben sind die
geringen Jitterwerte, wie bei allen echten Quarzoszillatoren.
Über die Tristate Funktion kann
der Oszillator ein- und ausgeschaltet werden. Der KXO-V94 ist
RoHS-konform und bleifrei nach
J-Std-020D lötbar. Eine Rolle enthält 1000 Stück, jedoch sind auch
kleinere Mengen lieferbar (ab
100 Stück).
˘ Link zu Geyer Electronic
37
21.06.2010 10:42:58 Uhr
Quarze/Oszillatoren
Resonator aus Polysilizium
Silizium-Oszillatoren –
leistungsstark und preiswert
Mit den PureSilicon-Oszillatoren von der US-Firma Discera stehen jetzt leistungsfähige und preiswerte
Silizium-Oszillatoren zur Verfügung, die über eine hohe Einsatzreife verfügen. Die Entwickler taktgesteuerter Geräte
sollten daher nicht länger zögern. Mit den neuen Bausteinen DSC10XX können sie die Robustheit ihrer Produkte deutlich erhöhen und zugleich die Kosten wesentlich reduzieren.
Die Digitalisierung der Elektronik
hat dazu geführt, dass inzwischen
nahezu jede elektronische Baugruppe mit einem Mikroprozessor
oder Mikrocontroller ausgerüstet
ist. Diese Systeme und ihre peripheren Komponenten arbeiten
sequenziell und müssen getaktet
werden. Das übernehmen derzeit
meist Quarz-Oszillatoren, deren
Bedeutung folglich stark gestiegen
ist. So wird für das Jahr 2010 erwartet, dass weltweit mehr als 4 Mrd.
Quarz-Oszillatoren mit einem Einkaufsvolumen von 2,5 Mrd. € zum
Einsatz kommen werden [1].
Obwohl vielfach zur Taktung elektronischer Systeme verwendet, ist der QuarzOszillator keine ideale Taktquelle. Tatsächlich hat er einige Nachteile, die vor
allem durch den zur Schwingungserzeugung verwendeten Quarz verursacht
werden:
˘h
ohe Empfindlichkeit bei mechanischen
Belastungen. Statische und dynamische
Belastungen (Einbaulage bzw. Schock
und Vibrationen) bewirken Deformationen des Kristallgitters und können zu
reversiblen und irreversiblen Frequenzabweichungen führen. Infolge dieser
Empfindlichkeit ist für die Quarzscheibe
meist eine aufwändige Halterung erforderlich [2]. Weiterhin gelten für einige Quarz-Produkte Einschränkungen
hinsichtlich ihrer mechanischen Belastbarkeit bei Einbau, Reinigung (Ultraschall) und Nutzung [3].
˘ AUTOR
Dr. Klaus Barenthin
ist Vorstand Technik von
SE Spezial-Electronic AG
in Bückeburg.
38
504.indd 38
Quarz oft zum bestimmenden
Faktor für die Größe des Quarzbzw. Oszillator-Gehäuses.
Der zuletzt genannte Nachteil
(alle Bilder Discera/SE)
konnte zumindest bei Oszillatoren
durch eine indirekte Frequenzerzeugung umgangen werden. Dabei hat der Quarz eine mittlere
Frequenz (z. B. bei 25 MHz), die zu
kleinen Abmessungen und günstigen elektrischen Eigenschaften
führte. Die gewünschte Ausgangsfrequenz erhält man durch Teilung
bzw. Vervielfachung dieser Frequenz. Erforderlich ist hierzu le˘ r elativ teure Fertigung. Ein Schwingdiglich ein Oszillator-ASIC, der über einen
quarz reagiert sensibel auf Feuchtigkeit
Teiler bzw. Multiplizierer oder eine pround Verschmutzungen. Deshalb gelten
grammierbare PLL verfügt.
hohe Anforderungen an die Reinheit
Wegen der verbleibenden Nachteile herwährend der Fertigung. Außerdem
kömmlicher Quarz-Oszillatoren wurden in
müssen für Quarze und Quarz-Oszilladen letzten Jahren Oszillatoren entwickelt,
toren besonders dichte Gehäuse verdie anstelle des Schwingquarzes einen
wendet werden.
Resonator aus Polysilizium verwenden.
˘b
egrenztes Potenzial für weitere Mi
Bereits sehr erfolgreich mit derartigen
niaturisierung. Der als DickenscherProdukten ist das US-amerikanische Unschwinger betriebene Quarz hat eine
ternehmen Discera Inc. Seine PureSiliconmit fallender Frequenz wachsende DiOszillatoren DSC10xx und DSC8002 wercke [4]. Unterhalb von 10 MHz wird der
den seit kurzem von SE Spezial-Electronic
Bild 1: PureSiliconOszillator DSC10xx
im Gehäuse 7 x 5 mm.
Programmierung
durch
Hersteller
Artikel
Betriebs
spannung [V]
DSC1018
1,8
DSC1025
2,5
DSC1028
2,8
DSC1030
3,0
DSC1033
3,3
durch SE
DSC8002READY
durch
Kunden
DSC8002BLANK
Gehäuse
[mm]
Temperaturbereich [°C]
7,0 x 5,0
0 bis + 70
5,0 x 3,2
± 50
– 20 bis + 70
3,2 x 2,5
1,8-3,3
Stabilität
[ppm]
± 25
– 40 bis + 85
2,5 x 2,0
Tabelle 1: Programmierbare PureSilicon-Oszillatoren von Discera. Frequenzbereich 1 MHz bis 150 MHz.
22.06.2010 14:32:16 Uhr
Bild 2: PureSilicon Oszillatoren DSC10xx von Discera.
AG in Deutschland, Polen, Tschechien, Russland und
in der Region Benelux vertrieben (Bild 1 und Bild 2).
...ohne
Synchronisation
geht nichts!
PureSilicon-Oszillatoren DSC10xx und DSC8002
Wie herkömmliche Oszillatoren bestehen auch die PureSilicon-Oszillatoren von Discera aus zwei Komponenten: Taktquelle und Oszillator-ASIC. Als Taktquelle kommt ein SiliziumResonator mit einer Frequenz von etwa 19 MHz zum Einsatz, der
waferbasiert mit den bewährten Fertigungsverfahren der Halbleiterelektronik hergestellt wird. Die neue MEMS-Taktquelle (MEMS:
Micro Electro-Mechanical System) hat Abmessungen von nur 50
x 20 µm und wird noch auf dem Wafer hermetisch gekapselt.
Dadurch haben diese Oszillatoren gute Voraussetzungen für eine
weitere Miniaturisierung und sind nicht auf besonders dichte und
teure Gehäuse angewiesen.
Die DSC10XX und DSC8002 arbeiten mit indirekter Frequenzerzeugung. Dazu verfügt der Oszillator-ASIC über eine programmierbare PLL, die Ausgangsfrequenzen im Bereich 1 MHz bis 150 MHz
bei einer Schrittweite von 100 Hz liefert. Tabelle 1 zeigt die verfügbaren Bauteile.
Die von Discera programmierten Oszillatoren DSC10XX haben
eine Lieferzeit von etwa vier Wochen (Stand Q3/10) und einen
Frequenzaufdruck. Sie sind besonders geeignet für einen Einsatz
in der Serienfertigung.
Für die von SE Spezial-Electronic programmierten DCS8002READY liegt die Lieferzeit bei 3 Tagen, während die vom Kunden
zu programmierenden DSC8002-BLANK stets ab Lager geliefert
werden können. Diese Oszillatoren (ohne Frequenzaufdruck) sind
prädestiniert für Labor und Nullserie.
Die vier Gehäuse der MEMS-Oszillatoren haben Formate (7050, 5032,
3225 und 2520), die auch für herkömmliche Quarz-Oszillatoren
verwendet werden. Daher ist ihre alternative Verwendung normalerweise ohne jede Layout-Änderung möglich. Dabei profitiert der
Anwender zusätzlich von einer sehr geringen Bauhöhe (0,85 mm).
Der DragonFly Programmer
Für die Programmierung der Oszillatorreihen DSC8002-READY
(durch SE) bzw. DSC8002-BLANK (durch den Kunden) bietet Discera den DragonFly Programmer (Bild 3). Dieses Gerät kann standalone betrieben oder durch einen PC (XP/Vista) gesteuert werden.
Zum Lieferumfang gehören das Programmiergerät, USB-Kabel,
CD mit Software, zwei Adapter (nach Wahl) und je 100 Blanks
(Version Deluxe) bzw. ein Adapter (nach Wahl) und 50 Blanks
(Version Standard). Aktuell liefert SE Spezial-Electronic die Standard-Version des DragonFly Programmers für nur 199,- €!
Entsprechend der Anzahl der derzeit verfügbaren Gehäuse gibt
es insgesamt vier Adapter, die bei Bedarf auch separat (DragonFly Socket Adapter) bzw. kombiniert mit jeweils 50 Blanks (DragonFly Socket Adapter Kit) bestellt werden können.
quarze
filter
oszillatoren
rubidium
cäsium
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Hohe mechanische Belastbarkeit
Infolge hoher Dehnsteifigkeit (> 10 kN) und kleiner Masse (ca.
10-14 kg) wird ein Silizium-Resonator durch Schock und Vib- ˘
504.indd 39
_EI_51_60021.indd 1
08.10.2009 16:06:21 U
22.06.2010 14:32:17 Uhr
Quarze/Oszillatoren
(z. B. Trägerfrequenz in Kommunikationssystemen oder
Takt für analoges Video) sorgfältig geprüft werden.
Bild 3: Programmiergerät „DragonFly“
für Oszillatoren DSC8002.
rationen nur wenig verformt [5]. Selbst
große Belastungen dieser Art verursachen
daher nur relativ geringe Frequenzänderungen, die zudem weitgehend reversibel
sind. Außerdem erlaubt die geringe Masse des Resonators eine einfache Halterung
im Oszillator-Gehäuse.
Discera hat gezeigt, dass MEMS-Oszillatoren tatsächlich sehr robust auf mechanische Belastungen reagieren. Dazu wurden
jeweils 231 DSC10XX auf ihr Verhalten bei
Schock und Vibrationen nach MIL-STD-883
getestet [6]. Die Tests hatten eine Prüfschärfe (siehe Kasten), die auf Quarz-Oszillatoren üblicherweise nicht mehr angewendet wird. Umso überzeugender ist das
Ergebnis: sämtliche Prüflinge haben beide
Tests ohne Ausfall überstanden und dabei
nur sehr geringe Frequenzänderungen
erfahren (Bild 4 und Bild 5).
Die hohe mechanische Belastbarkeit ist
ein wesentlicher Vorteil der PureSiliconOszillatoren. Durch diese Eigenschaft sind
sie besser als viele Quarz-Oszillatoren für
Einsatzfälle in den Bereichen Industrie und
Automotive geeignet.
Günstiger Preis
Bild 4: Frequenzdrift nach Schock-Test (Mittelwert 0,5 ppm, Standardabweichung 2,6 ppm).
Mehr Performance mit DSC11XX
Bild 5: Frequenzdrift nach Vibrations-Test (Mittelwert 0,8 ppm, Standardabweichung 1,9 ppm).
Jitter und Phasenrauschen beachten
Wird die Frequenz eines Oszillators mithilfe einer PLL synthetisiert, hat das Ausgangssignal meist höhere Werte für Jitter
bzw. Phasenrauschen als bei direkter Frequenzerzeugung. Das gilt natürlich auch
für die MEMS-Oszillatoren von Discera,
deren Oszillator-ASIC stets PLL-basiert arbeitet. Allerdings verwendet das Unternehmen hochentwickelte CMOS-Bausteine, deren Jitter-Spezifikation einen
Vergleich mit anderen PLL-Oszillatoren
nicht scheuen muss: 13 ps (RMS, 100 MHz)
bzw. 95 ps (Cycle-to-cycle, 100 MHz). Dennoch sollte der Einsatz eines Oszillators
von Discera für Anwendungen mit besonderen Anforderungen an die Taktqualität
Prüfschärfe
Prüfschärfe der von DISCERA
durchgeführten Tests nach
MIL-STD-883
Schock
Method 2002.4, Condition D:
5 x Aufprall nach Beschleunigung
mit 5 kG über 0,3 ms
Vibration
Method 2007.3, Condition B:
Schwingbelastung über 48 Min. mit
variabler Frequenz 20 Hz bis 2 kHz
und max. Beschleunigung von 50 G
DSC10XX
DSC11XX
Frequenzbereich
1 – 150 MHz
10 – 425 MHz
Betriebsspannung
1,8/2,5/2,8/3,0/3,3 V
2,5 – 3,3 V
Stabilität
bis ± 25 ppm
bis ± 20 ppm
Ausgang
CMOS
CMOS, LVPECL, LVDS, HCSL
Tabelle 2: Spezifikationen der Oszillatoren DSC10XX und DSC11XX.
504.indd 40
Mit dem DSC11XX hat der Hersteller eine
Produktreihe angekündigt, die neben Bausteinen mit CMOS-Ausgang auch Versionen zur Ansteuerung von LVPECL-, LVDSund HCSL-Systemen umfasst (Tabelle 2).
Da zugleich Frequenzen bis 425 MHz unterstützt werden, eignen sich die neuen
Oszillatoren besonders gut für einen Einsatz in der Kommunikationstechnik. Der
DSC11XX ist voraussichtlich ab August dieses Jahres lieferbar.
(jj)
Literatur
˙
Spezifikation
40
Etwa Anfang 2009 dürften die
Preise von MEMS-Oszillatoren unter die Preise vergleichbarer QuarzProdukte gefallen sein. Die günstige
Preisentwicklung hat sich seither fortgesetzt. Daher kann SE Spezial-Electronic
aktuell die MEMS-Oszillatoren DSC10xx
zu Preisen anbieten, die je nach Stückzahl
um bis zu 30 % unter den mittleren Preisen für vergleichbare Quarz-Oszillatoren
liegen.
[1] Best, Siegfried: Silizium-Oszillatoren
ersetzen Quarz-Oszillatoren; elektronik
industrie 3/2009, S. 46 ff.
[2] Gufflet, N., Herzog, H.-J.: Vibrationsempfindlichkeit von Quarzen und Quarz
oszillatoren; Design & Verification 4/2003,
S. 19 ff.
[3] Epson Toyocom Corp.: The Crystalmaster Crystal Devices Catalogue; Ausgabe
Dezember 2008, S. 156 ff.
[4] Neubig, B., Briese, W.: Das große
Quarzkochbuch; Franzis-Verlag GmbH
1997, S. 40 ff.
[5] Hsu, W.-T.: Reliability of Silicon Resonator Oscillators; DISCERA White Paper.
[6] DISCERA Inc.: Introduction Presentation; 2009.
˘ infoDIRECT
504ei0710
˘ Link zu SE Special-Electronic
22.06.2010 14:32:19 Uhr
_05G70_Petermann_Quarze_Oszillatoren_EI_pr_gepr.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 297.00 mm);18. Jun 2010 14:28:50
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MESSTECHNIK
Höhere Messgenauigkeit und Datendurchsatz sowie flexible Synchronisation
für tausende von Kanälen
Herkömmliche Sensormesssysteme
sind meist schon vordefiniert und daher nicht flexibel. Anders die Produktfamilie SC Express von National
Instruments: Sie bietet Technologien für Sensormessungen mit einer
anpassbaren und vereinfachten
Architektur. Damit sind skalierbare
Sensormesssysteme auf der Standard-PXI-Plattform ohne Weiteres
möglich.
Bild 1: Bei NI SC Express handelt es sich
um leistungsstarke PXI-Express-Datenerfassungsmodule mit integrierter Signalkonditionierung.
Für viele Sensoren ist eine Konditionierung
der Signale nötig, bevor die Ausgänge präzise digitalisiert werden können. Beispiele
für die Signalkonditionierung sind etwa
Verstärkung, Erregung, Isolierung und Filterung. Bisher wurde die Signalkonditionierung vermutlich über separate FrontEnd-Systeme implementiert, die mit Kabeln
an ein Datenerfassungssystem angeschlossen wurden. Dieses wandelte die konditionierten analogen in digitale Signale um.
Neuen Technologien und der Miniaturisierung von Bauteilen ist es zu verdanken, dass
Unternehmen inzwischen Signalkonditionierung und Analog-Digital-Wandler in ein
Gerät integrieren können. Da fehleranfällige Kabel und Anschlüsse so vermieden
werden, steigt die Genauigkeit der Messungen. Die integrierte Signalkonditionierung reduziert auch die Anzahl der Komponenten im Messsystem, was nicht nur
Installation, Wartung und Kalibrierung vereinfacht, sondern auch dazu führt, dass ein
Messsystem mit hoher Kanalanzahl weniger Platz benötigt und weniger kostet.
Die neuen SC-Express-Module nutzen eine
integrierte Architektur für die Signalkon-
ditionierung und ermöglichen hochgenaue Sensormessungen mit der PXI-Plattform (Bild 1). Für diese sind über 1 500
Module von mehr als 70 Herstellern verfügbar, sodass sich Messsysteme erstellen
lassen, die flexibel genug sind, um die vielfältigen Anforderungen aller denkbaren
Messanwendungen abzudecken. Gleichzeitig sind keine proprietären Komponenten oder Datenbusse notwendig.
Ein Anwendungsbeispiel, das von der SCExpress-Technologie profitieren kann, ist
die Durchführung skalierbarer hochpräziser Messungen in Klimakammern. Die
Messgeräte in solchen Kammern müssen
Messungen von mehreren hundert Ther-
moelementen mit extrem hoher Genauigkeit erfassen, sodass die Temperaturverteilung in der Kammer präzise gemessen
und geregelt werden kann. Mit 17 SC-Express-Modulen des Typs NI PXIe-4353 können in einem einzigen PXI-Chassis bis zu
544 Kanäle gemessen werden.
Flexible und leistungsstarke
Synchronisation
Um Daten effizient zu nutzen und zu analysieren, muss ihre zeitliche Korrelation
bekannt sein. Die Schwierigkeiten der Korrelierung oder Synchronisierung von Daten steigt erheblich, wenn Kanäle auf
˘ AUTOR
Andy Deck ist Group Manager für
Messsysteme mit Signalkonditionierung bei National Instruments
in Austin/Texas.
42
502.indd 42
Bild 2: Ein Task für mehrere Geräte in NI-DAQmx liest synchronisierte Dehnungs- und Beschleunigungsdaten von einem Eingangsmodul für Brückensensoren des Typs NI PXIe-4330 sowie von
einem Eingangsmodul für Beschleunigungssensoren NI PXIe-4496.
21.06.2010 15:40:09 Uhr
037_EI_08_56541.ps;S: 1;Format:(55.00 x 297.00 mm);03. Feb 2010 12:02:08
TH E WOR L D OF POW ER
Messtechnik
mehreren Geräten von unterschiedlichen Sensortypen erfasst werden, oder wenn die Sensoren räumlich weit verteilt sind. Die Anforderungen an die Synchronisation gehören zu den
wichtigsten Kriterien, die bei der Auswahl eines
Messsystems zum Tragen kommen sollten.
Die PXI-Plattform bietet seit über zehn Jahren
eine ausgezeichnete Synchronisierung für Messsysteme. PXI Express ist die Weiterentwicklung
der PXI-Plattform und wurde für eine optimierte Synchronisation von Datenerfassungshardware konzipiert, während gleichzeitig die Abwärtskompatibilität bestehen bleiben sollte.
Dank des differenziellen 100-MHz-Takts in der
PXI-Express-Backplane können mehrere Geräte
ihre Taktgeber an derselben Referenz synchronisieren. Die Triggerkanäle der Backplane sorgen
Geräte mit NI-DAQmx innerhalb der grafischen
Programmierumgebung NI LabVIEW oder einer
gängigen textbasierten Sprache wie .NET eingesetzt werden, um Daten von mehreren Geräten in einem System zu konfigurieren und zu
lesen. Der erforderliche Code wird dadurch erheblich vereinfacht. Mit diesem Programmieransatz routet der Treiber automatisch alle Timing- und Triggerkanäle ohne Kompromisse bei
der Leistung.
Für strukturelle Prüfanwendungen sind oftmals
synchronisierte Messungen von Dehnungsmessstreifen oder Beschleunigungssensoren
nötig, um die gemessene Belastbarkeit der Profile mit entsprechenden Finite-Element-Analysen genau vergleichen zu können. Präzise Belastbarkeitsmessungen können ohne Weiteres
Modul
art der Messung
kanäle
abtastrate
ungenauigkeit
NI PXIe-4300
Isolierte Spannung
8
250 kS/s/ch
2,460 mV
NI PXIe-4330
Dehnungsmessstreifen- oder
brückenbasierte Sensoren
8
25 kS/s/ch
0,02 % des
gemessenen Wertes
NI PXIe-4353
Thermoelement
32
90 S/s/ch
0,30 °C
Kundenspezifische Lösungen –
mit all unserer Energie
Tabelle 1: Vergleich der NI-SC-Express-Module.
für eine koordinierte Triggerung aller am Chassis angeschlossenen Kanäle auf dieselbe
100-MHz-Taktflanke. Genau wie bei bisherigen
PXI-Chassis kann ein Timing- und Synchronisationsmodul den Backplane-Takt durch eine genauere Zeitbasis in einem einzelnen PXI-ExpressChassis ersetzen. Alternativ kann das Modul
dazu verwendet werden, Messgeräte in mehreren PXI-Express-Chassis zu synchronisieren.
Müssen für eine Anwendung mehrere Chassis
über größere Entfernungen hinweg synchronisiert werden, kann dies mit GPS- oder IRIG-BModulen durch ein gemeinsames Taktsignal
erreicht werden.
SC-Express-Module bedienen sich des PXI-Express-Busses, um eine enge Synchronisation
zwischen Geräten in einem oder in mehreren
Chassis zu gewährleisten. So weist beispielsweise das Brückensensor-Eingangsmodul NI
PXIe-4330 einen Laufzeitunterschied von weniger als 100 ns zwischen den Kanälen auf einem
einzigen Modul oder zwischen verschiedenen
Modulen in einem einzigen Chassis auf. Darüber
hinaus hat National Instruments die Treibersoftware NI-DAQmx optimiert: Mittels eines neuen
Ansatzes können mehrere SC-Express-Module
innerhalb eines einzigen Chassis für die Synchronisation konfiguriert werden. Wie im Bild 2
zu sehen ist, kann ein einziger Task für mehrere
502.indd 43
Unsere Stärke
mit einem einzigen Task für mehrere Geräte im
NI-DAQmx durchgeführt werden. Damit lassen
sich synchronisierte Dehnungs- und Schwingungsmessungen, die mit dem neuen Brückensensor-Eingangsmodul NI PXIe-4330 und dem
Eingangsmodul zur Beschleunigungsmessung
NI PXIe-4496 erfasst wurden, lesen. Anders als
herkömmliche Messgeräte besitzen SC-ExpressModule die Flexibilität, sich an wechselnde Anforderungen bei Strukturtests von Designs anzupassen, deren Komplexität mit der Zeit steigt,
z. B. Flugzeugtragflächen, die aus immer robusteren und leichteren Materialien gefertigt werden.
AC-Quellen
DC-Labor-/Industriestromversorgungen
High-Voltage-Stromversorgungen
Elektronische Lasten AC/DC
Schnittstellen und Zubehör
AC/DC-Netzteile
DC/DC-Wandler
Wechselrichter
Laserdiodentreiber
OEM-Stromversorgungen
hoher Datendurchsatz
Messsysteme mit hoher Kanalanzahl müssen
große Datenmengen per Streaming an den
Host-Controller übertragen, sodass die Daten
in Echtzeit analysiert oder für die spätere Analyse auf der Festplatte abgelegt werden können.
In der Vergangenheit bestimmte die Bandbreite des Kommunikationsbusses die Obergrenze
der Kanalanzahl bzw. die maximale Erfassungsgeschwindigkeit in einem System. Der einzige
Weg, diese Einschränkung zu umgehen, war ein
größerer integrierter Speicher des Datenerfassungsgeräts, der für eine endliche Dauer schnellere Erfassungen erlaubt. Neben den höhe- ˘
ETSYSTEM
ET System electronic GmbH
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43
18.06.2010 14:24:53 Uhr
Messtechnik
Bild 3: Der
Gesamtdurchsatz
von SCExpress-
Modulen
erhöht sich
mit steigender Kanal
anzahl.
Prüfzellen arbeiten, müssen hunderte
analoger Signale mit verschiedenen Spannungspegeln und Massepotenzialen messen. Neben der flexiblen Skalierbarkeit auf
hunderte von Kanälen, muss ein Messsystem isolierte Analogeingänge mit Kanalzu-Kanal-Isolierung besitzen, damit Signale solcher Prüfzellen sicher gemessen
werden können. Das Analogeingangsmodul NI PXIe-4300 für hohe Spannungen
und der NI-DAQmx mit TDMS eignen sich
hervorragend für die Herausforderungen
dieser Prüfzellen.
mit hoher Kanalanzahl
ren Kosten machte diese Methode die
Erfassungssoftware jedoch noch komplexer und die Anwender konnten die Daten
überdies nicht in Echtzeit verarbeiten und
visualisieren.
Die SC-Express-Module basieren auf dem
PXI-Express-Bus, der jedem Gerät eine dedizierte Bandbreite von 250 MB/s für das
Daten-Streaming zurück an den Controller
zuweist. Wie in Bild 3 zu sehen ist, kann
das SC-Express-Modul auf eine hohe Kanalanzahl skaliert werden, ohne dabei die
Bandbreite des Kommunikationsbusses
überzustrapazieren. Ist der Kommunikationsbus kein begrenzender Faktor für
Messgeschwindigkeit oder Kanalanzahl,
können höchstens noch Verarbeitungsge-
schwindigkeit oder das Daten-Streaming
zur Festplatte die Systemleistung beeinträchtigen. Mit dem NI-DAQmx-Treiber
lassen sich Daten direkt in das TDMSDateiformat (Technical Data Management
Streaming) übertragen, das einen Protokollierungsdurchsatz bis zu 400 MB/s erlaubt und auch mit Datenmengen in der
Größenordnung von Terabytes umgehen
kann. Mit dem LabVIEW DataFinder Toolkit oder der Datenmanagementsoftware
DIAdem können diese Datensätze einfach
verwaltet, analysiert und visualisiert sowie nützliche Informationen daraus extrahiert werden.
Viele Ingenieure, die im Verteidigungswesen oder in der Luft- und Raumfahrt mit
Die SC-Express-Module liefern dem PXIExpress-Bus integrierte Signalkonditonierung und Datenerfassung für präzisere
Messungen mit erstklassiger Synchronisation und hohem Datendurchsatz. Werden diese Messmodule mit den Eigenschaften des NI-DAQmx, darunter TDMS
und Tasks für mehrere Geräte, kombiniert,
können Anwender skalierbare Sensormesssysteme für die einzigartigen Anforderungen ihrer Messanwendungen mit
hoher Kanalanzahl einfacher erstellen als
je zuvor.
(jj)
˘ infoDIRECT
502ei0710
˘ Link zu National Instruments
˙
PXI-Express-Datenerfassungsmodule mit integrierter Signalkonditionierung
Die drei neuen Hochleistungs-Datenerfassungsmodule auf Basis von
PXI Express mit integrierter Signalkonditionierung eignen sich besonders für Dehnung-, Vollbrücken-,
Thermoelement- und Hochspannungsmessungen (Bild 4). Die SCModule bieten erhöhte Genauigkeit,
hohen Datendurchsatz und enge
Synchronisation von Anwendungen
mit hoher Kanalanzahl. Das Brückeneingangsmodul NI PXIe-4330 umfasst
24-bit-AD-Wandler pro Kanal und ermöglicht Abtastraten bis zu 25 kS/s pro Kanal.
Das Thermoelementeingangsmodul NI
44
502.indd 44
Bild 4: Die drei neuen Hochleistungs-
Datenerfassungsmodule auf Basis von
PXI Express mit integrierter Signalkon
ditionierung eignen sich besonders für
Dehnung-, Vollbrücken-, Thermoelementund Hochspannungsmessungen.
PXIe-4353 liefert eine Auflösung von
24 bit, eine Genauigkeit von 0,3 °C sowie
eine bankweise Isolierung von 300 V. Das
Analogeingangsmodul für hohe Spannung NI PXIe-4300 sorgt für Kanal-zu-
Kanal-Isolierung und verfügt über
einen AD-Wandler für jeden Kanal zur
simultanen Signalerfassung bis zu
300 V. Als Teil der PXI-Plattform lassen
sich SC-Express-Module mit anderen PXIModulen synchronisieren, etwa mit Datenerfassungsgeräten der X-Serie von NI,
Modulen zur Erfassung dynamischer Sig
nale oder modularen Messgeräten.
18.06.2010 14:24:55 Uhr
 
Messtechnik
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EMC
Bandbreite bis 1 MHz
... elektromagnetische
Abschirmung bei Temperatur
Messverstärker
Die Messverstärker der Reihe
MFA-100 von MF Instruments bieten neben
Präzision und Zuverlässigkeit unterstützende Funktionen für Inbetriebnahme und
Überprüfung des Messaufbaus. Ein Display
pro Verstärker mit Farbfunktion (Farbe
kann im Menue gewählt werden) sowie
ein Drehknopf mit Tastfunktion ermöglichen eine übersichtliche, gleichzeitige
Darstellung aller relevanten Parameter. Die
Bandbreite der Verstärker reicht bis 1 MHz.
Die Verstärkung ist feinstufig von 1,00 bis
999 in 270 Schritten einstellbar, optional
bis ± 3 990. Anwender-Setups für verschiedene Messkonfigurationen können direkt
im Verstärker abgespeichert und wie-
der aufgerufen
werden. Für
den Abgleich einer
statischen Sensor-Vorlast (Nullpunkt-Verstimmung, Tara) sowie den EigenoffsetAbgleich des Verstärkers stehen mehrere
automatische Nullabgleich-Funktionen zur
Verfügung. Die Software zur Bedienung
der Verstärker vom Rechner aus sowie ein
LabVIEW-Treiber sind im Lieferumfang enthalten.
˘ infoDIRECT
511ei0710
˘ Link zu MF Instruments
8 analogen Multisensor-Eingängen, 24 Digital-I/Os
und 2 CAN-Bus-Ports
Kompakte Datenerfassung
Die von measX erhältliche Minitaur des
Herstellers Dewesoft enthält in einem
kompakten Gehäuse neben 8 analogen
und 24 digitalen Eingängen und 8 Countern noch 2 CAN Bus Ports. Alle Signale
sind hardwaremäßig synchronisiert. Mit
dem integrierten Low-Power Industrie PC
mit Solid State Harddisk (bis zu 250 GByte)
ist es ein echtes All-in-One Gerät. Durch
einen portablen LC-Bildschirm und Tastatur wird das Gerät zum „vollwertigen“ PC
aufgerüstet, der über 4 USB-Schnittstellen
und neben LAN auch über WLAN verfügt.
Optional kann ein 100 Hz GPS-Empfänger
integriert werden. Über eine zusätzlich
erhältliche Heiz-/Kühleinheit wird der
standardmäßig mit 0 bis 50 °C ausgelegte
Temperatureinsatzbereich auf – 20 bis 55 °C
erweitert. Dem mobilen Einsatz steht somit nicht zuletzt durch den Weitbereichseingang von 6 ... 36 V= und dem robusten
PB_MT.indd 45
Gehäuse aus Carbonfaser und Aluminium
nichts im Wege. Die Datenerfassung auf
den 8 analogen Multisensor-Eingängen
erfolgt simultan mit bis zu 200 kHz/Kanal
und einer Genauigkeit von 24 Bit. Die analogen Eingänge verfügen über Front-end
Verstärker für die direkte Messung von
Spannungen im Bereich 10 mV bis 10 V
(200 V mit MSI-Adapter) und Dehnmessstreifen. Für Temperatur- (Thermoelemente, PT100 usw.), IEPE oder andere Sensoren
stehen verschiedene MSI-Verstärker mit
den entsprechenden Sensoranschlüssen
zur Verfügung. Für die verschiedenen Sensortypen ist im Gerät eine Spannungsversorgung 6 V, 12 V integriert. Die 24 digitalen
Eingänge sind voll synchronisiert mit den
analogen Kanälen. Die CAN-Ports können
über 2 CAN Bus Lines mit voller Geschwindigkeit mit einem Fahrzeug-CAN System
kommunizieren oder auch spezielle Sensoren, die über ein CAN Interface verfügen,
bedienen. Sie unterstützen FahrzeugCAN,
OBDII und J1939. Das CAN 2.0b erreicht
Datenraten von 1 Mbit/s.
˘ infoDIRECT
510ei0710
˘ Link zu MeasX
VT 4002 EMC
Unsere Mini-Baureihe mit exzellentem
elektromagnetischen Schutzschild
in Kombination mit der bewährten
Temperaturkammer
Features
 EM-Code xxx55 *)x
*) bis zu 3 GHz
 Prüfrauminhalt 16 Liter
 Temperaturbereich -35 °C bis +100 °C
 Änderungsgeschwindigkeit
Heizen 5,0 K/min | Kühlen 2,5 K/min
 Schirmdämpfung „SE“
Mittelfrequenz (30 MHz bis 1 GHz)
> dB 50-70
Hochfrequenz im Mittel
(1 MHz bis 3 GHz) > dB 50
 Extrem leise
Weitere Infos, Messetermine und
Symposien unter

Produktbereich Umweltsimulation
72336 Balingen/Germany Beethovenstr. 34
Tel. +49 74 33 303-0 Fax +49 74 33 303-4112
[email protected] www.v-it.com www.voetsch.info
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45
21.06.2010 10:49:53 Uhr
Embedded Systeme
Einsatz der Cortex-M0-Familie LPC1100
Kostengünstige
MotorregelungsApplikationen
Bild 1:
Ansicht
des BLDCDemoBoards.
(alle Bilder NXP
Semiconductors)
BLDC-Motorregelungen bestehen aus der Stromversorgungs und der Regeleinheit. NXP bietet für beide Komponenten
wettbewerbsfähige Lösungen an. Thema dieses Beitrags ist ein von NXP entwickeltes Demo-Board für BLDC-Motoren
mit mehr als 300 W Leistung und für Betriebsspannungen von 12 bis 30 V. Die Drehrichtung wird mit Hall-EffektSensoren erfasst, und die Schnittstelle zur Außenwelt ist per CAN oder UART mithilfe eines PC realisiert.
Der Cortex-M0 gehört zu den aktuellen
Prozessorkernen von ARM und wurde
2009 präsentiert. Er basiert auf der
ARMv6-M-Architektur und verwendet den
so genannten Thumb-Befehlssatz einschließlich der Thumb-2-Technologie. Mit
seiner Fähigkeit zur Ausführung von
32-Bit-Operationen aus 16-Bit-Instruktionen schafft der Thumb-Befehlssatz die
Voraussetzungen für kompakteren Code.
Die Thumb-ISA (Instruction Set Architecture) besteht aus nur 56 Befehlen – alle
mit garantierter Verarbeitungszeit. So gesehen besitzt der Cortex-M0 ein vollständig deterministisches Ansprechverhalten:
Datenverarbeitungs-Anweisungen z. B.
werden in einem Zyklus ausgeführt, Datentransfers in zwei und Verzweigungen
in drei Zyklen. Der M0-Core kann Datentransfers im Umfang von 8, 16 oder 32 Bit
in einer einzigen Instruktion verarbeiten.
Abgesehen vom Core ist in den Cortex-M0
ein NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller) integriert, der sowohl Interrupts
als auch System-Exceptions behandeln
kann. Der Cortex-M0-Core ist für ein vollständig deterministisches Interrupt-Handling charakterisiert, das standardmäßig
16 Zyklen (ohne Jitter) umfasst. Der NVIC
kann maximal 32 Vektoren mit Priorisierung behandeln. Das Tail Chaining und
verspätet ankommende Interrupts werden
auf die gleiche Weise unterstützt wie von
der Cortex-M3-Architektur.
LPC1100 auf Basis Cortex-M0
Im Jahr 2009 stellte NXP Semiconductors
die ersten Produkte der LPC1100-Familie
auf Basis des Cortex-M0-Cores vor. Die
Baureihe kommt nach den DhrystoneBenchmarks auf eine spezifische Rechenleistung von 0,9 DMIPS/MHz. Ein zusätzlicher Benchmark-Test (http://www.
coremark.org), der vermehrt auf die Performance-Analyse von Embedded-Syste-
men ausgerichtet ist, ordnet die LPC1100Familie bei 1,4 Coremarks/MHz ein, was
verglichen mit aktuellen 8-Bit und 16-BitMikrocontroller-Lösungen extrem hoch ist.
Hinzu kommt, dass Anwender bei Verwendung des Cortex-M0 LPC1100 etwa 40 %
Flash-Speicher sparen können.
Durch die extrem geringe Gatter-Anzahl
bieten sich Bausteine auf Cortex-M0-Basis
für Anwendungen an, in denen es auf geringen Stromverbrauch ankommt, also
z. B. für Medizintechnik, Verbrauchsmesser, Motorregelungen und batteriebetrie-
˘ AUTOREN
Gerrit de Waard ist Microcontroller
Motor Control Specialist, Massimo
Incerti, White Goods Application
Specialist und Cristian Ionescu,
White Goods Marketing Manager.
Alle drei arbeiten bei NXP Semi
conductors/NL.
46
505.indd 46
Bild 2: Blockschaltbild des LPC1100.
18.06.2010 14:25:31 Uhr
Embedded Systeme
bene Sensoren. Die Prozessoren der Cortex-M-Familie enthalten Unterstützung
für mehrere Power-Modi: Sleep, Deep
Sleep und Power Down.
Taktfrequenzen bis 50 MHz werden von der
LPC1100-Familie mit ihrer Zero-LatencyArchitektur und einem integrierten, einfachen AHB-Lite-Interface unterstützt. Das
Blockschaltbild ist in Bild 2 dargestellt.
Alle nötigen Peripheriefunktionen
integriert
In die LPC111x-ICs, die bis zu 32 KByte
Flash-Speicher enthalten, sind alle nötigen
Peripheriefunktionen für Embedded-Control-Systeme im Industrie und ConsumerBereich sowie in weißer Ware integriert. Für
die Regelung von BLDC-Motoren enthält die
Baureihe vier Timer (je zwei 16 Bit und 32 Bit)
mit insgesamt 12 Match-Ausgängen, die alle
als PWM-Ausgang konfiguriert werden können. Sechs PWM-Signale dienen auf dem
Demo-Board zum Ansteuern der high- und
low-seitigen MOSFETs.
Die GPIOs (General-Purpose Inputs/Outputs) der LPC1100-Familie lassen sich weitreichend konfigurieren und können als
externe Interrupts genutzt werden, die auf
steigende und/oder fallende Flanken ansprechen. Auch die Rückmeldung über die
Drehrichtung des Rotors wird über diese
GPIO-Interrupts erfasst.
Der LPC1100 ist mit einem achtkanaligen
10-Bit-A/D-Wandler (ADC) ausgestattet.
Ein Kanal wird beispielsweise als Überstromschutz genutzt, wofür der Motorstrom mithilfe eines Shunt-Widerstands
abgegriffen wird. Indem man die Spannung der potenzialfreien Phase während
der Kommutierung misst, lässt sich die
Drehrichtung auch ohne jeden Sensor ermitteln. Voraussetzung hierfür ist ein
präzises Timing bei dieser Spannungs
messung. Im LPC1100 lässt sich eine ADCUmwandlung durch ein Match-Ereignis
an zwei der vier Timer anstoßen. Dies reduziert das Arbeitsaufkommen der CPU
und erlaubt im exakt richtigen Moment
eine präzise Spannungsmessung an der
potenzialfreien Phase. Für die Verbindung
mit der Außenwelt besitzt der LPC1100 ein
UART und/oder CAN-Interface.
Darüber hinaus präsentierte NXP im Jahr
2009 eine neue (die sechste) MOSFETGeneration mit Trench-Technologie zur
505.indd 47
Bild 3: BLDC-Motorregelung.
Unterstützung verschiedenster Applikationen wie etwa Motorregelungen im Industrie-Segment (Bild 3). Die Trench-6
MOSFETs haben zahlreiche Verbesserungen. So wurde der spezifische Widerstand
(mΩ/mm2) reduziert, um den RDS(on) zu
senken und für ein schnelles Schalten zu
sorgen. Gateladung und Schaltverluste
wurden ebenfalls verringert. Die Senkung
von QG(tot) und FOM sorgt für einen optimalen Wirkungsgrad. Im Interesse der
Zuverlässigkeit und zur Unterstützung von
Hochleistungs-Applikationen wurde Tj(max)
auf 175 °C angehoben. Insgesamt bietet
die fortlaufende Erweiterung des ProduktPortfolios beste Voraussetzungen für
Motorregelungs-Anwendungen. Die TaDemo-Applikation:
BLDC-Motorregelung mit LPC1100
Versorgungsspannung
12 ... 30 V
Maximale Ausgangsleistung (sicherer
Arbeitsbereich)
über 300 W
Codeumfang
6 KByte
CPU-Auslastung
ca. 25 %
Features des LPC1114
Flash
32 KByte
RAM
8 KByte
Taktfrequenz
50 MHz
Features des PSMN2R6-40YS
RDSon
2,8 mΩ
VDS
40 V
ID
bis zu 100 A
Tabelle 1: Wichtige Features des BLDC-Boards
und der Bauelemente.
belle 1 gibt einen Überblick über die Eigenschaften des BLDC-Demo-Boards.
Die weitere Strategie
Weitere Entwicklungen auf der Basis unserer Cortex-M-Produkte werden auf bürstenlose Wechselstrommotoren mit feldorientierter Regelung und U/f-Regelung
zielen. Diese Entwicklungen stehen im
Zusammenhang mit unserem Konzept der
Mikrocontroller-Familie, das seine Kontinuität bereits bewiesen hat, indem für
verschiedene Architekturen wie etwa
ARM7, Cortex-M0, Cortex-M3 sowie den
neuen Cortex-M4 ähnliches Peripherie-IP
verwendet werden kann und neben der
Softwarekompatibilität auch einfache Migrationsmöglichkeiten existieren.
Diese Strategie ermöglicht es NXP, für verschiedene Motorregelungs-Methoden
nicht nur die passende Kombination aus
CPU-Performance und erforderlicher Peripherie anzubieten, sondern ebnet auch
den Weg für die Wiederverwendung von
Tools und Software in verschiedenen Projekten. Zum Beispiel können für den Cortex-M0 geschriebene Softwaremodule
auch für Mikrocontroller auf Cortex-M3/
M4-Basis genutzt werden. Dies gibt den
Anwendern die Chance, ihre Markteinführungszeiten entscheidend zu verkürzen
und ihre Tool-Investitionen zu minimieren
– dank identischer IDE Debugging und
Programmier-Tools.
(jj)
˘ infoDIRECT
505ei0710
˘ Link zu NXP Semiconductors
47
18.06.2010 14:25:31 Uhr
HIGH TECH TOYS – WAS ENTWICKLER AUCH INTERESSIERT!
ROBO TX Explorer: Mit Sensorik die Welt entdecken
Forschergeist
mit dem Computer
Unbekannte Räume erkunden, Abstände messen, Spuren folgen, Farben erkennen, Temperaturen messen, berührungslos Hindernissen ausweichen, Tag
und Nacht erkennen, Alarm auslösen: Die Modelle und die zahlreichen Sensoren
aus dem Baukasten ROBO TX Explorer wecken den Forschergeist in fischertechnik Konstrukteuren.
Aus 400 Bausteinen und NTC-Widerstand,
Fotowiderstand, Ultraschall-Abstandssensor, optischem Farbsensor sowie dem IRSpurensensor lassen sich mit dem Bausatz
sechs Modelle konstruieren. Mit den Encoder-Motoren und dem Raupenantrieb
kann auch unwegsames Terrain erforscht
und befahren werden. Der Baukasten
ROBO TX Explorer (Bild 1) ist damit die ideale Erweiterung zum ROBO TX Training
Lab. Dieser Baukasten beinhaltet bereits
die Steuereinheit ROBO TX Controller und
die Software ROBO Pro.
Die Steuereinheit ROBO TX Controller
(Bild 2) programmiert mit der Software
ROBO Pro bzw. dem C-Compiler bildet das
Gehirn des Baukastens. Sie wird nach der
Programmierung zusammen mit dem
Akku Set in das jeweilige Modell integriert. Bild 3 zeigt die bestückte Platine mit
den wesentlichen Komponenten. Darunter das monochrome 128 x 64 Pixel Display unter dem sich der 32-Bit-ARM 9
Prozessor befindet, der mit 200 MHz getaktet wird. An Speicher für die Programme sind vorhanden 8 MB RAM und 2 MB
Flash. Die über Accu Set (8,4 V, 1 500 mAh)
oder Powerset (9 V, 1 000 mA) versorgte
Platine zeigt auch die USB 2.0 Schnittstelle und das Bluetooth-Modul von
Movon (2,4 GHz, Reichweite etwa 10 m).
Über diese beiden Kommunikationswege
erfolgt die Verständigung zwischen einem PC und den Modellen. Außerdem
gibt es zwei Erweiterungsanschlüsse
(RS485, I2C).
˘ AUTOR
Siegfried W. Best,
Redaktion
48
HTT.indd 48
An Eingängen sind vorhanden acht Universaleingänge: Digital, Analog 0 … 9 V DC,
Analog 0 … 5 kOhm, außerdem vier schnelle Zähleingänge: digital, Frequenz bis
1 kHz. Zusätzlich auf der Platine die vier
kurzschlussfesten Motorausgänge 9 V/
250 mA über die die Geschwindigkeit stufenlos regelbar ist. Diese Ausgänge können alternativ als acht Einzelausgänge
benutzt werden. Mit dem ROBO TX Controller können alle Modelle der Computing-Reihe von fischertechnik gesteuert
werden.
Das umfangreiche Begleitheft (siehe infoDIRECT) und die detaillierte Bauanleitung
erleichtern die Konstruktion und das
schnelle Verständnis für die Software
ROBO Pro (siehe High tech Toys elektronik industrie 4-2006). Aus einfachen Programmbausteinen lässt
sich fix ein Programm editieren. Die eingangs
genannten Sensoren
und den roten Encodermotor zeigt
Bild 4. Mit dem
eingebauten Ult ra s c h a l l - A b standssensor
erkennt der
Roboter Hindernisse in bis
zu vier Metern
Entfernung und
umfährt diese sicher. Die Umgebungstemperatur bestimmt der
Roboter mit dem
NTC-Widerstand
und zeigt diese in
Echtzeit auf dem Dis-
Bild 1
play des ROBO TX Controllers an. Tag und
Nacht erkennen und das Licht entsprechend an- oder ausschalten – auch das
kann das Explorer-Modell mit Hilfe eines
Fotowiderstandes. Faszinierend sind die
Möglichkeiten, die der optische InfrarotFarbsensor und der Spurensucher bieten.
Das Robotermodell fährt zügig der Markierung hinterher und erkennt zudem
Farben. Für die ersten Testfahrten und Aufgaben ist im Baukasten
18.06.2010 14:26:41 Uhr
˘ Kontakt
Baukasten ROBO TX Explorer
Fischertechnik GmbH
Weinhalde 14-18
72178 Waldachtal
www.fischertechnik.de
˘ infoDIRECT
400ei0710
˘ Link zum Manual
Bild 2
eine farbige Parcoursvorlage enthalten.
Der Baukasten ist ab zehn Jahren sinnvoll
zu verwenden, er ist im Fachhandel oder
dem Fischer Online Shop für 179,95 Euro
erhältlich. Fortgeschrittenen bietet der
Baukasten auch ein Modell, das in den
Abmessungen und Funktionen den Teilnahmebedingungen des RoboCups entspricht.
Mini-USB
Bluetooth-Antenne Stromversorgungs2,4 GHz
eingang 9 V=
Ein/Ausschalter
BluetoothModul Movon
MD-4DR
Display,
darunter ARM9
32-Bit-Controller
Anschluss für
Erweiterungen
Stromversorgungsbuchse 9 V=
Anschluss für
Erweiterungen
Motorausgänge M1-M4
bzw. Ausgänge 01-08
UniversalEingänge
Schnelle Zählereingänge
Spannungsausgang 9 V=
Kameraanschluss
Bild 3
Bild 4
HTT.indd 49
49
18.06.2010 14:26:55 Uhr
IMPRESSUM
www.all-electronics.de
41. Jahrgang
ISSN 0174-5522
REDAKTION
Dipl.-Ing. Siegfried W. Best, Chefredakteur (sb) (v.i.S.d.P.),
(Analog/Mixed-Signal ICs, Diskrete HL, Optoelektronik,
HF-, Mikrowellen- und passive BE, EMV),
Tel: 06221/489-240, Fax: 06221/489-482,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Hans Jaschinski, stellv. Chefredakteur (jj),
(Messtechnik, Stromversorgung, Elektromechanik,
CAD/CAE, Sensoren, Boards, Betriebssysteme),
Tel: 06221/489-260 oder 089/78018827,
Dipl.-Ing. Alfred Vollmer, Redakteur (av),
(µP/µC, S
peicher, Leistungselektronik,
Programmierbare Logik),
Tel: 089/60668579, E-Mail: [email protected]
IHRE KONTAKTE:
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Diana Bönning (Assistenz),
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Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 39 vom 01.10.2009
VERLAG
Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg
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beträgt 35 %. Kündigungsfrist: jederzeit mit einer Frist
von 4 Wochen zum Monatsende. Alle Preise verstehen
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Max-Böhm-Ring 3, 95488 Eckersdorf,
Tel.: +49/921/31663, Fax: +49/921/32875,
Angeschlossen der Informationsgemeinschaft
zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern (IVW), (Printed in Germany)
DATENSCHUTZ:
Ihre personenbezogenen Daten werden von uns und
den Unternehmen der Süddeutscher Verlag Mediengruppe, unseren Dienstleistern sowie anderen ausgewählten Unternehmen verarbeitet und genutzt, um Sie
über interessante Produkte und Dienstleistungen zu
informieren. Wenn Sie dies nicht mehr wünschen,
schreiben Sie bitte an: [email protected]
Firmenverzeichnis
A
B
C
D
E
AVX Limited, GB-Fleet
20
Beta Layout, Aarbergen
23
Bicker Elektronik, Donauwörth 33
Bicker Elektronik GmbH,
Donauwörth
30
Bitzer Digitaltechnik GmbH,
Schorndorf
20
BMZ Batterien-Montage-Zentrum
GmbH, Karlstein
33
Branson Ultraschall,
Dietzenbach
11
CarMediaLab GmbH, Bruchsal
14
Cirrus Logic Ltd., GB-Marlow,
Buckinghamshire
33
CME Compumess Elektronik GmbH,
Unterschleißheim
30
CompoTEK GmbH, München
51
CompoTRON GmbH, München 51
Conemtech AB, S-KISTA
51
Coronex Electronic, Ratingen
20
CPS Technics, Berlin
30
Decision, Lienen
14
Digi-Key, USA-Thief River Falls 2.US
Digi-Key Corporation,
USA-Thief River Falls
11
E-A Elektro- Automatik, Viersen 29
EMTRON Electronic,
Nauheim
21, 31
Epson Europe Electronic GmbH,
München
34
ET System electronic, Altlußheim43
50
Impr_Ins.indd 50
Redaktion / Anzeige
F
G
Eurocomp Elektronik GmbH,
Bad Nauheim
5
FBDi e.V Fachverband der
Bauelemente Distribution e.V,
Neufahrn
7
Ferchau Engineering GmbH,
Gummersbach
15
Fischer Elektronik GmbH &
Co. KG, Lüdenscheid
5, 32
Fischertechnik GmbH,
Waldachtal
48
Fortec Elektronik AG,
Landsberg
31
Fraunhofer Institut Photonische
Mikrosysteme, Dresden
14
Freescale Halbleiter GmbH,
München
6
Future Electronics GmbH,
Ismaning
9, 12, 24
Geyer Electronic,
Gräfelfing/München
35, 37
Giga-tronics Incorporated,
USA-Norris
5
GIGATRONIK Stuttgart GmbH,
Stuttgart
12
GlobTek, USA-Northvale
3
Green Hills Software Ltd.,
GB-Eastleigh, Hampshire
20
Greisinger electronic GmbH,
Regenstauf
32
GRUNER, Wehingen
21
H Hivolt.de, Hamburg
33
HY-LINE Communication,
Unterhaching
13
I IMEC, B-Leuven
26
Infineon Technologies AG,
Neubiberg
6
iseg Spezialelektronik,
Radeberg / OT Rossendorf
23
L Linear Technology,
USA-Milpitas, CA
30
M Maxim GmbH,
Martinsried-Planegg
18
MeasX GmbH & Co. KG,
Mönchengladbach
45
Messe München, München
7
MF Instruments GmbH,
Albstadt-Tailfingen
45
Microsemi Corp., USA-Irvine, CA 5
MSC Vertriebs GmbH,
Stutensee
37
MTM Power Messtechnik,
Frankfurt
31
MTS Systemtechnik,
Mertingen
10
municom GmbH, Traunstein
21
N National Instruments,
München
42
National Semiconductor,
Fürstenfeldbruck
15
National Semiconductor Corp.,
USA-Arlington, Texas
10, 32
NXP Semiconductors,
NL-AG Eindhoven
11, 14, 46
P PCE, Dietmannsried
Beilage
Petermann-Technik GmbH,
Kaufering
37, 41
R RUTRONIK, Ispringen/Pforzheim 9
S SE Spezial-Electronic AG,
Bückeburg
38
setron GmbH, Braunschweig
37
Silicon Laboratories Inc.,
USA-Austin, TX 78701
4.US
SYKO Gesellschaft, Mainhausen 25
Synopsys GmbH, München
9
T TDK-Lambda Germany GmbH,
Achern
28
Toshiba Electronics Europe GmbH,
Düsseldorf
8
U Unverdross Technik, Wörthsee 39
V VICOR UK, GB-Camberley, Surrey 31
Vötsch Industrietechnik,
Balingen
45
WWDI, Wedel
51
WDI, Wedel
36
WDI AG, Wedel
20
X XP Power, GB-Pangbourne,
Berkshire
22, 27
Z Zentrum Mikroelektronik
Dresden AG, Dresden
16
ZVEI – Zentralverband Elektro technik- und Elektroindustrie e. V.,
Frankfurt
19
22.06.2010 8:34:37 Uhr
Quarze/Oszillatoren
< Produkte
Muster innerhalb von 48 Stunden
SiTime MEMS-Oszillatoren
Ab April 2010 kann CompoTEK, der
deutsche Vertreter von SiTime,
Muster der SiTime MEMS-Oszillatoren innerhalb von 48 Stunden
liefern. Da es sich bei den MEMSOszillatoren um freiprogrammierbare Taktgeber handelt, können
Frequenzen von 1 … 220 MHz frei
gewählt und die Muster bei CompoTEK programmiert werden.
Muster für Frequenzen von
220 … 800 MHz werden kurzfristig
bei SiTime angepasst. Dies ist ein
Vorteil, da Entwicklungen nicht
mehr wie bei „regulären“ Oszillatoren durch lange Muster-Lieferzeiten aufgehalten werden. Oft
wird während der Entwicklung
noch festgestellt, dass eine andere Oszillator-Frequenz besser für
die neue Schaltung geeignet
wäre. Dies ist nun mehr kein Problem, da die Nachfrage innerhalb
kürzester Zeit befriedigt werden
kann. Da bei SiTime
immer ausreichende Mengen unprogrammierter Oszillatoren jeglicher Bauform
vorhanden sind, lassen sich diese
kurzfristig auf den jeweiligen
Kundenbedarf programmieren.
Auch Frequenzänderungen innerhalb eines laufenden Abrufauftrages sind somit jederzeit möglich
und erhöhen die Flexibilität in der
Fertigung.Des Weiteren
zeichnen sich MEMSOszillatoren durch ihre
besondere Unempfindlichkeit gegen Schock und Vibrationseinflüsse, sowie Ihre Temperaturstabilität aus.
˘ Link zu CompoTEK
IQD präsentiert bei WDI
Mit Abmessungen 1,6 x 1,3 mm
VCXO auf MEMS-Basis
Nanoquarze bis 52 MHz im Grundton
Neben dem herkömmlichen MEMS-Oszillatoren des Serie IQMS500 des Herstellers
IQD (Vertrieb: WDI AG)
wird ab sofort auch ein
spannungsgesteuerter MEMSOszillator (VCXO) angeboten.
Durch Änderung der Spannung
kann die Nennfrequenz des Oszillators verändert werden, dabei
werden verschiedene „PullingWerte“ von ± 30 ppm, ± 60 ppm,
± 120 ppm bis hin zu ± 240 ppm
angeboten. Die Frequenzsta
bilität ist wählbar mit Wer-
ten von ± 25 ppm,
± 30 ppm; ± 50 ppm
oder ± 100 ppm über
einen Arbeitstemperaturbereich von
– 20 °C bis + 70 °C
oder – 40 °C bis + 85 °C. Der Frequenzbereich geht von 1 MHz
bis 110 MHz bei möglichen Versorgungsspannungen von 1,8 V,
2,5 V, 2,8 V sowie 3,3 V.
˘ Link zu WDI
Miniatur
IEEE 1588 System
Conemtech,
ein bekannter
Anbieter von
IEEE 1588 Synchronisationskomponenten, stellte das M50 Modul
für hochpräzise Zeit- und Frequenzsynchronization vor. Das 29
x 29 mm messende Modul wird
unter dem Namen M50-34 angeboten und ist für den Einsatz in
Zeit- und Frequenzmastern vorgesehen in Telekommunikationsund Smartgrid Netzwerken. Die
Out-of-the-box Technologie er-
PB_Quarze.indd 51
möglicht jedem Ethernetteilnehmer sich auf den PTP Masterclock
in einem Netzwerk mit 100 ns
Genauigkeit zu synchronisieren.
Das M50 bietet präzise Sekundenimpulse und Tageszeit zu
Slavedevices, es kann auch als
Zeitbackup für lokale GPS Anwendungen d
ienen.
˘ Link zu Conemtech
Der Spezialist Petermann-Technik bietet in
der Produktgruppe „Mini-SMD-Quarze“ den
kleinsten SMD-Quarz im
Keramikgehäuse 1,6 x
1,3 mm bis 52 MHz im Grundton.
Die ungewöhnlich hohe Frequenz von 52 MHz im Grundton
bieten dem Designer von low
power mobilen Applikationen
oder dem Entwickler von sehr
kleinen Sensorapplikationen
zum Beispiel große Freiheitsgrade in der Schaltungsentwicklung.
Die in Reinsträumen gefertigten
NANO-SMD-Quarze verfügen
über einen Keramikkörper mit
verschweißtem Kovar
deckel. Damit lassen sich
Frequenztoleranzen ab
± 8 ppm mit einer Alterung ab ± 1 ppm pro Jahr
fertigen. Lieferbar ist der
Winzling mit Temperaturbereichen von bis zu – 40/+ 85 °.
Selbstverständlich sind die mit
einem sehr kleinen Quarzblank
ausgerüsteten NANO-SMDQuarze sehr schock- und vibra
tionsresistent.
˘ Link zu Petermann-Technik
Stabil mit 0,5 ppm
2,5 x 2,0 mm TCVCXO
Der T107A von Bliley (Vertrieb:
CompoTron) ist ein temperaturkompesierter Voltage Controllable Crystal Oscillator (TCVCXO). Er
bietet im Miniaturgehäuse mit
2,5 x 2,0 mm Keramik SMD-Gehäuse eine Anzahl von Vorteilen.
Verfügbare Frequenzen sind 15 bis
40 MHz mit Standard-Werten bei
16,368 MHz, 16,369 MHz, 19,2 MHz,
20 MHz, 26 MHz, und 40 MHz. Andere Werte auf Anfrage. Weitere
Daten sind: Frequenzstabilität 0,5 bis
2,5 ppm je nach Version, ± 5 ppm
Ziehbereich, Clipped Sine Wave
Ausgang und RoHS-6 Lead-free
konform. Es ist ein externer VCC
Bypasskondensator erforderlich.
˘ Link zu CompoTron
51
21.06.2010 10:43:14 Uhr
_05FS2_Silicon_QuickSense_ei_7_gepr.pdf;S: 1;Format:(210.00 x 297.00 mm);17. Jun 2010 11:41:23
BERÜHREN ODER
NICHT BERÜHREN.
DAS IST KEINE
FRAGE, SONDERN
UNSERE LÖSUNG.
Ganz gleich, ob Ihre Anwendung Gesten- oder
Touch-basiert ist, das QuickSense™ Portfolio
hochpräziser und schnell reagierender
Touch-. Näherungs- und UmgebungslichtErkennungsprodukte bietet sensiblere, bessere
Leistung und einen niedrigeren Stromverbrauch
als bestehende Abtastungslösungen.
Silicon Labs macht die Programmierung dieser Taster dank der QuickSense
Studio Entwicklungssoftware zum Kinderspiel:
• Tasten, Schieber und Räder mithilfe einer intuitiven Software-GUI ein, die
alle erforderlichen C-Codes für die ausgewählten Funktionen Richten Sie
die kapazitiven generiert
• Konfigurieren Sie Näherungs- und Umgebungslichtsensoren mittels einer
umfassenden Bibliothek an Anwendungsprogrammschnittstellen (APIs)
QUICKSENSE BLOCK DIAGRAM
• Testen und optimieren Sie Benutzerschnittstellen gründlich mit
Echtzeitüberwachungs- und Anpassungs-Tools
Umgebungslichtquelle
Si1120 UMGEBUNGSLICHT- UND
NÄHERUNGSSENSOREN
• Bis zu 50 cm Näherungsbereich mit einem
einzelnen Puls
• Konfigurierbare Umgebungslicht- und
Näherungsmessmodi für Bereichsoptimierung
• Hohe EMI Immunität ohne geschirmte Gehäuse
• Funktioniert in direktem Sonnenlicht (100 klux)
• Mindestreflexionssensitivität <1 μW/cm2
• Betriebstemperaturbereich: –40 bis zu +85 °C
• Sparsamer 10 μA Stromverbrauch
• Programmierbarer 400/50 mA LED
Konstantstromtreiberausgang
C8051F7xx/8xx KAPAZITIVE TOUCHERKENNUNGS-MCUs
• Unterstützt kapazitive Tasten, Schieber, Räder
und kapazitive Näherungsabtastung mit 16 oder
38 Kanälen
• High-Speed 25 MIPS CPU bietet reichlich Strom
für Anwendungscode
• 10-Bit, 500 ksps ADC mit einzelnem Ende
• Integrierter Temperatursensor
• Präzise kalibrierter, interner 24,5 MHz Oszillator
Tasten
Kapazitive Näherung
I L
LED
Ir-LED
Si1120 InfrarotNäherungssensor
mit ALS
I L
LED
LED
Ir-LED
Quic
Q
QuickSense
i kS se
Studio
Studio
d
Rad
C8051F7xx/
x//
C8051F8xx/
C
C805
1F99
C8051F99x
MCU
BERÜHRUNGSLOSE SCHNITTSTELLE
• Ermöglicht Benutzern die Bedienung von
Elektronik mit einer einfachen Geste
• Ermöglicht völlig neue Formfaktoren und
Nutzungsmodelle für Gebrauchselektronik
CP2xxx
USBtoUART
Sehen Sie, wie das QuickSense Portfolio Sie dabei unterstützen kann, den Funken
frischer Innovationen in menschlichen Schnittstellen zu zünden. Laden Sie das
Informationsblatt “How to Design Capacitive Touch and Proximity Sense into
Your Application” (Planung von kapazitivem Touch und Näherungstastung in
Ihrer Anwendung) unter www.silabs.com/QuickSenseWP herunter.
©2010 Silicon Laboratories Inc. Alle Rechte vorbehalten.
SIL-016_HumanInterfaceAd_DEVr3-ElektronikIndustrie-210x297mm.indd 1
6/16/2010 11:16:40 AM

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