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08/2015 D 19067 · August 2015 · Einzelpreis 19,00 € · www.elektronik-industrie.de Was Entwickler wissen müssen DISTRIBUTOREN Neue Chips und Module für IP500, den jungen Standard für Home Automation 22 MIXEDSIGNALICS Analog-Frontend verstärkt und filtert die Signale von 16 Sensoren 44 LEISTUNGSELEKTRONIK GaN-Transistoren im TO-247Gehäuse schalten 600 V in wenigen Nanosekunden 52 EVE2 DIE NÄCHSTE GENERATION Oberflächen im Baukastensystem 12 e g zei An Editorial kühlen schützen verbinden EDITORIAL Wärmeableitgehäuse & Strangkühlkörper von Dr.-Ing. Achim Leitner Kreativitätsschub J eder Entwickler kennt das: Da schiebt sich eine schräge Idee in den Kopf, wächst und formt sich, bis schließlich der Drang steigt diesen Geistesblitz auch auszuprobieren und in die Realität zu entlassen. Die Einstiegshürden für Lyriker, Schriftsteller und Journalisten liegen niedrig: allerhand Schreibgerät findet sich eigentlich immer und überall, und sei es ein Handy. Die Softwareentwickler haben dank der Idealisten rund um die FSF (Free Software Foundation) ihre GNU-Toolchain, sie haben Linux, Apache und zahllose weitere Projekt, die als ausgereifte Basis für eigene Entwicklungen taugen. In der Elektronik-Hardware geht es traditionell nicht ohne etwas Geld zu investieren; aber auch hier sinken die Hürden. Angefangen bei leistungsstarken EDATools, die heute für Privatanwender vielfach kostenlos bereitstehen, über günstige Evalulierungsboards und Debugger bis hin zu den Segnungen des Online-Handels, der es heute auch Privatleuten ermöglicht, ausgeklügelte Halbleiter und passende Module (etwa EVE und Adam, sie- he Seite 12) zu finden und zu erwerben. Die Distributoren haben gelernt, dass viele vermeintliche Bastler und Hobbyisten im Berufsleben gestandene Entwickler sind, die im Privaten kühne Ideen probieren oder schlicht ihre Fertigkeiten perfektionieren. Kein Wunder, dass viele Bücher, Programme und Schaltungen, die in der Freizeit entstanden, so manch kommerzielles Produkt weit in den Schatten stellt. Spätestens bei Gehäusen und E-MechanikBauteilen herrschen traditionell aber andere Kräfteverhältnisse. Wer kann sich schon eine Spritzgussmaschine leisten und in den Bastelkeller stellen? Die 3D-Drucktechnik ist gerade dabei, auch diese Kreativitätsbremse zu lösen. Und interessanterweise sind es Elektronik-Distributoren (siehe Seite 16), die den Trend befeuern. Klar, wer ein Gehäuse für ein ElektronikGadget entwirft, braucht auch das Innenleben dafür... [email protected] 16 Additive Fertigung: Selbst komplexe Bauteile entstehen Schicht für Schicht. Prototypen als 3D-Modell drucken www.elektronik-industrie.de • Stabile Profilgehäuse mit integrierten Kühlrippen • Effiziente Entwärmung elektronischer Bauteile • Umfangreiches Produktprogramm • Sonderprofile und -gehäuse nach Ihren Vorgaben Mehr erfahren Sie hier: www.fischerelektronik.de Fischer Elektronik GmbH & Co. KG Nottebohmstraße 28 D-58511 Lüdenscheid Telefon +49 (0) 23 51 43 5-0 Telefax +49 (0) 23 51 4 57 54 E-mail [email protected] Wir stellen aus: LED Professional in Bregenz 22. - 24. 09. 2015 Stand A 16 August 2015 12 MÄRKTE + TECHNOLOGIEN 06 07 08 10 Top 5 News und Meldungen Firmenjubiläum Sensor-Technik Wiedemann wird 30: High-Tech aus Kaufbeuren Weg mit der Wärme Bericht vom WärmemanagementWorkshop in La Rochelle COVERSTORY 12 EVE-2 Mächtige Oberflächen im einfachen Baukastensystem DISTRIBUTOREN 16 18 20 Zollstock war gestern Laser-Entfernungsmessgerät mit Bluetooth 22 Für Gebäudeautomatisierung und Home Automation IP500: die offene, sichere und herstellerübergreifende Plattform 25 39 ANALOG-/MIXED-SIGNAL-IC 40 Modellbasiertes Design Design-Tools für EmbeddedMotorsteuerungen 44 Saubere Signale Hochintegriertes SensorschnittstellenAnalog-Frontend Neue Produkte DISPLAY-TECHNIK Highlight Data Modul 26 Touch-Panels fürs Internet of Things Embedded-Lösungen und Displays 28 Bequeme Eingabe Multitouch-Systeme machen Industriesteuerungen komfortabler 47 31 Highlights Shantou Goworld Display, Comp-Mall Highlights Bedek, Manz Electronic 48 32 Edles Design für weiße Ware Hochwertige GUIs für Haushaltsgeräte ohne steigende Systemkosten Power fest im Griff Design von Schaltnetzteilen mdellieren und Schleifen kompensieren 52 GaN-Transistorgehäuse TO-247-Gehäuse verbessert Wirkungsgrad für 600-V-GaN-Transistoren 56 Aktive Blindleistungskompensation Oberschwingungen reduzieren und Netzqualität verbessern Wie aus dem Nichts Autoreplikation mit 3D-Druckern für schnellere Prototypen-Erstellung 35 Den Mondschatten ausleuchten Der Distributor im Internet der Dinge Highlight Distec 36 Kristallklare Anzeigen Mikrocontroller mit eigenen Treibern vereinfachen die LCD-Ansteuerung LEISTUNGSELEKTRONIK CH-Special 60 Härtere Zeiten voraus Wo landet die Schweiz in den nächsten Jahren und welche Probleme kommen auf sie zu? Eine aktuelle Standortbestimmung eines Insiders. 4 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de 44 BLICKPUNKT SCHWEIZ 60 Härtere Zeiten voraus Entwicklung, Fertigung und Export im Lichte der Währung 64 Advertorials Iftest, MPL, Sensiron, Swissbit, Traco Power WIR BRINGEN LICHT ZUM LEBEN RUBRIKEN EBV Elektronik ist der führende 03 Editorial Kreativitätsschub 59 Gewinnspiele Ineltek und auch das erste Unterneh- 66 66 Impressum Inserenten-/Firmenverzeichnis einem Lichtlabor bietet. Im Spezialist für Optoelektronik in EMEAs Halbleiterdistribution men, das Kunden Zugang zu EBV LightLab können Kunden radiometrische und photometrische Messungen über die gesamte Beleuchtungskette durchführen. Angefangen bei einzelnen LEDs oder Modulen über Messungen an Lichtquellen wie zum Beispiel Glühlampen gegenüber CFL- oder LEDLösungen bis hin zu kompletten Lampen. Für mehr Informationen wenden Sie sich bitte an Ihr EBV LightSpeed-Team vor Ort oder Perfekt kombiniert: Ergänzend zum gedruckten Heft finden Sie alle Informationen sowie viele weitere Fachartikel, News und Produkte auf unserem Online-Portal. www.elektronik-industrie.de besuchen Sie ebv.com/lightlab und ebv.com/lightspeed. Distribution is today. Tomorrow is EBV! www.ebv.com/de Top 5 Top-FIVE Hier präsentiert die Redaktion der elektronik industrie jeden Monat die Top 5 Artikel, News und Produkte der Elektronik-Entwicklung: Die Leser der Webseite www.all-electronics.de haben diese Inhalte im vergangenen Monat am häufigsten aufgerufen. Wer sich für weitere Informationen interessiert, gibt auf diesem Portal die infoDIREKT-Kennziffer (zum Beispiel 311ei0715) in das Suchfeld ein. Übrigens finden Sie auf unserer Internetseite die Inhalte der elektronik industrie seit dem Jahr 1999. Um immer auf dem Laufenden zu sein, abonnieren Sie unseren Newsletter unter www.all-electronics.de.de. ARTIKEL 1 LED mit einstellbarer Farbtemperatur 311ei0715 2 IP500: Offene und sichere Standard-Plattform 3 Gehäuse verbessert Wirkungsgrad von GaN-Transistoren 4 ZVEI-Trendanalyse bis 2019 5 MSP432-Mikrocontroller mit ARM- statt MSP430-Core 2 Rosenberger beteiligt sich am Telematikspezialisten CE+ 3 TQ verleiht Obsolescence Management Award 4 Distributor unterschreibt Charta der Vielfalt 5 Timing-Analyse-Lösungen für eingebettete Echtzeitsysteme 2 Motorola/Freescale 68000er-Prozessoren bei Rochester 3 Effiziente 3014-LED mit verschiedenen Farbtemperaturen 4 OLED-Entwicklungskits als Arduino-Shield 5 Dual-Band-Wi-Fi-Modul für Freescale-Kinetis-Controller Sharp Electronics 311ei0815 EBV Elektronik 802ei0815 Transphorm 103ei0715 ZVEI 717ei0515 Texas Instruments NEWS 1 BGA-Balls auf QFP-Pads erhöhen die Prozesssicherheit 103ei0815 Infratron, AIT 899ei0815 Rosenberger Hochfrequenztechnik 112ei0715 TQ 100ei0815 Börsig 110ejl0515 Symtavision PRODUKTE 1 6 Erste ihrer Art: Die Aluminium-Fibel 127ei0715 elektronik industrie 08/2015 Helukabel 701ei0815 Freescale Halbleiter, Rochester Electronics 703ei0715 705ejl0515 707ejl0515 Beck Densitron Arrow, Silex www.elektronik-industrie.de VERTRIEBSVEREINBARUNG Maury-Komponenten bei BSW erhältlich Bild: BSW Testsystems and Consulting Die Farbcodierung an Adaptern und HF-Kabeln liefert optisch klar erkennbare Information zur Kompatibilität. Bild: Maury Microwave Wärmeleitmaterialien Mit der Stability-Linie stellt Maury besonders hochwertige HF-Kabel her. Bereits seit Jahren arbeitet der kalifornische HF-Hersteller Maury mit der badenwürttembergischen BSW bei tunerbasierten Charakterisierungslösungen für HFMessplätze zusammen. Jetzt intensivieren beide ihre Zusammenarbeit, indem die BSW das Gesamtportfolio von Maury in den D-A-CH-Ländern vertreibt. Besonders beliebt sind die Kalibrationskits, die es für alle gängigen Netzwerkanalysatoren von Anritsu , Keysight oder Rohde & Schwarz gibt. Ergänzt wird das Portfolio um extrem genaue Metrology-GradeAdapter bis hin zu den preisgünstigeren Color-Connect-Adaptern. Hochwertige und robuste HF-Kabel bis 67 GHz komplettieren die Auswahl. Vor kurzem hat Maury die StabilityLinie besonders hochwertiger HF-Kabel um Kabel mit 1,85-mm-Konnektoren und Frequenzbereichen bis 67 GHz erweitert. Die auffälligen gelb-orangenen Kabel mit sehr hoher Phasenstabilität und niedriger Dämpfung sind durch ihren besonderen Aufbau für verlässliche und wiederholbare Messungen auch unter Bewegung/Dehnung bekannt. Für die HF-Kabelfamilien Utility und Stability hat Maury zudem eine eindeutige Farbcodierung eingeführt, die auch für Ungeübte die Verwendung der Kabel und Adapter enorm vereinfacht. Diese ColorConnect-Adapter sind die ersten kommerziell verfügbaren Produkte, die dem bereits in 2008 vorgelegten Vorschlag der Coaxial Connector Rapid ID Working Group des IEE folgen. (lei) ■ infoDIREKT Thermosilikonfolien Hoch wärmeleitendes Softsilikon Phase-Change-Materialien Grafitfolien Wärmeleitende Keramik POWERCLIP® Kühlkörper Weitere Produkte 712ei0815 Firmenjubiläum Bild: MES Beste Verbindungen seit 30 Jahren Die Geschäftsführer der MES Electronic Connect: Sabine Wolf und J. Angel Fernández. Der Spezialist für Steckverbinder- und Konfektionslösungen, MES Electronic Connect, ist seit 30 Jahren auf dem Markt aktiv. Gegründet wurde der Distributor 1985 unter dem Namen „MES Merkur Electronic-Bauteile und Systeme“: Auf dem Dach des ursprünglichen MES-Stammhauses in Schwenningen thronte der Götterbote Merkur. Ob Klimaüberwachung von Kunstwerwww.elektronik-industrie.de ken, mobile Herz-Lungen-Maschinen oder Windkrafträder: „Mit unserem weltweiten Netz an leistungsstarken Partnern und Experten können wir unseren Kunden immer die optimale Lösung bieten, und zwar flexibel, just in time und zu wirtschaftlichen Konditionen“, erklärt Geschäftsführerin Sabine Wolf. Entsprechend pflegt MES auch die Partnerschaft zu seinen weltweiten Kunden oft schon über viele Jahre hinweg. „Das technologische Know-how ist das eine, das persönliche Kümmern das andere. Wir versuchen, das in Einklang zu bringen, so entsteht dann auch Vertrauen“, fügt ihr Geschäftsführer-Kollege J. Angel Fernández hinzu. Sabine Wolf wendet den Blick in die Zukunft: „Wir wollen uns auf unseren Erfolgen nicht ausruhen, sondern mit voller Power in die weitere Zukunft starten.“ Grundlage hierfür ist auch die ständige Anpassung des Produktsortiments. infoDIREKT 711ei0815 ➞ APPLIKATIONSBERATUNG ➞ ENTWICKLUNG ➞ FERTIGUNG Die Lösung Ihres Wärmeproblems ist nur einen Klick weit weg: www.heatmanagement.com Kunze Folien GmbH Raiffeisenallee 12 a 82041 Oberhaching Germany Tel: +49 (0) 89 66 66 82 -0 Fax: +49 (0) 89 66 66 82 -10 [email protected] Märkte + Technologien Firmenjubiläum Sensor-Technik Wiedemann wird 30: High-Tech aus Kaufbeuren Bilder: Achim Leitner Anfang Juli feierte die Sensor-Technik Wiedemann ihr 30-jähriges Bestehen: Was als Spezialist für hochgenaue Druckmesssysteme begann, ist heute ein mittelständisches High-Tech-UnterAutor: Dr. Achim Leitner nehmen mit 430 Mitarbeitern und vielen Geschäftsfeldern. Wolfgang Wiedemann hat STW im Jahr 1985 gegründet. Es ist weiterhin Inhaber und geschäftsführender Gesellschafter. S TW-Gründer, geschäftsführender Gesellschafter und Inhaber Wolfgang Wiedemann fragt zum 30-jährigen Firmenjubiläum: „Passt der Name noch?“ Da seine Sensor-Technik Wiedemann meist als STW auftritt, ist die Frage kaum ernst gemeint. Sie betont nur, dass die Sensorik längst nur eines von vielen Geschäftsfeldern ist: Schon seit 1989 zählen elektronischen Steuerungen für mobile Arbeitsmaschinen dazu, damals für Traktoren und Mähdrescher von Fendt. Sonja Wiedemann, verantwortlich für Vertrieb und Marketing, Materialwirtschaft und Produktion, betont: „Wir haben eine starke Partnerschaft mit unseren Kunden. Die entwickeln ihre neuen Maschinen gemeinsam mit uns.“ Dabei geht es um „alles was mit Elektrik und Elektronik zum Beispiel auf einer Straßenwalze zu tun hat.“ Um das zu stemmen, hat STW eine starke Entwicklungsabteilung: 110 der 430 Mitarbeiter arbeiten hier, dazu kommen 200 Kollegen in der Produktion von Sensoren und kompletten Baugruppen. Die Fertigung ist so flexibel aufgestellt, dass vom Einzelstück bis zur 100.000er-Serie alles möglich ist. „Mein Vater sagt immer, wir beginnen bei Los- 8 elektronik industrie 08/2015 Im Vorstand der STW verantwortet Sonja Wiedemann die Bereiche Vertrieb und Marketing, sowie Materialwirtschaft und Produktion. Das IoT ist bei STW längst Realität: Dr. Michael Schmitt zeigt das Telematik-, Datenmanagement- und Gateway-Modul TC3G und dessen Anwendung. größe 1/12 Dutzend.“ Die typische Losgröße liegt aber bei 50 Stück. Ihr Vorstandskollege Dr. Michael P. Schmitt erklärt den Unterschied zur klassischen industriellen Automatisierung: „Hier gibt es keinen Betriebselektriker, der bei Bedarf zum Schaltschrank radelt.“ Schmitt verantwortet die Bereiche Systeme, Lösungen, Produkte und deren Entwicklung und Projektumsetzung, sowie das Qualitätsmanagement. „Wir operieren mit 700 V in Bereichen, in denen auch mal mit dem Hammer repariert wird.“ Bei den komplexen Zentralelektriken ist robuste Verbindungstechnik gefragt. Dazu arbeitet STW mit Erni zusammen: Versorgt werden diese Power-Boards typischerweise über einen M8-Gewindebolzen. Die Anschlüsse an die Peripherie erfolgen über robuste, mobiltaugliche Erni-Stecker. Traditionell war die Entwicklung sehr an der Hardware ausgerichtet; inzwischen ist Software aber immer wichtiger. Hier setzt STW auf das aus der Automatisierung bekannte Codesys, hat aber auch Kefex entwickelt. Damit soll es in der Programmiersprache C viel einfacher sein, Sicherheitsfunktionalitäten zu implementieren und sie zu zertifizieren, Parameter strukturiert abzulegen und Diagnosefunktionen einzuführen. Außerdem ermöglicht Kefex den Einsatz von Matlab. Neben seiner eigenen Connectivity-Lösung mit einem Paket aus Embedded-Linux und Web-Anwendungssoftware arbeitet STW in Sachen Internet der Dinge mit Cumulocit y zusammen: ST Ws Telematik-, Datenmanagement- und Gateway-Modul TC3G unterstützt deren Cloud-basierte M2M-Anwendungsplattform. STW findet für ihre Senosoren in der hauseigenen Dünnschichttechnologie immer neue Anwendungsfelder. Neben der Produktion im eigenen Reinraum integriert STW auch die Drehmomentsensoren von NTCE; diese arbeiten nach dem Prinzip der Magnetostriktion. n Zukunftssicher Automatisierung, Elektrifizierung und Connectivity sind nicht nur im Kfz heiße Themen, auch bei den kleinen Serien in Traktoren und Arbeitsmaschinen: „Die teuerste Einzelkomponente ist der Kabelbaum“, erläutert Schmitt, und begründet so warum STW auf neue Bussysteme setzt. infoDIREKT710ei0815 www.elektronik-industrie.de Überzeugen durch Leistung END-OF-LIFE SUPPORT 68000er-Prozessoren Rochester Electronics bietet End-of-LifeSupport für MC68040-MPUs von Freescale. Bild: Roch ester Elec tronics Rochester Electronics erhielt von Freescale die Lizenz zur Fertigung der 32-Bit-Mikroprozessor-Serie MC68040: Freescale hat die 68040er MPUs abgekündigt und versendet nun die letzten Bausteine, die Fertigung läuft noch bis November 2015. Durch das Abkommen können Kunden diese bewährten MPUs weiterhin aus einer sicheren und zuverlässigen Quelle beziehen. Rochester führt eine Vielzahl von Original-Freescale-Bausteinen und Halbleiter-Chips (Dies) auf Lager, die auf Kundenwunsch in unterschiedlichen Gehäusen geliefert werden. Freescale hat zudem Zugriff auf das gesamte Design- und Test-IP gewährt, damit Rochester die Fertigung fortführen kann, selbst wenn alle vorhandenen Waferbestände aufgebraucht sind. Neben der 68040er-Serie unterstützt Rochester auch die Derivate 68020, 68030, 68060 und den Fließkomma-Coprozessor 68882. Freescale wird Rochester auch bei der Auslieferung des MC68360 QUICCKommunikationsprozessors unterstützen. (lei) ■ infoDIREKT 701ei0815 Leistungsinduktivitäten für Hochstrom-Anwendungen HALBLEITER-KONKURRENZ FÜR GRAPHEN Phosphor und Arsen Bild: Andreas Battenberg, TU München Schwarzes Arsen-Phosphor ist ein halbleitendes Material mit 2D-Struktur ähnlich der des Graphens. Hergestellt wurde diese Probe in der Arbeitsgruppe Prof. Tom Nilges. Mit dem Nobelpreis 2010 wurde Graphen, das nur eine Atomlage dicke Kohlenstoff-Netzwerk, über Nacht berühmt. Doch auch aus Phosphor kann man solche Schichten herstellen: Chemiker der TU München entwickelten ein Halbleitermaterial, bei dem sie einzelne Phosphor-Atome durch Arsen ersetzten. Im Rahmen einer internationalen Kooperation bauten sie daraus zusammen mit amerikanischen Kollegen Feldeffekttransistoren. Die Bandbreite seiner Anwendungen reicht von Transitoren über Sensoren bis hin zu mechanisch-flexiblen Halbleiterbauteilen. Anders als beim Graphen, dessen elektronisches Verhalten dem von Metallen ähnelt, verhält sich Phosphoren wie ein Halbleiter. Über den Arsengehalt lässt sich die Lücke zwischen Valenz- und Leitungsband präzise einstellen. (lei) ■ infoDIREKT www.elektronik-industrie.de IHLP® Serie Vorteile: Sehr gute Leistung aufgrund Kompositkonstruktion Exzellente Stabilität der Induktivität und des Sättigungsverhaltens über Temperatur Magnetisch geschirmt Neun Baugrößen von 3x3 mm bis 22x22 mm mit unterschiedlichen Höhen von 0,9 mm bis 13 mm Verfügbarer Induktivitätsbereich: 0.047 μH bis 100 μH (abhängig von der Baugröße) Drei Betriebstemperaturbereiche von -55°C bis +125°/+155°/+180°C AEC-Q200 erhältlich Applikationen : DC/DC Wandler im Industrie- und Automobilbereich (inkl. Hybrid- und Elektrofahrzeuge) Power LED Treiber Rauschunterdrückungsfilter Informationen zur IHLP® Serie: +49 (0) 7231/801-1284 Auch erhältlich unter www.rutronik24.com 703ei0815 www.rutronik.com elektronik industrie 08/2015 9 Märkte + Technologien Weg mit der Wärme Bericht vom Wärmemanagement-Workshop in La Rochelle Am 4. und 5. Februar 2015 fand in der westfranzösischen Hafenstadt La Rochelle zum zehnten Mal der „European Advanced Technology Workshop on Micropackaging and Thermal Management“ statt. 20 Vorträge mit 102 Teilnehmern deckten alle Bereiche des Wärmemanagements ab. Auf der begleitenden Ausstellung präsentierten sich 22 Firmen. Autor: Siegfried W. Best Bild: S. Best Bild 2: Der Stand des einzigen deutschen Ausstellers, Kunze Folien, war immer gut besucht. Bild: S. Best Bild 1: Mit über 100 Teilnehmern aus aller Welt ist der Workshop im Jahr 2015 weiter gewachsen. I n seiner Keynote auf dem zehnten „European Advanced Technology Workshop on Micropackaging and Thermal Management“ betrachtete Wärmemanagement-Experte Dave Saums von DS&A die neuen Entwicklungen bei thermischen Materialien. Er begann mit der Frage: Gibt es das ideale TIM und eine universelle Lösung? Dabei müsse man vorsichtig bei der Fragestellung sein: welches Material wählt man? Sind mechanische Kräfte nötig? Nach Saums liegen Si-basierende und Phase-Change-Typen schon nahe dem idealen TIM. Es gibt sie dispensierbar oder auf Trägermaterial aufgebracht (Alu, Cu, Kapton oder andere dielektrische Materialen). Gap-Filler sind weniger herausfordernd und TCAs (Thermal Conductive Adhesives) sowie ECAs (Electrically Conductive Adhesives) kommen ohne mechanische Befestigung aus. Es gibt aber keine Universallösung für jede Applikation. Die Auswahl Eck-DATEN Mit 102 Teilnehmern wuchs der „European Advanced Technology Workshop on Micropackaging and Thermal Management“ dieses Jahr. Die 20 Vorträge deckten alle Bereiche des Wärmemanagements ab. Auf der begleitenden Ausstellung präsentierten sich 22 Firmen; Frankreich stellte hier das größte Kontingent, es waren aber auch internationale Firmen mit ihren europäischen Niederlassungen vertreten. 10 elektronik industrie 08/2015 des TIMs erfolgt in zwei Stufen: Erstens nach der primären Funktion (Isolation, direkter Metallkontakt, Adhesivauftrag ohne mechanische Befestigung, Gapfiller oder andere). Weiter zu beachten sind die mechanische Stabilität (Schock), die EMV und die Reparaturmöglichkeiten. Materialeigenschaften David Saums ging dann auf die Merkmale einiger TIMs ein. Beim Oriented Fiber Grafit TIM zum Beispiel berichtet er von Schwankungen in den Parametern je nach Hersteller, außerdem gebe es unterschiedliche Qualitätsstufen und Grafit-TIMs seien eigentlich keine TIMs, sondern Wärmespreizer. Metallische TIMs wiederum werden seit vielen Jahren eingesetzt bei auf Flansch montierten Leistungshalbleitern und in den High-End-Modulen von Militär und Luftfahrt. Die Indium Corporation beispielsweise produziert Heatspring, eine Familie strukturierter Indiumfolien. Auch bei den Wärmespreizern geht die Entwicklung weiter. So findet sich im iPhone ein Alu-Stahl-Clad-Spreizer mit einem 18 µm dicken Adhesive auf rostfreiem Stahlblech. Neue Entwicklungen haben eine zehnfach bessere thermische Leitfähigkeit, eine geringere Steifigkeit (80 %) und eine Dichte von nur 59 %. Statt der Kombination aus Stahl/Grafit-TIM oderAlu-Lösungen sind nun kleinere und leichtere funktionelle Spreizer möglich. Speziell auf das thermische und Fluid-Design im Automobilbereich ging Epsilon-Alcen zusammen mit aPSI 3D ein. Im Mittelpunkt stand die doppelseitige Kühlung eines Leistungsboards bestückt mit IGBTs und Dioden mittels zweier Substrate. Über Versuche und Simulation ermittelten die Firmen die beste Verwww.elektronik-industrie.de Märkte + Technologien • Lower maximum temperature and Gradient when using heatspreader www.elektronik-industrie.de 2 cm² PGS integrated die • Larger heating influenced area Thermal maps 1,8 W power Chipmontage Thales Alenia untersuchte die Chipmontage mit hochleitfähiger Nanopaste auf Silber-Oxilate-Basis. Ergebnisse waren eine gleichmäßige Verteilung ohne Lunker, gute Scherfestigkeit und gute thermische Leitfähigkeit besser als AuSn. Das Material ist konform mit den europäischen und französischen Regeln, sintert bei tiefen Temperaturen, besteht bei hohen Temperaturen bis 961 °C, lässt sich wie ein Kleber verarbeiten und ist billiger als eine AuSnPreform. Der Vortrag von CEA Leti, Minatec und ST Microelectronics befasste sich mit der Wärmespreizung mit PGS-Spreader (Pyrolitic Grafite Sheet) von Panasonic, die auf Kohlenstoff basieren um von Hotspots Wärme abzuführen oder zu verteilen. Dabei ist die Oberflächenbeschaffenheit des PGS ein Schlüsselfaktor. Bild 3 zeigt den Vergleich der Wirkung eines 70-µm-PGSSpreaders auf einem 1 cm 2 großen Chip mit 200 µm Stärke. Hinweise auf die weiteren Vorträge, vor allem zu den Themen Simulation, Test und Messung, Ausschnitte aus den Vortragsfolien und mehrere Tabellen sind in der Online-Fassung des Beitrags über die infoDIREKT-Nummer verfügbar. In den Vortragspausen Reference die Bild: ST Microelectronics teilung der aktiven Chips, wobei sich herausstellte, dass durch die doppelseitige Wärmeabfuhr zwischen den einzelnen Chips kein großer Abstand nötig ist. Allerdings muss die thermische Leitfähigkeit der Bump/Pad-Verbindungen reduziert werden. Dann ist diese Lösung besser als ein flaches Powermodul. Außerdem ist dickes AIN-Substrat besser als dünnes Al 2O3. Bild 3: Wirkung eines 70 µm dicken PGS-Spreaders auf einem 1 cm² großen Chip mit 200 µm Stärke (links ohne Spreader, rechts mit). besuchten die Seminarteilnehmer die Stände der 22 Aussteller. Kunze Folien war dabei der einzig deutsche Aussteller (Bild 2): Die Firma feiert 2015 ihr 25-jähriges Jubiläum und ist zum vierten Mal in La Rochelle aktiv, unterstützt so auch den örtlichen Distributor Milton Ross Composants und sieht am französischen Markt ein gutes Wachstumspotenzial. Der nächste Workshop in La Rochelle findet vom 2. bis 4. Februar 2016 statt. (lei) ■ Autor Siegfried W. Best Freier Redakteur in Regensburg. infoDIREKT 708ei0815 elektronik industrie 08/2015 11 Distributoren Coverstory C M Y CM MY CY CMY K EVE-2 Mächtige Oberflächen im einfachen Baukastensystem Touch-Oberflächen sind in Mode. Was bis vor kurzen nur in der Handy- und Unterhaltungsbranche üblich war, verbreitet sich zusehends bei weißer Ware, der Industrie und anderen Märkten. Statt jeder Anwendung einen High-End-Prozessor zu spendieren, können Entwickler mit EVE auch kleine Systeme bequem Grafik- und Autoren: Bernd Flessenkämper, Lee Chee Ee Touch-tauglich aufwerten, sogar bis 800 × 600 Pixel. B erührungsbasierte Mensch-Maschinen-Schnittstellen (HMIs oder Human Machine Interfaces) sind im Grunde nichts Neues: In der Unterhaltungselektronik und der Computerindustrie haben sie längst die Bedienkonzepte revolutioniert und neue Designkonzepte ermöglicht. Inzwischen profitieren viele Branchen von dieser Entwicklung, etwa Haushaltsgeräte, Hausautomatisierungssysteme, industrielle Steuerungen, Kassensysteme, Verkaufsautomaten, Geldautomaten, Infoterminals, Sicherheitssysteme und viele mehr. Da moderne TouchInterfaces mehrere Berührungspunkte gleichzeitig erkennen, 12 elektronik industrie 08/2015 steigt ihr Mehrwert weiter. Doch vielen Geräten fehlt die Rechenleistung, um anspruchsvolle und hochauflösende GUIs zu erzeugen und auf komplexe Berührgesten zu reagieren. Genau für diese Fälle bieten sich integrierte Grafik-, Sound- und TouchErweiterungen an, wie sie FTDI mit EVE vorgestellt hat. Schneller entwickeln Kommerzieller Druck beschleunigt die technologische Evolution: Immer mehr Anwender erwarten hochwertige HMIs. Die OEMs suchen daher eine Implementierung, die detailreichen Bildinhalt www.elektronik-industrie.de Bilder: FTDI Distributoren Coverstory Touch-Display-Lösungen ermöglichen aufwendige Anzeigen für Waschmaschinen. Links oben und rechts unten zeigt das Display den aktuellen Status. Links unten ist das bunt illustrierte Hauptmenü zu sehen. mit großer Farbtiefe unterstützen. Zudem wünschen sie an vielen Stellen videofähige HMIs. Auf diese Anforderungen passende Halbleiterplattformen müssen zwar die notwendige Performance liefern, dürfen dabei aber die üblichen Designbeschränkungen nicht ignorieren. Zu den verbreiteten Vorgaben zählen ein limitiertes Budget, begrenzte Engineering-Kapazitäten, Platzmangel, enge Zeitpläne und vieles mehr. FTDI hat EVE daher so optimiert, dass sowohl die Hardware-Entwickler Zeit und Platz auf der Platine sparen, als auch die Software-Kollegen ohne Grafik-Vorkenntnisse moderne HMIs programmieren können. Oberfläche aus dem Baukasten Mithilfe eines Baukastensystems können Entwickler aus sehr einfachen, aber mächtigen Befehlen, die gewünschten Oberflächen konstruieren. Sogenannte Widgets enthalten komplexe Eck-Daten • FTDI stellt den Nachfolger von EVE vor: EVE-2. • Der Grafik-Controller steuert Displays mit bis zu 800 × 600 Pixel. • Der Baustein integriert auch Touch und Audio. • Die GUI-Programmierung ist dank Objektorientierung mit WidgetKonzept sehr einfach. • Der Baustein wird per SPI oder Quad-SPI angesteuert. • Glyn arbeitet bereits an einer Erweiterung seines Adam-Konzepts, bei dem der FTDI-Chip auf der Rückseite eines TFT-Touch-Displays montiert ist. • Die umfangreiche Erfahrung mit EVE-1 und EVE-2 gibt Glyn in Schulungen und Design-in-Support weiter. www.elektronik-industrie.de grafische Objekte wie Uhren, Messinstrumente, Tastaturen oder Slider, die sich mit Touch-Eingaben und Sounds verknüpfen lassen. Zum Aufruf einer Uhr genügt beispielsweise ein Befehl der Form „Cmd_clock(Position,Optionen,Zeit);“. Die Kommandos sind im Programming Guide zusammengefasst. Entwickler können aber auch FTDIs Screen-Editor einsetzen, der automatisch den nötigen Quellcode erzeugt. Mit buntem HMI durch den Alltag Hersteller von Kühlschränken und Spülmaschinen sind sehr daran interessiert, ihre Produkte mit speziellen Features auszustatten, um sie für die Verbraucher attraktiver zu machen und auf diese Weise den Absatz zu steigern. Während früher ein ziemlich rudimentäres HMI genügte, vielleicht ein Tastenfeld und eine Siebensegmentanzeige, haben sich die Erwartungen der Kunden heute deutlich erhöht: Sie vergleichen jedes Gerät mit der Benutzerfreundlichkeit der elektronischen Spielereien, die sie sonst noch besitzen. Es gibt hier also die Gelegenheiten für die Integration von großformatigen Displays mit breitem Farbraum, Multi-Touch-Bedienung und sogar audio-visuellen Einsatzmöglichkeiten. Im Falle von Waschmaschinen beispielsweise können animierte Inhalte helfen, dem Anwender zu vermitteln, welche Stufe des Waschzyklus’ gerade abläuft. Ein Kopierer wiederum könnte den Büroangestellten per Erklärungsvideo zeigen, wie sie Papierstaus beheben. Ebenso kann Video-Material zeigen, wie eine Kaffeemaschine funktioniert. Auch in Aufzügen haben diese Bediengeräte viel Potenzial: Mit Touch-fähigen Displays können Kunden nicht nur wählen, in welche Etage eines Einkaufszentrums oder elektronik industrie 08/2015 13 Distributoren Coverstory Beispiel-HMI eines Kühlschranks. Trotz der aufwendigen Grafik und der Animationen braucht der Entwickler nur sehr einfache Befehle. Kaufhauses sie fahren wollen, sondern das Display könnte sie mit Videoclips unterhalten und für spezielle Einzelhandelsgeschäfte oder Produkte werben, die gerade im Angebot sind. In Hotel-Liftanlagen könnte diese Technik Gäste über die Einrichtungen des Hauses informieren und sie auf Wunsch auch gleich in das passende Stockwerk befördern. Objekte im Display Ein zunehmender Anteil an OEM-HMI-Designs beginnt mit einem objektorientierten Ansatz, der sich über die letzten zwei Jahre herausgebildet hat. Dieser Ansatz führt zu weit geringeren Speicherressourcen und benötigt weniger Bandbreite für die Datenübertragung. Objekte können alles sein, von Schriftarten (Fonts), Bitmap-Bildern, Templates, Geräuschen (wie Zirpen und Piepen) und Überblendungen. Der große Flash-Speicher der normalerweise nötig wäre um Bilddaten zu abzulegen sowie der Frame-Buffer und der breite parallele Datenbus sind dank der Objektorientierung überflüssig. Die Anzahl der Komponenten für das resultierende HMI ist viel kleiner, es benötigt weniger Leiterplattenfläche, der Stromverbrauch sinkt ebenso wie die Entwicklungszeiten. Ein weiterer VCCIO1 MCU INTERFACE SCK MISO/IO0 MOSI/IO1 GPIO0/IO2 GPIO1/IO3 CS_N INT_N wichtiger Aspekt dieser Methodik ist es, wie gut das System mit animierten Inhalten umgeht. Wenn man angezeigte Bilder als Objekte behandelt statt als komplexe Produkte aus vielen Pixeln, sind Animationsfunktionen leicht zu bewerkstelligen. Es genügt, kontinuierlich die Koordinaten des Objekts zu aktualisieren, im Gegensatz zum ständigen Neuzeichnen des gesamten Bildes. Darüber hinaus kann ein einzelnes Objekt an mehreren Orten wiederholt werden, ohne zusätzliche Inhalte zu laden. Clevere Hardware Die Objektstrategie hat FTDI Chip erstmals in seiner EVE-Plattform (Embedded Video Engine) realisiert. Sie rendert Bilder Zeile-für-Zeile (bei 1/16-Pixel-Auflösung) und nicht Pixel-für-Pixel, wofür ein viel kleinerer Datenspeicher als gewöhnlich ausreicht. Auch die Bandbreitenanforderungen sinken. Der Grafik-Chip enthält dabei die drei Funktionsgruppen Grafik, Sound und Touch (resistiv oder PCAP). Das Ziel ist, schnell und kostengünstig zu Die FT81X-Bausteine lassen sich per SPI von einer MCU mit einfachen Kommandos ansteuern (links) und besitzen Grafik-, Audio- und TouchInterfaces (rechts). MEMORY AND PROCESSING REGISTERS SPI RAM INTERRUPT GENERATOR GRAPHIC CONTROL R7...R0 G G7...G0 B B7...B0 PIXEL CLOCK GENERATOR ROM EXTRAS X1/CLK X2 OSC/PLL ADC AUDIO ENGINE LDO TOUCH ENGINE GPIO2 GPIO3/AIN VOUT1V2 VCC PD_N GND 14 elektronik industrie 08/2015 GRAPHICS ENGINE POR VCCIO2 R PCLK HSYNC VSYNC DE DISP BACKLIGHT AUDIO CONTROL PWM TOUCH CONTROL CAPACITIVE/ RESISTIVE TOUCH AUDIO_L CTP_RST_N CTP_INT_N CTP_SCL CTP_SDA X+, X, Y+, Y www.elektronik-industrie.de Distributoren Coverstory Bild: Glyn fügte extra große Schriftarten ermöglichen mehr Textoptionen. einer ansprechenden grafischen Lösung zu gelangen. Grafische Weitere Verbesserungen in der Performance leiten sich dadurch Kenntnisse im Programmieren sind nicht notwendig. her, dass EVE-2 bis zu 16 Pixel pro Systemtakt malt: Das ist der Die FT81x-Serie stellt die neuste Generation der EVE-Bauteivierfache Wert verglichen mit EV E-1. le dar. Jeder IC in dieser Serie hat eine höheZusätzlich lädt die neue Generation Jpegre Auflösung als die Vorgängergeneration In Workshops führt Bilder nun 1000-mal schneller als der Vor– EVE-2 unterstützt nun 800 × 600 Pixel im Glyn seine Kunden an gänger. Vergleich zu den 512 × 512 Pixeln von EVEEVE und Adam heran 1. Die neuen ICs sind daher in der Lage, eine und trainiert sie in aller größere Bildschärfe zu bieten und größere Support vom Distributor Display-Diagonalen anzusteuern, 7” und Wer sein HMI-Projekt mit dem Distributor technischen Tiefe. mehr sind möglich. FTDI hat dazu auch den Glyn startet, bekommt deutschsprachigen Objektspeicher von 256 KByte auf 1 MByte erweitert. hardwarenahen Support für EVE-2. Glyn hat bereits mit seinem Dank verbesserter Algorithmen haben die Bauelemente der auf EVE-1 basierenden Hardware-Konzept Adam reichlich neuen EVE-Serie eine viel sanftere grafische Wiedergabe. Davon Erfahrung gesammelt. Adam heißt eigentlich „A.D.A.M.“ und profitieren HMI-Designs mit kurzen Animationen, die die Aufsteht für Advanced Display Application Module; nicht zu vermerksamkeit des Benutzers erregen oder Lehrfilme abspielen. wechseln mit „ADAM“, dem Arduino Display Adapter Module. Ein weiteres neues Feature ist die Bildschirmrotation. Diese Bei Glyns Adam ist FTDIs EVE-Grafik-Chip FT801 oder FT800 Funktion beschleunigt die Drehung um 90°, sodass das Gerät auf der Rückseite eines 4,3” (10,9 cm) oder 3,5” (8,9 cm) großen schnell zwischen Quer- und Hochformat-Ausrichtung wechseln Displays bereits integriert. kann. Das ist etwa für portable oder semi-portable Designs sehr Mit EVE wird das Display direkt über SPI oder I2C angesteuert. vorteilhaft. EVE-2 unterstützt mehrere Farbpaletten, unter andeEin zusätzlicher Grafiktreiber ist nicht nötig. Adam ist losgelöst rem 16-Bit- und 32-Bit-Farben mit Transparenz. Neu hinzugevon der Steuerplatine montierbar: Über SPI oder I2C lassen sich auch längere Kabelwege sicher überbrücken. Das Display wird über ein 16-poliges Folienkabel angeschlossen und braucht nur Passende Starterkits noch eine 3,3-V-Spannungsversorgung. Glyn plant, das AdamEVE-2-Board mit FT811 Konzept um eine 7”-EVE-2-Versionen zu erweitern; EVE-2 ist laut FTDI ungefähr ab Oktober 2015 verfügbar. In speziellen EVE-Workshops führt der Distributor Glyn seine 7” EDT-Display, 800 × 480 Pixel Kunden an EVE und Adam heran und trainiert sie in aller techAnstecken... nischen Tiefe; der erste EVE-2-Workshop ist für den 04. November 2015 geplant. Glyn hat die EVE-Software von FTDI weiter optimiert und angepasst; der Distributor kann bei Fragen zur Software und zur Programmierung daher direkt weiterhelfen. Eine auf EVE-1 und EVE-2 optimierte Mikrocontroller-AnbinMCU-Board als Master dung für die Hauptapplikation sowie ein passendes Display mit speziellen Anforderungen unterstützt Glyn mit seinen eigenentGlyn schnürt aus dem EVE-2-Baustein ein komplettes Starterkit mit einem EVE-2-Board, das zu Glyns MCU-Boards passt, und einem wickelten Starterkits. 800 × 480 Pixel großen Display. Mit dem Glyn/EVE-Starterkit-Konzept können Entwickler einfach und schnell starten. Die Sets enthalten alles, was für eine Entwicklung mit EVE nötig ist: • Entwicklungsboard mit EVE-Grafikcontroller, Spannungsregler und Audioverstärker. • Direkte Anschlussmöglichkeit für Glyn-MCU-Boards sowie die Glyn/ EDT-Displayfamilie. • Glyn-Softwarepaket, optimiert und kompatibel zum FTDI Programming Guide. Glyn stellt alle Definitionen und viele Demos als universellen C-Sourcecode zur Verfügung. Kunden müssen somit keine zusätzliche Software oder Lizenzen erwerben. Die Boards sind bereits optimiert für ausgewählte MCU-Hersteller. Gewinnen Sie eines von fünf Glyn EVE-2-Startersets Registrieren Sie sich bis Ende September auf www.all-electronics.de unter der infoDIREKT-Nummer 799ei0815 für die neue Generation von EVE-2-Chips. Sie haben damit die Chance, eines von fünf Glyn-EVE-2- Startersets zu gewinnen. Diese Sets bestehen aus einem Mikrocontroller-Board, EVE-2-Starterkit sowie einem 7”-Display vom Hersteller EDT mit PCAP-Touch. Der Wert eines Startersets liegt bei 200 €. www.elektronik-industrie.de Innere Werte Durch eine vernünftige Strategie zur HMI-Entwicklung können Entwickler deutliche Einsparungen sowohl in der benötigten Platinenfläche als auch bei den Gesamtstückkosten erreichen. Mit der Integration neuer Multimedia-Funktionen in ICs, ergeben sich Anwendungen für eine neue Generation von HMIs, an die vielleicht noch keiner gedacht hätte. (lei) n Autoren Bernd Flessenkämper Line-Manager FTDI bei Glyn in Idstein. Lee Chee Ee General Manager – Product Development bei FTDI in Singapur. infoDIREKT 706ei0815 elektronik industrie 08/2015 15 Distributoren Wie aus dem Nichts Autoreplikation mit 3D-Druckern für schnellere Prototypen-Erstellung Ein 3D-Drucker, der sich selbst duplizieren oder gar sein Design verbessern kann? RS Components stellt den Ormerod für Open-Source-Projekte und zur Autoreplikation vor. Es handelt sich um eine Rep-Rap-Initiative, mit der Elektronik- und Maschinenbauingenieure ihre Prototypen Autor: Martin Keenan erstellen und damit den Entwicklungszyklus um Monate verkürzen können. B ten 3D-Druck am weitesten verbreitete Prozess; SLA (Stereo isher gab es einige Hürden für den flächendeckenden EinLithography), EBM (Electron Beam Melting), LOM (Laminated satz des 3D-Drucks. Dazu zählten insbesondere die Object Manufacturing) und viele andere. Diese Techniken werhohen Preise der Hardware sowie komplizierte den in zahlreichen Industriebranchen zunehmend zum Rapid Designsoftware, die Nicht-CAD-Spezialisten den Einstieg Prototyping und zuweilen auch zur Fertigung verwendet. Einerschwerte. Nun schafft der Open-Source-Autoreplikationssatzbereiche sind Engineering, Bauwesen, Fahrzeugbau, Vertei3D-Drucker Ormerod Abhilfe. Er eignet sich für Open-Sourcedigungswesen, Medizin und auch zahlreiche VerbraucherbranProjekte wie auch zur Autoreplikation und entstammt der Repchen bis hin zur Bekleidungsindustrie. Rap-Initiative. Der Drucker bietet Unternehmern und Entwicklern im Zusammenspiel mit der Modellierungssoftware Designspark Mechanical die Chance, Produktentwicklungen zu Steigende Verbreitung beschleunigen und Innovationen zu fördern. Seit der Jahrtausendwende sind die Verkaufszahlen von 3D-DruDer dreidimensionale Druck, auch Additives Manufacturing ckern stark gestiegen und dank der sinkenden Preise werden die genannt, stellt eine Revolution im Bereich der ProduktentwickGeräte attraktiver: Modelle für den Massenmarkt sind inzwischen lung und auch für einige Bereiche der für unter 2000 Euro zu haben. Ein jüngerer Herstellung dar. Ziel ist die Produktion Marktforschungsbericht des Analysten Die Nachfrage nach eines Festkörpers mithilfe eines CADMarkets & Markets prognostiziert ein 3D-Druckern steigt Modells und eines generativen Fertidurchschnittliches jährliches Wachstum gungsprozesses. Grundsätzlich werden von 23 % für 3D-Drucker zwischen 2013 zwischen 2013 und dabei verschiedene Materiallagen (wie und 2020, mit einem Zielvolumen von 8,41 2020 jährlich um 23 %. Plastik und Metall) in verschiedenen Milliarden Dollar. Der 3D-Druck wandelt Analyse Markets & Markets Formen aufgetragen. Traditionelle Hersich von einer Nischentechnologie der grostellungstechniken basieren oft auf subßen Unternehmen und einzelnen Enthusitraktiven Verfahren, bei denen Material abgetragen wird – sozuasten zu einem Massenmarkt für alle. sagen wie ein Bildhauer, der die unnötigen Teile eines MarmorKünftig könnten Anwender den 3D-Drucker auch zu Hause blocks beseitigt, um Auguste Rodin frei zu zitieren. nutzen, um so die Kosten für den Einkauf üblicher HaushaltsObwohl der 3D-Druck in der Öffentlichkeit erst seit kurzem produkte einzusparen. Die Technik wird immer zugänglicher; ein Thema darstellt, läuft die Entwicklung bereits seit den Achtbald stellen Verbraucher selbst verschiedene Produkte her, die zigerjahren. Es gibt zahlreiche 3D-Druckmethoden, darunter mit denen der großen Unternehmen vergleichbar sind. Aus dieFDM (Fused Disposition Modelling), der aktuell beim preiswersem Bereich gibt es ein interessantes Zitat des Dotcom-Pioniers Seit der Jahrtausendwende wurden mehr 3D-Drucker gekauft und die Preise sind gesunken. 16 elektronik industrie 08/2015 Das durchschnittliche jährliche Wachstum für 3D-Drucker zwischen 2013 und 2020 soll 23 Prozent betragen. www.elektronik-industrie.de Distributoren Joe Kraus, der vor ein paar Monaten in der BBC-Radio-Sendung „In Business“ über die aktuelle Revolution in Sachen Herstellung und Produktion sagte: „Im 20. Jahrhundert ging es um einige Dutzend Märkte mit Millionen von Kunden. Im 21. Jahrhundert geht es um Millionen von Märkten mit einigen Dutzend Kunden.“ Es ist durchaus wahrscheinlich, dass der 3D-Druck zusammen mit anderen Entwicklungen wie Open Source eine wichtige Rolle dabei spielt, eine Zukunft zu schaffen, in der Anpassung an individuelle Verbraucherwünsche und eine optimierte Nutzeranpassung wichtiger sind als der althergebrachte Ansatz mit Massenware und „Produkten von der Stange“. Schnelles Prototyping – Stunden statt Wochen Der 3D-Druck macht sich bei der Produktentwicklung in vielen Branchen bemerkbar – besonders bei der Herstellung geringer Stückzahlen oder individualisierter Produkte. Für die Produktion großer Stückzahlen stößt die Technik allerdings an ihre Grenzen: Beim 3D-Druck werden Produkte in Schichten aufgebaut. Das bedeutet, dass die strukturelle Integrität der Komponenten dem Einsatz in Produktionsgeräten nicht unbedingt gewachsen ist. Aus diesem Grund wird der 3D-Druck die Produktion mit geschmolzenem Metall in absehbarer Zeit nicht ersetzen können. Für die Produktion großer Stückzahlen ist hingegen die Schnelligkeit der Protoypenfertigung mithilfe des 3D-Drucks gefragt, denn hier sind keine Maschinenkenntnisse mehr erforderlich. Dies ermöglicht eine schnellere Markteinführung und mehr Freiheit beim Entwurf. Die Produktentwicklung hat sich in zahlreichen Branchen verbessert – von der Automobilindustrie und der Verbrauchertechnik bis hin zur Fertigung medizinischer Geräte. Die 3D-Drucktechnik dient in großen und kleinen Unternehmen der Entwicklung und Erprobung neuer Konzepte als Alternative zum Einsatz speziell gefertigter Maschinenwerkzeuge zum Herstellen von Prototypen für neue Teile oder Komponenten. Dank dieser Methode können Produktentwickler Prototypen innerhalb von Stunden erstellen, statt wie bisher Wochen oder Monate warten zu müssen. Doch das Verfahren bietet mehr als nur Zeit- und Kosteneinsparungen. Rapid Prototyping per 3D-Druck ermöglicht innovativere und hochwertigere Produkte. Produktentwickler müssen nicht mehr darauf warten, dass externe Werkstätten oder Spritzgussunternehmen die Teile oder Werkzeuge anliefern. Eck-Daten Mittlerweile müssen Produktentwickler dank der 3D-Drucktechnologie nicht mehr darauf warten, dass externe Unternehmen die Teile oder Werkzeuge anliefern. Jedoch sind bisher hohe Preise für die Hardware sowie komplizierte Designsoftware nur zwei Probleme, mit denen Nicht-CAD-Spezialisten zu kämpfen haben, wenn es um den flächendeckenden Einsatz des 3D-Drucks geht. RS stellt nun den OpenSource-Autoreplikations-3D-Drucker Ormerod vor, der mit der Modellierungssoftware Designspark Mechanical Produktentwicklungen beschleunigen und Innovationen fördern soll. 3D-Drucker ermöglichen den physischen Test sowie die weitere Optimierung und Verbesserung von Prototypen, bevor das Produkt in die Massenfertigung geht. Rep-Rap und Autoreplikation Aktuelle Trends beim 3D-Druck sind Open-Source-Initiativen und die Entwicklung selbst replizierender 3D-Drucker: Kann sich ein 3D-Drucker selbst duplizieren? Das „Replicating Rapid Prototyper“-Projekt, auch Rep-Rap-Pro genannt, wurde 2004 von Adrian Bowyer gegründet, einem früheren Professor für Maschinenbau an der Universität von Bath (UK). Ziel war, der Öffentlichkeit 3D-Druckmöglichkeiten zu einem annehmbaren Preis zur Verfügung zu stellen. Einfach gesagt ist das Rep-RapProjekt eine Initiative zur Entwicklung eines preiswerten 3D-Druckers, der den Großteil seiner Komponenten selbst drucken kann. Rep-Rap-Drucker verwenden eine auf FDM (Modellbau aus schmelzbarem Material) basierende 3D-Druckmethode. Dabei kommt eine computergesteuerte Kunstoff-Klebepistole und ein in eine erwärmte Kammer eingeführter Kunstoffdraht zum Einsatz. Eine feine Drüse spritzt den Kunststoff ein, um eine erste Lage auf einer Bodenplatte zu erzeugen. Die Platte wird Schritt für Schritt abgesenkt, um Platz für die nächste Lage zu schaffen. Einer der grundlegenden Beweggründe für Rep-Rap ist es, den 3D-Druck allen zugänglich zu machen. Entsprechend ist das Projekt grundsätzlich ein Open-Source-Projekt. Was immer sich selbst vervielfältigen kann, unterliegt den Gesetzen der Evolution. Da es sich um eine Maschine handelt, die ihre eigenen Teile herstellen kann, müssen die Designdateien leicht verfügbar sein. Allerdings wird sich die Maschine nicht durch zufällige Mutation weiterentwickeln, sondern eher entlang der Linien eines selektiven Programms wie es bei der Entwicklung von Linux oder Open Source der Fall ist. Die Mitglieder der Rep-RapGemeinde werden das Design verbessern, es optimieren oder einfacher kopierbar machen und diese Verbesserungen im Web veröffentlichen. Besitzer einer älteren Rep-Rap-Maschine können mit dieser dann eine neue, auf dem verbesserten Design basierende Maschine erzeugen. (jck) n Bilder: RS Components Autor Der Open-Source-Autoreplikations-3D-Drucker Ormerod gehört zum Sortiment von RS. www.elektronik-industrie.de Martin Keenan Head of Global Sales Effectiveness bei RS Components in Oxford. infoDIREKT130ei0815 elektronik industrie 08/2015 17 Distributoren Den Mondschatten ausleuchten 1962 zerschellte der amerikanische Flugkörper Ranger 4 auf dem Mond, weil er mit seinem Eintritt in den Mondschatten den Funkkontakt zur Erde verloren hatte. Heute befinden sich viele Geräte in einem ähnlichen Mondschatten: Sie können nicht mit ihrer Umgebung kommunizieren. Distributoren wie Rutronik mit umfassender Wireless-Linecard und entsprechendem Know-how unterstützen Hersteller dabei, den Kontakt Autor: Bernd Hantsche herzustellen. N ach der Produktion, beziehungsweise dem Verkauf sind die meisten aktuellen Geräte quasi verschwunden: Hersteller können kaum herausfinden, wo sie sich befinden oder wie sie sich verhalten. Mit beiliegenden Registrierungskarten, Kundenumfragen und Kontaktformularen auf Webseiten versuchen Anbieter, Informationen zu erhalten. Doch präzise und dauerhafte Aussagen zu Betriebszuständen, Produktverschleiß, Verbraucherverhalten oder Gebrauchshäufigkeit sind so nicht zu erhalten. Hersteller könnten damit ihre Produkte am tatsächlichen Nutzverhalten ausrichten und optimieren. Produkte optimieren Zum Beispiel lassen sich Produktentwicklungen an geändertes Konsumentenverhalten anpassen sowie Schwachstellen am Produkt erkennen und per Fernzugriff beheben, noch bevor sie die Kunden selbst bemerken. Voraussetzung hierfür ist, dass Sensoren verschiedene physikalische Größen erfassen und die Daten an den Hersteller übermitteln; diese Eigenschaft ist allgemein als „smart“ bekannt. Vom Smart TV bis zur vernetzten Produktionsmaschine sind das immer mehr Geräte, sogar einzelne elektronische Komponenten erhal- 18 elektronik industrie 08/2015 ten eigene IPv6-Adressen. Nicht-internetfähige Produkte liegen im übertragenen Sinn heute im Mondschatten. Vernetzt in IoT und Industrie 4.0 Ob IoT oder Industrie 4.0 – Rutronik hat für jede Applikation die passende Funklösung: 6LoWPAN im Sub-GHz-Netzwerk für Gebäudetechnik oder längere Distanzen mit optionaler Ethernet Bridge, Bluetooth 4.2, Wi-Fi in sämtlichen Facetten, das immer populärere ANT-Netzwerk oder Lösungen für Mobilfunktechnologien. So können Kunden die üblichen Gateways wie Wi-Fi-Router, Smartphone oder Basisstation für ihr Produkt nutzen. Viele aktuelle Funklösungen beinhalten nicht nur das Funkprotokoll und zugehörige Anwendungsprofile, sondern zudem genügend Rechenleistung, Speicherplatz, Peripherie und Schnittstellen, um Sensoren, Batterie und I/O-Bauteile direkt anzu- Simblee ist kompatibel zum RFduino, aber deutlich kleiner, und ermöglicht Apps für iOS- und Android-basierte Smartphones. schließen. Embedded-Kunden profitieren von Mini-PCIe-Karten, M.2-Karten, USBoder RS232-Sticks sowie industriellen Modems für sämtliche Funktechnologien. Fokuspartner im Wireless-Bereich ist Nordic Semiconductor. Mit der Produktfamilie nRF51 deckt Nordic die Bluetooth4.0-Technologie ab. Neben Bluetooth Low Energy (BLE) unterstützt ein nRF51 auch das Ultra-Lowpower-Netzwerkprotokoll ANT, das mit bis zu 64.000 Netzwerkteilnehmern und je nach Betrieb noch geringerem Energieverbrauch als BLE zusätzliche Einsatzmöglichkeiten eröffnet. Dritte Variante ist das Open-Source-Protokoll Gazell. Es erlaubt standardmäßig eine Sterntopologie für sieben Teilnehmer mit drei verschiedenen Pairingmöglichkeiten, darunter auch Proximitypairing. Basierend auf dieser SoC-Familie hat Rutronik drei Modulhersteller im Portfolio: Fujitsu, RF Digital und Dynastream. Eck-DATEN Distributoren wie Rutronik unterstützen Unternehmen dabei, die technische Grundlage für den Eintritt ins IoT und die Industrie 4.0 zu legen. Vom Wireless-Kooperationspartner Nordic etwa kommen SoCs der Baureihe nRF51 mit einem ARM Cortex M0, der nicht nur Bluetooth Low Energy unterstützt, sondern auch das Ultra-Low-Power-Netzwerkprotokoll ANT mit bis zu 64.000 Teilnehmern. Erste Engineeringsamples des noch leistungsstärkeren Nachfolgers sind bereits erhältlich. Außerdem im Portfolio sind die Modulhersteller Fujitsu, RF Digital und Dynastream, deren Funkmodule den vollen Softwaresupport durch Nordic erhalten. www.elektronik-industrie.de Bild: RF Digital Der Distributor im Internet der Dinge Damit sparen sich Interessenten mit kleinen bis mittleren Stückzahlen die Kosten für Zertifizierungen und ein aufwendiges HF-Design, gleichzeitig profitieren sie von einer kürzeren Time-To-Market mit besten Bluetooth Stacks und Applikationsprofilen. Rutronik gewährleistet den vollen Softwaresupport durch Nordic. Das Konzept bewährt sich auch beim Umstieg vom Modul- auf den IC-Einsatz bei steigendem Produktionsvolumen. Die Module von Dynastream unterstützen BLE sowie das ANT-Protokoll, die Modelle von Fujitsu und RF Digital hingegen sind auf BLE, Gazell und kundenspezifische Protokolle beschränkt. Firmware für Prototypen RF Digital bietet zudem hauseigene Stacks an: Die RFduino genannte Firmware lässt sich mit der Arduino-Entwicklungsumgebung Eclipse flashen und dank vereinfachter Befehle besonders leicht programmieren. Darüber hinaus kann das Modul auch als SIP-Bauform mit stapelbaren Shields zum Einsatz kommen. Aufgrund des großen Erfolges des RFduino hat RF Digital Simblee entwickelt. Der ist noch kleiner als der RFduino, optional aber auch im dazu kompatiblen Format erhältlich, damit die gleichen Shields passen. Im Unterschied zum RFduino lassen sich mit der Simblee-Entwicklungsumgebung auch Apps für iOS- und AndroidSmartphones realisieren, ohne dass man dafür Xcode oder Andoid-SDK benötigt oder Apps auf iTunes und den Google Play Store hochladen muss. Nach Installation der kostenlosen Simblee-App werden sowohl die GUI (Graphical User Interface) als auch der Applikationscode im Simblee gespeichert und ausgeführt und lediglich an die App übertragen. Aktuell sind erste Engineeringsamples des nRF51-Nachfolgers erschienen: Der nRF52 geht Ende des Jahres in Serienproduktion und vereinfacht dank NFCInterface auch das Bluetooth-Fast-Pairing: Lediglich eine 13,56-MHz-Antenne ist anzuschließen und schon koppeln sich Smartphone und nRF52-Anwendung über kurze Distanzen vollautomatisch. Anschließend lässt sich die Entfernung je nach Ausführung der 2,4-GHzAntenne auf bis zu 50 m erhöhen. Rutronik bietet eine komplette Infrastruktur aus Chips, Modulen, USBSticks, Entwicklungsumgebungen und Tools an, die auf Nordic-Halbleitern basieren. Hinzu kommen Hersteller wie Rohm, Toshiba und ST. Nie ohne Sicherheitsmaßnahmen Wenn Geräte und Maschinen internetfähig sind, öffnet dieser Zugang nicht nur Herstellern und Nutzern viele Möglichkeiten, sondern auch Unbefugten mit unlauteren Absichten. Sicherheitsmaßnahmen reichen von der Hardware über Hardware-nahe Software und Firmware bis hin zu anderen Softwaresystemen, die auf einer Hochsprache basieren. Bei der Auswahl und Umsetzung unterstützt Rutronik seine Kunden und bewahrt sie vor Fallstricken. (mou) ■ Bild: Nord ic Se mico nduc tor Autor Das SoC nRF52 von Nordic mit dem ARM Cortex M4F bietet eine höhere Rechenleistung und ein Vielfaches an Speichervolumen im Vergleich zum Vorgänger. www.elektronik-industrie.de Bernd Hantsche Marketing Director Embedded & Wireless bei Rutronik Elektronische Bauelemente. infoDIREKT ZUVERLÄSSIG & INNOVATIV Die Power-Module von MORNSUN AC/DC Converter Isolation Single Twin Dual Triple Quad Input Output Bild: RF Digital Nach Installation der kostenlosen SimbleeApp werden GUI und Applikationscode im Simblee gespeichert und ausgeführt und lediglich an die App übertragen. 2-4 kVac (1 min) 5/12/15/24/3.3/9/48V 5/12/15/24V; 5/15/24V ±(5/12/15/24)V ±(5/12/15/24)V; 5V ±12V; 5V; 24V 30-165 - 264-460 Vac RoHS COMPLIANT 1-5W Cost Effective LS Series • Small Size, High Efficiency • THT (Open/Enveloped Frame) 4-25W Low Temp LB Series • TempRange starts at -40°C • THT (5-Pin Modular Package) 5-60W High Reliability LH Series • Input Voltage up to 305 Vac • THT, Chassis/DIN-Rail Mounting 24-120W DIN-Rail LI Series • Industrial Control Equipment • Std. Rail Installations (35 mm) 204ei0815 www.spezial.com www.mornsun-power.com Distributoren Das Entfernungsmessgerät CEM ILDM-150 mit beleuchtetem Mehrzeilendisplay. Per Bluetooth oder E-Mail: Bilder senden, twittern oder auf Facebook veröffentlichen. Zollstock war gestern Laser-Entfernungsmessgerät mit Bluetooth Drahtlose Übertragungstechnologien erobern die Welt der Messgeräte: Der Distributor Reichelt stellt das Laser-Entfernungsmessgerät CEM ILDM-150 vor, das mit einer BluetoothSchnittstelle die Kommunikation und Fernsteuerung des Geräts mit Tablets oder Smartphones ermöglicht. Nun lassen sich Fotoaufnahmen der Messobjekte mit den visualisierten Autor: Sebastian Bley Messergebnissen des Entfernungsmessers kombinieren. L aser-Entfernungsmessgeräte sorgen nicht nur im Bau- und Immobilienbereich für exakte Bemaßungen. Auch im industriellen Umfeld werden sie benötigt, beispielsweise im Anlagenbau oder bei der Planung von Versorgungsleitungen. Für solche professionellen Einsatzzwecke hat Reichelt Elektronik sein Angebot um das Laser-Entfernungsmessgerät CEM ILDM-150 erweitert. Eine Besonderheit des Geräts ist die integrierte Bluetooth-Schnittstelle, über die sich schnell und einfach Augmented-Reality-Darstellungen generieren lassen. Bis zu 70 m genau messen Mit seiner hohen Auflösung und einer Reichweite von bis zu 70 m ist das CEM ILDM-150 sowohl in der Messgenauigkeit als auch in der Reichweite für professionelle Messungen ausgelegt. Anwendungsbereiche sind beispielsweise die Gebäudetechnik, der Anlagenbau, die Montage und Inbetriebnahme neuer Eck-DATEN CEM ILDM-150 ist ein Laser-Entfernungsmessgerät mit hoher Auflösung und einer Reichweite von bis zu 70 m zur berührungslosen Messung von Distanzen. Die Besonderheit liegt in der integrierten Bluetooth-Schnittstelle, welche eine Kommunikation und Fernsteuerung mit Androidoder iOS-Geräten wie Tablet oder Smartphone ermöglicht. Mit der Gratis-App Meterbox iLDM können Anwender die Aufnahmen der Messobjekte erstellen, ausmessen und dokumentieren. 20 elektronik industrie 08/2015 oder versetzter Maschinen oder die Planung von Förderanlagen. Das Entfernungsmessgerät erfasst einen Messbereich von 0,05 bis 70 m bei einer Grundgenauigkeit von ±1,5 mm und ermöglicht Winkelmessungen bis zu ±65°. Funktionen für Messergebnisse Eine genaue Positionierung von Maschinenfundamenten erfordert eine exakte Vermaßung die Grundvoraussetzung – so wie auch für die ideale Platzierung der Fördertechnik und die Längen- und Materialermittlung der zugehörigen Versorgungsleitungen. Der CEM ILDM-150 verfügt über mehree Funktionen, die es möglich machen, die Ergebnisse direkt nach der Messung auszuwerten. So können durch den Neigungssensor, die Flächen-, indirekte www.elektronik-industrie.de Info-KASTEN Als einer der größten europäischen Online-Distributoren für Elektronik und IT-Technik bietet Reichelt aus dem niedersächsischen Sande mehr als 50.000 Produkte. Besonderer Fokus liegt auf der Beschaffung elektronischen Bauelemente. Elektroniker finden im Online-Shop ICs und Mikrocontroller, LEDs und Transistoren sowie Widerstände, Kondensatoren, Steckverbinder und Relais. Auch Werkzeuge wie Lötstationen, Multimeter oder Oszilloskope sind im Produktprogramm enthalten. Das Angebot aus der PC- und Netzwerktechnik mit internen und externen Festplatten, AMD- oder Intel-CPUs, Arbeitsspeicher sowie WLAN-Routern, Powerlines und Patchkabeln richtet sich sowohl an den Privat- wie auch an den Businesskunden. Höhen- und Volumenberechnung, Additions- und Subtraktionsfunktionen bis zu 20 Datensätze direkt nach der Messung abgerufen und gespeichert werden. Augmented Reality Eine Besonderheit des CEM ILDM-150 ist die integrierte Bluetooth-Schnittstelle. Diese ermöglicht die Kommunikation und Fernsteuerung des bei Reichelt erhältlichen Geräts mit Tablets oder Smartphones. Mit der Gratis-App Meterbox iLDM für Android oder iOS machen Anwender Fotos über die mobilen Geräte. Die Messobjekte lassen sich so mit den visualisierten Messergebnissen zu Augmented-Reality-Darstellungen kombinieren. Anwender können die Bilder dann per Bluetooth oder E-Mail beispielsweise durch eine Cloud senden, twittern oder auf Facebook veröffentlichen. Durch die Kombination der digitalen Messdaten mit Realbildern werden Planungsdaten sowie Absicherungsmethoden mit realen Geometrien abgeglichen. Neben der exakten Vermaßung in der Planungs- und Einrichtungsphase sind die AugmentedReality-Möglichkeiten hilfreich: Die Kombination des CEM ILDM-150 mit mobilen Geräten können Anwender für Dokumentationen, das Qualitätsmanagement oder die Planung von Fluchtund Transportwegen nutzen. Auch für Projektpräsentationen und -visualisierungen in der Planungsphase lässt sich das Werkzeug sinnvoll einsetzen. Komfortabel und robust Das 160 g leichte Gerät bringt die Funktionen und das beleuchtete Mehrzeilendisplay in einem kompakten Gehäuse (135 × 53 × 30 mm3) mit der Schutzart IP54 unter. Ein ausklappbarer Endanschlag, das Stativgewinde sowie eine integrierte Wasserwaage erleichtern die Positionierung des robusten Geräts. Neben Einzelmessungen mit anschließender Addition und Substraktion, Flächen- oder Volumenberechnungen sind mit dem CEM ILDM-150 auch Dauermessungen oder Trackings möglich. Dabei wird der Laser über das Messobjekt bewegt und alle 0,5 s ein neuer Messwert erfasst. Mit dieser Betriebsart erleichtert das Messgerät die Kontrolle der Maßeinhaltung und die Übertragung in Baupläne. Der Entfernungsmesser errechnet auch indirekte Messungen wie Höhenmessungen mit zwei oder drei Messpunkten automatisch. Stift und Zettel können von nun an also in der Werkstatt bleiben. (jck) ■ Autor Bilder: Reichelt Elektronik Sebastian Bley Senior Marketing Manager bei Reichelt Elektronik in Sande. Die Gratis-App Meterbox iLDM vermisst Objekte per Fotoaufnahme. www.elektronik-industrie.de infoDIREKT 132ei0815 Distributoren Für Gebäudeautomatisierung und Home Automation IP500: die offene, sichere und herstellerübergreifende Plattform Bilder: EBV Elektronik Noch arbeiten Systeme der Gebäudeautomatisierung sowie zur Home Automation mit relativ proprietären Systemen. Mit IP500 entstand eine gemeinsame Lösung, die auf zentrale, bereits eingeführte Standards und Industrienormen setzt, um so eine möglichst große Interoperabilität zu erzielen. elektronik industrie erläutert den Standard, der auch das Thema Sicherheit umfassend addressiert, und stellt eine passende Lösung vor. Autor: Dr. Eckart Voskamp Das Wireless-Modul Vesta für IP500Mesh-Netzwerke. Das Board IP500 DK ist in dem Entwicklungskit für IP500Lösungen dreimal vorhanden. S ysteme zur Gebäudeautomation sowie zur Home Automation gibt es zwar schon seit dem letzten Jahrtausend, aber bisher handelte es sich dabei trotz einer gewissen Standardisierung (zum Beispiel Instabus, Konnex, KNX) doch um relativ proprietäre Systeme, die ausschließlich innerhalb ihrer Anwendungsnische zum Einsatz kamen. Mit dem Internet der Dinge (IoT) erhält die Automatisierung von Gebäuden, Eigenheimen und Wohnungen ein ganz neues Moment, das mit immenser Dynamik die Vernetzung vorantreibt. Bereits im Jahr 2006 formierte sich daher auf Initiative führender Hersteller, Anwender und Betreiber die IP500 Alliance (www.IP500.org) mit dem auf der IP500Website aufgeführten Ziel, „eine drahtlose, herstellerneutrale und sichere Kommunikations-Plattform für intelligente Gebäude gemeinsam zu definieren, zu entwickeln und bereitzustellen“. In den 22 elektronik industrie 08/2015 letzten Jahren arbeiteten über 30 IP500Mitglieder, zu denen unter anderem Bosch Sicherheitssysteme, Dorma, Geze, Honeywell Esser, Siemens Building Technologies, das Kommunikationsunternehmen Orange, Tyco und Wago zählen, gemeinsam mit IP500-Partnern wie TÜV Rheinland, Varta Microbattery und EBV Elektronik an der Etablierung der neuen IP500-Plattform, die laut IP500-Website „alle notwendigen technischen Voraussetzungen für eine sichere, interoperable und gewerkübergreifende Vernetzung smarter Devices für sämtliche Bereiche in der Gebäudeautomation erfüllen“ soll. Wichtig war und ist den Beteiligten dabei, dass es sich um eine gemeinsame Lösung handelt, die auf zentrale, bereits eingeführte Standards und Industrienormen wie IEEE 802.15.4, IPv6, 6LowPAN, Eck-Daten IP500 etabliert sich derzeit als globale kabellose Standardplattform für Sicherheitsanwendungen im Internet der Dinge. Unter besonderer Berücksichtigung der Sicherheitsaspekte ermöglicht IP500 die herstellerübergreifende preisgünstige WirelessKommunikation im Bereich der Automatisierung von Gebäuden sowie von Eigenheimen und Wohnungen. Mit Vesta ist jetzt das erste Wireless-Modul für IP500-Mesh-Netzwerke verfügbar. BACnet, AES128 oder IPsec setzt, um so eine möglichst große Interoperabilität zu erzielen. Ein besonderes Augenmerk gilt bei IP500 der Sicherheit – und zwar in doppelter Hinsicht, nämlich in Form von Safety (Funktionale Betriebssicherheit) und Security (Vertraulichkeit der Daten, Datenintegrität sowie Authentizität der Daten). Sicherheit = Safety + Security IP500 arbeitet eng mit dem VdS zusammen, wobei eine der wichtigsten Maßnahmen im Rahmen des Standards die Redundanz ist, die für die erforderliche Safety (Betriebssicherheit) sorgt. Per AES-128- Verschlüsselung mit spezieller Authentifizierung sorgt der Standard auch für die notwendige Security: Bei jeder Datenübertragung überträgt das System einen sich ständig verändernden 8-Bit-Schlüssel. Dabei handelt es sich zwar nicht um den gesamten Schlüssel, aber dennoch ist damit sichergestellt, dass der übertragene Schlüssel stets unterschiedlich ist. Außerdem muss man unterscheiden, welche Form der Sicherheit besonders relevant ist: Sicherheit vor einem Datenverlust oder Sicherheit vor einem Datendiebstahl beziehungsweise vor Datenfälschung. Bei Rauchmeldern und anderen Einheiten ist das wichtigste, dass es nicht zu einem Datenverlust kommt, damit die ordnungsgemäße Funktion des Rauchmelders sicherwww.elektronik-industrie.de Design-In-Expertise And Service Central IP500® Network Management Controller iXcontrol iXconvert Ethernet Bild: EBV Elektronik/Corenetix BACNet (IP500® native) M-Bus Modbus LON Etc. iXnet CNXGT150 NMS Sensor / Actuator Nodes – Sub-Net1 (Vesta) Building Management System Gateway to Cloud CNXGT150 NMS IoT Product Portfolio Sensor / Actuator Nodes – Sub-Net2 (Vesta) Die Systemarchitektur eines IP500-Systems. gestellt ist. Hierzu ist ein vorprogrammiertes Live-Signal erforderlich, um zu wissen, dass der Rauchmelder noch aktiv ist. Zweitens muss sichergestellt sein, dass das Signal im Bedarfsfall auch wirklich ankommt. Den größten Schaden, den man sich bei einem Hacker-Angriff auf dieses System vorstellen kann, ist das Vortäuschen eines Brandes. Viel schlimmer wäre es allerdings, wenn der Rauchmelder sich nicht meldet, wenn es wirklich brennt. Letzteres muss garantiert verhindert werden, ersteres sollte möglichst verhindert werden – und das ist die Grundidee hinter dem Ansatz der IP500-Lösung. Um die hierfür erforderliche Redundanz zu schaffen, arbeitet IP500 mit einem Mesh-Netzwerk, und die nächste Stufe ist dann ein Dual-Band-System. Hinzu kommt die übliche Verschlüsselung mit einem AES-128-Schlüssel. Anwendungen Die IP500 Alliance beschäftigte sich ursprünglich mit der drahtlosen Kommunikation bei sicherheitsrelevanten Gebäude-Management-Anwendungen, aber mittlerweile ist die IP500-Allianz auch im Bereich Smart-Grid und Building Automation aktiv. Typische Anwendungen sind Feuer- und Rauchmelder, die Steuerung der Wege zu Notausgängen, Beleuchtung von Fluchtwegen, Alarmsysteme und Einbruchmelder, Licht- und Klimasteuerung, Messaging und Lokalisierung, Zugangskontrolle und Sicherheitsschlösser sowie Objektschutz im Allgemeinen – auf gut Deutsch: überall dort, wo sicherheitskritische Systeme zum Einsatz kommen. www.elektronik-industrie.de Asynchrones Mesh-Netzwerk Im Gegensatz zu den sonst üblichen Standardisierungen, beispielsweise über den IEEE, haben sich bei IP500 die Hersteller von Endgeräten (also die OEMs) zusammengesetzt und in einem Top-Down-Verfahren die Spezifikation erstellt. Dazu haben sie überlegt, welcher Datendurchsatz erforderlich ist, welcher Sicherheitsaufwand nötig ist und wie viel Redundanz zum Erzielen dieser Vorgaben vorhanden sein muss. Auch die Reichweite, der Energieverbrauch sind unter anderem wichtige Größen, bei denen es gilt, einen passenden Kompromiss zu finden. Die Struktur eines asynchronen Mesh-Netzwerks ermöglicht dabei einen besonders niedrigen Energieverbrauch (low-power), während die BasisBetriebsfrequenz von 868 MHz eine hohe Reichweite und Penetration in geschlossenen Räumen mit sich bringt. In einem IP500-Netzwerk gibt es verschiedene Knotentypen. So sind die so genannten Fully Functional Devices nicht batteriebetrieben und permanent eingeschaltet, während eine Batterie die Reduced Functional Devices speist, die oft auch in einem Tiefschlaf-Modus verharren, aber bei Interrupts oder entsprechenden Events schnell aufwachen. In derartigen Reduced Functional Devices müssen die Batterien bis zu zehn Jahre lang halten. Bei Geräten wie beispielsweise Rauchmeldern läuft parallel noch eine besonders energieeffiziente Echtzeituhr mit, die über einen speziellen Interrupt in verschiedenen Stufen den Prozessor aufweckt. Der IP500-Standard selbst ist derzeit noch sehr zentraleuropäisch geprägt und Microcontroller Wireless Security Sensor & Sensor Frontend Display Capacitive Touch Batteries & Wireless Charging Timing Devices Weitere Informationen finden Sie auf unserer Homepage unter www.ineltek.com oder senden Sie uns eine E-Mail an [email protected] INELTEK GmbH Hauptstrasse 45 · 89522 Heidenheim Phone +49 7321 9385 0 · Fax +49 7321 9385 95 [email protected] · www.ineltek.com außerhalb von Zentraleuropa noch ziemlich unbekannt, aber derzeit laufen Aktivitäten der Allianz, den Standard weltweit bekannt zu machen. Hierzu hat die Allianz mittlerweile einen offiziellen Vertreter im Silicon Valley, der über viel Erfahrung in diesem Bereich verfügt, weil er einer der Initiatoren und treibenden Kräfte zur Standardisierung von Zigbee war. Auch in Singapur und Japan kümmern sich offizielle Vertreter der Allianz darum, den Bekanntheitsgrad zu erhöhen. Zudem ist der Initiator und Vorsitzende der Allianz, Helmut Adamski, sehr aktiv, indem er unter anderem mit Unternehmen wie Google (inklusive Nest) spricht, um zu klären, ob beispielsweise eine Verbindung mit KNX möglich ist, oder um zu prüfen, ob IP500 quasi als darunterliegendes Protokoll nutzbar ist. EBV Elektronik ist offizieller Produktpartner der IP500 Alliance, und treibt im Rahmen ihres EBVchips-Programms den Standard weltweit voran, wobei EBV auch auf ihre Schwesterfirmen im Avnet-Konzern zurückgreifen kann. Nur OEMs dürfen Member (Mitglieder) der Allianz werden, während Lieferanten oder Hersteller den Status „Partner“ der IP500-Allianz erlangen können. Bild: EBV Elektronik Distributoren Das Entwicklungskit für IP500-Lösungen auf Basis von Vesta. anderer Knoten die Datenübertragung hierfür mit übernehmen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, über ein Dual-Band-Modul den Datenverkehr abzuwickeln. EBV Elektronik arbeitet bereits intensiv an der Entwicklung eines solchen Dual-Band-Moduls, das mit einer Basisfrequenz von 900 MHz (868/915/.../928 MHz) sowie zusätzlich im 2,4-GHzBereich die O-QPSK-modulierten Daten überträgt. Das Dual-Band-Modul liefert EBV drop-in-kompatibel zum bereits existierenden Single-Band-Modul, sodass Kunden bereits heute die Hardware entwickeln können, auch wenn die Endanwendung ein nach VDS zertifizierbares Dual-Band-Modul erfordert. Vesta: Das weltweit erste zertifizierte Modul Protokoll-Stack EBV Elektronik bringt derzeit im Rahmen von EBVchips unter der Bezeichnung Vesta das weltweit erste bei 868 MHz arbeitende Single-Band-Modul für IP500 auf den Markt. Die Firma Corenetics hat das IP500-Modul Vesta fertig entwickelt (Software-Stack und Hardware), die entsprechenden FCC-Zertifizierungen und CEKonformitätserklärungen liegen bereits vor. EBV Elektronik liefert die Module mit einer Leadtime von vier Wochen aus. Als Basis für das Modul dient ein Atmel-Chipsatz, den EBV mit einer speziellen Software programmiert. Zusätzlich zu dem 868-MHz-SingleBand-Modul wird EBV ein zertifiziertes Dual-Band-Modul auf den Markt bringen, das die Daten mit einem redundanten Routing über ein asynchrones Mesh-Netzwerk versendet, während beispielsweise Zigbee lediglich ein synchrones MeshNetzwerk nutzt. Wenn somit ein Knoten ausfällt, kann bei dem IP500-Modul ein Gleichzeitig sorgt der neue Protokoll-Stack auch für die notwendige Redundanz. Dabei setzt das System auf existierende PHYs auf – in diesem Fall ein PHY von Atmel – sodass bereits existierende Hardware zum Einsatz kommt, was sich auf der Kostenseite sehr positiv auswirkt. In einem weiteren Schritt nach dem Dual-BandModul wird von der IP500 Alliance an einer nächsten Stufe der Chipintegration gearbeitet, um Kosten weiter reduzieren zu können, den Energieverbrauch weiter zu senken und auch die Chipgröße weiter zu reduzieren, was wiederum Anwendungen in sehr großen Stückzahlen ermöglichen kann. Die Module sind bereits programmiert, und somit ist auch der Stack für die IP500Lösung als Komplettlösung von EBV erhältlich, wobei das API (ApplikationsProgrammier-Interface) bereits ein integraler Bestandteil des Stacks ist. Mit dem integrierten IPv6-Support öffnet Vesta die 24 elektronik industrie 08/2015 Möglichkeit zur intelligenten web-basierten Steuerung. In punkto Security und Safety soll das geplante Vesta Dual-BandModul den Vorgaben von EN, VdS und anderen entsprechen. Modul und Entwicklungskit Zusätzlich zu den Modulen selbst steht den Entwicklern bereits jetzt ein vollständiges Entwicklungskit zur Verfügung, das sie in die Lage versetzt, ein kleines Netzwerk mit drei verschiedenen Knoten aufzubauen. EBV liefert dieses Entwicklungskit als komplettes Paket aus: vier Boards und vier Antennen inklusive Batterien und einem USB-Stick, der die komplette Hardware-Dokumentation enthält. Eines dieser vier Boards ist bereits als Edge-Router vorkonfiguriert, um so über eine USBSchnittstelle die Kommunikation mit dem Host-Computer zu übernehmen. Über eine grafische Anwenderschnittstelle können die Entwickler die Boards steuern, wobei die Steuerung durchaus auch bidirektional erfolgen kann. Mithilfe der drahtlosen Schnittstellen lassen sich dann bereits im Feld erste Tests durchführen, um so beispielsweise die Reichweite sowie diverse Funktionsmerkmale im Praxistest zu überprüfen. Weitere Details über das Entwicklungskit sowie die zukünftigen Entwicklungen finden Sie in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT 311ei0815. (av) n Autor Dr. Eckart Voskamp Director EBV Chip Program bei EBV Elektronik in Poing. infoDIREKT 311ei0815 www.elektronik-industrie.de Gehäuse Sensor erkennt Gewitter bis zu 40 km entfernt BGA-Balls auf QFP-Pads für mehr Prozesssicherheit Bild: IS-Line Früh gewarnt Der Franklin-Blitzsensor AS3935 von AMS (im Vertrieb von IS-Line) arbeitet mit einem empfindlichen RF-Empfänger, der die durch Blitzaktivität ausgelösten elektrischen Signale erkennt. Ein proprietärer Algorithmus bewertet anhand dieses RF-Signals die Entfernung zur Gewitterfront. In einem Umkreis von 40 km warnt der Detektor vor Gewitteraktivitäten. Das funktioniert, indem er Blitze sowohl aus der Wolke zur Erde als auch innerhalb von Gewitterwolken re- gistriert. Die von Menschen gemachten Störungen, wie aus Motoren oder Mikrowellenherden, werden mit einem programmierbaren Störlevel unterdrückt. Die typische Stromaufnahme beträgt 60 μA im Empfangsbetrieb, bei einer Versorgungsspannung von 2,4 bis 5,5 VDC. Aufgrund der geringen Baugröße (4 × 4 mm2) und des minimalen Stromverbrauchs eignet sich der Blitzsensor für den Einsatz in tragbaren Arbeitsmaschinen. Anwender können den FranklinBlitzsensor AS3935 aber auch in elektronischem Equipment wie Mobiltelefonen und GPS-Empfängern oder in Outdoor-Sportgeräten für Freizeitaktivitäten wie Radfahren, Wandern, Wassersport, Golf und in vielen anderen Applikationen zur Verhütung von Blitzunfällen und Überspannungsschäden einsetzen. sungen 6,0 × 3,0 × 1,6 mm3 weisen die Keramik-Resonatoren von Red-Frequency gute Werte in Bezug auf Alterung und Spannungsfestigkeit auf. So beträgt das Aging je nach Typ lediglich ±0,1 bis 0,3 % in zehn Jahren. Zudem widerstehen sie schadlos DC-Überspannungen von 100 V für eine Minute. Mit einer guten Temperaturstabilität von 0,2 beziehungsweise 0,3 % im Bereich von -20 bis +80 °C zielen diese SMD-Keramik-Resonatoren auf anspruchsvolle Anwendungen ab, bei denen es auf eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit ankommt. Die beiden Typen IR_ZTTCC und IR_ZTTCP sind ab sofort ab Lager Schukat verfügbar. Der stetige Zwang zur Miniaturisierung hat die QFP-Gehäusetechnik an ihre Grenzen geführt: Mangelnde Koplanarität und die Gefahr von Lötbrücken können bei großen Pinzahlen und kleinen Rastermaßen zu einem echten Problem werden. Daher geht der Trend seit Jahren in Richtung BGA-Gehäuse. Viele LeiterplattenLayouts sind aber noch mit QFP-Footprints versehen. Um neue BGA-Gehäuse auf existierende QFP-Footprints zu adaptieren, entwickelte Advanced Interconnections (Vertrieb: Infratron) eine neue Adapter-Technologie. Dabei wird jede QFP-Kontaktfläche auf der Leiterplatte mit mehreren Lötbällen kontaktiert, die an der Adapter-Unterseite angebracht sind. Eine schlechte Lötverbindung wegen Problemen mit den Balls ist aufgrund dieser Redundanz fast vollständig ausgeschlossen. Auf diese Weise können die existierenden Platinen-Layouts weiter genutzt werden, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Auch für etablierte bleihaltige Lötprozesse ist diese Lösung interessant, da die Unterseite des Adapters mit bleihaltigen Balls versehen werden kann, während die Oberseite und das Device bleifrei verbunden werden. Die patentierte Technologie ist auch für alle Gehäusetechnologien nutzbar, die auf einen existierenden QFP-Footprint adaptiert werden sollen. infoDIREKT infoDIREKT infoDIREKT 101ei0815 Frequenzbestimmende Bauteile Sechs neue Keramik-Resonatoren Der Distributor Schukat aus dem nordrhein-westfälischen Monheim am Rhein hat hukat Bild: Sc sein Red-Frequency-Sortiment im Bereich der frequenzbestimmenden Bauteile (FCPs) mit sechs weiteren Resonatoren aus Keramik ergänzt. Die Typenreihen IR_ZTTCC und IR_ZTTCP bedienen den Frequenzbereich von 2 bis 4 MHz bei niedrigen Toleranzen bezüglich Frequenzstabilität von ±0,5 %. Luftdicht gekapselt im Keramikgehäuse mit den Abmes- 102ei0815 Bild: Infratron Distributoren 103ei0815 SCHNELL . ZUVERLÄSSIG . PROFESSIONELL Deutschlandweit 4,90 Euro Lieferkostenpauschale Zustellung am nächsten Arbeitstag bei Bestelleingang bis 18:00 Uhr 500 namhafte Hersteller 75.000 Artikel ab Lager verfügbar Sitz mit Ladengeschäft in Oberhaching bei München buerklin.com Display-Technik Touch-Panels fürs Internet of Things Embedded-Lösungen und Displays Das Internet der Dinge ist in aller Munde. Indes erfordert die Kommunikation von Maschinen mit Maschinen einsatzbereite Plattformen, die für derartige Anwendungen ausgelegt sind. So umfasst die Produktpalette von Fortec die entsprechenden Embedded-Lösungen und dazu passende Displays. Besonders im Bereich der Touchpanels stehen viele unterschiedliche Geräte bereit: von kostengünstigen Modullösungen bis hin zu Autor: Vitezslav Karafiat kundenspezifischen Bedieneinheiten. Bild 1: Der taiwanesische Hersteller Rocktouch hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von PCAP-Fronten für Displaypanels nach industriellen Anforderungen spezialisiert. W ar das Internet bislang eine Sache zwischen Menschen und Maschinen, bringt es künftig immer mehr Maschinen mit anderen Maschinen zusammen. Während heute die Menschen über Laptop, iPad oder Smartphone vernetzt sind, wird in naher Zukunft die komplette physische Umwelt interaktiv sein: Autos, Fabriken, Krankenhäuser, Rathäuser. Einerseits ist natürlich der Privatbereich direkt betroffen, etwa bei der Regelung der Heizung per Smartphone oder der Suche nach freien Parkplätzen über intelligente Parkuhren. Im industriellen Bereich des Internets der Dinge dagegen geht es um Smart Health, also beispielsweise medizinische Ferndiagnose und Telemedizin, oder um Smart-Grid für die intelligente Stromversorgung. Industrielle Touchpanels mit intuitiver Bedienung Multitouchfähige Bedieneinheiten haben mittlerweile auch im industriellen Umfeld Fuß gefasst. Intuitive Bedienfunktionen durch Zoomen, Switchen oder das Drehen von Objekten lassen sich in die Applikation einbinden und ermöglichen eine Art der Steuerung, die der Bedienung eines Smartphones ähnelt. Für die schnelle Realisierung preiswerter PCAP-Projekte (PCAP: projezierte kapazitive Technik) hat Fortec Standard-Touchsensoren des taiwanesischen Herstellers Rocktouch im Programm, der sich auf die Entwicklung und Fertigung von PCAP-Fronten für Displaypanels nach industriellen Anforderungen spezialisiert hat (Bild 1). Die Anbindung des PCAP-Sensors an die Rechnereinheit erfolgt direkt per I²C, USB oder UART. Die zu 100 Prozent rückwärtskompatible Modellpalette umfasst dabei alle in der Indus- 26 elektronik industrie 08/2015 Bild 2: Aufbaustruktur eines PCAP-Touchpanels. trie gängigen Größen, sowohl in Standard- als auch in HighendVersion. Anwendern stehen dadurch mehr als 40 verschiedene, robuste und preisgünstige Standard-Touchsensoren inklusive Coverglas zur Verfügung, die auf die Touchcontroller von EETI abgestimmt sind. Alle Diagonalen bieten einen einheitlichen Steckverbinder und basieren auf der Chip-on-Film-Technik; auch die Position des Verbindungskabels liegt durchgängig an derselben Stelle. Das vereinfacht die Kabelkonfektionen und Anbindung des Controllerboards. Zur Auswahl stehen die verbreiteten Schnittstellen USB, I 2C und RS232. Für besonders hohe Ansprüche ermöglicht die Kombination der Touchsensoren mit hochwertigen Covergläsern eine extrem schlag- und kratzfeste Bedienfront. Gerade die höheren Glasstärken erlauben die Implementierung vandalismusgeschützer Bildschirme ohne Abstriche bei der Genauigkeit der Benutzeroberfläche. Das ist besonders gefragt bei Anwendungen wie Informationskiosken in öffentlichen Räumen, Geldautomaten oder industriellen Informationsbildschirmen. Eck-Daten Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ermöglicht die Kommunikation von Maschinen mit Maschinen (M2M, Machine to Machine), sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich. Bei den für diese Anwendungen erforderlichen Schnittstellen handelt es sich ebenso wie bei Mensch-Maschine-Schnittellen meistens um Systeme mit TFTDisplays und Touchscreens in projizierter kapazitiver Technik (PCAP). Das Portfolio des Distributors Fortec bietet eine große Auswahl passender Produkte für beide Bereiche. www.elektronik-industrie.de Bilder: Fortec Elektronik Display-Technik Bild 3: Bei den mit der PCAP-Technik hergestellten Displays wird der Spalt zwischen dem LC-Display und dem Sensorglas mit einem hochwertigen Harz ausgegossen. Bessere EMV durch höhere Nennspannung Sowohl die robuste Standard-A-Serie von Rocktouch als auch das Angebot der Xcalibur-Serie haben sich leistungsmäßig deutlich ausgeweitet. Die PCAP-Sensoren aus der A-Serie umfassen jetzt auch Sensoren mit Controllern basierend auf dem EETI3000Chipsatz, was die Bedienung des Touchscreens über zehn Berührungspunkte ermöglicht. Zudem ist nun bei der spritzwassergeschützten Xcalibur-Serie das Auflegen des Handballens möglich, ohne dabei die Touchfunktion auszulösen; diese Funktion bezeichnet man auch als Palm Rejection. Eine weitere Besonderheit ist die deutlich erhöhte Nennspannung an den Elektroden. Diese beträgt bei der neuen EETI-Serie 32 V und sorgt für ein deutlich höheres Signal-Rausch-Verhältnis als beim Vorgänger. Verbesserte EMV-Eigenschaften und robustere Arbeitsweise sind die Hauptvorteile dieser Anpassung. Ein weiteres Kriterium bei der Auswahl des passenden Bildschirms ist natürlich die Helligkeit. Daher ist es sehr wichtig, auf den Helligkeitswert der Displays zu achten. Mit einer Luminanz von 1500 cd/m² sind Anwender in jedem Fall auf der sicheren Seite. Hundertprozentige Rückwärtskompatibilität Die Außenabmessungen und Kanten der Glasfronten der Touchscreengläser sind bei beiden Serien identisch, was eine hundertprozentige Rückwärtskompatibilität gewährleistet. Anwender können also zwischen A-Serie und Xcalibur-Serie wechseln, ohne Features Controller Number of fingers A line 7200 based Up to 2 Chip on Flex Controller design Plastic based Fixing Holes 2 Signal Noise Ratio (SNR) Standard (3V) Interfaces USB, UART, I2C Frequency Hopping No Controller Water Rejection Limited Features Palm Rejection No Working with Air Gap No Scan rate Standard Working with Gloves Yes Pencil support No Standard accessory compatibility Yes Technology Film Film Glass Film Outside dimension Standard Resistance Value Standard Sensor Top glass max thickness 6mm Features Mechanical design 100% switchable Xcalibur line Xcallibur 3000 with 32V Up to 10 Chip on Flex SUS (high grounding) 4 Highest in the market (32V) USB, UART, I2C Yes with wide selection Yes custom based Yes Yes High Yes stronger features Available Yes Film Film Glass Compact design Low 10mm 100% switchable ein mechanisches Redesign durchzuführen. Die Filmränder des neuen Touchsensors aus der Xcalibur-Serie sind allerdings schmaler geworden; daraus ergeben sich aber insbesondere bei kundenspezifischen Glasfronten neue Gestaltungsmöglichkeiten. Das schmalere Format ist der Umstellung von Drucktechnik auf Laserstrukturiertechnik zu verdanken. Außerdem wurde der neue Controller in Chip-on-Film-Technik (COF) verlängert und besitzt jetzt vier Befestigungsbohrungen, um die Masseverbindung zu verbessern. Die beiden zentralen Bohrungen befinden sich jedoch an der gleichen Stelle. Dadurch passt der neue Controller in alle bisherigen Designs. Auf der Rückseite des COF kommt auch kein Plastik mehr zum Einsatz wie bei der A-Serie, sondern SPS – ein besonders leitfähiges Aluminiummaterial. Die sechs Pins des COF haben ebenfalls dieselbe Position wie bei der Standard-Linie. Somit ist auch hier eine hundertprozentige Rückwärtskompatibilität gegeben. Display mit Passepartout Sowohl bei der Xcalibur-Serie als auch bei der A-Serie stehen die Standard-Frontscheiben in den Stärken 3 und 6 mm mit schwarzer Passepartout-Bedruckung zur Verfügung. Die weiße Passepartout-Bedruckung und kundenspezifische Glasstärken von 1,1 bis maximal 10 mm sind bei der neuesten Serie nur projektbasierend realisierbar. Außerdem gibt es transparente Passepartouts mit ebenfalls zwei Stärken, nämlich 1,1 und 1,8 mm. Wie man dabei das richtige Display findet, verrät die längere Online-Version dieses Beitrags, zu finden über infoDIREKT. (mou/av) ■ Autor Vitezslav Karafiat Project Manager, Business Unit Displays & Embedded, bei Fortec Elektronik. infoDIREKT 203ei0815 LCDs development support webshop www.LC-Design.de Tabelle 1: Eigenschaften der A-Serie und der Xcalibur-Serie. www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08/2015 27 Bild: Siemens Display-Technik Wie beim TabletComputer: MultiTouch-Gesten erlauben intuitive, flüssige Bedienung auch von Industriesteuerungen. Bequeme Eingabe Multitouch-Systeme machen Industriesteuerungen komfortabler Intuitive Mensch-Maschine-Eingabesysteme profitieren von Multitouch-Panels in projiziertkapazitiver Technologie. Mit ihrer hohen elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), ihrer Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit und der Möglichkeit zur Handschuhbedienung quaAutor: Roland Maurer lifizieren sich Multitouch-Panels für industrielle Anwendungen. P rojiziert-kapazitive Eingabesysteme mit geschlossener Glasfront ohne Schmutzkante sind leicht zu reinigen, kratz- und abriebfest sowie resistent gegenüber Chemikalien. Sie bieten daher viele Einsatzmöglichkeiten in der Industrieautomation, im Maschinenbau und in der Medizintechnik. Die Sensorlagen sind dabei geschützt hinter dem Frontglas angeordnet und werden mechanisch nicht beansprucht. Die Multi- Eck-Daten Benutzerführung und Zustandsvisualisierung komplexer Maschinenund Anlagensteuerungen lassen sich mit Multitouch-Panels viel komfortabler und intuitiver gestalten. Das kommt der Steuerungsqualität zugute und führt nicht zuletzt zu einer höheren Anlagensicherheit. 28 elektronik industrie 08/2015 touch-Technik macht die Bedienung von Maschinen, Geräten und Anlagen intuitiver, schneller und sicherer. Neue Visualisierungs- und Bedienkonzepte ermöglichen einen großen Innovationssprung bei der Gestaltung solcher Eingabesysteme. Aufbau und Funktion Projiziert-kapazitive (PCAP-)Touch-Sensoren bestehen aus mindestens zwei elektrisch getrennten Sensorflächen aus Glas oder Polyesterfolie, die mit hochtransparentem ITO (Indium-ZinnOxid) leitfähig beschichtet sind. Durch einen Ätz- oder Laserprozess werden die ITO-Flächen in viele kleine Einzelfelder segmentiert und als X/Y-Schnittpunkte in Reihen und Spalten abgebildet. Die Designmöglichkeiten dieser Sensorfelder sind vielfältig und folgen unterschiedlichen Richtlinien der PCAPBasischip-Hersteller. www.elektronik-industrie.de Display-Technik Die Strukturen sind außerhalb des Sichtbereichs mit gedruckten oder gelaserten Leiterbahnen aus Silberleitfarbe kontaktiert und leitend zu den Anschlusskontakten geführt. Folienbasierende Sensoren werden hochtransparent und elektrisch isolierend laminiert. Dadurch wird über die gesamte aktive Fläche ein matrixförmiges Netz von einzeln adressierbaren Sensoren mit ruhenden Referenzkapazitäten gebildet. Bringt die Bedienperson ihren Finger nahe an das Multitouch-Panel, so erkennt das System dessen Position, weil sich die Kapazitäten der Einzelsensoren ändern. Mittels Interpolation der angrenzenden Sensorkapazitäten kann der Controller die exakten Positionen der Betätigungen berechnen und in entsprechende X/Y-Koordinaten umwandeln. Die matrixförmige Anordnung der kapazitiven Einzelsensoren macht eine Kalibrierung überflüssig. Dadurch arbeiten industrietaugliche projiziert-kapazitive Multitouch-Systeme auch unter rauen Umgebungsbedingungen immer positionsgenau. Bezüglich der Berührungserkennung arbeitet die elektronische Auswertung mit zwei Hauptmethoden. Bei beiden Arten wird ein kapazitives Sensorfeld durch nichtleitende Medien, etwa Glas, hindurch projiziert. Dabei wird die Änderung der Eigenkapazität (Self-Capacitance) oder der Gegenkapazität (Mutual Capacitance) der Sensoren ermittelt. Durch die Annäherung des Fingers erhöht sich der Ladungsfluss der X- und Y-Sensoren zum Erdungsniveau: Die Eigenkapazitätsmethode wertet diesen Effekt aus. Die Betätigungsposition ist dabei diejenige Stelle, an welcher die Sensoren einen erhöhten Ladungsfluss anzeigen. Die Methode der Gegenkapazität detektiert eine Änderung der Kapazität in der Sensormatrix infolge einer Parallelkopplung des Fingers zu den Schnittpunkten. Beide Auswertemethoden besitzen Vor- und Nachteile. Die Elektronik industrietauglicher PCI-Touch-Controller (Projected Capacitive Input) nutzt idealerweise eine Kombination beider Methoden. eine erhöhte Signal-Rausch-Differenz erzielen. Diese Optimierung der störfesten Sensorempfindlichkeit ermöglicht eine Fingerbetätigung durch mehrere Lagen Medizinhandschuhe und durch dickere Bauhandschuhe aus Leder hindurch. Wasser darf keinesfalls zu Fehlauslösungen des Multitouch-Panels führen. Besonders im Medizinbereich wird diese Anforderung noch verschärft: Dort darf auch der Kontakt mit Salzwasserlösungen nicht zu Fehlfunktionen führen. Eine vollständige Wasserbeständigkeit lässt sich durch die Auswahl des optimalen Controllers und dessen Messmethodik erzielen. Mit diesen Mitteln sind PCI-Eingabesysteme sogar zum Einsatz hinter fließendem Wasser bei gleichzeitiger Erkennung der Fingerbetätigung möglich. Eine absolute Industrietauglichkeit wird jedoch nur erreicht, wenn alle Anforderungen – also EMVBeständigkeit, Wassertoleranz und Handschuhbedienbarkeit – mit einem einzigen Setting der Software garantiert werden können. Handelsübliche PCAP-Controller und -Sensoren im Standarddesign aus dem Consumerbereich genügen diesen hohen Industrieanforderungen nicht. Systemintegration: Der Multitouch-Screen wird zum Multitouch-Panel Glasbasierende Sensoren bis 24 Zoll Diagonale werden bei Schurter im Reinraum mit Frontgläsern vollautomatisiert gebondet. Eigens konzipiert wurde eine Anlage, welche die Glasstärke der Sensoren und der Frontgläser im ersten Schritt ermittelt, die Display-Anzeige 2015 Elek.Industrie 86x126 16.04.2015 ...since 1984 Störfestigkeit und Handschuhbedienung Einer der wichtigsten Faktoren, an denen sich die Industrietauglichkeit eines Bauteils erweist, ist die Stabilität gegenüber EMVStörungen. Es empfiehlt sich, das Touch-Panel bei den Qualifizierungstests mit mindestens zwei Aktoren zu betätigen. Nur so lässt sich die absolute EMV-Beständigkeit umfassend ermitteln. Entwickler pflegen bei der Auslegung EMV-stabiler MultitouchPanels zwei Hauptstörquellen zu berücksichtigen. Die räumlich nächstgelegenen Störquellen hinter dem Touch-Panel sind integrierte Displays und getaktete Netzgeräte. Auf diese Störungen bezieht sich die EMV-Norm IEC- 61000-4-3. Des Weiteren definiert die EMV-Norm IEC-61000-4-6 leitungsgebundene Einkopplungen von Spannungsspitzen und Frequenzen. Voraussetzung für das Erreichen der EMV-Konformität nach Klasse A ist es, diese Störsignale so zu eliminieren, dass das Multitouch-Panel positionsgenau und ohne Abweichung der Touch-Funktion arbeitet und keine Fehlauslösungen verursacht. Mittel zum Erzielen der gewünschten EMV-Festigkeit sind die Verwendung optimierter AD-Wandler, integrierter RC Filter, erhöhter Drive-Spannungen und aufwendiger Algorithmen wie dem Frequency-Hopping-Verfahren. Mit einem perfekt an die Elektronik angepassten Sensordesign lässt sich darüber hinaus www.elektronik-industrie.de TOUCH WIR GEBEN IHRER TECHNIK EIN GESICHT KEYPADS www.display-elektronik.de Display Elektronik GmbH · Am Rauner Graben 15 · D-63667 Nidda Tel. 0 60 43 - 9 88 88 - 0 · Fax 0 60 43 - 9 88 88 -11 NEWSLETTER: www.display-elektronik.de/newsletter.html elektronik industrie 08/2015 29 Display-Technik male Haftung der UV-Farben zu gewährleisten, durchlaufen die Gläser in dieser Bedruckungslinie ein spezielles Vorbehandlungsverfahren. Eine eigens entwickelte Verklebungstechnik der Frontgläser in die Trägerplatte oder in ein Gehäuse ermöglicht sehr hohe Auspresskräfte. Der Einbau in eine Tiefenfräsung bewirkt einen mechanischen Schutz der Glaskanten. Der umlaufende Spalt zwischen Glas und Trägerrahmen beziehungsweise Gehäuse wird automatisiert vergossen. Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz gemäß IP67K ist somit über die komplette Fronteinheit möglich. Das qualifizierte Dichtmaterial ist chemisch resistent und temperaturstabil. Es schützt den rückseitigen Farbdruck der Frontgläser vor aggressiven Medien, die in der Anwendung auf das Touch-Panel einwirken können. Bild: Schurter Optical Bonding für mehr Darstellungsqualität Ebenfalls im Reinraum erfolgt die rückseitige Montage der Displays mit Staubdichtungen und Elektronik. Für hohe optische Anforderungen wird der Luftspalt zwischen Display und Rückseite des Sensors mit UV-Material vergossen. Dieses Optical Das Anti-Glare-Frontglas sorgt für eine erhebliche Verbesserung der Bonding erhöht den Kontrast und verbessert somit die AblesbarDarstellungsqualität. keit. Die Flüssigverklebung reduziert Lichtbrechungen innerhalb des Panels. Zudem sind Touch-Panels mit gebondeten Displays widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Belastungen. Für erforderliche Klebstoffmenge berechnet und die Gläser auf einen den Einsatz in HMI-Eingabesysteme (Human-Machine Interface) genau definierten Abstand bondet. Verwendet werden ausschließwerden häufig Funktionstasten außerhalb der aktiven Fläche des lich hochtransparente UV-Klebstoffe, die zusätzlich mit LuftPCI-Panels benötigt. Diese lassen sich durch programmierbare feuchtigkeit aushärten. Somit wird auch in Bereichen, in denen kapazitive Einzeltasten hinter dem Frontglas realisieren. UV-Licht zur Härtung nicht einwirken kann, ein zuverlässiges Flächige und punktuelle Beleuchtung von Symbolen und TastBonding realisiert. punktbeschriftungen sowie Status-LEDs werden hinter dem FrontFolienbasierende Sensoren werden mit automatisierten Wenglas integriert. Bedruckte Beschriftungen im „Verschwinde-Effekt“ detisch-Laminatoren hinter bedruckten Frontgläsern ebenfalls sind nur bei rückseitiger Beleuchtung erkennbar. Zusätzliche im Reinraum hochtransparent verklebt. Die Farbstufe der GlasSlider und Wheels lassen sich im oder auf dem bedruckung im Fensterbereich erfordert im Glas als haptische Fingerführung für den zweiten Schritt eine Lagerung im temperierAnwender realisieren. ten Autoklaven bei Überdruck. Dieser Schritt Rundum abgedichtet: Multi-Touch-fähige PCI-Panels steigern die eliminiert die aus der Laminierung resultieErgonomie und ermöglichen intuitive Bedienrenden geringen Lufteinschlüsse des hochkonzepte für den Industriebereich. In der Autotransparenten Klebstoffs an der Bedrumatisierungstechnik findet die Fingergestik ckungsstufe vollständig. Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz beispielsweise beim Durchblättern von Einüber die komplette Front stellmöglichkeiten und bei der Suche innerhalb Auf Fingerzeige reagieren einheit möglich. von Produktionsdokumentationen AnwenDie vom Multitouch-User gewohnte Fingerdung. Weitere Möglichkeiten sind das Navigestik unterliegt bei unbehandelten Gläsern gieren mittels Wischen in Übersichten sowie einer sehr hohen Haftreibung bei der Fingerdas Vergrößern von Prozessbildern und Kennlinien über die bewegung auf der Glasoberfläche. Ausgewählte chemisch entZoom-In-Gestik. Mit der Zwei-Hand Bedienung kann der spiegelte (Anti-Glare) oder schmutzabweisende Oberflächen Anwender mit der einen Hand einen Parameter auswählen und (Anti-Smudge) reduzieren diese Haftreibung wesentlich und mit der anderen eine Pegeländerung justieren. (ch/lei) ermöglichen ein angenehmes Gleiten des Fingers über das Muln titouch-Panel. Die Anti-Glare Glasoberfläche bewirkt jedoch auch ungünstige Überlagerungen der Displaypixel mit der geätzAutor ten Oberflächenstruktur. Um diese unerwünschten GlitzerRoland Maurer Effekte zu vermeiden, werden die Frontgläser mit einem speziProduct Manager bei Schurter in Endigen. ellen optischen Sparkling-Messgerät passend zum Display qualifiziert und ausgewählt. Die rückseitige Bedruckung der Gläser erfolgt mit einer vollautomatisierten Siebdruckanlage im Reinraum. Um eine optiinfoDIREKT707ei0815 IP67K 30 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de Display-Technik Cell in Touch Vereinfachtes Anzeige- und Bedienmodul Bilder: Shantou Goworld Das Anzeige- und Bedienmodul besteht aus einer Grund- und einer Deckplatte, zwischen denen sich eine Display- und eine Sensorelektrodenanordnung befinden, die einander nicht überschneiden. Bei Haushaltsgeräten, die nur wenige Eingaben erfordern, kommen bisher vor allem Schalter und Taster zum Einsatz. Touchscreens sind in der Regel zu komplex aufgebaut und daher in der Produktion teuer. Shantou Goworld Display Germany hat nun ein Modul entwickelt, das ein Eingabe- (CTP) und ein Ausgabefeld (LCD) kombiniert: Es besteht aus einer Grund- und einer Deckplatte, zwischen denen sich eine Display- und eine Sensorelektrodenanordnung befinden, die einander nicht überschneiden. Da Display- und Sensorzone zweidimensional nebeneinander liegen, lassen sich beide in einem einzigen Prozess als Sandwich fertigen. Zudem bleibt die Displayzone in der Anwendung frei von Fingerspuren. Die Deck- und die Grundplatte werden miteinander verklebt. In einem durch Spacer geschaffenen spaltartigen Zwischenraum befinden sich in der Displayzone die LCD-Flüssigkristalle. Die Sensorzone kann auch luft- oder gasgefüllt sein. „Sensor- und Displayzone können unabhängig voneinander arbeiten, obwohl beide in einer einzigen Ebene integriert sind“, erläutert Peter Maurischat, Geschäftsführer der Shantou Goworld Display Germany. Im Betrieb erzeugen LEDs Licht, das das Modul sowie eine eventuell eingesetzte Frontplatte durchstrahlt und je nach der durch den Flüssigkristall erzeugten Drehung der Polarisationsebene mehr oder weniger hell erscheint. (lei) n infoDIREKT 709ei0815 IP64 frontseitig Bild: Comp-Mall Kompakte Touchpanel-PCs Touchpanel-PCs der Serie AFL3 sind speziell für den industriellen Einsatz vorgesehen. Mit den lüfterlosen Modellen der AFL3Serie erweitert Comp-Mall das Angebot an kompakten, industriellen TouchpanelPCs. Zu den Merkmalen der Serie zählen PC A P-Touch, H D-Au f lösung , ei ne Leuchtstärke bis zu 500 cd/m² und ein Kontrast von 800:1. Die 10,1”-, 12,1”- und 15,6”-Geräte sind frontseitig IP64-zertifiziert. Das ebene, praktisch rahmenlose Display lässt sich einfach reinigen und besitzt eine kratzfeste 6H-Oberfläche. Herzstück ist ein Quadcore-Prozessor Celeron J1900 mit 2 GHz mit Burst-Technologie, dazu kommen bis zu 8 GByte www.elektronik-industrie.de Distribution & Technik DDR3L-SDRAM und ein mSATA-Slot oder HDD. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -20 bis +50 °C und die Spannungsversorgung von 9 bis 30 V DC. Passend zum industriellen Charakter dieser Geräte ist AT- oder ATX-Betrieb wählbar, aber auch Win 8/8E oder Win 7/7E. Schnelle und zuverlässige Datentransferraten bis 5 GHz bei drahtloser Kommunikation ermöglicht die DualBand-Wi-Fi-Schnittstelle (IEEE 802.11a/b/ g/n/ac). Weitere Schnittstellen sind USB 3.0, USB 2.0, COM, zwei GbE, Kamera und Audio mit eingebauten Lautsprechern. Alle Schnittstellen sind zum Schutz vor Verunreinigung nach unten herausgeführt, Erweiterungen können über PCIeMini-Module erfolgen. Optional erhältlich sind 1D/2D-Barcodescanner und RFIDLeser. Dank VESA-Standard kann die Befestigung an der Wand, am Arm, im Schaltschrank oder im Panel erfolgen. Das Produkt ist langzeitverfügbar. (mou) n infoDIREKT 208ei0815 TFT-Displays für industrielle Applikationen • High brightness / sonnenlichttauglich z.B. 15“ SXGA+, 1400 x 1050, 1000 cd/m2 • Long life LED-B/L bis 100 kh • Mit PCAP Touchscreen • Temperaturbereich von -30 bis +80 °C Hersteller: NLT, AUO, Mitsubishi High-End Display Interface • Multi-Input: max. 8 x DVI, 2 x VGA, 3 x FBAS, Y/C, 4 x HD3G (HD-SDI) • max. 2560 x 1440 Pixel, 10 Bit Farbtiefe, 120 Hz • Gamma und DICOM Preset EMBEDDED PCS DISPLAYS POWER SUPPLIES www.fortecag.de [email protected] Display-Technik Edles Design für weiße Ware Hochwertige GUIs für Haushaltsgeräte ohne steigende Systemkosten Kühlschränke, Waschmaschinen oder Trockner müssen nicht nur zuverlässig funktionieren: die Kunden erwarten ein ansprechendes Design und einfache Bedienbarkeit. LCDs sind deshalb eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg der Produkte. Atmel stellt Lösungen vor, die helfen, die Systemkosten zu senken sowie die Leistung zu maximieren. Autor: Wajdi Darmoul I n den letzten zehn Jahren haben grafische Benutzeroberflächen in Haushaltsgeräten g roße Fortschritte gemacht. Durch moderne Anzeigetechnologien hat sich das Layout von einem statischen hin zu einem dynamischen und sogar adaptiven Design weiterentwickelt, welches das System um komplexe Paradigmen erweitert. Der Betrieb eines dynamischen grafischen Designs ist indes sehr daten- und rechenintensiv, was die Komplexität und Kosten des Gesamtsystems in die Höhe treibt. Die Qualität und die Reaktionsfähigkeit der grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) sagen viel über das Endprodu kt aus und ver m it teln Anwendern einen ersten Eindruck. Eine qualitativ hochwertige GUI-Implementierung verbraucht allerdings jede Menge Ressourcen und erfordert teure Prozessoren. Jedoch gibt es für kundenspezifische Bauteile bei Weißer Ware und Industrieanwendungen extreme Einschränkungen hinsichtlich der Kosten. Entscheidend für die Systemleistung sind vor allem der überlegte Einsatz der internen ProzessorRessourcen, eine gute Synchroni- sation der verschiedenen Grafik-Softwaremodule und ein priorisierter Zugriff des LCD-Controllers auf den Systembus. Speicheranforderungen und optimale Bus-Bandbreite Größe und Kosten von HMI-Produkten haben erheblichen Einfluss auf die Art der HMI, die für eine Implementation in Frage kommt. So basieren die meisten HMIAnwendungen auf MPUs, die einen externen Speicher benötigen, um eine Programm- und Datenspeicherung bereitzustellen. Das Programm ist normalerweise in einem nichtflüchtigen Speicher wie NAND- oder Serial-Flash abgelegt. Beim Booten wird der Programm-Code in ein DRAM übertragen und von dort ausgeführt. Das DRAM dient außerdem dazu, die Grafik für die Aktualisierung des Displays zu speichern. Selbst kleine QVGADisplays mit 320 × 240 Pixel und 16 Farben benötigen schon 150 KByte SRAM und belegen damit einen großen Anteil des internen SRAM. Die Verwendung von Bildschirmen größer als 4,3” erfordert mehr Speicher, was wiederum die Materialkosten erhöht. Der Einsatz externer Eck-Daten LCDs in Haushaltsgeräten erleichtern die Bedienung der Geräte und ermöglichen optisch ansprechende Designs. Indes sind hochwertige GUI-Implementationen sehr daten- und rechenintensiv mit entsprechendem Einfluss auf die Gesamtsystemkosten. Atmel ist einer der wenigen Technologie-Anbieter mit einem sehr breiten Produktportfolio, das die HMI-Anforderungen von Industrieanwendungen erfüllt. Darüber hinaus bietet das Unternehmen die passenden Entwicklungstools und umfangreiche Software sowie ein Ökosystem, um die Entwicklung grafischer Bedienoberflächen zu beschleunigen. 32 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de Display-Technik Speicher bietet Entwicklern die Möglichkeit, die Speicherkosten abhängig von den Anforderungen zu skalieren und einen bevorzugten Anbieter zu wählen. LCDs müssen regelmäßig aktualisiert werden, um das dargestellte Bild zu behalten. Der LCD-Controller holt die Daten aus aufeinanderfolgenden Speicherstellen und beginnt damit an einer im Register des LCD-Controllers hinterlegten Startadresse. Die Aktualisierung erfolgt entweder per Software-Trigger oder automatisch im Hintergrund durch DMA und belegt einen großen Teil der verfügbaren Systembandbreite. Die minimal erforderliche Gesamt-Speicherbandbreite zum Aktualisieren eines LCD lässt sich mit der folgenden Gleichung berechnen: Speicherbandbreite = Horizontalauflösung × Vertikalauflösung × Memory Bpp × Bildwiederholungsrate. Bandbreite und Latenz Dynamische GUIs benötigen noch größere Bildspeicher. Deshalb nutzen die meisten grafischen Software-Implementierungen zwei getrennte Bildzwischenspeicher. Dann lässt sich der Inhalt des ersten Bildspeichers aktualisieren, während der zweite Bildspeicher das LCD aktualisiert. Hoch entwickelte Grafiksoftware erlaubt zusätzliche Funktionen wie etwa mehrere Ebenen, was aber die Anforderungen an die Speicherbandbreiten der grafischen Bedienoberfläche weiter nach oben treibt. In der oben aufgeführten Gleichung ist die Leistung der Anwendung direkt proportional zur Speicherbandbreite des LCD-Controllers. Die A R M-CortexA5-Prozessoren verfügen daher über einige Merkmale, die den Speicherzugriff des LCD-Controllers optimieren, ohne die Leistung des Systems zu beeinträchtigen. Wie in Bild 1 gezeigt, enthält das LCDModul ein DMA Engine Address Generation Modul (DEAG), das einen DatenPrefetch durchführt und Zugriff auf die AHB-Schnittstelle benötigt. Der DMAController liest das Image über eine 64-BitDual-AHB-Master-Schnittstelle. Diese Schnittstelle wurde speziell entwickelt, um die Speicherzugriffsbandbreite zu verbessern. Für den Base-, Over- und HEOLayer können Anwender den AHB-Master entsprechend der Anwendung über ein www.elektronik-industrie.de Bild 1: Blockdiagramm des LCD-Controllers SAMA5D4. Feld im Konfigurationsregister jedes Layers anpassen. Diese Auswahl erlaubt den Programmierern ein Ausbalancieren der Last durch den Speicherzugriff für Designs mit mehreren Ebenen. Außerdem ist der AHB-Bus mit dem externen Speicher über einen Multi-Port-DDR-SDRAM-Controller mit acht Slave-AHB-Schnittstellen verbunden. Alle acht unabhängigen AHBPorts sind verschachtelt, um die Speicherbandbreite zu maximieren und die Transaktionslatenz aufgrund des DDR-Protokolls zu minimieren. Paralleler Zugriff auf den Bildzwischenspeicher Der DDR-Controller erweitert die Speicherfähigkeiten des Chips durch eine Schnittstelle zum externen 16- oder 32-BitDDR-SDRAM. Da die Bildzwischenspeicher für die LCD-Aktualisierung mehr Speicher benötigen, als auf dem Chip ver- fügbar ist, werden diese dem externen DDR-Speicher zugeordnet. Das Management des Systems und des parallelen Zugriffs auf den Bildzwischenspeicher sowie die Flexibilität der acht unabhängigen AHB-Ports des DDR-Controllers maximieren die Speicherbandbreite des gesamten Systems und minimieren die Latenz. Diese Vorteile des in der SAM A5Dx-Familie integrierten Bus-Systems haben großen Einfluss auf die Bandbreite der Bedienoberfläche-Anwendungen. Die H64MX-Bus-Matrix verwaltet zehn Master. Der LCDC-DMA verfügt über zwei Master-Ports zum Bus, die direkt mit den DDR-Ports verbunden sind und gleichzeitig zu den anderen Bus-Aktivitäten der acht weiteren Master und elf zusätzlichen Slaves einen DDR-Zugriff ausführen können. Die Bandbreite des 64 Bit breiten Busses, der mit einem MCK von 176 MHz läuft, wird damit voll ausgenutzt. Bild 2: Beispiel eines Softwarepakets für ein Display mit 800 × 480 Pixel. elektronik industrie 08/2015 33 Bilder: Atmel Display-Technik Bild 3: Neon- und L2-Cache optimierte DirectFB-Verbesserungen für ein 16-Bit-Display. Der DDR-Controller in den Bauteilen der SAMA5Dx-Familie von Atmel unterstützt einen Schreib- und Lese-Burst von acht Speicherstellen. Dadurch kann der Befehls- und Adressbus bereits den folgenden Befehl voraussehen, was die Latenzzeit reduziert. Bursts erlauben eine sehr effiziente Datenübertragung. Durch den Einsatz von Bursts bekommt das LCD die Daten schneller und der externe Bus wird für andere Master frei. Außerdem kann der DDR-Controller die aktive Reihe in jeder Bank ansprechen und so die Leistung des DDR-Zugriffs durch die Vermeidung von gleichzeitigen Zugriffen auf verschiedene Reihen maximieren. Schneller dank Bursts Für jeden Burst-Schreibzugriff werden vier Taktflanken (aus neun) genutzt, um die Daten zu übertragen. Die Bandbreite liegt bei ungefähr 1064 × 4/9 = 473 MByte/s. Für jeden Burst-Lesezugriff werden vier Taktflanken (aus elf) genutzt, um Daten zu übertragen. Die Bandbreite ist etwa 1064 × 4/11 = 430 MByte/s. Der LCD-Controller ermöglicht zudem eine Multilayer-Nutzung, wodurch sich bessere Bedienoberflächen entwerfen lassen. Jeder Layer erfordert zusätzliche Speicherbandbreite für die Darstellung auf dem LCD. Anwender müssen jeden Layer sorg fältig konfig urieren, damit das Gesamtsystem die höchste Leistung erreicht und noch innerhalb der DDR2Speicherbandbreite arbeitet. Die OnlineFassung dieses Beitrags (über infoDIREKT 201ei0815 zu finden) enthält drei Tabellen, die die möglichen Zugriff von Master auf Slave bei H64MX zeigen, die LCD-Bandbreite für zwei verschiedene Konfigurati- 34 elektronik industrie 08/2015 Bild 4: Neon- und L2-Cache optimierte DirectFB-Verbesserungen für ein 32-Bit-Display. onen durchrechnen sowie Beispiele für die LCD-Bandbreite bei Multilayer-Nutzung nennen. Grafikbeschleunigung und erweiterte LCD-Funktionen 3D/2D-Grafikfunktionen werden bei der I mplement ier u ng von g ra f i s c hen Bedienoberflächen immer wichtiger, besonders wenn eine ansprechende Bedienoberfläche gefordert ist. Grafische Funktionen sind rechenintensiv und stellen eine hohe Belastung für die Systemressourcen dar. GUIs basieren heute auf 2D-, 2,5D- oder sogar 3D-Grafik und jeder Schritt erhöht die Anforderungen im Hinblick auf Leistung, Bandbreite und Speicher. Eine der wirksamsten Alternativen ist der Einsatz einer Hardware-Grafikbeschleunigung, welche die Leistung von 2D/3D-Funktionen erhöht. Allerdings führen die physischen Einschränkungen wie Leistungsgröße der Grafikbeschleunigungs-IP und die Tatsache, dass sich der Grafikbeschleuniger zusammen mit anderen Blöcken wie der CPU in einem einzelnen Chip befinden sollte, bei Prozessoren mit integriertem Grafikbeschleuniger zu höheren Kosten. Entwickler von Prozessoren für HMIAnwendungen müssen häufig Kompromisse zwischen Leistung und Gesamtsystemkosten eingehen. Der LCD-Controller SAMA5Dx unterstützt 2D-HardwareBeschleunigungsfunktionen einschließlich einer hoch entwickelten Grafikverarbeitung wie Alpha-Blending, Rotation um 90°, 180° und 270° mit vertikalem und horizontalem Flip, Skalierung mit einem nicht ganzzahligen Verhältnis bis 1280 × 720 Pixel, Farbkonvertierung von YUV (Y'CbCr) nach RGB und Chroma Up Sampling von YUV 4:2:0 auf YUV 4:4:4. Außerdem integriert der ARM CortexA5-Core einen Neon-Coprozessor mit SIMD-Architektur, den ARM speziell zum Beschleunigen von Multimedia- und Signalverarbeitungsalgorithmen einschließlich 2D/3D-Grafik vorgesehen hat. Die SAMA5Dx-Prozessorfamilie nutzt die Neon-Architekturerweiterung und einen 128 KByte L2-Cache, um Grafikoperationen zu beschleunigen, ohne die Systemkosten durch den Einsatz eines Grafikbeschleunigers zu beeinflussen. Schnelle Software Die meisten 3D- und 2D-Software-Implementierungen basieren auf Bibliotheken wie DirectFB, die eine Grafikbeschleunigung zur Verfügung stellen. Diese Funktionen integrieren eine HardwareAbstraktionsebene für Grafikoperationen, die durch einen Hardwarebeschleuniger unterstützt werden können und OpenGL-ähnliche Aufrufe nutzen oder sich in die Software implementieren lassen. Eine Neon-optimierte DirectFBImplementierung ist integriert und auf dem SAMA5D4 geprüft. Die Zahlen in Bild 3 und Bild 4 zeigen die Verbesserung von DirectFB mit aktiviertem Neon und für 16- und 32-Bit-Berechnungen mit aktiviertem L2-Cache. (mou) n Autor Wajdi Darmoul Field Application Engineer bei Atmel Deutschland in Heilbronn. infoDIREKT201ei0815 www.elektronik-industrie.de Display-Technik TF T-DISPLAYS BELEUCHTEN LED-Konverter zur Display-Hinterleuchtung Bilder: Distec „Jedes TFT-Display fordert andere Werte für den optimalen Betrieb seiner LEDHintergrundbeleuchtung und jede Applikation stellt andere Anforderungen“, erläutert Matthias Keller, COO Components bei Distec . „Bisher benötigten Anwender dafür zahlreiche verschiedene LED-Konverter, was einen enormen Einkaufs- und Lageraufwand bedeutet.“ Dem ist Distec jetzt mit den neuen LED-Konvertern der Smart-LED-Serie begegnet, die eine universelle und konfigurierbare Lösung für alle Einsatzbereiche der Hintergrundbeleuchtung von TFT-Displays darstellt. Die neue Smart-LED-RoverSoftware erlaubt ein exaktes Anpassen an die speziellen Anforderungen verschiedener TFT-Displays. Individuell lassen sich unter anderem der LED-Strom, die PWM-Frequenz, PWM-Einstellungen für die minimale und maximale Helligkeit und die aktiven LED-Ausgänge mit bis zu vier Kanälen festlegen. Die erstellten Konfigurationen speichern Anwender ab und übertragen d iese auf a ndere Smart-LED-Konverter. Das ermöglicht die schnelle Serienproduktion exakt konfigurierter Konverter für verschiedene Applikationen. Matthias Keller ist COO Components bei Dadurch bilden die Distec. LED-Konverter die Basis für kundenspezifische Projekte mit den unterschiedlichsten TFT-Displays. Distec bietet die Konverter in drei Versionen mit unterschiedlichen Eingangsund Ausgangsspannungen. Der SmartLED-II eignet sich beispielsweise für den explosionsgeschützen Bereich, weil durch seine niedrige Spannung Funkenschlag vermieden wird. Ein A rbeitstemperaturbereich von -30 bis +70 °C ermöglicht den Einsatz der Smart-LED-Konverter unter harten Umgebungsbedingungen. Für Anwendungen, die auch in der Dunkelheit blendfrei funktionieren müssen, lassen sich Smart-LED von Distec ist ein universeller, konfigurierbarer LEDKonverter für unterschiedliche TFT-Displays. die Konverter auf NVIS-Modus (Night Vision Imaging System) umstellen. Für diesen Modus schaltet der Konverter von der LED- auf eine Infrarot-Hintergrundbeleuchtung um. Alternativ kann der Smart-LED-Konverter LEDs auf jeden beliebigen Wert zwischen 0 und 100 % dimmen. Dadurch lässt sich die Helligkeit für einen augenschonenden Nachtbetrieb wie auf Schiffen oder in Zügen drastisch reduzieren. Das Kernstück der Smart-LED-Konverter ist ein 32-Bit-ARM-Prozessor, der alle Eingangs- und Steuersignale verknüpft und kundenspezifische Anpassungen erlaubt. Zum Beispiel kann der Prozessor über einen Ambient-LightSensor die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung automatisch an die jeweilige Umgebungshelligkeit anpassen. Das spart Strom, da das Display nicht unnötig hell leuchtet. Ein Temperatursensor ermöglicht, die optimale Arbeitstemperatur für das Display über einen Lüfter zu halten. Wird das Display zu heiß, sorgt der SmartLED-Konverter dafür, dass sich der Lüfter einschaltet und die Beleuchtung gedimmt wird, um die Temperatur schnell zu senken. Kundenspezifisch lassen sich die LED-Konverter exakt an die speziellen Anforderungen verschiedenster Projekte anpassen. (jck) ■ infoDIREKT 108ei0815 ARDUINO MEETS DOG Arduino meets DOG • Displays für Printmontage • auch gesockelt • Text bis 4x20 • Grafik bis 240x128 • 4/8 Bit, SPI, I²C • mehrfarbige Beleuchtung • Industrie-Qualität • Arduino Shields ELECTRONIC ASSEMBLY GmbH Fon: +49 (0)8105/778090 [email protected] www.lcd-module.de Display-Technik Kristallklare Anzeigen Mikrocontroller mit eigenen Treibern vereinfachen die LCD-Ansteuerung Zunehmend sind am Markt Mikrocontroller (MCUs) mit integrierten Treiberschaltungen für Flüssigkristallanzeigen (LCDs; Liquid Crystal Displays) erhältlich. Sie geben dem Entwickler die Möglichkeit, sein Designziel schneller zu erreichen und darüber hinaus die Kosten zu senken. Dazu muss er aber die Eigenarten der integrierten Treiber im Detail kennen. Autoren: Mary Tamar Tan, Rodger Richey Data Bus LCD DATA LCDDATA(X) LCDDATA(X-1) SEG<X:0> . : LCDDATA1 LCDDATA0 SEG<X:0> Bias Voltage 8 Timing Control COM<Y:0> LCDCON LCDPS } To I/O Pins SEG<X:0> COM<Y:0> LCDSEx LCD Bias Generation Resistor Ladder Clock Source 1 Clock Source 2 Clock Source 3 LCD Clock Source Select Z ahlreiche technische Neuerungen der letzten Jahre haben dafür gesorgt, dass LCDs immer beliebter wurden. Einer der Gründe: Die Ansteuerung dieser Anzeigenbausteine hat sich vereinfacht, denn die Treiberlogik ist zunehmend in marktverfügbaren 8-Bit-Mikrocontrollern (MCUs) bereits enthalten. Zu den Funktionen solcher LCD-Controller zählen Kontraststeuerung, Treibersignalerzeugung, Biasing sowie verschiedene Power-Betriebsarten. Diese Bausteine können Segment-Displays mit Buchstaben, Zahlen, Zeichen und Symbolen direkt ansteuern und erfüllen die Anforderungen an ein kostengünstiges Design. Beispiele sind die 36 elektronik industrie 08/2015 LCD Charge Pump PIC-MCUs von Microchip, die in Gehäusen mit 28, 40, 64, 80 und 100 Pins zur Verfügung stehen und mehrere externe Bausteine erübrigen. Das LCD-TreiberModul in den MCUs sorgt für das Timing der Ansteuerung statischer oder gemultiplexter LCD-Panels und unterstützt bis zu 64 Segmente, die mit bis zu vier oder acht gemeinsamen Anoden beziehungsweise Kathoden (Commons) gemultiplext sind. Bild 1 zeigt das Blockdiagramm eines solchen LCD-Moduls. Timing-Steuerblock Die Zahl der LCD-Register hängt von der maximalen Zahl von Commons und Segmenten ab, die von der MCU angesteuert Bild 1: Das LCD-Modul enthält Timing- und Datenblock, Bias- und Takterzeugung sowie Multiplexer und Logikschaltungen. werden können. Wie aus Bild 1 ersichtlich, besteht der Timing-Steuerblock aus dem LCD-Steuerregister (LCDCON), dem LCD-Phasenregister (LCDPS) und den LCD-Segment-Enable-Registern (LCDSEx). Das LCDCON steuert den Gesamtbetrieb des Moduls. Nach der Konfiguration des Moduls aktiviert oder deaktiviert das LCDEn-Bit das LCD-Modul. Das LCD-Panel lässt sich auch in den Sleep-Modus versetzen, indem man das SLPEn-Bit löscht. Die Bits bestimmen die LCD-Taktquelle, und die Konfiguration muss mit dem LCD-Glastreiberschema übereinstimmen. Das LCDPS-Register konfiguriert den LCD-Taktquellen-Prescaler und die Art der Signalform. Die vom www.elektronik-industrie.de Bauteile Komponenten & Geräte Halbleiter Eck-DATEN MCUs mit integriertem LCD-Controller bieten hohe Designflexibilität und zudem eine einfache Möglichkeit, LCDs anzusteuern. Integriertes Biasing, Kontrastregelung und Stromsparfunktionen im LCD-Modul machen externe Bauelemente überflüssig, ohne dass dadurch die Funktionalität oder die Bildqualität beeinträchtigt würde. Prescaler gewählten Bits wirken sich direkt auf die LCD-Bildfrequenz aus. Sie müssen entsprechend gesetzt werden, um Geisterbilder oder Flackern auf dem Display zu vermeiden. Die LCDSEx-Register konfigurieren die Funktionen der Port-Pins. Das Setzen des Segment-Enable-Bit für ein bestimmtes Segment konfiguriert dieses Pin als LCD-Treiber. Ebenso erlaubt das Löschen des Segment-Enable-Bits dem Pin, als I/O-Port zu fungieren. Der Datenblock bestimmt den Bildschirminhalt Wie der Timing-Steuerblock ist auch der Datenblock in Bild 1 in allen PIC-LCDModulen vorhanden. Er besteht aus den LCDDATAx-Registern. Nachdem das Modul für das LCD-Panel initialisiert wurde, werden die einzelnen Bits des LCDDATAx-Registers gelöscht oder gesetzt, um ein durchsichtiges beziehungsweise schwarzes Pixel darzustellen. Spezielle Gruppen von Registern werden mit bestimmten Segmenten und CommonSignalen verwendet. Aus der Gesamtheit der Bits eines Segments, die mit einer bestimmten Common verbunden sind, ergibt sich jeweils eine spezifische Kombination. Kontrastregelung per Software Es gibt zwei wesentliche Methoden zur Erzeugung von Bias-Spannungen: Widerstandsteiler und Ladungspumpe. Die hier besprochenen Bausteine unterstützen beide Möglichkeiten sowohl extern als auch intern. Das LCDref-Register legt fest, ob externes oder internes Widerstands-Biasing verwendet wird. Das Setzen des LCDIRE-Bits aktiviert das interne Biasing. Ist die interne Referenz aktiv, so lässt sich der Kontrast per Software regeln, indem die LCDCST-Bits konfiguriert werden. In einigen Bausteinen sind diese in einem separaten Register abgelegt. www.elektronik-industrie.de Die Stromquelle für die Kontrastregelung lässt sich über das LCDIRS-Bit auswählen. Das LCDref-Register bestimmt auch, welche Bias-Pins intern oder extern für die verschiedenen Bias-Werte genutzt werden. Das LCDRL-Register regelt die verschiedenen Power-Modi des Widerstandsteilers sowie das Zeitintervall für jede Power-Betriebsart. Mit einer Ladungspumpe muss nur das LCDreg-Register konfiguriert werden. Ist die Ladungspumpe aktiv, so lässt sich der Kontrast über die Bias-Bits regeln. Durch Setzen oder Löschen des entsprechenden Bits unterstützt der Regler entweder 1/3 oder statisches Biasing. Der Regler muss über CLKSEL-Bits mit einem eigenen Takt versorgt werden. Die LCD-Bildfrequenz ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Common- und Segment-Ausgänge ändern. Die Taktquelle hängt von den konfigurierten Taktquellen-Select-Bits des Bausteins ab. PIC-MCUs bieten für LCD-Module drei Taktquellen zur Auswahl. Der Bildfrequenzbereich erstreckt sich von 25 bis 250 Hz; die gängigsten Werte liegen zwischen 50 und 150 Hz. Höhere Frequenzen verursachen einen höheren Stromverbrauch und Geisterbilder, niedrigere Frequenzen können zu Flackern führen. Displays by display elektronik Takt zur Auswahl Für die Module stehen drei mögliche Taktquellen zur Auswahl: ein schneller interner RC-(FRC-)Oszillator, ein sekundärer Oszillator (SOSC) und ein interner LPRCOszillator. Einige Bausteine nutzen allerdings den Systemtakt, den Timer-1-Oszillator oder den internen RC-Oszillator als Taktquelle. Bild 2 beschreibt, wie der Takt für die LCD-Peripherie erzeugt wird. Bei den drei Taktquellen stellt ein Teiler einen 1-kHz-Ausgang bereit. Ist die Taktquelle zum Beispiel ein 8-MHz-FRCOszillator, so muss sie durch 8192 geteilt werden, um 1 kHz bereitzustellen. Dieser Teiler ist nicht programmierbar. Stattdessen werden die LCD-Prescaler-Bits des LCDPS-Registers für die Bildtaktrate verwendet. Diese Bits bestimmen die Prescaler-Zuordnung und das -Verhältnis. Befindet sich der Prozessor im Sleep-Modus, so werden meist zwei der Taktquellen diskret verwendet, um den LCD-Betrieb aufrecht zu erhalten. LCD-Displays by display elektronik • LCD 7-Segment-Anzeigen • Alphanummerische LCD-Anzeigen • Monochrome LCD-Grafik-Displays • Full-Colour-TFT-Displays • OLED-Displays Distribution by Schukat electronic • 25.000 Produkte • detaillierte Technikinfos • günstige Preise • 24 h-Lieferservice Onlineshop mit stündlich aktualisierten Preisen und Lagerbeständen w w w. s c h ukat.com S C H U K AT Clock Source 1 Clock Source 2 ÷8192 ÷32 Clock Source 3 ÷4 STAT ÷2 1/2 MUX COM0 COM1 COM2 COMn Display-Technik 4-Bit Prog Prescaler Bild 2: Die LCD-Takterzeugung speist sich aus drei Taktquellen, von denen zumeist zwei diskret implementiert sind. ÷1, 2, 3, ..., n Ring Counter 1/3 to 1/n MUX ÷32 CS<1:0> LMUX<2:0> (8-common) LP<3:0> Ein LCD lässt sich also über die Parameter MUX-Verhältnis und Biasing charakterisieren. Es fehlt noch die Signalform für die Ansteuerung: Das Signal soll eine maximale Wechselspannung über dem dunklen Pixel und eine minimale Wechselspannung über dem durchsichtigen Pixel aufweisen. Die Gleichspannung über jedem Pixel sollte gleich Null sein. LCDs können durch Signalformen des Typs A oder B angesteuert werden. Bei Typ A ändert sich die Phase in jedem Common; bei Typ B an jeder Bildrahmengrenze. Typ-A-Signalformen halten deshalb 0 V DC über einen Bildrahmen, während Typ-B-Signale zwei Bildrahmen einnehmen. Bild 3 zeigt beide Signalformen für 1/3 MUX und 1/3 Bias. Die an einem bestimmten Pixel angelegte Spannung ist die Spannung am COM-Pin minus der Spannung am SEGPin. Liegt die resultierende Spannung über der Von-Schwelle, so ist das Pixel sichtbar; liegt sie darunter, ist das Pixel nicht sichtbar. Der Kontrast eines LCD lässt sich durch die Berechnung des Trennvermögens bestimmen, dem Verhältnis zwischen der Effektivspannung eines aktivierten Type-A Waveforms (8-common) LMUX<1:0> LMUX<1:0> (4-common) (4-common) Alternativen für die Ansteuerung LMUX<2:0> Pixels und der Effektivspannung eines deaktivierten Pixels. Segment-Mapping bietet dabei eine einfache Möglichkeit zu bestimmen, welche Pixel ein- oder ausgeschaltet sein sollten. Biasing: Interne oder externe Widerstandskombinationen möglich Der Widerstandsteiler ist die am häufigsten genutzte Methode für höhere V DDSpannungen. Die verschiedenen LCDSpannungen lassen sich dabei mittels kostengünstiger Widerstände erzeugen. Unabhängig von der Anzahl der zu versorgenden Pixel bleibt der Strom konstant. Die Widerstandswerte ergeben sich aus der geforderten Bildqualität und dem Stromverbrauch. Die Bildqualität ist eine Funktion des LCD-Ansteuersignals. Da das LCD-Panel eine kapazitive Last darstellt, verzerren die Lade- und Entladeströme das Signal. Diese Verzerrung lässt sich durch einen niedrigeren Widerstandswert verringern. Ein niedriger Widerstand erhöht jedoch den Stromverbrauch, da mehr Strom durch die Widerstände fließt. Nimmt die PanelGröße zu, so ist der Widerstandswert zu Type-B Waveforms verringern, um die Bildqualität zu erhalten. In manchen Fällen lassen sich die Verzerrungen auch dadurch verringern, dass man Kapazitäten zu den Widerständen parallel schaltet. Dieser Effekt ist jedoch begrenzt, da ein großer Widerstand und ein großer Kondensator eine Verschiebung des Spannungspegels verursachen, die sich negativ auf die Bildqualität auswirkt. Eine externe Kontrastregelung lässt sich durch Hinzufügen eines Potentiometers realisieren. Um das Hinzufügen externer Bauelemente zu vermeiden und bis zu drei Pins für die Spannungserzeugung einzusparen, bieten PIC-MCUs internes Widerstands-Biasing und eine integrierte Kontrastregelung. Dabei kommen keine Widerstände zum Einsatz, sondern interne Widerstandsteiler, an denen die BiasSpannung abfällt. Der interne Widerstandsteiler teilt die LCD-Bias-Spannung auf zwei oder drei gleich große Spannungen auf, die an den LCD-Segment-Pins zur Verfügung stehen. Der Widerstandsteiler besteht dafür aus drei angepassten Widerständen. Im 1/2-Bias-Modus wird der mittlere Widerstand des Teilers kurzgeschlossen, sodass nur zwei Spannungen erzeugt werden. Dieser Modus verringert den Teilerwiderstand, erhöht aber den Stromverbrauch. (ch/lei) ■ Common Segment Bilder: Microchip CommonSegment 1 Frame 38 elektronik industrie 08/2015 1 Frame Bild 3: Zwei Alternativen für die Ansteuerung von LCDs: Bei Signalform A wechselt die Phase in jedem Common, während sie sich bei Signalform B an jeder Bildrahmengrenze ändert. Autoren Mary Tamar Tan Applications Engineer bei Microchip Technology. Rodger Richey Director Engineering and New Product Development bei Microchip Technology. infoDIREKT 705ei0815 www.elektronik-industrie.de Display-Technik Perfek t abgestimmt TFT-Display mit PCAP-Touch www.elektronik-industrie.de Touch-Einheit zu bonden. Hier kann Data Modul auf die hauseigene, vollautomatische Flüssigverklebung zurückgreifen. Die einzelnen Komponenten können abgestimmt als komplettes System an die Kunden gehen. Neben der Anzeige mit TouchEinheit stehen auch Ansteuerlösungen sowie geprüftes Zubehör wie Kabel und LED-Converter bereit. (mou) n Bild: Data Modul Das Standard-Touchportfolio der PCAPLösung von Data Modul sieht der Hersteller als perfekte Ergänzung zu den TFTBildschirmen des taiwanesischen Herstellers AU Optronics (AUO), der auf eigenen TFT-Glas-Linien neben Anzeigen für den Consumer-Markt auch Modelle für den Industriebereich fertigt. Diese Produkte unterscheiden sich bei den technischen Spezifikation und durch längere Lebenszyklen. Für die Produkte der IndustrieRoadmap wird eine Mindestverfügbarkeit von drei Jahren und ein in Bezug auf Form, Fit und Funktion kompatibles Nachfolgeprodukt garantiert. Der Hersteller ist in verschiedenen Märkten erfolgreich und kann neue Trends daher auch für niedrige Stückzahlen in den Industriebereich überführen. So etwa die Diagonale 23,8”, die sich speziell für preissensitive Applikationen als Alternative zu 24”-Geräten anbietet. Durch die der bekannten IPS-Technolog ie ähnlichen A H VA-Technolog ie (Advanced Hyper Viewing Angle), wird bei dem TFT-Gerät G238HAN01.0 mit FHD-Auf lösung eine her vorragende Ablesbarkeit aus allen Blickrichtungen mit geringer Farbverschiebung erreicht. Auch das von Data Modul selbst entwickelte Standard-Touchportfolio der PCAPLösung Easytouch wird nach den Vorgaben und Trends führender TFT-Hersteller erweitert. So auch bei der aktuellen Easytouch-PCAP-Diagonale 23,8”, angepasst auf die aktive Fläche des G238HAN01.0. Der Sensor zeichnet sich selbst bei dieser Größe durch einen besonders schmalen Aufbau aus, speziell im Randbereich an der Leiterbahnführung. Trotz der hohen Auflösung ist der Sensor kaum größer als die Außenmaße des Bildschirms. Als Modulpartner von Atmel setzt die Easytouch-Lösung auf die jüngsten Controllergenerationen der Maxtouch-Reihe auf. Bei der aktuellen T-Generation lassen sich Touchevents jetzt auch mit dicken Stoffhandschuhen oder mit Wasser auf der Bedieneroberfläche sicher erkennen. Um die Endapplikation vor äußeren Einflüssen zu schützen, empfiehlt es sich, ein kundenspezifisches Frontglas vor die TFT/ Die PCAP-Lösung Easytouch von Data Modul passt perfekt auf die TFT-Bildschirme von AUO. infoDIREKT 202ei0815 GLASSCAPE Kapazitive Touchscreens. Die Zukunft der Dateneingabe GLASSCAPE macht es Ihnen leicht. Die innovative und bislang einzigartige Eingabetechnologie von RAFI verbindet die hochwertige, individuelle Oberflächengestaltung mit hervorragender Funktionalität und industrieller Eingabesicherheit. Setzen Sie auf Erfolg! Besprechen Sie mit uns Ihre Gestaltungsideen. Mehr unter: www.glasscape.info www.rafi.de RAFI_Glasscape_126x178.indd 1 26.05.14 16:15 elektronik industrie 08/2015 39 Analog-/Mixed-Signal-ICs Modellbasiertes Design Design-Tools für Embedded-Motorsteuerungen Modellbasiertes Design ermöglicht die Validierung auf Simmulationsebene, automatische Code-Erzeugung für die Hardware, einfache Erweiterung komplexer Systeme und Weiterverwendung der Modelle in Folgeprojekten. elektronik industrie beschreibt Details zur Erstellung einer Plattform für Modellbasiertes Design (MBD) mit Embedded-Motorsteuerungsprozessor Autoren: Dara O’Sullivan, Jens Sorensen, Aengus Murray für Elektromotoren. S Entwickler mithilfe von MBD Modelle selber definieren oder aus umfangreichen Bibliotheken mit Funktionen auf der Basis von Continuous-Time- und Discrete-Time-Funktionsblöcken auswählen und diese parametrieren. Solche Modelle lassen sich in Verbindung mit Simulationstools zum Rapid Prototyping, in Software-Test und Hardware-in-the-Loop-Simulationen (HIL) verwenden. Mithilfe von Simulation können Entwickler eventuelle Modellierungsfehler und Abweichungen von Spezifikationen sehr frühzeitig im Entwicklungsprozess erkennen. Im Vergleich zur manuellen Programmierung senkt eine automatische Codegenerierung den Entwicklungsaufwand und beschleunigt die Entwicklungsdauer sowie die Markteinführung. Das MBD-Konzept eröffnet Entwicklern anstelle der klassischen Entwicklungsmethoden neue Wege direkt von der ModellErstellung über Simulation und Code-Generierung bis zum HILTest. So kann der Entwickler funktionale Änderungen im System ohne aufwendiges Redesign schnell und einfach umsetzen. Als Beispiel für den Einsatz von modellbasiertem Design dient im Folgenden der experimentelle Aufbau eines Motorsteuerungssystems mit Regelkreis. Dieses System repräsentiert einen voll funktionsfähigen PMSM-Motorantrieb mit Netzspeisung einschließlich Leistungsfaktorkorrektur, galvanischer Trennung von Steuerungs- und Kommunikationssignalen sowie optischem Drehwinkelgeber. Kern des Systems ist ein ADSP-CM408 mit einem ARM Cortex-M4. Mit kombinierten Tools von IAR und Mathworks implementierte Analog Devices die komplette MBDPlattform in diesem ASSP (Application Specific Signal Processor). ystem- und Schaltungsmodellierung ist längst ein wichtiger Aspekt beim Entwurf von Motorsteuerungssystemen. Modellbasiertes Design (MBD) nutzt elektrische, mechanische und System-Level-Modelle, um Entwicklungskonzepte bereits vor der Realisierung und dem Test physikalischer Hardware zu evaluieren. Die neusten Simulationstools von Mathworks können komplette Embedded-Control-Systeme einschließlich der elektrischen Schaltungen und mechanischen Systeme modellieren. Geeignete Embedded-Programmiertools erzeugen aus Systemmodellen C-Code für die direkte Implementierung von Steueralgorithmen in Embedded-Control-Plattformen. Diese Tools ermöglichen einen modellbasierten Entwicklungsprozess, bei dem Steueralgorithmen vor dem endgültigen Hardware-Test auf einer Simulationsplattform entwickelt und komplett getestet werden können. Entscheidend für die Realisierung einer erfolgreichen MBD-Plattform ist die Partitionierung des Systemmodells und des Embedded-Software-Codes. Sobald die MBDPlattform mit einem bekannten Algorithmus im System getestet ist, lassen sich neue Algorithmen entwickeln und auf der Simulationsplattform bei Grenzwerten des Systembetriebs testen. Der Entwicklungsablauf Modellbasiertes Design ist eine mathematische und visuelle Methode, die beim Entwurf von Embedded-Control-Systemen zum Einsatz kommen kann. Anstatt komplexe Strukturen und umfangreichen Software-Code manuell zu erstellen, können Prototyp der Motorsteuerung für einen permanenterregten Synchronmotor (PMSM) mit Drehwinkelgeber. 40 elektronik industrie 08/2015 Bilder: Analog Devices Funktionsblöcke der Motorregelung Das Antriebssystem besteht aus einem Dreiphasen-LeistungsInverter mit galvanisch getrennter Phasenstromrückkopplung und einem permanenterregten Synchronmotor mit Drehwinkelgeber. Im ASSP implementiert sind die Verarbeitung der Motorrückkopplungssignale, die Ansteuerung des Leistungsinverters sowie Regler und Kommunikationsschnittstelle. Für Modellierungszwecke besteht das System aus drei Hauptblöcken: Leistungsinverter und Motor (Plant), Control-FeedbackSchaltungen und digitaler Controller. Das Plant-Modell nutzt Simulink-Simscape-Komponenten zur Simulation der Inverterschaltung und der elektromechanischen Motorelemente im Continuous-Time-Bereich. Die Feedback-Schaltungsmodelle sorgen für die Signalaufbereitung und Datenumwandlungen zwischen den Controller- und Motorantriebsmodellen. Simulink-Embedded-Programmiertools erzeugen Embeddedwww.elektronik-industrie.de Analog-/Mixed-Signal-ICs Block Elektromechanisches System Modellierung/Code-Erzeugung Kritische Parameter Inverter: gemitteltes Funktionsmodell, sehr einfach Keine Motor: elektromechanisches Standard-dq-Modell Stator-Induktanz, Rück-EMF/ Drehmomentkonstante Mechanisches System: Standard-Modell Steifheit/ Trägkeit/Reibung, applikationsspezifisch Last-Trägheit Sensoren und Schnittstelle Funktionale Modelle Verstärkungen, Offsets Prozessor Peripherie: funktionale Modelle Skalenfaktoren, Quantisierungseffekte Core-Algorithmus: Code-Erzeugung von hier aus möglich Effiziente Implementierung, Fixed/ Floating-Point-Grenzen Funktionale Modelle Keine Treiberschaltungen C-Code, mit welchem der Algorithmus sowohl auf der Simulationsplattform als auch auf dem Embedded-Controler lauffähig ist. Die erfolgreiche Umsetzung des MBDs erfordert sorgfältig definierte System- und Schaltkreismodelle sowie eine geeignete Aufteilung zwischen Systemmodell und der Embedded-Control-Software. Wegen der Mischung aus zeitdiskreten und zeitkontinuierlichen Funktionen im System kommt bei der Simulation ein diskreter Fixed-Step-Solver zu Einsatz. Platinenaufbau Die Hardware des Antriebssystems besteht aus Leistungsplatine, Steuerungsplatine und Motor mit Drehwinkelgeber. Die Platine enthält einen Eingangsgleichrichter, ein Dreiphasen-Invertermodul, Strom- und Spannungssensoren, Optokoppler zur galvanischen Trennung von digitalen und analogen Rückkopplungssignalen und einen Signalpuffer für den Drehwinkelgeber. Die Steuerungsplatine enthält das mit 240 MHz getaktete ASSP und die aus PWM-Timer, Quadratur-Encoder-Zähler, SINCFilter und Embedded-ADC bestehende Motorsteuerungsperipherie. Optional können als Motor-Stromrückkopplung kontaktlose Stromsensoren mit dem Embedded-ADC oder Stromshunts mit einem galvanisch trennenden Sigma/Delta-Wandler fungieren. Die Erfassung der Rückkopplungssignale und die Ausführung des Steueralgorithmus sind auf die vom Prozessor-InterruptMechanismus abgeleitete PWM-Schaltfrequenz synchronisiert. Die Simulation nutzt die gleiche Schaltfrequenz. Der Leistungsinverter nutzt ein Average-Value-Modell, da die Signalsimulation kein brauchbares Steuersignal liefert. Tabelle 1: Das Systemmodell ist in logische Blöcke partitioniert. Modell auswählen. Die zeitdiskreten Funktionen des Motorsteuerungs-Algorithmusmodells lassen sich bei jedem Zeitschritt sowohl auf Simulationsebene wie auch auf der Embedded-Plattform ausführen. Typischerweise sind die Motorreglerfunktionen in einem Subsystemblock enthalten, um den Code-Erzeugungsprozess zu vereinfachen. Der Code-Generator erzeugt vom Steueralgorithmus und seinen Datenstrukturen ausführbaren C-Code. Der Algorithmus selbst nutzt FOC (feldorientierte Regelung), welcher eine Drehzahlregelschleife mit externem Geber und Stromschleifenregelung mit internen Stromwerten der d-Achsenund q-Achse enthält. Die Inverter-Schnittstellen- und Rückkopplungs-Pfade sind in Signalaufbereitungs- und Embedded-Schnittstellenblöcke aufgeteilt. Bei den Stromsensor- und Signalaufbereitungsmodellen handelt es sich um einfache Verstärkerelemente. Das Lagesensormodell ist komplexer, da es ein hochauflösendes inkrementales Lagesignal und ein niedrigauflösendes absolutes Lagesignal verarbeiten muss. Die Modelle für die Embedded-Signalschnittstelle beinhalten Typ-Wandlungsfunktionen, da die ADCs, SINC-Filter, Zähler und Timer-Peripherie 16- oder 32-Bit-Festkomma-Ausgangsdatenregister haben. Das Übertragungsverhalten jeder Embedded-Schnittstelle ist abhängig von der Peripherie-Systemtaktrate, der Abtastrate und den Interface-Register-Einstellungen. Um genaue Simulationsergebnisse zu erzielen, ist eine Anpassung der Modellparameter an die Embedded-Systemkonfiguration erforderlich. Software-Partitionierung und Code-Erzeugung Der Motorsteuerungs-Algorithmus Das Motormodell der Sim-Power-Systems-Bibliothek ist konfigurierbar, bietet diverse Preset-Modellparameter und lässt den Anwender zwischen einem Custom-Motor- oder einem Inverter- Eck-Daten Modellbasiertes Design (MBD) vereinfacht die Entwicklung von Embedded-Motorsteuerungssystemen für Elektromotoren. Entwicklungskonzepte und Steueralgorithmen lassen sich bereits vor Realisierung und Test physikalischer Hardware evaluieren. Systeme auf Basis von generischen Modellen sind auf Simulationsebene und auf Embedded-Hardware gleichermaßen lauffähig und einfach erweiterbar. Die Modelle aus Bibliotheken oder eigener Definition lassen sich in Folgeprojekten weiterverwenden. MBD ermöglicht die Verknüpfung von händisch erstelltem und automatisch generiertem Code. www.elektronik-industrie.de Das Motorantriebssystem führt neben der Motoransteuerung weitere Funktionen aus. Für Plattformflexibilität und einfache Entwicklung ist die Embedded-Software in mehrere Funktionsmodule unterteilt. Die wesentlichen Funktionsblöcke sind Systeminitialisierung, Kommunikationsschnittstelle, Applikationsaufgaben, Motorsteuerungsschnittstelle und Motorsteuerungsalgorithmus. Das Hauptprogramm ruft die Initialisierung auf, welche die ASSP-Hardware konfiguriert, und versetzt den Prozessor anschließend in eine Warteschleife. Alle anderen Funktionen werden durch ereignisgesteuerte Interrupt-Service-Routinen (ISRs) aufgerufen. Der ADC-Interrupt hat höchste Priorität. Die ADC-ISR ruft die Motorsteuerungsfunktionen auf, wenn neue Sensordaten bereit stehen. Das ADC-Sampling ist auf die PWMSchaltfrequenz synchronisiert und steuert die Regelschleife. elektronik industrie 08/2015 41 Analog-/Mixed-Signal-ICs MBD-Systemplattform einer Motorsteuerung mit geschlossenem Regelkreis. Die ADC-ISR führt jeden einzelnen PWM-Zyklus aus. Sie ruft die zur Motorsteuerung genutzte Routine (PMSMctrl) jedoch nur dann auf, wenn das Motor-Run-Flag gesetzt ist. Die Auswahl des Motorstrom-Rückkopplungspfades erfolgt vor der Code-Erstellung. Der PWM-Trip-Interrupt ist asynchron und wird nur bei einem Hardware-Fehler aufgerufen. Als einzige Funktion gibt sie einen Fehler aus, wenn sie die Inverteransteuerung automatisch abschaltet. Die Kommunikationsport-ISR hat eine geringere Priorität. Sie verarbeitet Anwenderbefehle und überträgt Daten, die von einer Debug-Monitor-Funktion erfasst werden. Die Kernel-Timer-ISR verwaltet Hintergrund-Applikationsaufgaben wie etwa Motor-Start- und Stop-Sequencing, die Debug-MonitorSchnittstelle und andere Housekeeping-Aufgaben. Der Embedded-Code ist nach Funktionsblöcken organisiert anstatt nach Programmablauf. Die System-Initialisierung legt Prozessortaktsignale sowie Leistung und Kernel-Timer standardmäßig fest. Dies erfolgt fast unabhängig von der Applikationsfunktion. Die Kommunikation und Applikations-Task wird durch die Anwenderschnittstelle und System-ManagementAnforderungen definiert. Beide sind fast unabhängig vom Motorsteuerungsalgorithmus. Die Motor-Control-Schnittstellen-Funktion verwaltet den Signaldatenfluss zwischen der Motorantriebs-Hardware und dem Steuerungsalgorithmus. Sie ist abhängig vom angeschlossenen Motor und Drehwinkelgeber (Lagesensor) sowie von der Konfiguration der Rückkopplungssignale. Simulink erzeugt den Motorsteueralgorithmus plattformunabhängig; er enthält Datenstrukturen für Rückkopplungs- und Ansteuerungssignale. Der restliche Treibercode wird manuell erstellt. Implementierungsdetails Motorsteuerungsperipherie (PWM, Encoder) 1584 94 2,3 % Messperipherie (ADC, SINC, serielles Monitoring) 2224 2691 6,7 % Um MBD optimal einzusetzen, ist es wichtig, die Detailanforderungen für die Modellierung der verschiedenen Teile des Motorsteuersystems zu verstehen und die kritischen physikalischen Systemparameter so genau wie möglich mit den entsprechenden Modellparametern übereinzubringen. Dies beinhaltet auch die Partitionierung des modellierten Systems in unterschiedliche Bereiche. Als generelle Regel genügt es, das gesamte System als PWM-averaged zu modellieren, das bedeutet eine Mittelung des hochfrequenten PWM-Trägersignals sowie eine Ausblendung von PWM-Ripple oder höherfrequenten Störanteilen in Spannungs- oder Stromsignalen. Das Systemmodell ist in logische Blöcke partitioniert. Jeder Block ist weiter unterteilt. Jeder Unterblock hat ein geeignetes Modellierungskonzept (Tabelle 1). Der Block „User Commands“ ist in dieser Liste nicht enthalten. Die Benutzerbefehle (User Commands) werden im C-Code als globale Parameterstrukturen in den Core-Algorithmus eingebunden. Damit das korrekt abläuft, müssen diese Befehle im Simulink-Algorithmus als global veränderliche Parameter definiert sein. PFC-Controller-Konfiguration und -Monitoring 3032 2149 7,1 % Einstellungen zur Code-Erzeugung Peripherie der Benutzer schnittstelle (UART, LCD) 1484 5055 9% System (Kernel, Zustands automat, Startup) und mehr 1192 1364 3,5 % Per Auto-Code erzeugter Algorithmus 5656 5022 14,7 % Treiber, Bibliotheken und mehr 21.596 19.737 56,7 % Gesamt 36.768 36.112 72.880 (100 %) Tabelle 2: Größen von Code-Modulen. Code [Byte] Module 42 elektronik industrie 08/2015 Daten [Byte] Gesamt Maximale Code-Portabilität und einfache Wartung lassen sich durch Einstellung der automatischen Code-Erzeugung als nichttarget-spezifisch erreichen; abgesehen von den Basiseinstellungen wie Typ-Größe, Byte-Ordering und weiteren. Mathworks bietet prozessorspezifische Code-Erzeugungsmodule an, welche Prozessorperipherie und Treiber direkt ansprechen können. Während diese Möglichkeit für einige Anwendungen attraktiv sein mag, liegt der Nachteil jedoch im unhandlichen, weniger portawww.elektronik-industrie.de blen Code. Zudem bedeuten alle Änderungen an Gerätetreibern oder in der Peripheriekonfiguration (beispielsweise eine neue Prozessorvariante) Änderungen am Code. Daher ist im hier präsentierten Entwurfsbeispiel die CodeErzeugung ausschließlich auf den Steuerungsalgorithmus beschränkt. Für sämtliche Peripheriefunktionen gibt es SimulinkModelle; sie werden im Hauptanwendungsprojekt von Hand codiert beziehungsweise eingebunden. FPG7 Geschlossener Sicherungshalter für SMD-Montage Sprachdialekte von C89/90 und C99 Ein weiterer Faktor im Hinblick auf die Software-Effizienz ist der verwendete Sprachdialekt der Hochsprache C. Zwei übliche Dialekte, die von den meisten Code-Erzeugungstools und Embedded-Workbenches unterstützt werden, sind C89/90 und C99. In erster Linie ist es wichtig, dass alle Tools den gleichen Dialekt nutzen. Falls zum Beispiel die Embedded-Workbench so konfiguriert ist, dass Code entsprechend C99 erstellt wird, müssen auch die automatischen Code-Erzeugungstools Code entsprechend des Standards C99 generieren. Andernfalls kann dies zu einer wesentlich reduzierten Leistungsfähigkeit der Software führen, im ungünstigsten Fall sogar zu unbeabsichtigten Funktionen der Software. Ein anderer wichtiger Faktor ist die Festkomma-Darstellung im Gegensatz zu Gleitkomma. Beide Codierungsdialekte unterstützen Festkomma. In diesem Fall ist die Wahl des Dialekts unerheblich, solange alle Tools den gleichen Dialekt nutzen. Werden jedoch Gleitkommatypen genutzt, wird die Wahl des C-Dialekts wesentlich wichtiger. C89/C90 unterscheidet nicht zwischen Single- und DoublePrecision-Gleitkomma. Falls der Code auf einem Prozessor laufen soll, der Double-Precision unterstützt, ist das akzeptabel. Bei einem Prozessor, der lediglich Single-Precision unterstützt, wie beispielsweise ein ARM Cortex-M4, macht die Unterscheidung einen großen Unterschied. In diesem Fall ist sicherzustellen, dass das Auto-Code-Generation-Tool sowie die Embedded-Workbench den Dialekt C99 nutzen. - Resistent gegen Vibrationen - Erfüllt erhöhte Glühdrahtfestigkeit nach IEC 60335-1 - Geeignet für Medizin- und Industrieanwendungen schurter.com/gs LEISTUNGSSTÄRKE DURCH PARTNERSCHAFT SEIKA ELECTRIC CO., LTD. Details und Hintergrundinfos in der Langversion Die genaueren Hintergründe und Details finden Sie in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT 803ei0815 auf www.allelectronics.de, die auch 15 Bilder enthält. (jwa/av) ■ Autoren Dara O’Sullivan System Application Engineer in der Motor and Power Control Group bei Analog Devices in Cork/Irland. passiv + elektromechanisch Das komplette Lieferprogramm finden Sie auf unserer Homepage www.nova-elektronik.de Jens Sorensen System Application Engineer bei Analog Devices in Wilmington/MA (USA). Aengus Murray Motor and Power Control Applications Manager bei Analog Devices in Costa Mesa/Kalifornien. infoDIREKT www.elektronik-industrie.de BAUTEILE NOVA Elektronik GmbH Sachsstrasse 6 D-50259 Pulheim Tel : +49 (0) 22 34 9 84 17 - 0 Fax : +49 (0) 22 34 9 84 17 - 19 E-Mail : [email protected] 803ei0815 Analog-/Mixed-Signal-ICs Das hochintegrierte Sensorschnittstellen-AnalogFrontend XR10910 vereinfacht die Aufbereitung von Sensordaten. Saubere Signale Hochintegriertes Sensorschnittstellen-Analog-Frontend Analogsignale verstärken, filtern und digitalisieren ist keine triviale Aufgabe, speziell wenn die Kleinsignale von Sensoren stammen. Zwischen einer rein diskreten Lösung und einem kompletten Datenverarbeitungsbaustein Autorin: Debbie Brandenburg siedelt Exar seine Sensorschnittstellen-ICs mit ausgeklügeltem Analog-Frontend an. S ensoren kommen in zahlreichen Consumerund Industrieanwendungen zum Einsatz, von Mobiltelefonen und Tablets über die Abstandsmessung, Bildverarbeitung bis hin zur Prozessmesstechnik. Viele dieser Systeme enthalten mehrere Analogsensoren. Diese erfassen und messen Druck, Temperatur, Kraft, Position, Licht, Schall, Geschwindigkeit, Wärme und andere physikalische Größen. Überraschend viele Sensoren Die Anzahl der Sensoren, die sich in den gängigen Geräten in einem Haushalt findet, ist überraschend hoch. Waschmaschinen sind heute zum Beispiel mit Sensoren ausgestattet, die folgende Größen erfassen: Motorstrom, Trommeldrehzahl, Wasserstand/-fluss/- Eck-Daten • Integrierter MUX, DAC, PGA und LDO vereinfachen die Aufbereitung von Sensordaten mit dem XR10910 • Mehr Flexibilität als höher integrierte AFEs • Geringere Stromaufnahme als höher integrierte oder diskrete Lösungen • Einfach nutzbare I C-Schnittstelle • 6 × 6 mm großes QFN-Gehäuse • Hohe Kanalzahl vereinfacht das Board-Layout und spart Platz 2 2 44 elektronik industrie 08/2015 temperatur, Unwucht, Tür offen/geschlossen und sogar Berührungssensoren für die Programmsteuerung. Hocheffiziente Toploader-Waschmaschinen bestimmen sogar den Wasserstand für jede Ladung – abhängig vom Gewicht der Wäsche. Analog-Waschprogramm Analogsensoren erzeugen ein elektrisches Signal, das in der Regel sehr klein und störbehaftet ist. Sensoren sind nie gleich: jeder Sensor weist sein eigenes Rauschverhalten auf und fügt seinen eigenen Offset in den Signalpfad mit ein. Die Systemkalibrierung, die Unterscheidung zwischen Signal und Rauschen und die Verstärkung sind daher entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Endsystems. Zwischen dem Analogsensor und der digitalen Signalverarbeitung (DSP) befindet sich eine wichtige Schnittstelle, die das elektrische Signal aufbereitet und sicherstellt, dass es im Verarbeitungsbereich des nachfolgenden A/D-Wandlers (ADC) liegt. In Industrieanlagen kommen heute zahlreiche Sensoren und Sensorarten zum Einsatz, die noch größere Anforderungen an die Aufbereitung von Sensordaten stellen. Systeme mit mehreren Sensoren erforwww.elektronik-industrie.de Analog-/Mixed-Signal-ICs dern verschiedene Kalibrierungen und Verstärkungen, um die Sensorsignale entsprechend zu verarbeiten und sie an den ADC weiterzuleiten. Der zunehmende Einsatz von Sensoren in Elektronikeinrichtungen erhöht auch die Nachfrage nach vielseitigeren, kostengünstigeren Sensorschnittstellen. 16:1-Sensorschnittstellen-AFE Bild 1: Blockdiagramm des Sensorschnittstellen-Analog-Frontends XR 10910. Bilder: Exar Die Sensorschnittstelle XR10910 enthält einen differenziellen 16:1-Multiplexer, einen programmierbaren Instrumentenverstärker, einen 10-Bit-OffsetKorrektur-DAC (D/A-Wandler) und einen LDO (Low-Dropout-Regler). Die Funktionen des XR10910 werden über eine I 2C-Schnittstelle gesteuert. Damit steht die Leistungsfähigkeit und Funktionalität zur Diskret oder integriert Verfügung, um heutige Mikrocontroller oder FPGAs Zum Aufbereiten von Sensordaten sind diskrete mit Embedded-ADCs zu unterstützen. Bild 1 zeigt Lösungen möglich, die mehrere Bausteine verwendas Blockdiagramm des XR10910. den. In vielen Fällen bieten diese diskreten SensorDank des Multiplexers unterschnittstellen aber weder eine stützt der XR10910-Baustein 16 variable Verstärkung noch einen „Die hohe Funktionsdifferenzielle Ausgangssensoeinstellbaren Offset für jeden dichte ergänzt moderne ren. Jeder Sensor, der an den Sensoreingang. Zudem verbrauBaustein angeschlossen ist, chen sie viel Strom, benötigen kostengünstige MCUs.“ weist seinen eigenen Offset mehr Platz und eine längere Dale Wedel, Vice President HighPerformance Analog Products bei Exar. auf, der bei fehlender KalibrieEntwicklungsdauer als eine rung die Empfindlichkeit und integrierte Lösung. Gesamtleistungsfähigkeit des Sensorsystems verIntegrierte Sensorschnittstellen-Analog-Frontends ringern kann. Der integrierte DAC führt einen Offset (AFEs) stehen von zahlreichen Anbietern zur Verfüin den Instrumentenverstärker ein, um die von den gung. Die meisten Lösungen enthalten einen ProzesSensoren erzeugte Offset-Spannung zu kalibrieren. sor, der umfangreiche Algorithmen berechnen und Für jeden der 16 Kanäle lässt sich ein unabhängiger Speicherschutz enthalten kann, was in den meisten Offset einstellen. Anwendungen aber gar nicht erforderlich ist und die Der programmierbare Instrumentenverstärker Kosten erhöht. Das Sensorschnittstellen-AFE XR10910 bietet acht wählbare Verstärkungen von 2 V/V bis von Exar bietet hingegen eine kostengünstige integ760 V/V, um das Signal derart zu verstärken, dass es rierte Lösung mit hoher Kanalzahl und Funktionaliin den Eingangsbereich des nachfolgenden ADC tät auf kleinstem Raum, die sehr wenig Strom verfällt. Der XR10910 enthält auch einen LDO, der eine braucht. Die Funktionsvielfalt des XR10910 erhöht im geregelte Spannung zur Versorgung der Sensoren Vergleich zu anderen diskreten AFE-Lösungen die bereitstellt. Der Baustein arbeitet zwischen 2,7 und Designflexibilität. 1 www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 08/2015 45 Analog-/Mixed-Signal-ICs 3 2 Bild 2: Das Diagramm des Eingangsspannungsrauschen über der Frequenz (bei G = 760) zeigt, dass der Wert etwa bei 35 nV/√Hz liegt. Bild 3: Spannungsrauschen bezogen auf das Eingangssignal von 0,1 bis 10 Hz (RTI: Referenced to the Input). Bild 4: Mit dem XR10910 lässt sich eine 16:1-Brückensensor-Schnittstelle realisieren. lasteten Brücke ist idealerweise Null (VO+ und VOsind identisch). Jedoch führen ungenaue Widerstandswerte zu einer Differenz zwischen VO+ und VO-. Diese Brückenoffsetspannung kann sehr groß sein und zwischen den Sensoren variieren, was die Systemgenauigkeit verringert. Der XR10910 kalibriert Geringes Grundrauschen den Brückenoffset bei jedem der 16 Brückensensoren, Exars AFE bietet 14-Bit-Signalpfad-Linearität und ein die den integrierten DAC nutzen. Der XR10910 ist geringes Spitze-Spitze-Rauschen (2 µV PP bei G = 760) damit eine einfache Lösung zur Anbindung von bis sowie ein geringes Eingangsspannungsrauschen zu 16 Brückensensoren. Mit nur 457 (35 nV/√Hz bei G = 760, Bild 2 und 3). µA Stromaufnahme und nur 36 mm 2 Das niedrige Rauschen des XR10910 „Die Sensor ermöglicht zusammen mit dem gerinPlatzbedarf ist er laut Hersteller die schnittstelle gen Bias-Strom (100 pA maximal) den branchenweit kleinste und stromspabietet eine Anschluss verschiedener Sensoren und rendste Schnittstelle für 16 Brückenkleine Stell passt daher zu 3- bis 5-V-/16-Bit-ADCs. sensoren. fläche.“ Viele Kraft- und Drucksensoren nutzen ein Widerstandselement, das als Der erste Baustein seiner Art Dale Wedel, VP HighPerformance Analog Wheatstone-Brücke aufgebaut ist und Der XR10910 ist der erste Baustein Products bei Exar. als Dehnungsmessstreifen (DMS) einer neuen Serie einfach einsetzbarer dient. Die Widerstandselemente in der Sensorschnittstellen-ICs von Exar. Er Brücke ändern ihren Widerstand entsprechend der füllt die Lücke zwischen weniger funktionsreichen mechanischen Belastung. DMS kommen bei der Kraftdiskreten Lösungen und Einchip-Sensorschnittstelund Druckmessung zum Einsatz. Der XR10910 ist len-AFEs, die komplexe und damit auch teure Proeine einfach einsetzbare Sensorschnittstelle zwischen zessoren oder DSP-Kerne zur Signalverarbeitung entmehreren Brückensensoren und einem ADC/MCU halten. Der XR10910 bietet mehr Kanäle, eine gerinoder FPGA (Bild 4). gere Stromaufnahme und benötigt weniger Platz als Brückensensoren erzeugen ein differenzielles Ausdie anderen beiden Varianten. gangssignal (VO+ und VO-). Der Ausgang der unbeSensoren und Sensortechnik werden immer mehr in heutige Elektronikprodukte integriert. Bausteine zur Aufbereitung von Sensordaten, wie der XR10910, werden daher eine wichtige Rolle bei der Anbindung dieser Sensoren in unserer zunehmend digitalen und funkbasierten Welt spielen. (lei) n 5 V und bietet einen breite Digitalversorgung von 1,8 bis 5 V. Er verbraucht 457 µA Strom und bietet einen Sleep-Modus, der die Stromaufnahme auf nur noch 45 µA verringert. Autorin Debbie Brandenburg Regional Marketing Manager bei Exar in Fremont, Kalifornien. 4 46 infoDIREKT 714ei0815 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de Leistungselektronik Transformatoren und mehr Bedek übernimmt den Exklusivvertrieb von Trafox Der finnische Her steller Trafox ist be kannt für Transforma toren, Drosseln, Filter und Überwachungs anlagen. Bild: Bedek Das Unternehmen Bedek aus Dinkelsbühl ist ab sofort exklusiver Vertriebspartner für die Produkte des finnischen Herstellers Trafox in Deutschland und Österreich. An seinem Firmensitz in Helsinki entwickelt und fertigt Trafox seit über 60 Jahren Hochleistungs-Transformatoren, Drosseln, Filter und Überwachungsanlagen. Trafox und Bedek verfügen gemeinsam über ein umfangreiches und gut sortiertes Produktsortiment, das den international anerkannten Normen und Anforderungen entspricht. Es reicht von kleinen, handgroßen Komponenten bis hin zum Transformator mit mehreren 100 kg Gewicht. Im Einzelnen besteht das Portfolio von Trafox aus den Kategorien Isolationsüberwachung, Transformatoren, Leistungstransformatoren, DU/dt-Filter, Sinusfilter sowie Kompensations- und wassergekühlten Drosseln. Die Produkte werden in den unterschiedlichsten Anwendungen in der Schwerindustrie, den erneuerbaren Energien, im Gesundheitswesen, Bau und Schiffsbau erfolgreich und bewährt eingesetzt. Klein- und Großserien kann der Hersteller Trafox gemeinsam mit den Kunden planen, entwickeln und umsetzen. Bedek übernimmt dabei das Projektmanagement. Das Vertriebsunternehmen kann hier auf eine über 40-jährige Erfahrung zurückgreifen. In Dinkelsbühl entsteht derzeit ein umfangreiches Lager für eine noch höhere Produktverfügbarkeit und daraus resultierendem schnelleren Versand. Ein Großteil der Produktpalette wird ab Ende 2015 auch über den Onlineshop erhältlich sein. (lei) n infoDIREKT 713ei0815 Kernaufgabe Neues Pulvermaterial für Magnetkerne www.elektronik-industrie.de KDM Magnetic Powder hat ein neues Pulvermaterial für Magnetkerne entwickelt: Nanodust. Bild: Manz Electronic Systeme KDM Magnetic Powder Cores (Vertrieb: Manz Electronic Systeme) hat eine neue Generation von Pulvermaterial entwickelt: Die Nanodust-Kerne zeichnen sich durch eine hervorragende DC-Charakteristik und geringe Kernverluste aus. Nanodust-Kerne haben eine Sättigungsdichte von 13.000 Gs. Sie sind mit einer Permeabilität in verschiedenen Abstufungen erhältlich, von 26 bis 125 µ, in Kerngrößen von 6,35 bis 132 mm. Den neuen Kerntyp bietet KDM in zwei Ausführungen an, als KAM- und KAHSerie. Die KAM-Serie hat eine ähnliche Verlustkurve wie die von MPP-Kernen (Magnetics Moly permalloy Powder), während die KAH-Serie eine kostengünstige Alternative zu den bekannten High-Flux-Kernen darstellt. Ebenso sind Nandust-Kerne ein möglicher Ersatz zu den amorphen Pulverkernen und eliminieren das Frequenzrauschen. Die beiden Serien K AM und K AH zeichnen sich durch eine hervorragende Temperaturstabilität aus. KDM produziert des weiteren auch Eisenpulver-Kerne, MPP-, High-Flux-, Sendust-, Si-Fe- und Neu-Flux-Kerne sowie Pot- und Block- Spezialkerne nach Kundenspezifikation. Das Unternehmen Zhejiang NBTM Kade Magnetoelectricity (KDM) wurde im Jahr 2000 gegründet und befindet sich im Norden von Hangzhou, nur 150 km von Shanghai entfernt. KDM verfügt über 40.000 m 2 Produktionsfläche und beschäftigt 450 Mitarbeiter. (lei) n infoDIREKT 704ei0815 elektronik industrie 08/2015 47 Leistungselektronik Power fest im Griff Design von Schaltnetzteilen modellieren und Schleifen kompensieren Alle Bilder: Linear Technology Die elektronik industrie erklärt die grundlegenden Konzepte und Methoden der Modellierung kleiner Signale von Schaltnetzteilen und der Entwicklung ihrer Schleifenkompensation. Als typisches Beispiel dient dabei der Abwärtswandler, wobei die Konzepte aber auch Autor: Henry Zhang für andere Topologien nutzbar sind. D ie Entwicklung der Schleifenkompensation einer Stromversorgung gilt besonders bei unerfahrenen Stromversorgungsentwicklern als eine schwierige Aufgabe. Ein praktisches Kompensationsdesign umfasst viele Wiederholungsschritte zur Justierung der Kompensationskomponenten. Dies ist in einem komplexen System, dessen Versorgungsbandbreite und Stabilitätsmarge von mehreren Faktoren beeinflussbar ist, nicht nur sehr zeitaufwendig sondern auch ungenau. Identifizieren des Problems Ein gut entwickeltes Schaltnetzteil muss ruhig sein – und zwar sowohl akustisch als auch elektrisch. Ein unterkompensiertes System kann zu instabilem Betrieb führen. Typische Symptome einer instabilen Stromversorgung sind zum Beispiel hörbares Surren von magnetischen Komponenten oder von Keramikkondensatoren, Jitter in den Schaltsignalformen, Oszillieren der Ausgangsspannung oder Überhitzen der Leistungs-FETs. Es gibt jedoch neben der Schleifenregelung noch diverse weitere Ursachen unerwünschter Oszillation, die allerdings für den unerfahrenen Stromversorgungsentwickler auf dem Oszilloskop leider alle gleich aussehen. Bild 1 zeigt die typischen Signalformen eines Ausgangs und Schaltknotens einer instabilen abwärts wandelnden Stromversorgung. Bei Schaltnetzteilen (SMPS) wie Abwärtswandlern (Bild 2) lässt sich ein instabiler Betrieb aufgrund ungenügender Schleifenkompensation einfach mithilfe eines Kondensators nachweisen, der die Schleifenbandbreite begrenzt. Im Strom- modus genügt ein 0,1-µF-Kondensator zwischen dem Ausgangspin ITH des Rückkoppel-Fehlerverstärkers und Masse, im Spannungsmodus zwischen Ausgangspin des Verstärkers und dem Rückkopplungspin. Wird das Ausgangssignal der Stromversorgung stabil, lässt sich das Problem voraussichtlich mit der Schleifenkompensation lösen. Ein überkompensiertes System ist normalerweise stabil, hat jedoch eine geringe Bandbreite und ein langsames Einschwingverhalten. Eine übermäßige Ausgangskapazität erhöht Kosten und Ausmaße der Stromversorgung insgesamt. Zur genaueren Betrachtung ist eine Beschreibung mit diversen Formeln notwendig – und genau solch einen tieftechnischen Beitrag finden Sie in deutscher Sprache in der Langversion per infoDIREKT. Kleine Signale modellieren Ein Schaltnetzteil (SMPS) wie der Abwärtswandler in Bild 3 besitzt abhängig vom Ein-/Aus-Zustand seiner Steuerschalter üblicherweise zwei Betriebsarten. Deshalb ist diese Stromversorgung ein zeitveränderliches nichtlineares System. Zur Analyse und Entwicklung der Kompensation mit konventionellen linearen Regelmethoden dient ein gemitteltes lineares Modell eines Kleinsignals; hierzu dienen Linearisierungstechniken für die SMPSSchaltung rund um den Betriebspunkt des Dauerzustands. Modellierungsschritt 1: Ändern in ein zeitinvariantes System Bild 1: Typische Signalformen der Ausgangsspannung und Schaltknoten eines instabilen Abwärtswandlers. 48 elektronik industrie 08/2015 Sämtliche SMPS-Topologien besitzen eine t y pische PW M-Schaltzelle mit drei Abschlüssen, die einen aktiven Regelschalter (Transistor Q) und den passiven Schalter (Diode D) enthält. Für einen besseren Wirkungsgrad lässt sich die Diode D durch einen synchronen FET ersetzen. www.elektronik-industrie.de Leistungselektronik Eck-Daten Die Entwicklung der Schleifenkompensation für Schaltnetzteile sehen Entwickler häufig als anspruchsvolle Aufgabe. Für Anwendungen mit schnellen Transienten ist es sehr wichtig, eine Stromversorgung mit einer hohen Bandbreite und ausreichend Stabilitätsmarge zu entwerfen. Dies ist üblicherweise ein zeitraubender Prozess. Dieser Beitrag erklärt die Schlüsselkonzepte, die den Systemingenieuren dabei helfen, diese Aufgabe zu verstehen. Das Entwicklungswerkzeug LTpowerCAD von Linear Technology kann dabei die Entwicklung und Optimierung der Stromversorgungsschleife wesentlich vereinfachen. Die Spannungsversorgung am aktiven Anschluss a liefert den im Tastverhältnis d geschalteten Eingangsstrom iSW. Liegt der passive Anschluss p auf Schaltungsmasse, dann liegt an der Diode D die mit d getak tete Versorgungsspannung an. Der gemein same Ausgang c ist mit einer Stromquelle beziehungsweise -senke verbunden; im Abwärtswandler ist dies die Speicherin duktivität. Mithilfe der Mittelwert-Modellierungs methode lässt sich das zeitveränderliche Schaltverhalten des Schaltnetzteils in ein zeitinvariantes System umwandeln. In der PWM-Zelle wird der aktive Schalter Q in eine gemittelte Stromquelle abgeändert, der passive Schalter (die Diode D) in eine gemittelte Spannungsquelle. Bild 4 zeigt den gemittelten Schaltstrom Q = d · i L sowie die gemittelte Schaltspannung D = d · Vap. Die Mittelwertbildung erfolgt über die Schaltperiode TS mit dem Tast verhältnis d. Da die entstandene Strom- und Spannungsquellen zwei Variablen enthal ten, ist das System noch immer nicht linear. Modellierungsschritt 2: Modellieren eines linearen AC-Kleinsignals Das erweiterte Produkt der zwei Variablen liefert das Modell des linearen AC-Klein signals. Wie dies detailliert geschieht, erfahren Sie in der Langversion dieses Bei trags. Fest steht, dass sich der Abwärts wandler mithilfe dieser Zweischritt-Model lierungstechnik als einfache Spannungs quelle V IN gefolgt von einem LC-Filternetz werk zweiter Ordnung darstellen lässt. Basierend auf der Linearschaltung in Bild 5, in der das Regelsignal der Arbeits takt d und das Ausgangssignal die Aus www.elektronik-industrie.de Bild 2: Beispiel für einen typischen Abwärtswandler wie den LTC3851, LTC3833 oder LTC3866. Bild 3: Ein DC/DC-Abwärtswandler und seine beiden Betriebsarten innerhalb einer Schaltperiode TS. gangsspannung darstellen, kann der Abwärtswandler auch mit der Übertra gungsfunktion Arbeitstakt zu Ausgang (Duty-to-Output) im Frequenzbereich beschrieben werden. Diese Übertragungs funktion zeigt, dass die Leistungsstufe des Abwärtswandlers ein System zweiter Ord nung mit zwei Polen und einer Nullstelle im Frequenzbereich ist. Der Ausgangs kondensator C generiert zusammen mit seinem äquivalenten Reihenwiderstand (ESR) rC die Nullstelle sZ_ESR, während die Speicherinduktivität L und der Konden sator C des Ausgangsfilters die resonanten Doppelpole Omega0 erzeugen. Die Lage der Pol- und Nullstellen im Bode-Diagramm ist stark abhängig von der Ausgangskapazität und ihrem ESR. Sie spiegeln das Kleinsignalverhalten der Leistungsstufe des Abwärtswandlers wie der. Bei kleiner Ausgangskapazität bezie hungsweise sehr kleinem ESR kann die ESR-Nullfrequenz sehr viel höher sein als die Resonanz-Polfrequenz. Die Phasen verschiebung der Leistungsstufe nähert sich dann an -180°, womit die Ausgangs regelung instabil wird und die Schleife schwer zu kompensieren ist. Kleinsignal-Modell des Aufwärtswandlers Bild 6 illustriert die Kleinsignal-Modellie rungsmethode für den Aufwärtswandler und die Überführung in seine lineare ACKleinsignal-Modellschaltung. Die Über tragungsfunktion des Aufwärtswandlers ist ebenfalls ein System zweiter Ordnung mit L/C-Resonanz. Anders als der Abwärts elektronik industrie 08/2015 49 Leistungselektronik sationsnetzwerk nötig. Die Typ-III-Kompensation ist noch komplizierter, da sie sechs R/C-Werte benötigt. Es ist eine Zeit raubende Aufgabe, die optimale Kombination dieser Werte herauszufinden. Weitere Details hierzu finden Sie in der Langversion des Beitrags. Unterstützung für Entwickler Bild 4: Der erste Modellierungsschritt ist das Ändern der PWM-Schaltzelle mit drei Abschlüssen in gemittelte Strom- und Spannungsquellen. Bild 5: Umwandeln eines Abwärtswandlers in eine gemittelte lineare AC-Kleinsignalschaltung. wandler hat der Aufwärtswandler zusätzlich zum COUT ESR Zero noch eine RightHalf-Plane Zero (RHPZ). Die RHPZ verursacht eine erhöhte Verstärkung aber eine kleinere (negative) Phase, wobei RHPZ abhängig vom Arbeitstakt und Lastwiderstand variiert. Da der Arbeitstakt eine Funktion der Eingangsspannung ist, verändert sich die Übertragungsfunktion des Aufwärtswandlers auch mit der Eingangsspannung und dem Laststrom. Bild 7 zeigt, dass bei kleiner Eingangsspannung und großer Last IOUT_MAX der RHPZ bei seiner kleinsten Frequenz liegt und eine signifikante Phasenverzögerung verursacht. Dies macht es schwierig, einen Aufwärtswandler mit großer Bandbreite zu entwickeln. Als allgemeine Regel für eine gesicherte Schleifenstabilität gilt, die Bandbreite eines Aufwärtswandlers bei weniger als einem Zehntel seiner kleinsten RHPZ-Frequenz zu dimensionieren. Auch andere Topologien, wie der positiv-zunegative Auf-/Abwärtswandler, Flyback(Sperrwandler, isolierter Auf-/Abwärtswandler), SEPIC und CUK-Wandler haben 50 elektronik industrie 08/2015 einen unerwünschten RHPZ und können nicht für Lösungen mit hoher Bandbreite und schnellem Einschwingen entwickelt werden. Um die Entwicklung des Schaltnetzteils zu vereinfachen und zu automatisieren, hat Linear Technology das Entwicklungswerkzeug LTpowerCAD kreiert, das kostenfrei unter www.linear.com/LTpowerCAD zum Download zur Verfügung steht. Dieses Werkzeug hilft dem Anwender bei der Auswahl seiner Stromversorgungslösung, bei der Auswahl der Komponenten für die Leistungsstufe, beim Optimieren des Wirkungsgrads und beim Dimensionieren der Schleifenkompensation. Für die vorgegebene Leistungsstufe kann der Anwender die Pol- und Nullstellenorte (Frequenzen) platzieren und nach Programmanleitungen reale R/C-Werte ermitteln sowie die gesamte Schleifenverstärkung und das Regelungsverhalten unter Last in Echtzeit überprüfen. Anschließend lässt sich das Design auch in eine LTspice-Simulationsschaltung exportieren, um das Regelungsverhalten zu simulieren. Rückkoppelschleife mit Regelung im Spannungsmodus Die Ausgangsspannung lässt sich mit einem geschlossenen RückkopplungsSchleifensystem regeln. Eine erhöhte Ausgangsspannung VOUT bewirkt über den Rückkoppelfehlerverstärker eine verringerte Einschaltdauer d und damit ein Absinken von VOUT, bis V FB = V REF erreicht ist. Das Kompensationsnetzwerk des Fehler-OPVs kann ein Rückkopplungsnetzwerk des Typs I, II oder III sein. Zur Regelung der Ausgangsspannung gibt es nur eine Regelschleife, sodass die Regelung im Spannungsmodus erfolgt. Die beiden Bausteine LTC3861 und LTC3882 sind typische abwärts regelnde Controller mit Spannungsmodus. Um einen PWM-Wandler im Spannungsmodus zu optimieren, ist üblicherweise ein kompliziertes Typ-II-Kompen- Bild 6: Modell der AC-Kleinsignalschaltung eines Aufwärtswandlers. www.elektronik-industrie.de Leistungselektronik Bild 7: Die Übertragungsfunktion des Kleinsignals abhängig vom Arbeitstakt zu VO (duty to VO) der Leistungsstufe eines Aufwärtswandlers variiert mit VIN und der Last: Links die Verstärkung, rechts die Phase als Funktionswert. Stromschleife für die Regelung im Strommodus Die einfache Schleifensteuerung im Spannungsmodus hat mehrere Einschränkungen. Sie erfordert ein kompliziertes Typ-III-Kompensierungsnetzwerk. Das Schleifenverhalten kann mit den streuenden Bauteilparametern und parasitären Effekten der Ausgangskondensatoren signifikant variieren; dies betrifft insbesondere die Impedanz des Kondensator-ESRs und die Leiterbahnen auf der Baugruppe. Eine zuverlässige Stromversorgung benötigt auch eine schnelle Überstrom-Schutzfunktion, die wiederum eine schnelle Stromfühlmethode und schnelle Schutzkomparatoren haben muss. Für Hochstromanwendungen, die das Parallelschalten mehrerer Phasen erfordern, ist ein zusätzliches Stromverteilungsnetzwerk nötig. Die Ergänzung eines internen Stromfühlpfades und einer Rückkoppelschleife zum Wandler im Spannungsmodus macht aus ihm einen Wandler im Strommodus. In einem typischen Abwärtswandler im Spitzenstrommodus schaltet der interne Takt den Regel-FET auf der Strom führenden Seite (topside) ein. Sobald danach das gemessene Spitzenspulenstromsignal die ITH-Pin-Spannung VC des Verstärkers erreicht, wird der Top-FET wieder ausgeschaltet. Konzeptuell macht die Stromschleife die Speicherinduktivität zu einer geregelten Stromquelle. Somit wird die Leistungsstufe mit geschlossener Stromschleife zu einem System erster Ordnung anstatt zu einem System zweiter Ordnung mit L/C-Resonanz. Als Ergebnis reduziert sich die die von den Polen der Leistungsstufe hervorgerufene www.elektronik-industrie.de Phasenverzögerung von 180° auf nur mehr rund 90°. Eine geringere Phasenverzögerung vereinfacht die Kompensation der äußeren Spannungsschleife wesentlich. Auch reagiert die Stromversorgung dadurch weniger empfindlich auf Variationen der Ausgangskondensatoren oder der Induktivität. Das Spulenstromsignal lässt sich direkt an RSENSE oder indirekt über die Spulenwindung DCR oder den RDS(on) des FET messen. Alle diese Methoden bieten mehrere weitere wichtige Vorteile der Regelung im Strommodus. Das System hat eine exaktere und schnellere Strombegrenzung unter Überlast oder der Sättigung des Spulenstroms, da der Spulenstrom von Zyklus zu Zyklus gemessen und von der Ausgangsspannung des Verstärkers begrenzt wird. Der Einschaltspulenstrom wird während des Einschaltens oder bei Eingangsspannungsspitzen ebenfalls genau geregelt. Bei der Parallelschaltung mehrerer Wandler/Phasen zur Strommodusregelung ist es sehr einfach, den Strom auf die einzelnen Stromversorgungen zu verteilen, indem man die ITH-Pins des Verstärkers miteinander verbindet, um ein zuverlässiges Poly-Phase-Design zu realisieren. Typische Controller mit Strommodus sind zum Beispiel die Bausteine LTC3851A, LTC3833 und LTC3855. Autor Henry Zhang Section Leader für Power Application Engineering bei Linear Technology infoDIREKT 351ei0815 In der Online-Fassung des Beitrags ist ein PDF mit 33 Seiten enthalten, das alle Schritte zur Schleifenkompensation erklärt und vorrechnet. Bauteile Komponenten & Geräte Halbleiter Solid State Relays by Crydom Details per PDF In der als PDF per infoDIREKT herunterladbaren 33-seitigen Langversion dieses Beitrags erhalten Sie in deutscher Sprache viele detaillierte Informationen zu diesen Themen. Zahlreiche Formeln und viele Bilder erleichtern dabei das Verständnis der komplexen Materie. (jwa/av) ■ u w w w. s c h kat.com S C H U K AT elektronik industrie 08/2015 51 Leistungselektronik GaN-Transistorgehäuse TO-247-Gehäuse verbessert Wirkungsgrad für 600-V-GaN-Transistoren Warum sich ein TO-247-Gehäuse gut für GaN-Transistoren eignet, demonstriert Transphorm mit Messreihen an realen PFC-Schaltungen. Die Halbleiter schalten 600 V in wenigen Nanosekunden bei Verlustleistung im Wattbereich. Besonders für Wechselrichter bis zu mehreren Autor: Jim Honea Kilowatt wird die GaN-Technologie zunehmend attraktiver. Bild 1b: TransphormKaskodenschaltung mit N-Kanal-HEMT (oben) und steuerndem Niederspannungs-Silizium-MOSFET (unten). Bild 1a: GaN-Transistor TPH3205WS im TO-247-Gehäuse N achdem Transphorm mit den GaN-HEMTs bereits schnellste Schalttransistoren im 600-V- Bereich vorgestellt hat, führt das Unternehmen aus Goleta, Kalifornien nun den HEMT (High-Electron-Mobility-Transistor) in einem TO-247-Gehäuse ein (siehe Bild 1a und 1b). Mit gerade mal 63 mΩ Innenwiderstand kann solch ein GaNTransistor 600 V verlustarm schalten. Wie Schaltungsentwickler mit diesem Bauteil noch höhere Wirkungsgrade erzielen sowie weitere Systemvorteile für ihre Stromumformungsanwendungen nutzen, wird im Folgenden anhand von Tests und Messergebnissen dargestellt. lasswiderstände, robuste Anschlussfahnen und minimale mechanische Beanspruchungen bei der Montage. Besonders wichtig ist die Berücksichtigung unvermeidbarer Gehäuseinduktivitäten für schnell schaltende Leistungsbauelemente. Ein Hauptziel von Transphorm war die Verbesserung der Leistungsfähigkeit in Anwendungen, die einen kontinuierlichen Spulenstrom in wechselnder Richtung erfordern, wie beispielsweise Wechselrichter oder brückenlose Totem-Pole-Leistungsfaktorkorrekturfilter. Grundlegendes Schaltungselement ist hier eine einfache Zwei-Transistor-Halbbrückenschaltung. Verlustleistung einer Halbbrücke Anforderungen an GaN-HEMT Die Integration des GaN-Transistor in einem Standard-TO-247-Gehäuse bietet besondere Vorteile für Leistungsanwendungen. Dazu zählen die direkte thermische Verbindung mit einem Kühlkörper, die Unterbringung größerer Chip-Flächen für höhere Ströme sowie geringere Durch- 52 elektronik industrie 08/2015 Angenommen eine Halbbrückenschaltung soll im Halblastbetrieb eine Leistung von 2,5 kW bei einer Schaltfrequenz von mindestens 100 kHz mit einem Spitzen-Wirkungsgrad von 99 % umwandeln. Eine typische Aufteilung der Verluste wäre beispielsweise 65 % für die Halbleiterelemente und 35 % für die induktiven Bauelemen- te. Das ergibt für die beiden Transistoren eine Verlustleistung von 8,1 W (65 % von 1 % von 1250 W). Bei optimierten Transistoren teilt sich diese Verlustleistung darüber hinaus gleichmäßig auf Leitungsund Schaltverluste auf. Aufgrund thermischer Kriterien liegt der optimale Arbeitspunkt, bei dem Leitungs- und Schaltverluste gleich groß sind, in der Praxis wahrscheinlich oberhalb vom Halblastbetrieb. Wenn wir die 8,1 W Verlustleistung bei halber Last in 5,5 W Schaltverluste und 2,6 W Leitungsverluste aufteilen, und die 5,5 W anschließend durch 100 kHz teilen, ergibt sich eine Ziel-Verlustenergie von 55 µJ pro Schaltzyklus. Die genaue Aufteilung der Verlustleistung hängt zwar von realen Gegebenheiten der Schaltung und Bauteile ab, jedoch vermittelt die vorangegangene Überlegung eine grobe Vorstellung der Anforderungen an die Leistungsschalter. Eine ausführliche Analyse zu GaN-KaskodenSchalter ist in den Quellen [1] bis [3] am Ende dieses Artikels zu finden. Für die hiesige Überlegung genügt jedoch ein relativ einfacher Ansatz, um zu zeigen, ob der Baustein die Zielsetzungen erfüllt. Beim Ausschalten wird die Energie EOSS in der Ausgangskapazität des geschalteten Transistors gespeichert. Diese Energie wird beim Einschalten wieder abgeführt. Eck-Daten Im Industriestandardgehäuse TO-247 bietet Transphorm mit dem TPH3205WS einen HEMT (High-Electron-Mobility-Transistor) auf Basis der GaN-Technologie an. Der Halbleiter schaltet 600 V in wenigen Nanosekunden bei Verlustleistung im unteren Wattbereich. Er erreicht einen Wirkungsgrad bis zu 99 % und eignet sich besonders für hoch effiziente Wechselrichter bis zu mehreren Kilowatt. www.elektronik-industrie.de Leistungselektronik Bild 2a: Einschaltverhalten einer simulierten Halbbrücke zeigt den zeitlichen Verlauf von VDS und ID. Darüber hinaus wird beim Einschalten die Ausgangskapazität des Freilauftransistors über den aktiven Schalter geladen. Im Fall einer linearen Kapazität würde in beiden Fällen die gleiche Energie EOSS abgeführt. Da COSS jedoch nichtlinear ist, wird während des Ladevorgangs eine geringfügig Wichtige Parameter des TPH3205WS • • • • • • • • ID_25C: Dauer-Drainstrom 34 A (bei Tc = 25 °C) VDS: Drain-Source-Spannung 600 V RDS(on): Drain-Source-Durchlasswiderstand 63 mΩ (bei TJ = 25 °C, typisch) Qg: Gate-Gesamtladung 17 nC (bei 10 V) EOSS: Bei COSS gespeicherte Energie 15 µJ (bei 400 V) QOSS: Ausgangsladung 136 nC (bei 480 V) td(on): Einschaltverzögerung 7,2 ns (bei 0...10 V, Rg = 2 Ω, Id = 11 A) Qrr: Speicherladung 138 nC (bei 24 A, 480 V) Bild 2b: Einschaltverhalten einer Vollbrücke zeigt den gemessenen zeitlichen Verlauf von VDS und IL. höhere Energie (ungefähr 2 EOSS) abgeführt. Weitere Verluste entstehen aufgrund der endlichen Zeit, die der Drainstrom des aktiven Schalters benötigt, um auf den Wert des Spulenstrom anzusteigen. Diese Zeit entspricht ungefähr der Einschaltverzögerung, die entsprechende Ladungsenergie beträgt etwa • Eon = ½Vdd · IL · td(on) Die Speicherladung Q rr des Transistors, der den Freilaufstrom führt, trägt ebenfalls zur Verlustleistung bei. Im Fall des Kaskoden-GaN-HEMT ist der größte Teil der Ladung Q rr in der Ausgangskapazität gespeichert, und somit bereits im Term EOSS enthalten. Die geringe Ladung, die in die Body-Diode des Silizium-FET injiziert wird, wird vom geschalteten Transistor abgeführt und trägt zur Verlustenergie • E = Vdd · Qinj bei. Die injizierte Ladung • Qinj = IL · τ ist zum Laststrom proportional, wobei τ eine Zeit in der Größenordnung von 1 ns ist. Die gesamte Schaltenergie pro Zyklus beträgt • Esw = 3EOSS + ½Vdd · IL · td(on) + Vdd · IL · τ Unter Verwendung von EOSS =15 µJ aus dem Datenblatt sowie der Annahme von Vdd = 400 V und I L-ave= 5 A (entsprechend 1250 W/230 VAC), reicht eine Einschaltverzögerung von 8 ns aus, um die gewünschte Schaltenergie Esw von 55 µJ zu erreichen. Zum Vergleich ist in den Parametern oben für den TPH3205WS eine Einschaltverzögerung von 7,2 ns angegeben. Die hier angegebene Analyse ist nur eine Näherung, die zur Angabe der für diese Anwendung erforderlichen Schaltgeschwindigkeit dienen soll. Bei 400 V Schaltspannung und 19 A Laststrom zeigt V DS in der simulierten und in der realen Schaltung eine fast gleiche Flankensteilheit. Bild 2a zeigt den berechneten Sig nalverlauf einer simulierten Halbbrücke, das Oszillogramm einer realen Vollbrückenschaltung ist in Bild 2b dargestellt. Optimierte Kühlung Extrudierte, Druckguss- und Flüssigkeitskühlkörper Riesige Profilauswahl, mit und ohne Clipbefestigung Komplette CNC-Bearbeitung und Oberflächenveredelung Thermische Simulationen und individuelles Kühlkörperdesign CTX Thermal Solutions GmbH · Lötscher Weg 104 · 41334 Nettetal · Tel: +49 2153 7374-0 · Fax: +49 2153 7374-10 · www.ctx.eu · [email protected] Leistungselektronik Bild 3a: Vereinfachtes Schaltbild der Totem-Pole-PFC-Schaltung. Bild 3b: Evaluierungsboards mit TotemPole-PFC-Schaltung. Ergebnisse aus Testschaltungen Um zu zeigen, was mit dem Transistor TPH3205WS tatsächlich erreicht wurde, hat Transphorm Tests für zwei Applikationsschaltungen – einer Totem-Pole PFCSchaltung und einem Einphasen-Wechselrichter – durchgeführt. Die brückenlose Totem-Pole-PFCSchaltung [4] hat in den letzten Jahren als einfache, hocheffiziente Topologie viel Aufmerksamkeit erlangt. Transphorm hat den TPH3205WS auf einem 2,4-kW-Evaluierungsboard dieser Topologie (Bild 3b) getestet. Bild 3a zeigt das vereinfachte Schaltbild dazu. Die Schalter S1 und S2 auf dem Board sind GaN-Transistoren, die Rücken an Rücken auf dem Kühlkörper montiert sind. SD1 und SD2 sind SiliziumMOSFETS, die mit Netzfrequenz (60 Hz) geschaltet werden und nur geringe Leitungsverluste aufweisen. Die Ausgangsspannung beträgt 385 V DC. Der Kühlkörper ist so bemessen, dass ein Betrieb ohne forcierte Luftkühlung möglich ist. Verlustleistung und Wirkungsgrad der Schaltung sind in Bild 4 dargestellt. Transphorm hat den TPH3205WS in einem Einphasen-Vollbrückenwechsel- richtermit 3 kW getestet. Bild 5a zeigt das vereinfachte Schaltbild, Bild 5b die aufgebaute Platine. Der für diese Schaltung gemessene Wirkungsgrad ist in Bild 6 dargestellt. Die Schaltverluste einer einzelnen Halbbrücke stimmen mit der Berechnung aus der Voranalyse überein. Weil bipolares Schalten aufgrund zusätzlicher Schaltverluste der zweiten Halbbrücke den Wirkungsgrad herabsetzt, wurde die Schaltung im Modus unipolares Schalten betrieben. Wie in Bild 6 zu sehen ist, liegen die Spitzen-Wirkungsgrade ziemlich nahe am Bild 4: Wirkungsgrad und Verlustleistung der Totem-Pole-PFC-Schaltung bei niedriger (115 VAC) und hoher (230 VAC) Netzspannung. 54 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de Leistungselektronik Bild 5a: Vereinfachtes Schaltbild des Einphasen-Wechselrichters. Zielwert von 99 %. Die Abweichungen lassen sich durch eine genauere Analyse der Transistoren selbst, sowie durch die Einbeziehung zusätzlicher Verlustfaktoren in der Schaltung erklären. Bei höheren Schaltströmen steigt das Überschwingen aufgrund parasitärer Induktivitäten an, und es empfiehlt sich die Verwendung von RC-Dämpfungsgliedern. Die hier vorgelegten Wirkungsgradwerte stammen in der Tat von Platinen, die ein Dämpfungsglied mit 8 Ω / 44 pF an jedem Transistor enthielten. Diese waren für die getesteten Leistungspegel zwar nicht zwingend erforderlich, die zugehörigen Verluste in den gezeigten Ergebnissen sind jedoch mit inbegriffen. Schlussfolgerung zugänglicher Form bietet. Mit der Bereitstellung eines 600-V-GaN-HEMT in diesem Industriestandardgehäuse kann der Einsatzbereich von GaN-Transistoren auf eine Vielzahl von Anwendungen erweitert werden, darunter PV-Wechselrichter mit Leistungsstufen von einigen hundert Watt (Mikro-Wechselrichter) bis zu mehreren Kilowatt (Zentralwechselrichter für Gebäude). (jwa) n [1] X. Huang, Q. Li, Z. Liu und F. C. Lee, „Analytical loss model of high voltage GaN HEMT in cascode configuration“, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29 (5), S. 2208-2219, Mai 2014 [2] X. Huang, Z. Liu, F. C. Lee und Q. Li, „Characterization and Enhancement of High-Voltage Cascode GaN Devices“, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 62, Nr. 2, Februar 2015 [3] Z. Liu, X. Huang, F. C. Lee und Q. Li, „Package parasitic inductance extraction and simulation model development for the high-voltage cascode GaN HEMT“, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, Ausgabe 4, S. 19771985, April 2014 Bilder: Transphorm Trotz der nicht unproblematischen Gehäuseinduktivitäten hat sich das TO-247 als robustes Gehäuse erwiesen, das die Vorteile der GaN-Technologie in unmittelbar Bild 5b: Evaluierungsboard des Einphasen-Wechselrichters. [4] L. Zhou, Y. Wu und U. Mishra, „True Bridgeless Totem-pole PFC based on GaN HEMTs“, PCIM Europe 2013, 14. - 16. Mai 2013, S. 10171022. Autor Jim Honea, Mitarbeiter bei Transphorm. infoDIREKT802ei0815 Bauteile Halbleiter Komponenten & Geräte Mag Lev ® by SUNON w w w. s c h Bild 6: Wirkungsgrad und Verlustleistung des Einphasen-Wechselrichters. www.elektronik-industrie.de ukat.com S C H U K AT elektronik industrie 08/2015 55 Leistungselektronik 21 µs Reaktionszeit 600 A 50. Kompensationstrom Harmonische kompensieren PFC mit PQSine für Drei-PhasenNetze von 180 bis 528 V Aktive Blindleistungskompensation Oberschwingungen reduzieren und Netzqualität verbessern Immer mehr Lasten im Netz arbeiten nichtlinear. Das hat starke Rückwirkungen auf das Netz, verschlechtert dessen Qualität und stört andere Verbraucher. Die aktiven Harmonischen-Filter im PQSine Autor: Lukas Motta von Epcos beseitigen Netzrückwirkungen zuverlässig. E gal ob Industrieanlage, Bürogebäude, Rechenzentrum Verbrauchern zu Funktionsproblemen. Zum anderen steigt die oder privater Haushalte: Kaum ein elektrischer VerbrauStrombelastung des Neutralleiters, da sich darin Oberschwincher nimmt den Strom noch sinusförmig auf. Beispiele für gungsströme der dritten, neunten, 15., 21. Ordnung und so weinichtlineare Lasten sind Frequenzumrichter in der Antriebstechter addieren. Dies wiederum führt zu unzulässig hohen Blindnik, getaktete Stromversorgungen in Geräten der Informationsströmen. Eine weitere negative Auswirkung ist die Phasenund Kommunikationstechnik sowie zunehUnsymmetrie (speziell beim Betrieb von mend in der Haushaltselektronik. Auch die einphasigen Schaltnetzteilen), die zusätzDer PQSine hat einen Beleuchtungstechnik funktioniert auf Basis lich die Erzeugung von Oberschwingungen neuen Selective-Drivemeist nichtlinearer Stromversorgungen. begünstigt. Darüber hinaus können empControl-Algorithmus findliche Geräte durch Einkopplungen über Daten- oder Versorgungsleitungen in ihrer Störende Schwingungen und erreicht eine ReakFunktion gestört oder beschädigt werden. Die nichtlineare Stromaufnahme führt zu tionszeit von 21 µs. Typische Beispiele dafür sind ProzessrechOberschwingungsströmen, die Verzerrunner in Fertigungsanlagen oder Datenzentren, bei denen falsche gen der Sinusspannung bewirken. Diese Verzerrungen wiederDaten oder Datenverluste enorme Schäden bewirken können. um stören andere Verbraucher (Bild 1). Oberschwingungen sind Klassischer Weise eliminieren passive Bauelemente Oberganzzahlige Vielfache der Grundschwingung – also die der Netzschwingungen direkt am verursachenden Verbraucher. Hierbei frequenz von 50 oder 60 Hz. Sie weisen unterschiedliche Ampist jedoch für jede Harmonische ein entsprechender, gut abgelituden auf und erstrecken sich bis in den oberen Kilohertzbereich. stimmter Saugkreis aus Kapazitäten und Induktivitäten erforOberschwingungen haben eine Reihe negativer Auswirkungen derlich. Diese Lösung ist deshalb nur dann praktikabel, wenn auf die Energiequalität. Zum einen führt die leitungsgebundene ein eingegrenztes Spektrum an Oberschwingungen auftritt. Störaussendung (Electromagnetic Interference, EMI) bei anderen 56 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de Bilder: Epcos Flex-Prototypen & kleine Serien Bild 1: Nichtlineare Lasten erzeugen Oberschwingungen und damit einen unerwünschten nicht-sinusförmigen Stromverlauf. Bild 2: PQSine von Epcos sorgt für eine sinusförmige Stromaufnahme. Oberwellen und Phasenverschiebungen werden per PFC (Power Factor Correction) zuverlässig reduziert. Mit der PQSine-Serie bietet Epcos nun eine Lösung, die viele durch Oberschwingungen und Phasenverschiebungen verursachte Probleme vollautomatisch löst. Dazu wird PQSine parallel zu der Last ans Netz geschaltet, die die Oberschwingungen verursacht (Bild 2). Wirkungsweise des PQSine Herzstück der aktiven Harmonischen-Filter ist ein Controller, der auf einem 32-Bit-DSP basiert und mit einer Abtastrate von 48 kHz arbeitet. Er erreicht eine Reaktionszeit von 21 µs, denn der neu entwickelte SDC-Algorithmus (Selective Drive Control) ist schneller als die herkömmliche FFT (Fast-Fourier-Transformation). Auf Grundlage der in Echtzeit ermittelten Daten wird nun ein Kompensationsstrom aus dem Zwischenkreis des PQSine ins Netz gespeist, der die Nicht-Linearität des Verbraucherstroms ausgleicht (Power Factor Correction, PFC). Die PQSine-Serie ist konzipiert für dreiphasige Netze mit und ohne Neutralleiter bei Spannungen von 200 VAC bis 480 VAC mit Eck-DATEN Die PQSine-Serie von Epcos kompensiert von schaltenden Verbrauchern verursachte Oberschwingungen im Stromverlauf und minimiert Rückwirkungen auf das Stromnetz. Eine dreistufige Ausgangstopologie reduziert Schaltverluste und erreicht einen annähernd sinusförmigen Stromverlauf. Die Geräte arbeiten an Drei-Phasen-Netzen von 180 bis 528 V und erreichen mit kaskadierten 60-A-Modulen einen Kompensationstrom bis zu 600 A. www.elektronik-industrie.de NEU Flexible Leiterplatten: Günstige Preise dank Pool-Produktion Online kalkulierbar • Made in Germany PCB-POOL® ist eine eingetragene Marke der www.pcb-pool.com Leistungselektronik Bild 3: PQSine-Ausführung für Schaltschränke (Mitte), für Wandmontage (links) oder Bodenmontage (rechts). 50/60 Hz. Mit PQSine können Oberschwingungen bis zur 50. Harmonischen (2500 Hz / 3000 Hz) kompensiert werden. Die neuen Filter sind in Schritten von 60 A bis zu einem maximalen Kompensationsstrom von 600 A in einem einzigen Filtersystem kaskadierbar. Flexibilität Ein enormer Vorteil ist der modulare Aufbau von PQSine: Die steckbaren 60-A-Module können schnell ausgewechselt werden. Darüber hinaus lässt sich etwa ein Standschaltschrank mit 180 A Filterleistung schnell um einige 60-A-Module bis zu einer Gesamtleistung von 300 A aufrüsten. Dazu werden die Module einfach in freie Steckplätze des Schaltschranks eingeschoben, dessen Sammelschiene grundsätzlich für Ströme bis 300 A ausgelegt ist. Zur Kontaktierung muss weder geschraubt noch gebohrt werden, da sowohl die Leistungsanschlüsse als auch die Steuerkabel steckbar sind. Bild 3 zeigt unterschiedliche Bauformen des PQSine. Im Gegensatz zur klassischen Blindleistungskompensation, die ausschließlich induktive Lasten kompensiert, können mit PQSine auch kapazitive Blindleistungsanteile kompensiert werden. Neben der hervorragenden Befilterung sorgen die aktiven HarmonischenFilter der PQSine-Serie auch für eine Symmetrierung der Lasten auf alle Phasen. Bei Verwendung von Vier-Leiter-Geräten werden zusätzlich auch Neutralleiterstöme kompensiert. Für die optimierte Zuverlässigkeit sorgt eine Reihe von Selbstüberwachungssystemen. Die wichtigsten sind: Überlastschutz, Abschaltung bei Übertemperatur, Schutz vor Über- oder Unterspannung sowie Lüfterüberwachung. Zur benutzerfreundlichen Eingabe und Ablesung der Daten stehen ein farbiger 7”- und 12,1”-TFT-Touchscreen zur Auswahl. Das Interface unterstützt Protokolle von Ethercat mit 100 MBit/s, USB, Active-Sensor-Bus und Display-Bus. Verlustarme Ausgangstopologie Bild 4a: Dreistufige Ausgangstopologie des PQSine. Viele aktive Filter arbeiten pro Phase am Ausgang mit zweistufigen IGBT-Brücken, ein Konzept das am Drei-Phasen-Netz mit der Ausgangsstruktur von 6-Puls-Frequenzumrichtern vergleichbar ist. Beim PQSine dagegen kommt ein dreistufiges Konzept mit in Summe 12 IGBTs (vier IGBTs pro Phasenstrang) zum Einsatz (Bild 4a). Folge ist eine wesentliche bessere Annäherung an einen sinusförmigen Ausgangsstrom als bei zweistufigen Systemen. Da bei diesem Konzept die IGBTs nur jeweils die halbe Betriebsspannung schalten müssen, reduzieren sich entsprechend auch die Schaltverluste deutlich (Bild 4b). Die aktiven Harmonischen-Filter kompensieren den von Schaltnetzteilen verursachten nichtlinearen Stromverlauf. Jedes Modul erzeugt einen Kompensationsstrom von 60 A, kaskadierbar sind bis zu 600 A möglich. Damit entlastet PQSine das öffentliche Stromnetz wirksam. (jwa) ■ Autor Lukas Motta Director Business Development Power Quality Solutions (PQS) bei TDK Epcos. Bild 4b: Die dreistufige Ausgangstopologie des PQSine reduziert Schaltverluste und erreicht in guter Näherung einen sinusförmigen Ausgangsstrom. 58 elektronik industrie 08/2015 infoDIREKT 801ei0815 www.elektronik-industrie.de Gewinnspiele Gewinn-SPIEL Ineltek verlost sechs Wireless-Connectivity-Kits von Atmel projekte dazu. Auf dem Board ist ein Embedded-Debugger integriert, der neben dem Programmieren und Debuggen des Bausteins mithilfe von Atmels DataGateway-Interface auch Zugriff auf SPI, UART und I2C vom PC aus zulässt. Weiterhin gibt es auf dem Board eine keramische Chip-Antenne, einen SMA-Verbinder für externe Antennen, eine Leuchtdiode, einen Temperatursensor, einen 16-MHz- und einen 32-kHzQuarz. Die Auslosung der Gewinner erfolgt zum 10. September 2015, die Gewinner werden nach Bekanntgabe der Auslosung über ihren Gewinn informiert. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. ATMEGA256RFR2-XPRO Mit diesem Board können Sie Atmels ATMEGA256RFR2-Mikrocontroller evaluieren. Auf dem Single-Chip-Mikrocontroller hat Atmel einen 2,4-GHz-Transceiver integriert, etwa für IEEE802.15.4Anwendungen, mit hervorragendem Link-Budget von 103 dBm. Das Board ist erweiterbar und wird von Atmel Studio unterstützt, es gibt auch viele Beispiel- ATSAMR21-XPRO Mit diesem Kit können Sie Atmels ATSAMR21G18A-Mikrocontroller evaluieren. Dieser 32-Bit-Single- Bild: Ineltek Gewinnen Sie eines von sechs Wireless-Connectivity-Kits von Atmel im Wert von 270 €, gesponsert von Ineltek. Wir verlosen unter allen Teilnehmern je drei Kits der Reihe ATMEGA256RFR2-XPRO und ATSAMR21XPRO. Zur Teilnahme senden Sie eine E-Mail an [email protected] mit der Angabe, welches Kit Sie präferieren. Chip-Microcontroller basiert auf dem ARM Cortex-M0+ mit integriertem 2,4-GHz-Transceiver, zum Beispiel für IEEE802.15.4- und Zigbee-Anwendungen. Weiterhin gibt es auf dem Board einen Embedded-Debugger, eine USBSchnittstelle, Programmierung und Debugging über SWD, vier GPIOs, einen User- und ResetButton, zwei Extension Headers und eine virtuelle COM-PortSchnittstelle. (lei) Einsendeschluss 10.09.2015 infoDIREKT 660ei0815 Gewinn-SPIEL Sechs Sensor-Kits von Magnachip Starterkit mit E-CompassSensor und zwei Digital-HallSensoren Der MXG2320 ist ein präziser digitaler Kompass von Magnachip. Er dient zur Messung des Erdmagnetismus in der X-, Y- und ZAchse. Der Kompass enthält unter anderem magnetische Sensoren, eine Sensor-Treiberschaltung, einen rauscharmen Verstärker und einen 14-Bit-ADC. Das Bauteil unterstützt verschiedene Betriebsarten wie NormalModus, Low-Power-Modus, Einzelmessung oder Selbsttest. Der E-Compass kommt in einem sehr kleinen 8-Pin-WLCSP-Gehäuse mit 1,2 mm Kantenlänge. Der Messbereich beträgt ±4914 µT, www.elektronik-industrie.de Bilder: Ineltek Gewinnen Sie eines von sechs Sensor-Kits von Magnachip gesponsert von Ineltek im Wert von 200 €: Wir verlosen unter allen Teilnehmern drei Kits mit E-Compass- und Digital-Hall-Sensoren sowie drei Kits mit einem Feuchtigkeit-/Temperatur-Sensor. Zur Teilnahme senden Sie bitte eine E-Mail an [email protected] mit der Angabe, welches Kit Sie präferieren. Die Auslosung erfolgt zum 10. September 2015, die Gewinner werden nach Bekanntgabe der Auslosung über ihren Gewinn informiert. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. die Auflösung ist 0,60 µT/LSB. Aufgrund des geringem Strombedarfs von 2 mA bei 100 Hz Messrate eignet sich der E-Compass für alle stationären und mobilen Anwendungen. Anschluss findet das Bauteil über eine I2CSchnittstelle. Der MXM1120 ist ein programmierbarer digitaler Hall-Sensor, mit dem die Annäherung, Entfernung und Polarität eines Magnets festgestellt werden kann. Dazu ist ein unterer und oberer programmierbarer Schwellwert vorhanden. Sobald sich der magnetische Feld innerhalb der beiden Werte befindet, wird ein Interrupt an einem Pin ausgelöst oder man kann das Ereignis über die I2C-Schnittstelle auslesen. Der Messbereich ist von 3,8 bis 61,2 mT einstellbar. Die Stromaufnahme bei 10 Hz Abtastrate beträgt lediglich 18 µA. Der Sensor ist im 9-Pin-WLSCP oder im SO8-Gehäuse verfügbar. Einsendeschluss 10.09.2015 Starterkit mit Feuchtigkeit-/ Temperatur-Sensor Der Feuchtigkeits-/Temperatursensor MXH1100 von Magnachip ist ein Sensor zur Messung der relativen Feuchtigkeit. Er bietet kalibrierte und linearisierte Messwerte in verschiedenen PWM-Formaten und als analoges Ausgangssignal. Jeder Sensor wird individuell kalibriert und getestet. Das Modul kommt im 10-Pin-DFN-Gehäuse mit 3,6 × 2,8 mm2 Größe. Die Stromaufnahme beträgt 0,3 mA bei 5 V Versorgungsspannung. (lei) infoDIREKT 661ei0815 elektronik industrie 08/2015 59 CH-Special BLICKPUNKT SCHWEIZ Härtere Zeiten voraus Entwicklung, Fertigung und Export im Lichte der Währung Wo landet die Schweiz in den nächsten Jahren und welche Probleme kommen auf sie zu? Der Franken ist zu teuer, die Exportindustrie und die Tourismusbranche stöhnen in allen Autor: Jürg Fehlbaum Tonlagen. Eine Standortbestimmung. D en 15. Januar 2015 vergisst kein Schweizer: Die Nationalbank SNB hob an diesem Tag das fixe Kursverhältnis zum Euro auf und sorgte dafür, dass man für einen Euro nur noch 1,05 Schweizer Franken hinblättern muss, statt wie bis anhin CHF 1,20. Dies hat sich bis heute (Stand Mitte Juli 2015) kaum geändert: Die Schweiz wurde für ausländische Kunden auf einen Schlag massiv teurer und die Exportindustrie sowie die Tourismusbranche stöhnen in allen erdenklichen Tonlagen. Fachleute glauben, dass unsere Währung auch in den nächsten Jahren viel zu stark bleiben wird. Gewinner gibt es beim Import und beim Einkauf im Ausland. Viele Zubehörteile kommen jetzt günstiger aus anderen Ländern und dies wirkt sich positiv auf die Kalkulation aus. Allerdings kaufen Schweizer für zirka neun Milliarden Schweizer Franken Esswaren und dergleichen im 60 elektronik industrie 08/2015 umliegenden Ausland – der Einkaufstourismus schwächt den Schweizer Detailhandel. Kommt hinzu, dass es in der Eurozone in vielen weiteren Bereichen brodelt: die Ungewissheit steigt, wie es mit der EU und dem Euro weiter geht. In solchen Situationen bringen reiche Leute aus aller Herren Länder ihr Geld gerne in den sicheren Hafen Schweiz. Alles halb so schlimm? Im industriellen Bereich mögen die Aufträge noch für eine Weile reichen, aber die Marge stimmt vielerorts nicht mehr. Dies ermuntert die Arbeitgeber nicht zu großen Investitionen oder gar zur Erhöhung der Mitarbeiterzahl. Interessant: Der große Schweizer Arbeitgeber im Eisenbahnbereich, Peter Spuhler, befürchtet für Ende Jahr große Schwierigkeiten und äußerte sich www.elektronik-industrie.de CH-Special Zürich Bern Lausanne Wechselkurs für einen Euro 2014 1,20 CHF Wechselkurs für einen Euro 2015 1,05 CHF in der renommierten NZZ-Zeitung sinngemäß: „Der Schweizer Wirtschaft dürften wegen des Franken-Schocks schwerere Zeiten bevorstehen. Nachdem das Schweizer Inlandprodukt im ersten Quartal 2015 um 0,2 % geschrumpft ist, rechne ich mit einer weiteren Verschlechterung der Lage von Quartal zu Quartal. Ich staune immer wieder, wenn Professoren und Konjunkturforscher sagen, es sei alles halb so schlimm! Die Schweizer Maschinen- und Elektroindustrie lebt meiner Meinung nach derzeit von den längerfristigen Aufträgen, die sie 2013 und 2014 gewonnen hat. Folglich ist die Branche immerhin mit einem guten Auftragspolster in diese Krise gestartet.“ Mit Kurzarbeit und Unterstützung des Staates hoffen viele Arbeitgeber, dass es nicht allzu schlimm wird. Der Staat seinerseits wird von der Wirtschaft aufgefordert, eine Regulierungsbremse einzuführen, um die Unternehmen administrativ und finanziell zu entlasten. Produktentwicklung Ein Lichtblick: Es ist trotz allem gut zu wissen, dass die Schweiz zu den innovativsten Ländern weltweit gehört. Der Autor dieser Zeilen hofft, dass die Unternehmen bei den so matchentscheidenden Innovationen aus Spargründen nicht unnötig bremsen. Schweizer Produkte haben weltweit zwar ein gutes Image, aber auch ihren Preis. Manche Firmen sind wegen der hohen Kosten in der Schweiz wahrscheinlich trotzdem gezwungen, Teile ihrer www.elektronik-industrie.de Inlandprodukt im Q1/2015 schrumpft 0,2 % Juni 2015, Exporte in CHF: 17,9 Mrd. Fabrikation ins Ausland auszulagern. Einige Unternehmen taten dies bereits früher, kamen jedoch teilweise bald wieder zurück. Die Arbeitsmoral und das Qualitätsdenken sind eben nicht überall auf der Welt das Gleiche. Bestens ausgebildete und hoch motivierte Mitarbeiter sind ein Trumpf, den man nicht aus der Hand geben sollte. Wegen des hohen Lebensstandards und den hohen Löhnen kommen Spezialisten aus der ganzen Welt sehr gerne zu uns. Wir benötigen diese auch, da wir in vielen Bereichen nicht genug eigenen Nachwuchs haben! Bereits heute stammt jeder vierte Einwohner der Schweiz aus dem Ausland. Gesucht sind vor allem ausgewiesene Fachleute. Alle fragen sich: Wie geht es in Sachen Zuwanderung weiter? In den 50er Jahren hatte die kleine gebirgige Schweiz rund fünf Millionen Einwohner, nun geht es in Riesenschritten Richtung neun Millionen. Wegen der Freizügigkeits-Klausel der EU gerät die Schweiz seit einiger Zeit in Streitereien mit der EU. Der freie Handel mit der EU ist zu wichtig, als dass die Schweiz darauf verzichten könnte. Die EU-Länder mit Deutschland an der Spitze sind mit Abstand unsere besten Kunden. Werden wir eine gute Lösung finden? Die Hoffnung stirbt zuletzt! (lei) ■ Autor Jürg Fehlbaum Freier Journalist aus der Schweiz. elektronik industrie 08/2015 61 CH-Special Bild: kommuniziert hier mit dem FPGA über eine einfache API mit Lese-/Schreibbefehlen, welche die Komplexität des zugrunde liegenden Protokolls versteckt. Sowohl Streaming- wie auch MemoryMapped-Zugriffe über USB 3.0, GBitEthernet und PCI Express werden unterst ützt. Die Kommunikationslösung umfasst eine Software-Bibliothek für C, C++, C# oder Matlab sowie einen IP-Core für das FPGA und läuft unter Microsoft Windows sowie Linux. Die Enclustra FPGA-Manager-IPLösung unterstützt sowohl die StandardFPGA-Module von Enclustra, etwa das auf dem Xilinx Zynq basierende Mars ZX3 im kompakten SO-DIMM-Format oder das mit dem Altera Cyclone V SoC ausgestattete Mercury SA1 mit integriertem Dual-Core ARM Cortex-A9-Prozessor, als auch proprietäre FPGA-Boards. Enclustra GmbH, CH-8005 Zürich c Altra Das uMP-Netzteil liefert hohe Leistung auf kleinstem extraflachem Raum. und einer Bauhöhe von 40 mm seinesgleichen sucht. Bereits nach EN60601-1 3rd Edition geprüft, kann der Hersteller den Ableitstrom auf Kundenwunsch bis auf 70 µA hinunter modifizieren. Spezifikationen: Hohe Leistungsdichte (13,9 W pro Kubikzoll); volle Einhaltung der Medizinalvorschriften EN60601-1 und ITE EN606950; erfüllt auch harsche Industrieumgebung nach MIL-STD-810E; optional spezielle Lackierung der Elektronik möglich; Arbeitstemperatur -40 bis +70 °C; Schock- und Vibrationsresistenz größer 50 G; I2C-Schnittstelle und Überwachung des PFC; an PM-Bus angepasst; ausgeklügelte Steuerung der Ventilatorgeschwindigkeit; individuelle Ausgangsmodule; EMI-Level B; bis zu 12 Ausgänge (bei Dual-Ausgangsmodulen sogar 16); extrem flache Bauweise. Altrac AG, CH-8953 Dietikon Iftest: Das neue Modulkonzept für Bedienund Anzeigeeinheiten (MMI) erfüllt die Anforderungen von Medizin-Anwendungen. Die Schaltungsteile liegen als Schema- und Layout-Bibliotheken vor; Iftest fügt sie nach Kundenwunsch zusammen. Das Hardwarekonzept umfasst eine universelle CPU-Plattform und frei wählbare Displaygrößen und -auflösungen mit kapazitiver oder resistiver Touchfolie oder separater Tastatur. Hard- und Software sind aufeinander abgestimmt. Bei der Auswahl der Standardkomponenten werden die hohen industriellen Anforderungen berücksichtigt. Zudem ist das MMI mit optionalem Sicherheitskonzept und erstfehlersicher verfügbar. Die Software ist auf einem Linux-Betriebssystem aufgesetzt. Als Entwicklungsumgebung wird der QT Creator mit QuellcodeEditor, Debugger, GUI-Designer und umfangreichen Bibliotheken verwendet. Bei der Bildschirmdarstellung wird mit ausgewiesenen Designern zusammen gearbeitet. Das Konzept ist in drei Varianten erhältlich: Single-Board, Submodul, dezentral. Iftest AG, CH-5430 Wettingen Bild: Enclustra Enclustra: Ob Konfigurationsdaten schreiben, Messwerte auslesen oder Videodaten streamen: In vielen FPGA-basierten Anwendungen greift ein Host auf einen programmierbaren Baustein zu. Wer diese Funktionalität nicht mühsam selber entwickeln will, findet bei Enclustra den FPGA-Manager. Die User-Anwendung Mit Enclustras FPGA-Manger-IP-Lösung wird der Datenaustausch zwischen Host-PC und FPGA zum Kinderspiel. 62 elektronik industrie 08/2015 Maxon Motor: Die High-Torque-DC-Motoren der EC-i 40 Serie weisen einen Durchmesser von 40 mm auf, sind mit einem neuartigen Rotor ausgestattet und beste- axon Bild: M Motor Maxon Motor bringt Innenläufer-Antriebe mit enormer Kraft auf den Markt. chen durch hohe Dynamik, geringes Rastmoment und ein sehr hohes Drehmoment. Der stärkste von ihnen erreicht ein maximales Nenndrehmoment von 234 mNm bei einer Länge von 56 mm. Somit übertrifft er seine Vorgänger um bis zu 70 %. Die drei neuen bürstenlosen DC-Motoren sind kostengünstig und besonders attraktiv für Anwendungen in der Robotik, in Prothesen sowie in der Industrieautomatisation. Ihre kompakte Bauweise ermöglicht den Einsatz auch bei knappsten Platzverhältnissen. Die EC-i 40 High-TorqueMotoren lassen sich mit Encodern, Getrieben, Servo-Controllern oder Positioniersteuerungen von Maxon kombinieren. Maxon Motor AG, CH-6072 Sachseln MPL: Der Hersteller von Rugged-Embed- ded-PCs und Industrial-Ethernet-Lösungen hat als Kombination einen VisionServer für raue Umgebungen entwickelt. Bild: MPL Altrac: Die neue uMP-Netzteil-Serie von Artesyn Embedded Technologies (Vertrieb: Altrac) befindet sich auf dem neuesten Stand der Technologie, besonders was die geringe Bauhöhe in Bezug auf Leistung und Flexibilität betrifft. Die Herstellerin betont, dass ihr Produkt bezüglich Ausgangsspannungsflexibilität, Lebensdauer Die PIP30-Familie ist nach EN50155 zertifiziert und wurde bereits für mehrere Eisenbahn anwendungen ausgeliefert. Die Lösung besitzt bis zu acht GigE-Ports mit RJ45- oder M12-Steckern. Vier GigEPorts sind mit PoE+ ausgerüstet – ideal für Kameras. MPL verwendet Intel-MobileProzessoren und Intel-LAN-Chips aus der Embedded-Roadmap. Das sichert eine langjährige Verfügbarkeit (10 Jahre und mehr) sowie die langjährige Reparaturfäwww.elektronik-industrie.de CH-Special Schurter: Kompaktes Design und hohe Per- Bild: Schurter formance zeichnet die neue FMAB-NEOFilterserie aus. Alle Varianten sind mit großen X-Kondensatoren ausgerüstet, die eine hohe symmetrische Dämpfung im unteren Frequenzbereich gewährleisten. Symmetrische Störungen entstehen bei- Die FMAB-NEO-Filterserie ist mit großen X-Kondensatoren ausgestattet, für eine hohe symmetrische Dämpfung im unteren Frequenzbereich. spielsweise durch Phasenanschnittsteuerungen oder Halbleiterrelais: Deren Schalten bewirkt Störströme zwischen Pol- und Neutralleiter. Die Filterreihe besitzt glänzende Stahlgehäuse mit einem geschlossenen Filterboden. Dadurch wird das Filter komplett abgeschirmt, egal wie es montiert ist. Die Filterserie ist erhältlich mit Steckanschlüssen oder Gewindebolzen (30-A-Version). Optional gibt es Ausführungen mit Litzenkabelanschluss. Sie besitzen einen Metallflansch für einfache Schraubmontage auf Gehäuse. Die Baureihe ist für Stromstärken von 1 bis 30 A bei 250 VAC www.elektronik-industrie.de gemäß IEC- und UL-Norm ausgelegt. Sie hat die ENEC- und cURus-Zulassung und eignet sich für Anwendungen gemäß IEC 60950. Für medizinische Geräte nach IEC/ UL 60601-1 gibt es Varianten mit kleinen Ableitströmen < 80 µA (M80) oder ohne Ableitstrom < 5 µA (M5). Schurter AG, CH-6002 Luzern Sensirion: Der neue Flüssigkeitsdurchflussmesser SLS-1500 misst schnell und präzise Durchflussraten von 0 bis 40 ml/min. Die kompakte und vielfältig einsetzbare Sensorlösung besitzt ein robustes Gehäuse und ist für den Einsatz in anspruchsvollen Industrieanwendungen und Laborumgebungen konzipiert. Der modulare Ansatz von Sensirion, der Sensor und Schnittstellenkabel kombiniert, bietet eine optimale Abstimmung für schnelle Ergebnisse. Die Integration eines Durchflusssensors wird damit sehr einfach realisierbar. Mit einer Reaktionszeit von typischerweise 20 ms kann der SLS-1500 höchst dynamische Dispensprozesse schnell und zuverlässig überwachen. Der Durchflusskanal im Inneren des Sensors ist vollkommen gerade, offen und ohne bewegliche Teile. Die inerten benetzten Materialien gewährleisten eine herausragende chemische Widerstandsfähigkeit und eine hohe biologische Kompatibilität. Der SLS-1500 kann mit SCC1-Schnittstellenkabeln benutzt werden und bietet USB, RS485 oder analoge Verbindungen. Sensirion AG, CH-8712 Stäfa Swissbit: Die neuen SSDs der X-60m-Serie mit SATA-III-Interface (6 GBit/s) im JedecMO-300A-Formfaktor (50,8 × 29,85 × 3,5 mm3) sind ideal für Anwendungen, die hohe Performance von einem auswechselbaren Speichermedium mit unterschiedlichen Kapazitäten benötigen und dafür wenig Platz bereitstellen. Der mSATA-Formfaktor passt in die 52-poligen PCIe-Mini-Sockel, die auf vielen Embedded-Boards und Netzwerksystemen vorgesehen sind und können dort stoß- und vibrationsfest mit dem Systemboard verbunden werden. Dank schnellem SATAIII-Interface bietet die X-60m-mSATASSD das volle Spektrum an Leistung, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit wie die größeren 2,5”-SSDs und ist in allen Kapazitäten verfügbar, die von entsprechenden Industrie- und Telekommunikationslösungen gefordert werden. Bei Anwendungen mit hoher sequentieller Datenrate glänzt die X-60m mit bis zu 525 beziehungsweise 450 MByte/s Lese-/Schreib-Datenrate. Industrieanwendungen mit einem typischen Zugriffsmix an kleinen verteilten Datenpaketen profitieren von einer Datenrate bis 75.000 IOPS für Transfergrößen von 4 KByte und 32 offenen Operationen. Swissbit AG, CH-9552 Bronschhofen Telcona: Neu bei Telcona sind Clock-Oszillatoren mit Abmessungen von nur 1,6 × 1,2 × 0,7 mm3, also in der Bauform 1612. Der Frequenzbereich liegt zwischen 1000 und 80.000 MHz. Die Spannungsversorgung ist mit 1,6 bis 3,6 V sehr flexibel und eignet sich wegen der niedrigen Strom- Bild: Telcona higkeit (in der Regel 20 Jahre nach Einführung). CPU und ECC-DDR3-Speicher sind auf die Platine gelötet, was eine direkte Gehäusemontage erlaubt. Dies sorgt für die beste Kühlung und vermeidet Wärmeleitungen. MPL bietet dieses Kühlkonzept seit gut 16 Jahren an, dabei ist der Fit-andForm-Factor heute noch derselbe wie 1996. Um extremen Bedingungen standzuhalten, ist der PIP30 neben dem StandardPIP-Gehäuse auch in einem MIL-Gehäuse sowie als Open-Frame verfügbar. Die Lösung erfüllt EN50155, IEC-60945 sowie MIL-STD-810G. Die Familie ist EN50155zertifiziert und wurde bereits für mehrere Bahnanwendungen ausgeliefert. MPL AG, CH-5405 Dättwil Die Clock-Oszillatoren von Telcona beginnen bei der Bauform 1612, also mit 1,6 × 1,2 × 0,7 mm3. aufnahme von nur 2 mA im Betrieb und 10 µA im Standby-Modus auch für batteriebetriebene Geräte. Das Ausgangsignal ist CMOS-kompatibel mit einer maximalen V DD-Spannung von -0,4 V. Das SignalTastverhältnis ist mit 50 % ±5 % sehr eng gehalten. Das Ausgangssignal weist eine Flankensteilheit von maximal 4,5 nS aus. Die Frequenztoleranz ist von ±7 ppm bis ±50 ppm bei 25 °C entsprechend den Anforderungen wählbar, die Frequenzstabilität von ±10 ppm in einem Temperaturbereich von -20 bis 70 °C bis ±15 ppm von -40 bis +85 °C stellt hohe Ansprüche an die eingesetzte Quarztechnologie. Der Oszillator wird angeliefert in Rollen zu 3000 Stück und ist RoHS-konform. Größere Bauformen wie 2016 mit erweitertem Frequenzbereich bis 100 MHz sowie 2520 sind ebenfalls erhältlich. Telcona AG, CH-8154 Oberglatt infoDIREKT 750ei0815 elektronik industrie 08/2015 63 CH-Special Das Unternehmen Das Unternehmen Firmenname: Iftest Firmenname: Sensirion Rechtsform: AG Rechtsform: AG Geschäftssitz: Schwimmbadstrasse 43 CH-5430 Wettingen Telefon: +41 56 437 37 37 Telefax: +41 56 437 37 50 E-Mail: [email protected] Internet: www.iftest.ch Geschäftssitz: Laubisruetistr. 50 CH-8712 Staefa ZH Telefon: +41 44 306 40 00 Telefax: +41 44 306 40 30 E-Mail: [email protected] Internet: www.sensirion.com Iftest AG – Ihr Systempartner für Industrie- und Medizin-Elektronik Realisieren Sie mit uns Ihre Entwicklungsprojekte und Serienproduktion. Unsere Dienstleistungen: + Elektronik-Entwicklung + Leiterplatten-Layout + Leiterplatten-Bestückung + Prototypen & Industrialisierung/NPI + Kabelkonfektion + Gerätemontage + Baugruppen- und Geräteprüfung Was Iftest ausmacht: + über 30 Jahre Erfahrung + 160 Mitarbeitende + 6000 m2 Betriebsfläche Sensirion ist der führende Hersteller von Sensoren und Sensorlösungen zur Messung und Steuerung von Feuchte, Gas- und Flüssigkeitsdurchflüssen. Das 1998 gegründete Unternehmen mit Hauptsitz in Stäfa bei Zürich beschäftigt weltweit rund 600 Mitarbeitende – unter anderem in den USA, Südkorea, Japan, China, Taiwan und Deutschland. Sensorkomponenten und -lösungen von Sensirion werden weltweit eingesetzt, unter anderem in der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Gebäudetechnologie, bei Industrieprozessen oder in Konsumgütern. Geforscht, entwickelt und produziert wird in der Schweiz. Neu: + Erweitertes Modulkonzept für Bedien- und Anzeigeeinheiten (skalierbare Displaygröße, Displayauflösung QVGA, VGA und WVGA, Touch-Bedienung resistiv oder kapazitiv, komfortable GUI-Entwicklungsumgebung, Echtzeit-Betriebssystem u.v.m.) + Online-Prototypen-Kalkulator unter www.iftest.ch/news-service Das Unternehmen Firmenname: MPL Rechtsform: AG Geschäftssitz: Täfernstr. 20 CH-5405 Dättwil Telefon: +41 56 483 34 34 E-Mail: [email protected] Internet: www.mpl.ch MPL innovative Elektroniklösungen MPL AG entwickelt und produziert seit 1985 in der Schweiz robuste, lüfterlose High-Tech-Elektronik mit höchster Zuverlässigkeit, niedrigstem Stromverbrauch, erweitertem Betriebstemperaturbereich und langfristiger Verfügbarkeit. MPL-Lösungen sind weltweit im Einsatz auf dem Land, im Wasser, in der Luft und im Weltraum. • Embedded Computer – Lösungen mit Intel CPUs von Atom bis Quad Core i7 • Embedded CPU Boards – mit verschiedenen CPU-Architekturen • Panel PCs • Industrial Ethernet – Firewalls, Switches als Board oder System Custom and OEM – Kundenspezifische Elektroniklösungen MPL bietet direkten Support durch den Produktentwickler und kann eigenen Bauteil-Einkauf & Lager-Reparaturen über Jahre garantieren. Der ProduktLife-Cycle-Support ist somit über Jahrzehnte sichergestellt. 64 elektronik industrie 08/2015 www.elektronik-industrie.de CH-Special Das Unternehmen Das Programm Firmenname: Traco Electronic Rechtsform: AG Geschäftssitz: Sihlbruggstr. 111 CH-6340 Baar Telefon: +41 43 311 45 11 Telefax: +41 43 311 45 45 E-Mail: [email protected] Internet: www.tracopower.com • • • • TRACO POWER steht für höchste Qualität und Beständigkeit Die Firma TRACO ELECTRONIC AG mit Hauptsitz in Baar, Schweiz ist ein weltweit führender Anbieter von industriellen Stromversorgungen. Für die Produktemarke TRACO POWER existiert ein globales Vertriebsnetz. Die Vertriebspartner haben Zugriff auf über 3500 Standardprodukte ab Lager Schweiz. Mit 40-jähriger Erfahrung entwickelt TRACO ELECTRONIC AG zuverlässige und dauerhafte DC/DC-Wandler und AC/DC-Schaltnetzteile für den industriellen Einsatz. In den letzten Jahren wurde die Produktepalette auch spezifisch auf Märkte mit erhöhten Anforderungen ausgebaut. Dies betrifft im Wesentlichen die Bahntechnik, Schwerindustrie sowie die Medizintechnik. Die zugeordneten Produkte verfügen alle über die entsprechenden Sicherheitszulassungen. • DC/DC-Wandler-Module 1-300 Watt für PCB- oder Wandmontage AC/DC-Schaltnetzteile 2-1000 Watt. Offene, im Gehäuse oder vergossene Module DIN-Schienen-Stromversorgungen 12-960 Watt, diverse Zusatzmodule wie Batterie-Management, Puffer, Redundanz Medizinische Stromversorgungen 1-150 Watt, IEC/EN60601-1 Sicherheitszulassung für 2 x MOPP DC/DC-Wandler für Bahnanwendung 8-300 Watt, geprüft nach EN50155 Standard Die Leistung auf den Punkt gebracht Mit der TMR-9-Serie präsentiert TRACO POWER die weltweit ersten DC/DC-Wandler im Standard SIP-8-Gehäuse, die eine isolierte Spannung bei 9 Watt Ausgangsleistung bieten. Damit haben diese Wandler gegenüber herkömmlichen SIP-Wandlern eine um 50 % höhere Leistungsdichte. Newsletter Das Unternehmen Firmenname: Swissbit Rechtsform: AG Geschäftssitz: Industriestr. 4 CH-9552 Bronschhofen Telefon: +41 71 913 0303 Telefax: +41 71 913 0315 E-Mail: [email protected] Internet: www.swissbit.com Die Topnews aus der Elektronikwelt, zweimal in der Woche Jetzt kostenlos abonnieren! www.all-electronics.de/newsletter Speicherlösungen, Swiss Quality – Made in Germany Die umfassende Produktpalette mit DRAM Modulen, SSDs, mSATA, Slim SATA, CFast, CF, USB Drives, SD- und µSD-Speicherkarten deckt die anspruchsvollsten Anforderungen aller Industriesegmente als auch der Bereiche Automotive und Telekommunikation ab. Für die steigenden Sicherheitsanforderungen des IoT und verschlüsselter Kommunikation hat sich Swissbit mit kryptographischen Speicherkarten zukunftssicher positioniert. www.elektronik-industrie.de Bild: Visual Concepts/fotolia.com Swissbit ist der größte Hersteller von DRAM-Modulen und Flash-basierten Speicherlösungen in Europa mit Niederlassungen in der Schweiz, Deutschland, USA, Japan und Taiwan und ist bekannt für seine hochstehenden, langhaltigen, kundenfokussierten Lösungen und Services. ae_fueller_nl_topnews_1_4_block_86x126.indd 1 16.07.2013 elektronik industrie 08 /2015 6515:41:32 Verzeichnisse/Impressum Inserenten Analog Devices 4. US 57 Beta LAYOUT Bürklin25 53 CTX Digi-Key Titelseite, 2. US 29 Display Dyconex61 5 EBV EKL 11 35 ELECTRONIC ASSEMBLY ELESTA 61 Fischer3 FORTEC31 Titelseite FTDI Chip GLYN Titelseite, 21 61, 64 Iftest Ineltek 23 Kunze7 LC Design 27 61, 64 MPL Nova43 39 RAFI RUTRONIK 9 37, 51, 55 Schukat Schurter43 19 SE Spezial-Electronic SENSIRION 61, 64 61, 65 Swissbit Telcona61 61, 65 TRACO Dynastream18 EBV Elektronik 22 EDT12 Enclustra62 Epcos56 Epsilon-Alcen10 Erni8 Exar44 26 Fortec Elektronik Freescale9 FTDI12 Fujitsu18 Geze22 Glyn12 Honeywell Esser 22 IAR40 Iftest62 Indium10 Ineltek59 Infratron25 Intel62 IS-Line25 47 KDM Magnetic Powder Cores Keysight7 Linear Technology 48 Magnachip59 47 Manz Electronic Systeme Mathworks40 Maury Microwave 7 Maxon Motor 62 MES Electronic Connect 7 Microchip36 Microsoft62 Milton Ross Composants 10 Minatec10 MPL62 Nest22 Nordic Semiconductor 18 NTCE8 Orange22 Panasonic10 60 Peter Spuhler Red-Frequency25 Reichelt20 Rep-Rap16 18 RF Digital Rochester Electronics 9 Rocktouch26 Rohde & Schwarz 7 16 RS Components Rutronik Elektronische Bauelemente 18 Schukat25 Schurter 28, 62 Sensirion62 31 Shantou Goworld Siemens Building Technologies 22 ST Microelectronics 10 STW Sensor-Technik Wiedemann 8 Swissbit62 Telcona62 Thales Alenia 10 Trafox47 Transphorm52 TU München 9 22 TÜV Rheinland Tyco22 Varta Microbattery 22 Wago22 Xilinx62 Unternehmen Advanced Interconnections 25 Altera62 Altrac62 AMS25 Analog Devices 40 Anritsu7 aPSI 3D 10 ARM40 Artesyn62 Atmel 22, 32, 39, 59 AU Optronics 39 Avnet22 Bedek47 Bosch Sicherheitssysteme 22 BSW7 CEA Leti 10 CEM20 Comp-Mall31 Corenetics22 Data Modul 39 Distec35 Dorma22 DS&A10 Impressum www.elektronik-industrie.de IHRE KONTAKTE: Abonnement- und Leserservice: 46. Jahrgang Tel: +49 (0) 8191 125-777, Fax: -799 ISSN 0174-5522 E-Mail: [email protected] Redaktion: Tel: +49 (0) 8191 125-830, Fax: -141 Anzeigen: Tel: +49 (0) 6221 489-363, Fax: -482 REDAKTION Chefredakteur: Dipl.-Ing. Hans Jaschinski (jj) (v.i.S.d.P.) Tel: +49 (0) 8191 125-830, E-Mail: [email protected] Redaktion: Dipl.-Ing. Andrea Hackbarth (ah) Tel: +49 (0) 8191 125-243, E-Mail: [email protected] Jennifer Cathrin Kallweit, Volontärin (jck) Tel: +49 (0) 8191 125-145, E-Mail: [email protected] Dr.-Ing. Achim Leitner (lei) Tel: +49 (0) 8191 125-403, E-Mail: [email protected] Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av) Tel: +49 (0) 8191 125-206, E-Mail: [email protected] Dipl.-Ing. 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Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Mit der Annahme des Manuskripts und seiner Veröffentlichung in dieser Zeitschrift geht das umfassende, ausschließliche, räumlich, zeitlich und inhaltlich unbeschränkte Nutzungsrecht auf den Verlag über. Dies umfasst insbesondere das Printmediarecht zur Veröffentlichung in Printmedien aller Art sowie entsprechender Vervielfältigung und Verbreitung, das Recht zur Bearbeitung, Umgestaltung und Übersetzung, das Recht zur Nutzung für eigene Werbezwecke, das Recht zur elektronischen/digitalen Verwertung, z. B. Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen, zur Veröffentlichung in Datennetzen sowie Datenträger jedweder Art, wie z. 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Auslandsvertretungen Schweiz, Liechtenstein: Katja Hammelbeck, Interpress Bahnhofstrasse 20 A, Postfach, CH-8272 Ermatingen, Tel: +41 (0) 71 663 77 85, Fax: +41 (0) 71 663 77 89, E-Mail: [email protected] Österreich, Großbritannien, USA, Kanada: Marion Taylor-Hauser, Max-Böhm-Ring 3, 95488 Eckersdorf Tel: +49 (0) 921 316 63, Fax: +49 (0) 921 328 75 E-Mail: [email protected] Angeschlossen der Informationsgemeinschaft zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern (IVW) (Printed in Germany) Datenschutz Ihre Angaben werden von uns für die Vertragsabwicklung und für interne Marktforschung gespeichert, verarbeitet und genutzt und um von uns und per Post von unseren Kooperationspartnern über Produkte und Dienstleistungen informiert zu werden. Wenn Sie dies nicht mehr wünschen können Sie dem jederzeit mit Wirkung für die Zukunft unter [email protected] widersprechen. www.elektronik-industrie.de RE 90 J A H CH & HIGHTEAT ION I N N OV o 6,- Eur ausgabe Sonder ber 2015 Novem SG FO LG DIE ER LTM DE R WE TE N ES CH ICH GERMAN AR KT FÜ N D HID DE HR ER UN CH AM PIO NS Y lität Mit QuaSpitze an die MADE IN EN RE, SETZ PIONIE FEZEICHEN U ssenproduktion bis 45 AUSR der Ma 4.0 Von ustrie zu ind TR A LE CON VIRTUELWELT sind die REALle,E Apple & Co r 90 uns Sie mit ig n r ie e h t F re Hü 90 Jah Jahre uns 90 ion it m Sie vat Feiern ech & Inno t h g i H siven r exklu Mit de rausgabe Sonde ge: Aufla lare Exemp 0 0 .0 100 Goog Taktgebe neuen _final1.indd 1 e_Dummy 0j_Titelseit hue_9 1925 wagte Verleger Dr. Alfred Hüthig (1900 – 1996) die Gründung eines Fachverlages. Und es wurde eine Erfolgsgeschichte. Dr. Alfred Hüthig machte den nach ihm benannten Verlag zu einem der größten und erfolgreichsten Fachverlage in Deutschland. Seit 1999 ist der Hüthig Verlag Teil der Mediengruppe Süddeutscher Verlag in München. Und auch heute zählt der Hüthig Verlag mit seinem breiten Medien-Portfolio zu den größten Fachinformationsanbietern für Industrie und Elektrohandwerk. Kontakt: [email protected], Tel. +49 (0) 6221 489-238, www.huethig.de 06.08.2014 16:49:22 WIR STELLEN VOR: LUKE VON DER DEKA RESEARCH AND DEVELOPMENT CORP. Diese fortschrittlichste Armprothese mit FDA-Zulassung kann komplexe Aufgaben ausführen, wie zum Beispiel nach einer Weintraube greifen. ADI ist stolz darauf, mit seiner hochleistungsfähigen Technologie dazu beitragen zu können, dass diese revolutionäre Innovation von DEKA realisierbar ist und ihren Anwendern damit zu mehr Lebensqualität verhilft. AHEAD OF WHAT’S POSSIBLE SEHEN SIE SELBST, WIE DEKA SCIENCE FICTION ZUR REALITÄT WERDEN LÄSST #ADIahead analog.com/AWP/DEKA