48

Электронные компоненты №5/2009

Embed Size (px)

DESCRIPTION

В номере: * Тенденции развития встраиваемых многоядерных СнК следующего поколения * Построение промышленных систем управления на базе процессора Intel Atom * Плёночные конденсаторы

Citation preview

Page 1: Электронные компоненты №5/2009
Page 2: Электронные компоненты №5/2009
Page 3: Электронные компоненты №5/2009

РЫНОК8 Супермаркет фаундри-услуг

9 Новый год для отрасли

10 СОбЫтия РЫНКа

РаЗРабОтКа и КОНСтРУиРОВаНиЕ

12 Кирби Крил Расчет трансформатора обратноходового преоб-разователя

ВСтРаиВаЕМЫЕ СиСтЕМЫ

16 Фози БеманТенденции развития встраиваемых многоядерных СнК следующего поколения

22 Виктор ЕжовПостроение промышленных систем управления на базе процессора Intel Atom

28 Вэл Попеску, Гэри ГибсонПрограммная технология снижения потребляемой мощности встраиваемой системы

32 Барри Дэгэн Гибридные теплоотводы для оптимального охлаж-дения во встраиваемых системах

МК и DSP

34 Александр КвашинSTM32F105/107 — новые линейки микроконтролле-ров компании STMicroelectronics

МиКРОСХЕМЫ СиЛОВОЙ ЭЛЕКтРОНиКи

36 Андрей Агеноров, Валерий ЯчменниковКомпоненты и решения «Компэл» для приложений силовой электроники и управления питанием

38 Ирина РомадинаКомпания On SEMICONDUCTOR: откуда, куда, зачем

журн

ал дл

я раз

рабо

тчи

ков

Элек

трон

ные

ком

поне

нтыРуководитель направления «Разработка электроники» и главный редактор Леонид Чанов; ответственный секретарь Марина Грачёва;

редакторы: Елизавета Воронина; Виктор Ежов; Екатерина Самкова; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; редакционная коллегия: Валерий Григорьев; иван Покровский; борис Рудяк; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; реклама: антон Денисов; Елена Живова; Марина Лихинина; распространение и подпис ка: Юрий Гонцов; Елена Кислякова; вёрстка, дизайн: александр Житник; Михаил Павлюк; директор издательства: иван Покровскийадрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35; Санкт-Петербург Большой проспект В.О., д. 18, лит. А; тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; тел./факс: (812) 336-53-85; эл. почта: [email protected], www.elcp.ru

ПРЕДСтаВитЕЛЬСтВа: Мир электроники (Самара): 443080, г. Самара, ул. Революционная, 70, литер 1; тел./факс: (846) 267-3139, 267-3140; е-mail: [email protected], www.eworld.ru. Радиоэлектроника: 620107, г. Екатеринбург, ул. Гражданская, д. 2, тел./факс: (343) 370-33-84, 370-21-69, 370-19-99; е-mail: [email protected], www.radioel.ru. ЭЛКОМ (ижевск): г. Ижевск, ул. Ленина, 38, офис 16, тел./факс: (3412) 78-27-52, е-mail: [email protected], www.elcompany.ru. ЭЛКОтЕЛ (Новосибирск): г. Новосибирск, м/р-н Горский, 61; тел./факс: (3832) 51-56-99, 59-93-31; е-mail: [email protected], www.elcotel.ru. издательство «Электроника инфо» (Минск): 220015, г. Минск, пр. Пушкина, 29 Б; тел./факс: +375 (17) 251-6735; е-mail: [email protected], electronica.nsys.by. IMRAD (Киев): 03113, г. Киев, ул. Шутова, д. 9, оф. 211; тел./факс: +380 (44) 495-2113, 495-2110, 495-2109; е-mail: [email protected], www.imrad.kiev.ua

Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory». Ис поль зо ва ние ма те ри а лов воз мож но толь ко с со гла-сия ре дак ции. При пе ре пе чат ке ма те ри а лов ссыл ка на жур нал «Эле к трон ные ком по нен ты» обя за тель на. От вет ст вен ность за до сто вер ность ин фор ма ции в рек лам ных объ яв ле ни ях не сут рек ла мо да те ли.

Индекс для России и стран СНГ по каталогу агентства «Роспечать» — 47298, индекс для России и стран СНГ по объединенному каталогу «Пресса России. Российские и зарубежные газеты и журналы» — 39459. Свободная цена. Издание зарегистрировано в Комитете РФ по печати. ПИ №77-17143.

Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 4000 экз. Изготовлено ООО «Стратим».

содержание

№5/2009

www. elcp.ru

Page 4: Электронные компоненты №5/2009

4

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

www. elcp.ru

СВЕтОтЕХНиКа и ОПтОЭЛЕКтРОНиКа

41 Генрих Сарычев, Евгений Мудрак, Илья РахманчикПерспективы развития световых приборов на базе светоизлучательных диодов

МУЛЬтиМЕДиа и тЕЛЕКОМ

Стефан Рааб, Мадхави ЧандраMobile IP: эффективное решение для мобильного интернета. Часть 2*

аНаЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНтЫ

Владимир МатавкинСовременное состояние развития дифференциаль-ных и токоизмерительных усилителей*

ПаССиВНЫЕ КОМПОНЕНтЫ

Давиде Монтанари, Киммо Сааринен, Фабио Скальярини, Дитмар Цайдлер, Матти Нискала, Клес НендерПлёночные конденсаторы*

Андржей Петкевич, Стефан МеллиПравильный выбор пассивных и активных филь-тров подавления сетевых гармоник*

СтаНДаРтНЫЕ ЦиФРОВЫЕ МиКРОСХЕМЫ и ПаМятЬ

Виктор ОхрименкоНовые горизонты флэш-памяти*

тЕОРия и ПРаКтиКа

Екатерина СамковаВиды модуляции сигналов*

44 НОВЫЕ КОМПОНЕНтЫ На РОССиЙСКОМ РЫНКЕ

* См. компакт-диск.

Page 5: Электронные компоненты №5/2009

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

5

Электронные компоненты №5 2009

contents # 5 / 2 0 0 9

E LEC TRO N IC COM PO N E NTS 20 09 #5

MARKET8 Supermarket of Foundry Services

9 The New Year for the Industry

10 MARKET EVENTS

DESIGN and DEVELOPMENT

12 Kirby CreelExpedite Transformer Calculations for Flybacks

EMBEDDED SYSTEMS

16 Fawzi BehmannThe ITRS Process Roadmap and Nextgen Embedded Multicore SoC Design

22 Victor EzhovBuilding of Industrial Control Systems Based on Intel Atom Processors

28 Val Popescu and Gary GibsonA Global Approach to Lower Energy and Higher Efficiency in Embedded Systems

32 Barry Dagan Hybrid Heat Sinks Provide Optimal Cooling for Embedded Systems

MCU and DSP

34 Alexander KvashinNew STM32F105/107 MCUs from STMicroelectronics

POWER ICs

36 Andrey Agenorov and Valery YachmennikovComponents and Solutions from Compel for Power Applications and Power Management

38 Irina RomadinaOn SEMICONDUCTOR: Where from, Where to, and What for

LIGHTING and OPTOELECTRONICS

41 Genrikh Sarychev, Evgeny Mudrak and Ilya RakhmanchikProspects of Light Units Based on LEDs

MULTIMEDIA and TELECOM

Stefan Raab and Madhavi ChandraMobile IP: Effective Solution for Mobile Internet. Part 2*

ANALOG

Vladimir MatavkinPresent State of Differential and Current-measuring Amplifiers*

PASSIVE

Davide Montanari, Kimmo Saarinen, Fabio Scagliarini, Dietmar Zeidler, Matti Niskala and Claes NenderFilm Capacitors for Automotive and Industrial Applications*

Andrzej Pietkiewicz and Stefan MellyProper Selection of Passive and Active Power Quality Filters for the Mitigation of Mains Harmonics*

TYPICAL DIGITAL ICs and MEMORY

Victor OkhrimenkoNew Horizons for Flash Memory*

THEORY and PRACTICE

Yekaterina SamkovaTypes of Signal Modulation*

44 NEW COMPONENTS AT THE RUSSIAN MARKET

* Presented on CD only.

Page 6: Электронные компоненты №5/2009

6

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

www. elcp.ru

кор. обл. Agilent Technologies Inc.

2-я обл. Microchip Technology Corp.

21 Rutronik

15 Treston

18 Александер Электрик Дон, ООО

43 Альбатрос Электроникс, ООО

27 Гранит-ВТ ЗАО Спб

4-я обл., 35, 39

Компэл, ЗАО

11 МТ-Систем, ООО

19 МЭЛТ, ООО

43 Неон, ООО

48 Примэкспо, ООО

4 Резонит, ООО

18 Реом СПб, ЗАО

3-я обл. Симметрон, ЗАО

2 Синтез Микроэлектроника ЗАО

43 СМП, ООО

25 Элитан, ЗАО

1, 13 Элтех, ООО

Компании:ПРОИзВОДИтЕ лИ, ДИС тРИБьютОРы, ПОС тАВщИКИ

Дополнительные материалыНА КОМПАК т-ДИСКЕ

К статье «Компания On SEMICONDUCTOR: откуда, куда, зачем»

Руководство по выбору компонентов

Презентация по Power Management

Power Supply and Power Adapter Solutions, rev. 1

Power Factor Correction (PFC) Handbook, rev. 3

Industrial Solutions Brochure, rev. 0

LED Driver Solutions, rev. 5

Automotive Solutions from On Semiconductor R4

Complete Clock Solutions, rev. 3

К статье «Расчет трансформатора обратноходового пре-образователя»

Техническая документация на LT3468

Руководство по проектированию трансформаторов (части 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7)

К статье «Построение промышленных систем управле-ния на базе процессора Intel Atom»

Техническая документация на процессор Intel Atom серии Z5xx

Техническая документация на контроллер-концентратор Intel System Controller Hub US15W

Руководство по программированию в системе команд IA-32

Ian Gilvarry. IA-32 Features and Flexibility for Next-Generation Industrial Control

Таблица «Протоколы промышленных сетей (источник: Intel Corporation)

К статье «Программная технология снижения потребля-емой мощности встраиваемой системы»

Техническая документация на новые встраиваемые про-цессоры Blackfin серии BF51x

Техническое описание интегрированной среды VMX

К статье «Правильный выбор пассивных и активных фильтров подавления сетевых гармоник»

Требования стандартов

Рекомендации по уменьшению гармонического состава

Техническая документация на фильтры

К статье «Новые горизонты флэш-памяти»

О стандарте ONFI 2.1

Техническое описание на TC58NVG

ID-данные по NAND Flash

К статье «Виды модуляции сигналов»

Lyons Richard, Understanding DSP’s Frequency Domain

Gentile Ken, Fundamentals of Digital Quadrature Modulation

Разновидности фазовой манипуляции

Der Lawrence, Frequency modulation tutorial

Page 7: Электронные компоненты №5/2009
Page 8: Электронные компоненты №5/2009

8

WWW.ELCP.RU

Российские разработки в области микроэлектроники не уступают, а зачастую опережают лучшие зарубежные решения. Однако возможности отечественных полупро-водниковых фабрик в освоении новейших технологий изготовления микросхем очень ограничены, и поэтому развитие российской микроэлектроники невозможно без использования передового опыта зарубежных ком-паний. Вместе с тем размещение заказа на получение фаундри-услуг — непростая задача для небольшого дизайн-центра. Крупные зарубежные кремниевые фаб-рики не работают с мелкими заказчиками. В зарубеж-ной практике эту проблему решают брокеры, которые объединяют заказы небольших и средних дизайнерских фирм и размещают их на известных заводах по произ-водству микросхем.

Российская компания «Синтез-Микроэлектроника» тоже решила пойти по этому пути, сделав услуги по раз-мещению заказов на зарубежных кремниевых фабриках своей основной специализацией. Компания ставит смелую задачу — стать партнером передовых кремниевых мастер-ских для российского рынка микроэлектроники. Сегодня «Синтез-Микроэлектроника» уже работает с такими известными производителями как Freescale Se mi conductor, Honeywell, AMIS, X-Fab, а также со многими предприятиями из Юго-Восточной Азии. В базе данных компании имеется информация о возможностях едва ли не всех мировых производителей, оказывающих фаундри-услуги.

Генеральный директор компании «Синтез Микро-элек троника» Дмитрий Боднарь говорит, что в сфере предоставления фаундри-услуг компания стремится быть похожей на супермаркет и работать по принципу: «у нас есть всё». Компания работает по всем направлениям тех-нологий CMOS (Si, SiGe, SOI Rad Hard) до 90 нм; BiCMOS (Si, SiGe); BCD (до 800 В), а также по передовым технологиям дискретных приборов Trench MOSFET, IGBT, RF LDMOS с проектными нормами 0,35…0,4 мкм. Кроме того, «Синтез Мик роэлектроника» предлагает российским компани-ям услуги сборочных заводов Юго-Восточной Азии по всем видам корпусов и технологий. Возможна сборка с использованием чипов, изготовленных в России, а также изготовление чипов за рубежом с последующей сборкой на предприятиях этой или другой страны. Логистический и таможенный режимы выбираются исходя из требований заказчика. Стоит заметить, что далеко не все виды, в осо-бенности кремниевых технологий, открыты для россий-ских компаний. Получение разрешений в некоторых стра-нах — довольно сложный и длительный процесс, и далеко не все способны это осилить. «Синтез Микроэлектроника» старается преодолеть барьеры на этом пути.

Важный показатель работы брокера — сроки выпол-нения заказов. «Синтез Микроэлектроника» берется осу-ществить доставку заказа через 3—3,5 месяца (2 ме сяца займет изготовление сложного чипа; 1 месяц — сборка; 0,5 месяца — логистика). Разработка и изготовление новых изделий могут быть выполнены за 5—6 месяцев.

Кризис — не самое подходящее время для стар-та новых проектов и создания компаний, однако находятся те, кто своим примером готов с этим поспорить. В Воронеже открылась фирма «Синтез Микроэлектроника» (www.syntezmicro.ru), заявив-шая о своей готовности содействовать российским дизайн-центрам в доступе к передовым технологи-ям лучших зарубежных кремниевых фабрик и сбороч-ных производств.

Супермаркет фаундри-услуг

Новая компания не чувствует себя новичком на россий-ском рынке электроники, потому что она образована на основе ООО «Синтез», которое с 1992 г. специализирова-лось на поставках электронных компонентов для автомо-бильной электроники и имело статус второго поставщика продукции специального назначения. Специалисты компа-нии, много лет работающие на рынке электронных компо-нентов, находятся, что называется, в теме и обес печивают выполнение следующих дополнительных услуг и сервисов:

– поиск и поставка нового или использованного за ру-беж ного оборудования для полного цикла производства полупроводниковых приборов и изделий авто элек тро-ники;

– поставка импортных материалов для электронной промышленности (корпуса, выводные рамки, кремний, керамика и т.д.);

– экспорт конкурентоспособной российской про-дукции (в настоящее время компания экспортирует СВЧ-транзисторы некоторых российских компаний в США);

– предоставление услуг российским дизайн-центрам по разработке полупроводниковых приборов и ИС для зарубежных заказчиков.

«Синтез Микроэлектроника» осуществляет также поставки электронных компонентов. На этом рынке ком-пания не конкурирует с крупными дистрибьюторами, а стремится восполнить пробелы, поставляя либо уни-кальные виды продукции, либо продукцию, которая не пользуется широким спросом, например приборы и чипы RF LDMOS, Trench MOSFET, IGBT, military-компоненты, моночипы автомобильного многофункционального регу-лятора напряжения.

В 2008 г. «Синтез Микроэлектроника» разрабатывала два инновационных проекта по автомобильной электро-нике с участием зарубежных и российских компаний. Пла- нировалось создание производства блоков автоэлектро-ники для отечественного рынка. Финансовый кризис внес коррективы в эти планы, но не отменил их. Участие в инно-вационных проектах в компании по-прежнему считают перспективным направлением деятельности. Импорт услуг и товаров необходим, но гораздо важнее формирование рынка потребительских товаров и их производство в России, поэтому «Синтез Микроэлектроника» открыта для предложений российских компаний по новым инноваци-онным проектам с участием зарубежных инвесторов.

В ближайших планах компании — расширение клиент-ской сети среди российских компаний, получение статуса официального представителя некоторых зарубежных кремниевых и сборочных производств в России. Все это позволит работать еще на более профессиональном уров-не и упрочить позиции компании на рынке.

Page 9: Электронные компоненты №5/2009

ры

но

к

9

электронные компоненты №5 2009

13–16 апреля 2009 г. в Москве работали выставки «ЭкспоЭлектроника» и «ЭлектронТехЭкспо», организованные компаниями «Примэкспо» и ITE Group plc при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ, Федерального агентства по науке и инновациям, Департамента радиоэлектронной про-мышленности, Федерального фонда развития электронной техники и ОАО «Российская электроника». Выставки собрали 406 компаний-участниц из 22 стран и 18 630 посетителей из 57 регионов России и 23 стран мира.

новый год для отрасли

выставки открыл круглый стол «стратегия развития радиоэлектрон-ной отрасли до 2015 г.», организованный «Примэкспо» совместно с ассоциацией производителей электронной аппарату-ры и приборов (аПЭаП). Участники кру-глого стола — руководители ведущих отечественных предприятий по произ-водству электроники, представители госкорпораций, научно-внедренческих компаний и средств массовой информа-ции — обсуждали условия, при которых отечественные производители могли бы обеспечивать производство более 50% всей потребляемой в стране радио-электронной продукции. Участники дискуссии сошлись во мнении, что без кардинального изменения политики государства в области радиоэлектрони-ки эта задача неосуществима. сегодня ситуация такова, что российскому бизне-су, не говоря уже об иностранных инве-сторах, выгоднее организовывать про-изводство в Центральной Европе, чем в россии. обсуждались вопросы тамо-женной и налоговой политики, серти-фикации и подготовки кадров. главной позитивной тенденцией было назва-но изменение политики государства в отношении частного бизнеса, и доказа-тельством этих изменений стало то, что разработка «стратегии развития радио-электронной отрасли до 2015 г.» ведется Минпромторгом совместно с аПЭаП.

Помимо круглого стола, в рамках деловой программы выставок прошло более 20 бизнес-мероприятий, органи-заторами которых стали: «Предприятие остек», поисковая система eFind.ru, аПЭаП, нПП «томилинский электронный завод», «Пкк Миландр», фирма «оникс», Analog Devices Inc., Ineltek GmbH, ком-пании «Евроинтех», «сенсорлинк-логистика», «Морион», «роде и Шварц рус», «Пкк Миландр», Huber + Suhner, «нПП «родник», «нПк «система» и др. роль выставочных мероприятий во время кризиса, когда для игроков рынка особенно важно личное общение, высо-ко оценили многие участники выставок, назвав «ЭкспоЭлектронику» «новым годом для всей отрасли электроники».

на национальных стендах представи-ли свою продукцию и услуги страны лидеры рынка производства высоко-технологичной продукции — германия, гонконг, китай, тайвань, Финляндия и впервые — сингапур.

Представители ведущих мировых компаний-производителей компонен-тов и оборудования консультировали специалистов и вели переговоры на стендах своих российских дистрибью-торов. собственные экспозиции были у компаний Panasonic Industrial Europe, Tyco Electronics, Atotech, Kingbright, National Semiconductor, Rittal, PKC Group, Erich Rothe, Dupont, Memphis, Treston Oy, Huber + Suhner AG, National Instruments и др.

крупнейшие российские дистрибь-ю торы электронных компонентов занимали большую часть экспозиции «Экс поЭлектроники», в их числе ком-пании «Элтех», «аргуссофт», «ФЭк», «диал-Электролюкс», «гамма сПб», гк «симметрон», «Мт-систем», «ЭФо», «гамма выборг», «Платан», «Мик-ро ЭМ», «Бурый медведь», «Петро-ин трейд», «Прософт», «вест-Эл», «Пром электроника», «вЕкт», «ЮЕ-ин-тер ней шнл», «Миландр», «ЭкМ», «Пром-тех комп лект», «дектел», «Берез ка — электронные компоненты» и др.

Поставщики и производители печатных плат — «абрис», «Фастеко», «Эрикон», «Элара», «резонит», «Пасифик Микроэлектроникс», «доломант», «ПсБ технолоджи», «альтоника», «орбита 1», Холдинг PCB Proffesional и др. — пред-лагали свои услуги по размещению заказов на территории экспозиций обеих выставок.

ведущие российские производите-ли были представлены на коллектив-ном стенде департамента радиоэлек-тронной промышленности площадью 192 кв. м: «ангстрем», «аврора — Элма», «алМаЗ», «альфа», «восход», «иртыш», «окБ искра», группа «кремний», «МЭлт», «Эркон», «Мстатор», «светлана», «орбита» и др. Многие производители

принимали участие в выставках с соб-ственными экспозициями, а именно — «томилинский Электронный Завод», грПЗ, завод «Эллипс», «нПк система», «Морион», завод «кварц», «Элтом», «сЭПо-ЗЭМ» и др.

на выставке «ЭлектронтехЭкспо» можно было рассмотреть предложе-ния по комплексному оснащению производства электроники. на стен-дах «Предприятия остек», «совтест атЕ», «ртс инжиниринга», компаний «диполь», «рПти», «ассемрус», Heraeus, «клевер Электроникс», «Эсто», «ай ви тек Электроникс», «МЭФ оникс», Siba, «Электрон сервис технология», «Мастер тул», «Элма сПб», «Петрокоммерц», «абсолют Электроника», «аргус икс», «спец тех оборудование», Lux Spol, «Евроклад», «инженерные технологии», «индустрия-сервис» и др. посетители имели возможность получить необхо-димую информацию о современных технологиях и познакомиться с послед-ними новинками технологического оборудования и материалов для элек-тронной промышленности.

в этом году широко представлены были производители и поставщики контрольно-измерительного оборудо-вания и приборов, особое внимание обращали на себя экспозиции круп-нейших мировых производителей — Agilent Technologies, Fluke, Tektronix, Rohde & Schwarz, а также российских дистрибьюторов — «Прист», «спринг Электроникс», «Эликс», «серния», «нтнк», «Евроинтех» и др.

оценив успешные результаты про-шедшей выставки, организаторы уже сейчас начали подготовку к новому форуму индустрии электроники, кото-рый пройдет 20—22 апреля 2010 г. в МвЦ «крокус-Экспо».

Page 10: Электронные компоненты №5/2009

10

www. elcp.ru

но

во

ст

и

СОБЫТИЯ РЫНКА

| Вторая Всероссийская конференция произВодителей и разработчикоВ «силоВая электроника-2009» | 4-го июня в Международном информационно-выставочном центре состоялась вторая Всероссийская конференция производите-лей и разработчиков «Силовая электроника-2009», организованная ИД «Электроника».

С докладом «Производство электроники в России в 2009 г.» выступил Иван Покровский, Генеральный директор, ИД «Электроника». Обзор рынка силовой электроники и анализ наиболее значимых проектов российских разработчиков представил Леонид Чанов, главный редактор, «Электронные компоненты». Станислав Флоренцев, генеральный дирек-тор, «Русэлпром-Электропривод», поделился опытом разработки гибридного автомобильного двигателя.

Далее выступили Андрей Агеноров, директор, и Валерий Ячменников, руководитель отдела бизнес-юнитов, «Компэл», рассказавшие о новых компонентах и решениях для приложений силовой электроники и управления питанием. О реше-ниях компании TI с использованием внешних силовых ключей рассказал Александр Казакевич, инженер по применению аналоговых компонентов, Texas Instruments. Владимир Башкиров, инженер, International Rectifier, представил новые MOSFET-транзисторы на основе GaN, а Андрей Колпаков, инженер, Semikron, дал обзор новой продукции этой компании, рассказав также о новейших технологиях и модулях. Зденек Збранек, инженер, On Semiconductors, представил новые решения своей фирмы. Участники конференции познакомились также с новыми технологиями в силовой электронике, прослушав доклад Евгения Обжерина, инженера, Infineon Technologies RUS. Далее с обзором новых технологий и про-дукции компании выступил Роман Фукалов, инженер, MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.

С содержательным обзором рынка кремниевых фабрик по производству полупроводниковых компонентов для сило-вой электроники выступил Дмитрий Боднарь, генеральный директор, «Синтез Микроэлектроника», предложивший в качестве одного из вариантов развития новейшей российской электроники организацию производства за рубежом. С докладом о новом поколении сверхъёмких электролитических конденсаторных структур выступили Владимир Слепцов, профессор, МАТИ, и Сергей Рязанцев, технический директор, инновационная компания «Восток».

Идею развития бизнес-модели с привлечением дистрибьюторов для продвижения и продажи встраиваемых силовых модулей российской разработки представил Евгений Андреев, главный редактор, журнал «Встраиваемые системы».

Во второй части конференции работали следующие секции: «Дискретные полупроводниковые компоненты и сбор-ки», «Источники питания и преобразовательная техника» и «Электропривод».

Многие участники отметили прошедшую конференцию как отличную возможность встретиться и пообщаться с кол-легами, узнать о новинках рынка, обменяться мнениями. Учитывая, какие времена на дворе, можно только порадоваться, что у разработчиков, производителей и дистрибьюторов не пропал интерес к таким встречам. При этом следует отметить сравнительно невысокое количество представителей отечественных предприятий, не пожелавших принять участие в конференции, что, вероятно, вызвано и такими причинами как относительная закрытость российских предприятий электронной отрасли, пассивность руководства государственных организаций и их зависимость от гарантированного госзаказа.

Подробнее см. www.russianelectronics.ru/leader-r/news/snabworldmarket/doc44894.phtml

СОБЫТИЯ РЫНКА

| Уникальные технологии модУлей Kontron на процессорах Intel Atom и осрВ QnX ВызВали огромный интерес У петербУргских специалистоВ | 27 мая 2009 г. компании SWD Software и «РТСофт» провели совместный семи-нар «Встраиваемые платформы Kontron и QNX на Intel Atom».

Главной целью организаторов семинара «Встраиваемые платформы Kontron и QNX на Intel Atom» стало представление специалистам современных программно-аппаратных платформ на базе процессоров Intel. С этой целью была разработана программа, позволившая участникам мероприятия познакомиться с передовой технологией мгновенной загрузки ОСРВ QNX на примере сверхкомпактных модулей Kontron, разработанных на основе Intel Atom.

Участниками семинара стали более 60-ти руководителей и ведущих специалистов компаний-разработчиков и произво-дителей электронного оборудования и системных интеграторов из различных отраслей.

Семинар открыл Алексей Рыбаков, технический директор ЗАО «РТСофт», выступлением, посвященным актуальному состоянию рынка встраиваемых компьютерных технологий (ВКТ). В докладе подчеркивалось, что фундаментальными достижениями ключевого игрока рынка ВКТ — корпорации Intel — за последние 10 лет явились разработка уникального экономичного микропроцессора Atom и переход на серийное производство микропроцессоров на основе 45-нм тех-нологического процесса. В качестве наиболее яркого примера новейших ультракомпактных разработок на основе Intel Atom были рассмотрены открытые стандарты nanoETXexpress, microETXexpress, Pico-ITX.

Вторым прозвучал доклад Александра Варварика, технического директора SWD Software. Докладчик рассказал об эффективном инструментарии разработки интеллектуальных систем управления — платформе QNX 6.4.

Продолжили программу выступления Дмитрия Афонина, директора направления «Встраиваемые модули и платы», ком-пания «РТСофт», и Владимира Махилева, инженера-программиста, компания «СВД Встраиваемые системы». В их докладах были рассмотрены новые возможности для разработчиков малогабаритных энергоэффективных встраиваемых систем, реализованные в модулях Kontron nanoETXexpress и microETXexpress на основе Intel Atom. Участники мероприятия узнали также о ключевых особенностях ОСРВ QNX при работе на Intel Atom.

По заявлению Алексея Рыбакова, «в настоящее время архитектура Atom претендует не только на сегмент рынка откры-тых встраиваемых систем, но и на сегмент частнофирменных встраиваемых систем. Использование решений на основе этой архитектуры и анонсированных в рамках семинара новейших технологий обеспечит отечественным инженерам высочайший уровень разработок».

www.rtsoft.ru

Page 11: Электронные компоненты №5/2009
Page 12: Электронные компоненты №5/2009

12

Раз

Раб

от

ка

и к

он

ст

Ру

иР

ов

ан

ие

www. elcp.ru

В статье предлагается новый способ расчета трансформатора обрат-ноходового преобразователя, позволяющий существенно уменьшить долю метода проб и ошибок при конструировании трансформатора. Рассматриваемый метод расчета учитывает изменение таких пара-метров режима работы преобразователя как частота, длительность импульса, пиковый ток, емкость нагрузочного конденсатора и т.д. Статья представляет собой сокращенный перевод [1].

Расчет тРансфоРматоРа обРатноходового пРеобРазователяКирби Крил (Kirby Creel), инженер-проектировщик Datatronics

ВВедениеобратноходовые преобразователи

(оп) часто используются для получения повышенного напряжения, например в дефибрилляторах, системах зажига-ния, фотовспышках и т.д. на рисунке 1 приведена упрощенная схема оп, а на рисунке 2 — идеализированная вре-менная диаграмма его работы. к преи-муществам оп относят простоту схемы, возможность создания высоковольтно-го напряжения на вторичной обмотке независимо от размера трансформато-ра, автоматическое ограничение тока короткого замыкания, глубокое регу-лирование выходного напряжения, возможность работы без дросселя на выходе. к недостаткам оп причисля-ют: большие габариты трансформато-ра, крутые фронты переключения, что порождает проблемы с Эми.

параметры временной диаграм-мы на рисунке 2 указаны для частоты 50 кгц и коэффициента заполнения 0,45. при включении силового ключа энер-гия запасается в трансформаторе, а при выключении — заряжает конденсатор; при увеличении напряжения на кон-денсаторе мертвое время возрастает.

в оп трансформатор часто рассмат-ривают как индуктор. индуктивность и ток первичной обмотки при открытом силовом ключе выражаются форму-лами:

(1)L = VA · ∆t/∆i,

(2)IPEAK = VA · ∆t/L,

где VA — приложенное напряжение; L — индуктивность трансформатора; ∆t — длительность импульса; ∆i — при-ращение тока в индуктивности за время ∆t.

Энергия W, запасаемая в сердечни-ке, определится из выражения:

(3)W = 0,5LII2PEAK.

например, при VA = 12 в; ∆t = 15 мкс и L = 60 мкгн ток IPEAK = 3 а, а W = 270 мкдж.

напряжение на выходной обмотке может достигать очень большой вели-чины, например, в трансформаторе, используемом в Элт цветного тв, выход-ное напряжение составляло 35 кв!

Пример ПроеКтироВания 1остановимся на случае, когда тре-

буется достичь заданного напряже-

ния, например зарядить конденса-тор медицинского дефибриллятора. исходные данные для разработки приведены в таблице 1. на первом шаге определим энергию заряда кон-денсатора.

(4)WCAP = 0,5CV2

CAP = 200 дж.

следующий шаг — вычисление числа циклов заряда N. при частоте работы оп равной 50 кгц получаем:

Рис. 1. Упрощенная схема ОП

Рис. 2. Идеализированная временная диаграмма ОП

Page 13: Электронные компоненты №5/2009
Page 14: Электронные компоненты №5/2009

14

Раз

Раб

от

ка

и к

он

ст

Ру

иР

ов

ан

ие

www. elcp.ru

N = 10 c · 50000 импульсов/с =

= 5·105 импульсов. (5)

третий шаг — определяем энергию, передаваемую трансформатору за каж-дый импульс.

(6)Wимп = 200 дж/5·105 = 400 мкдж

на четвертом шаге оценивается кпд схемы и энергия, потребляемая от источника питания (в нашем случае 12 в). при вычислениях пренебрегаем потерями в силовых ключах, диоде и трансформаторе. на рисунке 3 показан типовой график зависимости кпд оп от энергии, передаваемой через транс-форматор. следует помнить, что эта зависимость примерная, и она может меняться в зависимости от исполь-зуемых компонентов, схемотехники, трансформатора и т.д. для нашего случая (200 дж) значение кпд = 0,8, следовательно, энергия, потребляемая от первичного источника, в импульсе составит:

(7)Wимп = 400 мкдж/0,8 = 500 мкдж.

на пятом шаге определяются иско-мые параметры: индуктивность транс-форматора и пиковый ток первичной обмотки. из (1) и (3) получаем

L = 12 · 9·10–6/∆i и L = 2W/I2PEAK.

причем ∆i = IPEAK, а W = 500 мкдж; далее

12 · 9·10–6/IPEAK = 2 · 500·10–6/I2PEAK.

отсюда следует, что IPEAK = 9,259 а. подставляя полученное значение в (2), получим L = 11,66 мкгн. похожий расчет для зарядки конденсатора фотовспыш-ки с временными диаграммами при-веден в [2] при использовании микро-схемы LT3468 1.

Пример ПроеКтироВания 2проиллюстрируем расчет транс-

форматора оп еще одним примером (см. табл. 2). аналогично проделан-ным выше вычислениям получаем: WCAP = 1,08 дж; N = 500 тыс. циклов; Wимп = 4,32 мкдж — учитывая, что кпд = 50% (см. рис. 3); IPEAK = 80 ма; L = 1, 35 мгн.

зная индуктивность и пиковый ток первичной обмотки, можно при-ступить к процедуре выбора транс-форматора. последний в случае оп рассматривается в виде двух дроссе-лей, размещенных на общем магни-топроводе. в [3] проиллюстрирован выбор и коэффициента трансформа-ции, и силового ключа, а в [4] детально

Рис. 3. Зависимость кПд от накапливаемой конденсатором энергии

Таблица 1. Исходные данные для проектирования, пример 1

Наименование параметра Численное значениеКонденсатор, мкФ 100Напряжение заряда конденсатора, В 2000Время заряда, с 10Тип преобразователя Обратноходовой преобразователь в режиме непрерывного токаРабочая частота, кГц 50Максимальный коэффициент заполнения 0,45Максимальная длительность импульса, мкс 9Входное напряжение, В 12КПД См. шаг 4 и рис. 3Индуктивность первичной обмотки Требуется определитьТок (пиковое значение) Требуется определить

Таблица 2. Исходные данные для проектирования, пример 2

Наименование параметра Численное значениеКонденсатор, мкФ 6Напряжение заряда конденсатора, В 600Время заряда, с 10Тип преобразователя Обратноходовой преобразователь в режиме непрерывного токаРабочая частота, кГц 50Максимальный коэффициент заполнения 0,45Максимальная длительность импульса, мкс 9Входное напряжение, В 12Индуктивность первичной обмотки Требуется определитьТок (пиковое значение) Требуется определить

описаны подробности проектирова-ния трансформатора 2. воспользовав-шись этими указаниями, выберем n-1-канальный MOSFET типа IRFD220 с максимальным напряжением «сток–исток» равным 200 в. определим коэффициент трансформации: с учетом запаса ограничим напряже-ние «сток–исток» 180 в, далее учтем 1,5-кратные выбросы при коммута-ции из-за индуктивности рассеяния и получим, что напряжение на пер-вичной обмотке не должно превышать 120 в. следовательно, коэффициент трансформации при выходном напря-жении на вторичной обмотке 600 в дол-жен быть равен 5 (600 в/120 в). силовой ключ выбран с достаточно большим

максимально допустимым напряжени-ем для того, чтобы уменьшить коэф-фициент трансформации, а, значит, и индуктивность рассеяния и тем самым уменьшить коммутационные потери.

далее, в соответствии с [4], выби-раем:

– сердечник — RM5I/-3F3; – каркас — RM5; – первичная обмотка — 60 витков

проводом AWG31; – вторичная обмотка — 306 витков,

провод AWG 41, коэффициент транс-формации 5,1:1; каждый слой заполнен до конца, чтобы уменьшить индуктив-ность рассеяния.

Результаты измерения параметров готового трансформатора:

1 техническую документацию на LT3468 см. на компакт-диске.2 Руководство по проектированию трансформаторов (части 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7) см. на компакт-диске

Page 15: Электронные компоненты №5/2009

Раз

Раб

от

ка

и к

он

ст

Ру

иР

ов

ан

ие

15

электронные компоненты №5 2009

– активное сопротивление первич-ной обмотки — 0,73 ом;

– активное сопротивление вторич-ной обмотки — 36,1 ом;

– индуктивность первичной обмот-ки — 1,305 мгн;

– индуктивность рассеяния — 5,99 мкгн;

– паразитная емкость вторичной обмотки — 10,2 пф.

ЗаКлючениепри разработке оп следует обра-

тить внимание на два обстоятельства.

первое — при высоком выходном напряжении следует тщательно отне-стись к размещению выводов транс-форматора и разводке проводников, чтобы не возникало утечек. другая про-блема — выбор конденсатора. выбор конденсатора с малыми токами утеч-ки при заданных условиях может стать проблемой. иногда производитель нормирует токи утечки как величину 0,1 от номинального напряжения. однако токи утечки при зарядке конденсатора напряжением, близким к предельному, могут быть значительно выше. поэтому

необходимо оценить этот параметр. в наших примерах использовался поли-стирольный конденсатор.

ЛитеРатуРа1. Kirby Creel Expedite Transformer Cal cu la­

tions for Flybacks.2. Linear Technology Corp., LT3468 Data

sheet, LT/TP0105 IK Rev A, 2003.3. Pressman, Abraham I., Switching Power

Supply Design//2nd Edition, McGraw­Hill, ISBN 0­07­052236­7, 1998.

4. Dixon, Lloyd H. Magnetics Design Hand­book//Texas Instruments, 2001.

ОстОрОжнО, пОдделка!

| осторожно! ПодделКа Памяти ramtron! | В условиях экономического кризиса некоторые потребители электронных компонентов стремятся использовать любую возможность купить микросхемы по максимально низким ценам не у официаль-ного поставщика электронных компонентов.

За последние несколько лет было официально зарегистрировано несколько случаев продаж контрафактной продук-ции FRAM-памяти. В одном из отмеченных случаев контрафактные микросхемы удалось идентифицировать по отличию схемы адресации истинной микросхемы Ramtron FM25160 от контрафактного продукта. Однако следует заметить, что микросхемы Ramtron могут иметь и схемы адресации, аналогичные контрафактным продуктам. Необходимо также обра-щать внимание на упаковочную маркировку, поскольку маркировки лотов Ramtron отличаются от маркировок других контрафактных лотов. Как следствие, в поддельных микросхемах содержатся кристаллы памяти других производителей, требующие иной адресации.

О таких случаях известно компании Ramtron, поэтому она рекомендует покупать ее продукцию только у ОФИЦИ АЛЬ-НЫХ авторизованных дистрибьюторов, список которых находится на ее сайте. На территории России официальным дис-трибьютором продукции компании Ramtron является компания «Элтех».

Как отличить подделку от оригинала? Подробнее см. на сайте «Элтеха».

www.eltech.spb.ru

Page 16: Электронные компоненты №5/2009

16

вс

тра

ив

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

Исходя из общих макротенденций за последние 15 лет развития полу-проводниковых технологий, т.е. из повсеместного распространения интернета и установления бесшовной мобильной связи, а также в силу преодоления ограничений, накладываемых законом Мура, участники проекта ITRS (http://www.itrs.net) (International Technology Roadmap for Semiconductors — Международный стратегический план развития полу-проводниковых технологий) считают, что потребуются новые методы масштабирования и другая функциональность устройств, входящих в состав микросхемы и расположенных вне её.

тенденции развития встраиваемых многоядерных снК следующего поКоленияФози Беман (Fawzi Behmann), председатель маркетинговой комиссии, Power.org

Будущие полупроводниковые техно-логии можно в целом разделить на три категории: «геометрическое масшта-бирование» в соответствии с законом мура; «эквивалентное масштабирова-ние» — в ближайшие несколько лет, пока ещё будет действовать закон мура; «функциональная диверсификация» — технология, которая будет работать по завершению действия закона мура. Эти технологии окажут значительное влия-ние на сетевые встраиваемые приложе-ния с новыми архитектурами снК (SoC), в которых широко применяются такие элементы как многоядерность; иерар-хия кэша; ФнК (ФнК — фабрика на кри-сталле, в состав которой входят: кон-троллер кэш-памяти; пдп-контроллер; контроллер памяти; контроллер пре-рывания — прим. ред.); ускоритель для увеличения производительности по запросу (On demand Accelerator Engine, AE); соединительные шины.

все эти элементы обеспечива-ют масштабируемое программное многоядерное/с ускорителем реше-ние на базе снК (Multi-Core/Accelerator Engine SoC, SoC-MC/AE), которое исполь-зуется в широком ряде приложений от начального до профессионального уровней, поддерживает и расширяет функциональные возможности за счёт новых сервисов.

Три «концепции мура»в то время когда действие закона

мура близко к завершению, участни-ки проекта ITRS выдвинули концепцию More Than Moore («после мура»), кото-рая впервые была опубликована ITRS в 2005 г. Эта идея предусматривает инте-грацию немасштабируемой функцио-нальности, которую по большей части можно считать аналоговой функцио-нальностью, включающей также пас-сивные компоненты, узлы с высоким

напряжением питания для аналого-вых компонентов, датчики, приводы и доступ к сетям/системе.

на летней конференции ITRS были сформулированы следующие три «кон-цепции мура»:

– moore (закон мура): геометри-ческое масштабирование;

– more of moore (закон мура всё ещё работает): эквивалентное масшта-бирование;

– more Than moore (после закона мура): функциональная диверсифика-ция.

закон мура в целом описывает геометрическое масштабирование, т.е. последовательное уменьшение физи-ческих размеров элементов встроен-ной логики и памяти при повышении плотности (стоимость в расчёте на функцию), производительности (ско-рость, мощность) и надёжности при-ложений.

Концепция more of moore связана с эквивалентным масштабированием совместно с геометрическим масштаби-рованием и негеометрическими мето-дами техпроцесса, которые влияют на электрические параметры кристалла.

Концепция more Than moore под-разумевает реализацию в устройствах функциональности, которая необя-зательно масштабируется в соответ-ствии с законом мура, но обеспечива-ет добавленную стоимость конечному потребителю. такой подход, как пра-вило, предусматривает нецифровую функциональность (например, радио-связь, управление энергопотреблени-ем, использование пассивных компо-нентов, датчиков, приводов, сФ-блоков сторонних фирм) для перехода к реше-ниям на базе системы в корпусе (свК) или системы на кристалле (снК).

набирает силу тенденция повы-шения функциональности кристалла,

которая не масштабируется в соответ-ствии с законом мура. Эту тенденцию скорее можно рассматривать как функ-циональную диверсификацию, а не мас-штабирование, однако она составляет часть той же технологии.

сочетание двух первых концепций позволяет создавать снК и свК, что ско-рее создаёт добавленную стоимость системы, чем это происходит при инте-грации тех же функций в кристалл.

Функциональная диверсиФикация в снксектор по радиокоммуникациям

ITU-R (International Telecommunications Union — международный союз элек-тросвязи) в настоящее время изуча-ет возможный спрос на объём тра-фика систем 2010 г., для того чтобы определить требуемую ширину поло-сы пропускания для разработки стан-дартов IMT-2000 (International Mobile Telecommunications — международная система мобильной связи) и IMT-Advanced.

IMT-2000 являются системами мобиль-ной связи третьего поколения, которые обеспечивают доступ к широкому ряду телекоммуникационных услуг, поддер-живаемых сетями фиксированной связи (например, PSTN/ISDN/IP) и к другим сер-висам для мобильных пользователей. К числу основных характеристик IMT-2000 относятся следующие:

– возможность применения муль-тимедийных приложений в широком спектре сервисов и терминалов;

– высокая степень совместимости устройств связи по всему миру;

– совместимость сервисов в преде-лах стандарта IMT-2000 и фиксирован-ных сетей;

– высокое качество;– возможность роуминга по всему

миру;

Page 17: Электронные компоненты №5/2009

вс

тра

ив

ае

мы

е с

ис

те

мы

17

электронные компоненты №5 2009

– миниатюрный терминал, исполь-зуемый во всемирной системе связи.

Ближайшие 5—15 лет будут ознаме-нованы также

– появлением масштабируемых широкополосных сетей с большим муль-тимедийным контентом, позволяющих передавать сигнал в любую точку мира, в любое время и на любое устройство;

– появлением рынков, на которых потребители станут играть основную роль в создании богатого мультимедий-ного контента;

– появлением передовых IP-при-ложений и сервисов, позволяющих управлять масштабируемыми сетями с широкой полосой пропускания;

– появлением сложных многопро-цессорных платформ, использующих многоядерные/многопоточные техно-логии и ускорители, которые поддер-живают передовые приложения и сер-висы;

– совершенствованием технологи-ческого процесса вплоть до 10 нм;

– появлением масштабируемого шифрования и антивирусных приложе-ний, работающих во всей сети;

– превращением домашней сети в комплексную среду передачи данных и мультимедиа;

– появлением бесшовной мобиль-ной связи дома, в офисе, в дороге.

в противоположность приложе-ниям для настольных компьютеров и серверов, а также из-за существенной разницы между внутренней такто-вой частотой процессора и временем ожидания при обращении к памяти и вводе-выводе данных, сегодняшние архитектуры встроенного процессора не в состоянии обеспечить достаточ-ную производительность для реализа-ции описанных выше сценариев вычис-лений.

почти каждый серийно выпу-скаемый встраиваемый процессор общего назначения использует одно-поточную архитектуру, чья произво-

дительность и применимость ограни-чены существующими стандартами. по мере того как приложения стано-вятся всё более сетецентрическими, устаревшие процессоры перестают удовлетворять современным требо-ваниям к вычислительной произво-дительности.

развивающаяся пакетно-ориентиро-ванная среда характеризуется большим временем ожидания при обращении к памяти, которое с трудом поддаётся управлению с помощью стандартных процессорных архитектур. Этот недоста-ток оказывает серьёзное влияние на быстродействие процессора стандарт-ного типа и эффективность управления нагрузкой.

архиТекТуры SoC-Pe и SoC-mC/aeКонцепция More of Moore (см. табл. 1)

обеспечивает конвергированную/инте-грированную гетерогенную платфор-му (см. рис. 1) для создания масштаби-руемой интеллектуальной компактной экосистемы с добавленной стоимостью. реализация платформы PE-SoC на осно-ве масштабирования с использованием третьей концепции становится важной парадигмой будущего.

в начале 2005 г. участники проекта ITRS представили образец архитектуры SoC-PE. аббревиатура PE означает про-цессор, выполняющий специфическую

функцию для таких мобильных и бес-проводных приложений как смартфоны или цифровые камеры, а также вычис-ления с высокой производительностью и корпоративные приложения.

в качестве дополнения к этой архи-тектуре определяется образец мно-гоядерной/с ускорителем архитектуры снК для работы с сетевыми встроенны-ми элементами, как показано на рисун-ке 1. сетевая платформа SoC-MC/AE содержит следующие структурные эле-менты:

– поддержка нескольких ядер (Multi-Core, MC) для обеспечения высо-кой скорости обработки данных при потреблении до 30 вт;

– поддержка трёх уровневой иерархии кэша с тыльными кэшами L2, несколькими общими кэшами L3 и несколькими контроллерами памяти;

– поддержка межпроцессорных соединений с высокой скоростью;

– масштабируемая встроенная ФнК для параллельного неблокирую-щего аппаратного полностью кэш-синхронизированного платформенного подключения с возможностью масшта-бирования до 32-х ядер и поддержкой гетерогенных ядер;

– исключение конфликтов на шине и поддержка существенно более широ-кой полосы пропускания для несколь-ких ядер;

Таблица 1. Сетевая платформа SoC-MC/AE в соответствии с «классификацией Мура»

Структурные элементы сетевой платформы СнК Закон Мура More Moore More than Moore

Геометрическое масштабирование

Эквивалентное масштабирование

Функциональная диверсификация

Многоядерность ×Иерархия кэша ×ФнК ×Совместимость — интерфейс NET ×Совместимость — периферийный интерфейс ×

Ускорители по запросу ×Гибридное имитационное моделирование ×Экосистема ×

Рис. 1. Образец многоядерной/с ускорителем архитектуры СнК для встраиваемых сетевых приложений

Page 18: Электронные компоненты №5/2009

18

вс

тра

ив

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

– ускоритель (AE) с более высокой производительностью по сравнению с циклами обработки одного ядра, который позволяет уменьшить энергопотребление и площадь/стои-мость кристалла;

– поддержка среды гибридного моделирования, соче-тающей точность имитации функций с точностью имитации циклов, для упрощения разработки программного обеспе-чения, прогноза рабочих параметров и оптимизации;

– доступ к сетям/системам и экосистеме благодаря вир-туализации с использованием многоядерной архитектуры оборудования.

сетевая платформа SoC-MC/AE содержит все необходимые элементы, обеспечивающие масштабируемое программное решение, которое работает с широким рядом приложений от начального до профессионального уровней, поддерживает и расширяет функциональные возможности за счёт новых сервисов.

многоядерность. предполагается, что частота многоядер-ных процессоров будет превышать 1 ггц. Эта платформа обе-спечит маскимальное число команд, выполняемых за один такт (Instructions-per-Cycle, IPC), и максимальную частоту на 1 вт/площадь. несколько ядер также снижают нагрузку на высоко-производительные ускорители, вызванную повторяющимися и объёмными вычислительными операциями, увеличив число циклов обработки для реализации более высокой мощности или новых сервисов и приложений. Каждое ядро этой плат-формы будет иметь собственный тыльный кэш L2, причём цен-тральный процессор (цп) получит прямой доступ к этому кэшу, обеспечив очень высокую производительность приложений.

Кэш будет соответствовать всему диапазону скорости цп, что позволит снизить время задержки более чем на 50% в архитектурах «общая шина/общий кэш». тыльный кэш L2 также позволит настраивать его содержимое между инструк-цией и данными в соответствии с требованиями конкретного приложения, что облегчит разбиение памяти и улучшит

быстродействие за счёт значительного уменьшения про-стоев цп. Кроме того, тыльный кэш L2 уменьшит трафик ФнК и основной памяти, что позволит снизить время задержки и увеличить полосу пропускания для других пользователей этой матрицы и системной памяти.

многопоточность и многопроцессорная обработка тесно связаны друг с другом. действительно, если мультипроцессо-ры совместно используют только память или соединение, то многопоточные процессоры помимо этих ресурсов сообща используют блок выборки команд и логику, а при случае — и другие ресурсы. в одном многопоточном процессоре разные потоки состязаются за слоты и другие ресурсы, что огра-ничивает возможность параллельной обработки команд. некоторые «многопоточные» модели программирования и архитектуры назначают новые потоки отдельным процессо-рам для параллельного исполнения команд.

иерархия кэша. для преодоления ограничений в отноше-нии существующих процессоров, которые работают в модели общего кэша, новый метод реализует в многоядерной сете-вой платформе (мсп) трёхуровневую иерархию кэша. Кэш L1 сохраняется на ядре. Как уже ранее отмечалось, кэш L2 присутствует на ядрах в качестве тыльного кэша, который значительно улучшает быстродействие. Каждое ядро имеет собственный тыльный кэш L2, обеспечивающий следующее:

– совокупную полосу пропускания, которую не в сосо-тоянии поддержать один общий кэш;

– снижение времени задержки по отношению к систем-ной шине;

– тыльный кэш обеспечивает настройку политик ядер в соответствиии с различными рабочими наборами, что упрощает реализацию требуемой производительности, изо-ляции, приоритетов и качества обслуживания (QoS);

– выделенный кэш отличается большей автономно-стью (в сравнении с единым коллективным кэшем) и служит подходящим блоком для управления ресурсами (например,

Page 19: Электронные компоненты №5/2009

вс

тра

ив

ае

мы

е с

ис

те

мы

19

электронные компоненты №5 2009

отключением энергии для её эконо-мии).

однако существует несколько задач, для которых требуется общий кэш, например для связи промежуточных процессоров и работы на общих струк-турах данных. в этих случаях предлага-ется использовать мультимегабайтный кэш L3. Этот коллективный кэш с боль-шой полосой пропускания увеличивает коэффициент успеха до максимального значения, одновременно обеспечивая быстрый доступ к памяти при вводе-выводе и для блоков ускорителей.

Фнк. встроенная ФнК работает согласованно с кэшем, обеспечивая синхронный и параллельный доступы. реализация инновационного тыльного кэша вместе с ФнК позволяет копиро-вать данные, отслеживать вмешатель-ство и полную синхронизацию обору-дования. в мсп будет использоваться хорошо масштабируемая модульная ФнК, созданная в результате многих лет исследований. она обеспечит кэш-синхронизованное параллельное под-ключение ядер с низкой задержкой.

в отличие от общей шины, являю-щейся связующей средой между ядрами, памятью и периферийными устройствами, ФнК позволяет снизить проблемы арбитража шины и конку-ренцию, с которыми сталкиваются другие многоядерные архитектуры по мере возрастания трафика в системе. ФнК играет роль сетки, позволяющей параллельному трафику поступать в систему и покидать её из любой точки, а не через единственный выход.

Эта масштабируемая ФнК поддержи-вает групповые полностью синхронизи-рованные операции в каждом цикле и легко адаптируется под большее число ядер. матрица также поддерживает возможность гетерогенной кластери-зации, позволяя использовать целый

ряд микроконтроллеров для решения задач по достижению требуемой мощ-ности и быстродействию и обеспечивая полную синхронизацию между ядрами.

подключение. мсп интегрирует обширное количество сетевых ресур-сов и устройств ввода-вывода для поддержки высокопроизводительной архитектуры. Эти ресурсы предостав-ляют системным интегратором боль-шие возможности по построению масштабируемых систем с большой производительностью.

сетевые платформенные нтер-фейсы SoC-mC/ae и структурные элементы. сетевая платформа SoC-MC/AE поддерживает многие интерфейсы, включая RGMII, XGMIII и контроллер интерфейса SPI-4.2. К числу дополни-тельных высокоскоростных интерфей-сов относятся PCI-X и последователь-ный интерфейс RIO.

интерфейс для периферийных устройств. периферийные устрой-ства и пзу подключаются к мсп через порты интерфейса для периферийных устройств. Эти порты создаются с помо-щью 32-разрядной шины ввода-вывода и программируемого интерфейса GPIO (General-Purpose Input/Output). мсп оснащена такими стандартными шинами как I2C, каждый порт которой состоит из двух двунаправленных шин, а также шин последовательных данных (SD) и последовательной синхрониза-ции (SCLK).

ускоритель по запросу. ускоритель по запросу предназначен для повы-шения уровня производительности и гибкости мсп. общая асинхронная архитектура позволяет снизить время задержки и многозадачной обработки без затраты ресурсов на переключение потоков. Благодаря ускорению достига-ются преимущества в производитель-ности по сравнению с использованием

одного ядра, снижаются энергопотре-бление и занимаемая кристаллом пло-щадь, а, следовательно, и стоимость системы. технология ускорителя по запросу включает следующие методы:

– сопоставление с образцом для тщательной проверки пакетов и пол-ную обработку содержимого;

– декомпрессию/компрессию для распаковки данных с целью проверки и упаковки для отправления;

– криптозащиту для соблюдения конфиденциальности, целостности и аутентификации;

– справочные таблицы для анализа пакетов и классификации потока;

– управление трактом данных для эффективного размещения ресурсов на кристалле;

– распределение пакетов и управ-ление очередями.

среда гиБридного имиТационного моделированиядля сетевой платформы SoC-MC/AE

потребуется имитационная модель всей системы — гибрид, сочетающий техно-логии точного моделирования цикла и функционального моделирования для облегчения разработки программного обеспечения, прогноза производитель-ности системы и оптимизации прило-жений клиентов для мсп.

используя среду гибридного моде-лирования, которая позволяет легко переключаться между моделями функ-ций и циклов, разработчики получат возможность переходить из одной опе-рационной системы (ос) в другую, от одного промежуточного по к другому, а также от приложения к приложению и разделять их на виртуализованной мсп с целью совершенствования, отладки и сравнительного тестирования ещё до реализации системы в кристалле.

Page 20: Электронные компоненты №5/2009

20

вс

тра

ив

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

Эта среда также позволяет легко проводить безопасные эксперименты с разделением, распараллеливанием и оптимизацией систем и приложений. разработчики программного обеспече-ния получат возможность проверять свои идеи и настраивать производи-тельность конкретных решений для тех или иных ситуаций без ограничений, накладываемых реальным оборудова-нием. Этот гибридный симулятор обла-дает следующими возможностями:

– быстрая функциональная модель для мсп;

– тщательно проработанная модель для имитации циклов для мсп;

– полный пакет с инфраструктурой и средствами разработки по, разделе-ния кодов, отладки, определения про-филя и визуализации;

– наблюдаемость статуса системы на уровне архитектуры и микроархи-тектуры, включая кэши и регистры для конвейерной обработки;

– динамический контроль выпол-нения программ, включая точки преры-вания, пошаговое исполнение и выпол-нение в обратном направлении;

– способность закгрузки несколь-ких ос.

главным преимуществом гибридного симулятора является его способность динамически переключаться в пря-мом и обратном направлениях между высокоскоростным функциональным режимом и более детализированным режимом моделирования цикла. Это позволяет разработчикам по быстро загружать ос, выполнять код в крити-ческих точках, а затем переключаться в более подробный режим точной ими-тации цикла для анализа тех или иных частей программы, не ожидая результа-тов в течение нескольких дней.

Как платформа разработки для муль-тиядерных систем гибридный симулятор

предназначен для повышения гибкости системы и проведения экспериментов в бесконтактной среде, т.к. для рабо-ты в ос или приложении не требуется каких-либо измерительных приборов. разработчики по получают возмож-ность сократить время создания при-ложений для целевой системы, улучшив при этом качество полученного кода.

досТуп к экосисТеме mC/aeразработчикам по для сетевых плат-

форм MC/AE потребуется потратить значительное время на создание архи-тектуры программного обеспечения. использование потенциала многоядер-ных процессоров приводит к необхо-димости предусмотреть параллельную обработку. её реализация может ока-заться сложным делом, учитывая долгий путь развития систем на одном ядре, которые по большей части обладают способностью к самосинхронизации.

сетевые приложения предлагают параллелизм на уровне крупных струк-турных единиц в виде обработки паке-тов, и взаимодействие между каналами передачи данных и узлами управления настолько нарушено, что затрудняет-ся создание дополнительного уровня параллельной организации.

если явно выраженный параллелизм в таком случае трудно себе предста-вить, ситуация ещё более усложняет-ся, когда требования к потоку данных превышают возможности единственно-го цп, или когда единственное ядро не в состоянии обеспечить необхо-димую реакцию панели управления. выравнивание нагрузки и смешанные асимметричные/симметричные много-процессорные среды на одном и том же устройстве — вопросы, которые при-звана решить мсп.

пока программисты размышляют о том, как распределить задачи, пред-

лагаемые мсп показатели плотности обработки вынуждают разработчиков оборудования подумать о консолида-ции и перераспределении функций, которые были назначены дискретным цп или модулям.

Эти решения будут влиять друг на друга в значительной степени по мере появления новых сервисов и функций системы. Как для программистов, так и разработчиков оборудования суще-ствует настоятельная потребность в создании очень гибкого многоядерно-го процессора, а также в отлаженных механизмах, облегчающих исследо-вание будущих архитектур. в сетевой платформе SoC-MC/AE имеются ядра, каждое из которых обладает выделен-ным (тыльным) кэшем L2. Кроме того, эта платформа оснащается ускорите-лем по запросу, учитывающим требова-ния конкретного приложения.

многоядерная платформа не толь-ко презназначена для того, чтобы удо-влетворить настойчивым требованиям повысить производительность, но и облегчить её использование. одним из серьёзных препятствий для реализа-ции многоядерной системы в настоя-щее время является эффективность программирования и отладка. ниже рассматриваются два наиболее вероят-ных сценария (см. рис. 2).

Сценарий 1. Число ядер и производи-тельность системы нормированы относи-тельно одного ядра в 2007 г.

в этом сценарии производитель-ность 45-нм системы в 3,6 раза превы-шает этот показатель 65-нм системы при соотношении ядер 3,7/1, соответ-ственно. аналогично, производитель-ность 32-нм системы в 13,5 раз выше этого показателя для 65-нм системы при соотношении ядер 7,5/1. из графика видно, что эта зависимость линейна.

Сценарий 2. Число ядер и производи-тельность системы нормированы относи-тельно четырёх ядер в 2007 г.

в этом сценарии производитель-ность 45-нм системы в 14,7 раза пре-вышает этот показатель 65-нм систе-мы при соотношении ядер 10,9/4, соответственно. аналогично, про-изводительность 32-нм системы в 54 раза выше этого показателя для 65-нм системы при соотношении ядер 30/4. из графика видно, что эта зави-симость линейна.

предполагаемые преимущесТва плаТФормы SoC-mC/aeпри создании сетей в недалёком

будущем больше не понадобится увели-чивать рабочие частоты одноядерных архитектур. добавление ядер повысит производительность (геометрическое масштабирование). однако проблемы

Рис. 2. Два схожих сценария развития многоядерных СнК по мере совершенствования техпроцессов с нормами от 65 до 32 нм и ниже

Page 21: Электронные компоненты №5/2009

вс

тра

ив

ае

мы

е с

ис

те

мы

21

электронные компоненты №5 2009

с тем, как управлять тепловыделением во встраиваемой системе, гораздо превышают преимущества, достигаемые от повышения производительности при увеличении частоты цп. в связи с этим возникает необходимость рассматривать эту проблему с точки зрения развития платформы снК.

возможно, разработчики будут бороться за полосу про-пускания шины и память, масштабируемость и, что ещё хуже, за неиспользованные циклы обработки из-за недостаточно эффективного программирования. добавление ускорите-лей позволит последовательно увеличивать производитель-ность (эквивалентное масштабирование) сетевой платформы SoC-MC/AE, но использование этого оборудования потребует ещё больших инвестиций в программное обеспечение и симуляторы (функциональная диверсификация).

итак, сетевая платформа SoC-MC/AE предназначена не только для того, чтобы обеспечить превосходную произво-дительность и энергоэффективность, но и совершить переход на многопроцессорные решения насколько можно быстрее и безболезненнее при поддержке ведущей в отрасли экосисте-мы. таким образом, многоядерность, ускоритель и экосистема являются тремя факторами, которые изменят ландшафт сетей и обеспечат масштабируемую и поддерживаемую произво-дительность для приложений и сервисов следующего поко-ления.

ЛИтература1. ITU-R M.1645 «Future Development of IMT-2000 and IMT-

Advanced», WG Spectrum, Document 8F revised draft, July 2007.2. IEEE Communications, «Web Services in Telecommunications»,

«Orchestration in Web Services and Real-Time Communications», July, 2007 PP. 26—27, 44—50.

3. IEEE Wireless Communications, «New Generation Heterogeneous Mobile Networks», April 2007, PP 2—3.

4. IEEE Wireless Communications, «The Multiple Access Scheme for Wireless Communication», June 2007, PP2—3.

5. IEEE Wireless Communications, «Next Generation CDMA vs OFDMA for 4G Wireless Applications», June 2007, PP 6—7.

6. IEEE Wireless Communications, «IFDMA: A Scheme Combining the advantages of OFDMA and CDMA», June 2007, PP 9—17.

7. Communications News «Enterprise Network Solutions «Are you ready for converged IP?», July 2007 PP40—41.

8. Semiconductor International, «Semicon West 2007» , June 2007, PP20.9. Mobile Enterprise « Connecting Enterprise Solutions to Business

Strategy, «Bettering Behavior, Mobile Tools», July, 2007, PP8, 19—25.10. EE Times, «Freescale CEO: IC growth drivers shifting», July 2,

2007, PP8.11. IEEE Micro, «Hot Chips 18», March–April, 2007, PP 7—9, «The

AMD Opteron Northbridge Architecture», PP 10—21, «The Blackford Northbridge Chipset for the Intel 5000», PP 22–33, «ARM996HS: The First Licensable, Clockless 32-bit Processor core», PP. 58—68.

12. Power Architecture «Cell BE», «Cell Microprocessor», Wikipedia.13. IEEE Computer Society, «Synergistic Processing in Cell's Multi-core

Architecture», 2006, PP10—24.14. ACM, «Evolution of Low Power Electronics and its Future Applications»,

ACM, 2003, PP2—5.15. IEEE Comp Society, «CMOS Scaling for sub-90 nm to sub-10 nm»,

2004, PP1–6.16. IEEE Journal of Solid State, «CMOS Technology» Year 2010 ad

Beyond», 1999, PP 357, 366.17. IEEE «Proceeding of 8th IPFA 2001, «Direction of Silicon Technology

from Past to Future», 2001, PP 1—35.18. ITRS 2005 Publication «Introduction of «More than Moore»

concept.19. ITRS 2007 Summer Working Group Workshop/Public Conference

«Work in progress on «more than Moore». 20. Semiconductor International, July 18th ITRS Summer Conference

«Panel Focus on «More Than Moore», by Peter Siger, Editor-in-chief.21. ITRS 2007 System Drivers Publications, Networking Driver «SoC

Multicore/Accelerators Platform», Pages 3—5.

Page 22: Электронные компоненты №5/2009

22

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

Появившиеся в последние годы новые виды ПК-совместимых промышлен-ных систем управления являются, по сути, открытыми платформами, которые обладают всеми преимуществами ПК, включая программиро-вание с использованием открытого кода, широкие возможности ком-муникации и высокую гибкость. В статье описывается подход к раз-работке управляющей платформы с использованием процессора Intel Atom. Показано, как эти новые процессоры обеспечивают преимущества открытой архитектуры IA-32 и, в то же время, отвечают требованиям по мощности и стоимости, которые предъявляются к оборудованию для промышленных систем управления.

Построение Промышленных систем уПраВления на базе Процессора Intel AtomВиктор ЕжоВ, иД «Электроника»

традиционныЕ промышлЕнныЕ систЕмы упраВлЕнияобычно промышленные системы

управления реализуются с приме-нением программируемых логиче-ских контроллеров (programmable logic controller — PlC) — устройств на базе микропроцессора, используе-мых для управления многими видами оборудования на предприятии. PlC-контроллеры программируются на языке стандарта IeC 61131 и спроек-тированы для применения в режиме реального времени в жёстких промыш-ленных условиях.

на протяжении двух десятков лет PlC-контроллеры использовались для построения специализированной аппа-ратной платформы, работающей под управлением операционной системы реального времени (осрВ). При выборе PlC-контроллера разработчик ограни-чен возможностями и функциями, кото-рые предлагает тот или иной постав-щик. хотя такой подход предполагает простые для интеграции устройства, высококачественные компоненты и квалифицированную поддержку, он, в то же время, не подходит для реализа-ции каких-либо нестандартных конфи-гураций системы.

PlC-контроллеры хорошо выполня-ли свои функции как отдельные блоки системы управления производства. однако промышленная автоматика превратилась в сложную взаимосвязан-ную систему производственных ячеек (модулей), когда данные, необходимые для управления процессами, переда-ются в единую систему материально-производственного планирования. Производство продуктов по принципу «строго вовремя» (Just in time) и уве-личение числа предлагаемых изделий

заставляют компании развиваться в сторону реконфигурируемого произ-водства. Включение всех элементов производственной системы в систему материально-производственного пла-нирования предприятия требует новых коммуникационных интерфейсов, а также создаёт потребность в сборе статистической информации и других данных в каждой производственной ячейке. Кроме того, количество и слож-ность датчиков, используемых в про-изводственной ячейке, увеличиваются, что часто создаёт трудности при их сопряжении с ПК.

к пк-соВмЕстимым систЕмам промышлЕнной аВтоматикиВ последнее время наблюдается

переход промышленных систем управ-ления на стандартизированные плат-формы общего назначения на базе технологии ПК. одной из основных причин такого перехода стало жела-ние пользователей объединить их It-систему с системой промышленной автоматики на базе единой сквозной платформы. Встраивание It в систему автоматики происходит на полевом уровне (field level), датчики и испол-нительные устройства которого стано-вятся всё более интеллектуальными, а также на уровне управления (control level), где для замены традиционных PlC-контроллеров используется техно-логия встраиваемых ПК.

Кроме постепенного сближения It-системы с системами промышленной автоматики, дополнительными факто-рами для перехода на ПК-совместимую архитектуру промышленных систем управления являются использование веб-сервисов и распространение сетей промышленного ethernet.

Пакеты специальных программ для встраиваемых ПК-платформ позволяют выполнять функции, которые тради-ционно реализовывались на базе спе-циализированной аппаратуры. можно выделить слебующие несколько преи-муществ такого подхода:

– не требуется специализирован-ная аппаратура;

– интегрирование различных функций в одном устройстве (интер-фейс человек-машина (human machine interface — HmI) и PlC-контроллер работают на одном встраиваемом ПК);

– удобное сопряжение основных функций управления с функциями более высокого уровня;

– возможность коммуникаций с помощью ethernet или интернета.

В настоящее время система про-мышленного управления включает сеть интеллектуального полевого обору-дования (датчики, реле, исполнитель-ные механизмы) и одно или несколько специализированных устройств для выполнения управляющих функций, которые называются контроллером. Дополнительные устройства могут использоваться для реализации интер-фейса HmI, удаленной связи, хранения данных, упреждающего регулирования и других задач.

Проблема несоответствия значений рассеиваемой мощности малопотре-бляющей платформы Intel (около 10 Вт) требованиям по мощности потребле-ния встраиваемой платформы (порядка 1 Вт) была барьером для применения архитектуры Intel в полностью гермети-зированных устройствах без охлажда-ющего вентилятора, предназначенных для работы в тяжёлых условиях про-изводства. разработчики столкнулись с задачей поиска дорогих решений

Page 23: Электронные компоненты №5/2009

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

23

электронные компоненты №5 2009

для снижения выделения тепла в таких системах для того, чтобы использовать преимущества архитектуры ПК.

Процессоры Intel Atom явились пер-выми из нового поколения устройств за последние годы, которые обеспечивают требуемые характеристики в тяжёлых условиях систем промышленной авто-матики. Процессор Intel Atom серии Z5xx 1 позволил применить архитекту-ру Intel во встраиваемых приложениях малого форм-фактора, не использую-щих охлаждающий вентилятор и рабо-тающих в тяжелых тепловых условиях. изготовленные по 45-нм технологии, эти процессоры с малым потреблени-ем и высокой надёжность ю помещены в ультракомпактный корпус размером 13×14 мм.

Эти процессоры работают совмест-но с контроллером-концентратором Intel System Controller Hub US15W 2, который включает контроллер графи-ческой памяти и контроллер ввода/вывода, размещенные в одном ком-пактном корпусе размером 22×22 мм. Эта платформа обеспечивает величину тепловой мощности менее 5 Вт и типо-вой средней мощности потребления менее 2 Вт.

особЕнности процЕссора Intel AtomПроцессор Intel Atom обладает сле-

дующими особенностями.– 45-нм технология компании Intel

с применением high-K оксида гафния с металлическим затвором разработана для того, чтобы снизить потребляемую мощность, увеличить быстродействие и значительно увеличить плотность размещения транзисторов по сравне-нию с предыдущей 65-нм технологией.

– множественные внутренние микрооперации (micro-ops) процессо-ра могут быть скомбинированы в одну микрооперацию, которая выполняется за один цикл, что значительно улуч-шает производительность и снижает потребляемую мощность.

– В процессоре примененено поо-чередное (in-order) выполнение команд вместо внеочередного (out-of-order), что также снижает потребление.

– Гиперпоточная технология (Intel® Hyper-threading technology) обеспе-чивает высокую эффективность кон-вейера (высокую удельную производи-тельность на единицу мощности). Эта технология обеспечивает улучшенную скорость реакции системы в условиях выполнения нескольких заданий одно-временно.

В процессоре Intel Atom был использован двухканальный супер-

скалярный конвейер с выполнением команд по очереди, что позволило избавиться от логических каскадов планировщика выполнения команд, которые потребляли значительную мощность в процессоре Intel Pentium m. В результате потребляемая мощ-ность процессора Intel Atom снизи-лась на 60% по сравнению с процес-сором Intel Pentium m.

Кэш второго уровня (l2) процес-сора Intel Atom представляет собой 512-Кбайт память с 8-канальной ассо-циативностью (с возможностью умень-шения числа каналов до нуля). В кэш-памяти реализована предварительная выборка второго уровня для оптими-зации представления данных и команд для процессорного ядра.

интерфейс системной шины (front side bus — FSB) соединяет процес-сор с системным контроллером-концентратором Intel System Controller Hub (Intel SCH). системная шина была реализована на базе КмоП-технологии, которая позволила снизить потребляе-мую мощность на 40% по сравнению AGtl-интерфейсом.

одним из ключевых приёмов при реализации низкопотребляющей архи-тектуры Intel стал переход на 45-нм производственный процесс с приме-нением транзисторов с металлическим затвором и диэлектриком High-K. В качестве материала с высокой диэлек-трической постоянной (High-K) был выбран гафний, который в сочетании с металлическим затвором обеспечивает высокие характеристики транзистора.

В конвейерах с выполнением команд по очереди (in-order pipelines)

для встраиваемых систем могут возни-кать проблемы простоя из-за времени задержки доступа к памяти. решение этой задачи в процессоре Intel Atom было реализовано с помощью гиперпо-точной технологии Intel Ht technology. Эта технология допускает создание логических процессоров в одном физи-ческом ядре, которые способны выпол-нять команды независимо друг от друга. В результате объединения физических ресурсов логические процессоры оста-ются активными в течение более дли-тельного времени. В результате такого подхода производительность процес-сора Intel Atom возрастает на 30% при выполнении многопотоковых задач.

Процессор Intel Atom поддержива-ет расширения команд SImD (которые были включены в стандартный набор команд IA-32) вплоть до набора команд Intel® Streaming SImD extensions 3.1 3. Эти команды можно использовать для реализации многих алгоритмов для мультимедииных приложений и обра-ботки данных.

Для минимизации потребляемой мощности и размеров встраиваемых систем для совместной работы с про-цессором Intel Atom был разработан контроллер-концентратор Intel® System Controller Hub (Intel® SCH). он содержит контроллер памяти, графический кон-троллер и контроллер ввода/вывода на одном кристалле, который соединён с процессором по 400/533-мГц систем-ной шине. на рисунке 1 изображена типовая платформа процессора Intel Atom.

Для минимизации занимаемой на плате площади процессор и чипсет

Рис. 1. Типовая платформа процессора Intel Atom

1 техническую документацию на процессор Intel Atom серии Z5xx см. на компакт-диске.2 техническую документацию на контроллер-концентратор Intel System Controller Hub US15W см. на компакт-диске.3 руководство по программированию в системе команд IA-32 см. на компакт-диске.

Page 24: Электронные компоненты №5/2009

24

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

предлагаются в сверхкомпактных кор-пусах размерами 13×14 мм и 22×22 мм, соответственно, что позволяет спро-ектировать полную систему, которая занимает площадь менее 6000 мм2.

сис те м ный кон т р ол лер -концентратор Intel System Controller Hub обладает характеристиками, которые позволяют его использовать во встраи-ваемых системах. основными особен-ностями контроллера-концентратора являются следующие:

– интерфейс памяти обеспечивает связь с 32-разрядной памятью DDR2 ёмкостью до 2 Гбайт на частоте систем-ной шины (FSB);

– 3D-графическая подсистема совместно использует системную память в конфигурации унифициро-ванной архитектуры памяти (Unified memory Architecture — UmA);

– графический контроллер обеспе-чивает отличные 3D-характеристики, а также имеет возможность полностью декодировать аппаратными средства-ми видеопотоки (mPeG 2 и 4, H.264 WmV9/VC1 и других стандартов), тем самым освобождая главное ядро про-цессора от этой задачи;

– графический контроллер имеет возможность выводить одновремен-но два независимых потока, используя lVDS- и SDVo-интерфейсы, причем эти интерфейсы можно сконфигурировать с помощью инструмента настройки гра-фического драйвера.

Встраиваемые приложения обыч-но определяются возможностями ввода/вывода данных. Контроллер-концентратор Intel SCH предоставляет разработчику ряд интерфейсов: USB, который может работать в режиме хоста или клиента; контроллеры SDIo/mmC, которые поддерживают раз-личные типы карт, и контроллер eIDe P-AtA, поддерживающий последние версии твердотельных накопителей и позволяющий разработчику управлять режимом низкого потребления. Кроме встроенных функций, контроллер Intel SCH имеет два порта PCI express × 1 для расширения системы.

сраВнЕниЕ пк-соВмЕстимой ВстраиВаЕмой платформы с систЕмой на базЕ спЕциа ли зи-ро Ванных устройстВПо сравнению с традиционными

PlC-контроллерам, промышленные контроллеры на базе встраиваемых ПК-процессоров выполняют контроль-ные функции разного рода (не только логическое управление, но и управле-ние движением, приводами и процес-сами) на одной платформе. Это обеспе-чивает такие ключевые преимущества как возможность использовать единую

среду разработки, а также открытую программную архитектуру и сетевые интерфейсы.

особенностями промышленных контроллеров со встраиваемыми ПК-процессорами являются следую-щие:

– тесная связь аппаратной части контроллера и программного обеспе-чения;

– программируемость, которая позволяет программам поддерживать процесс управления на нескольких машинах или устройствах;

– возможность управления модуль-ными системами в промышленности — от станков на фабрике до оборудования на обрабатывающих заводах;

– использование де-факто стан-дартных сетевых интерфейсов, языков программирования и протоколов;

– обеспечение эффективной обра-ботки данных и считывание портов ввода/вывода.

Ключевым фактором при реализа-ции проектов промышленного управ-ления является обеспечение поддерж-ки множества шинных сетей, которые функционируют на предприятии. Эти решения в области промышленных сетей обеспечивают сбор информа-ции о результатах измерений, а также управляющих, диагностических и дру-гих данных. В приложениях, работаю-щих в режиме реального времени, эти данные передаются между полевыми устройствами (датчиками, актуаторами и др.) и автоматизированными контрол-лерами.

Протоколы широко используемых промышленных сетей для приложений промышленной автоматики приведены в таблице 1 4.

При обсуждении возможностей про-мышленных систем управления часто говорят о системах реального време-ни. но каковы требования к промыш-ленным системам реального времени? Дело в том, что разные приложения имеют различные требования к таким системам. наиболее строгие требова-ния предъявляются к системам управ-ления движением: время цикла должно быть не более 50 мкс, а допустимое зна-чение джиттера (отклонения времени цикла) около 10 мкс. Для специальных приложений с более жесткими требо-ваниями следует применять специа-лизированную аппаратуру: обычные системы на базе промышленных сетей не способны обслуживать такие при-ложения. типичное время цикла для систем управления положением лежит в диапазоне 1…4 мс, однако джиттер весьма мал — обычно менее 20 мкс. обычная последовательная логика PlC-контроллера обычно не требует время

цикла менее 10 мс, а джиттер может составлять несколько мс. Для задачи связи с компьютерами более высокого уровня требования к временным пара-метрам лежат в секундном диапазоне.

ПК-совместимые встраиваемые системы управления обычно разделя-ются на следующие подсистемы:

– физические модули ввода/выво-да;

– промышленная сеть fieldbus;– oПК-клиент/сервер для связи

интерфейсной платы с soft PlC-контроллером;

– программный пакет для разра-ботки soft PlC-контроллера;

– oПК-клиент/сервер между soft PlC-контроллером и HmI-интерфейсом;

– интерфейс человек-машина (HmI).

Ключом к реализации всех воз-можностей новых промышленных контроллеров является программное обеспечение. оно должно обеспечи-вать стабильность и надёжность осрВ при управлении вводом/выводом дан-ных, синхронизации системы, испол-нении приоритетов и других задач. Программное обеспечение должно также предусматривать широкий набор функций управления и анали-за. В их число должны входить такие типовые управляющие функции как цифровая логика и ПиД-управление, а также менее распространенные функции, например такие как нечёт-кая логика (fuzzy logic) и возможность управления на основе моделирования. Программное обеспечение должно, кроме того, обеспечивать алгоритмы анализа для систем машинного видения и управления движением, возможность регистрации данных и поддержки сете-вых коммуникаций с базой данных и другими системами промышленного предприятия.

Встраиваемая ПК-совместимая система промышленного управления включает несколько взаимодействую-щих программных компонентов, кото-рые рассматриваются в следующих разделах.

Soft PlC-контроллЕродним из основных программ-

ных компонентов для нового класса контроллеров на базе технологии встраиваемых ПК является soft PlC-контроллер. Soft PlC-контроллер — это программная среда, используемая для моделирования PlC-контроллера во встраиваемом ПК. используя soft PlC-контроллер, часть ресурсов цП резервируется для моделирования PlC-системы управления, а другая часть выделяется для операционной системы. работа soft PlC-контроллера

4 таблицу «Протоколы промышленных сетей (источник: Intel Corporation, 2009)» см. на компакт-диске.

Page 25: Электронные компоненты №5/2009

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

25

электронные компоненты №5 2009

идентична работе обычного PlC-контроллера: он реализует логику управления на стандартном языке программирова-ния IeC 61131-3. Soft PlC-контроллер принимает данные от полевых устройств, обрабатывает их с помощью логики, реа-лизованной на языке программирования IeC 61131-3, и, нако-нец, направляет выходные данные полевым устройствам и на HmI-интерфейс.

Ключевым условием при разработке концепции про-мышленного ПК-совместимого контроллера является верификация функционирования приложения на базе soft PlC-контроллера в режиме реального времени. При этом наиболее важным свойством контроллера должно быть не только выполнение задания в определенный промежуток времени, но и способность выполнять циклически повто-ряющиеся задачи всегда в одно и то же время.

oпк — стандарт ВзаимодЕйстВия мЕжду программными компонЕнтамиосновной частью ПК-совместимой системы является

интерфейс связи между полевыми устройствами и soft PlC-контроллером. Эта связь обеспечивается через интерфейс ввода/вывода, который соединен с полевыми устройствами и передает данные на ПК через программный интерфейс. одним из таких интерфейсов, который предложен между-народной организацией oПК Foundation, является ole for Process Control (oПК). он представляет собой набор стан-дартных интерфейсов на основе технологии ole/Com ком-пании microsoft. В приложении на базе стандартного интер-фейса oПК возможно взаимодействие между системами автоматики и управления, полевыми системами/устрой-ствами и офисными/деловыми приложениями обычно с помощью oПК-сервера. oПК-сервер гарантирует стандарт-ный формат данных, к которым может иметь доступ каж-дый oПК-клиент, например сам soft PlC-контроллер. Soft PlC-контроллер действует как oПК-клиент при чтении и записи данных, принятых от полевых устройств через плату интерфейса, которая установлена на oПК-сервере.

архитектура oПК-клиент/сервер используется не только в качестве интерфейса между полевым и управляющим уровнем, но и для связи между soft PlC-контроллером и HmI-интерфейсом. В такой архитектуре обмен данными между отдельными программными пакетами играет важнейшую роль. управляющая система в ПК-среде работает на основе набора циклических процессов, в основном циклов soft PlC-контроллера и циклов oПК-клиент/сервер.

При анализе работы ПК-совмес ти мо го решения следует обязательно измерять время каждого цикла в различных условиях работы системы. следует учитывать также время, которое необходимо и для других процессов в системе, например время связи по сети fieldbus, длительность про-цесса преобразования интерфейсной платы, время отклика модуля ввода/вывода.

Выбор опЕрационной систЕмыразличные варианты поведения системы возможны при

выборе соответствующей операционной системы (ос). Встраиваемый ПК может работать под управлением много-задачной ос общего назначения, в которой несколько при-ложений выполняются совместно, а soft PlC-контроллер использует общие вычислительные ресурсы (совместно с цП и памятью). ос гарантирует выполнение нескольких зада-ний путём планирования их времени запуска. существуют три типа алгоритма планирования: разделение времени (timesharing), многозадачный режим (multi-programming) и режим реального времени.

При разделении времени для каждого задания назначает-ся точный отрезок времени. задание должно освободить цП до окончания назначенного времени либо самостоятельно, либо по команде ос (аппаратное прерывание). режим раз-

деления времени предназначен для выполнения нескольких заданий одновременно или в последовательные промежутки времени. цП осуществляет связь со всей периферией встра-иваемого ПК по одной или нескольким внутренним шинам. несколько процессов использует эти шины, и их работа должна быть согласована ос с работой soft PlC-контроллера и другими приложениями. назначение времени каждому процессу зависит от их приоритета, который только частич-но определяется пользователем. По этой причине не так просто определить, какой процесс обслуживается ос в дан-ный интервал времени. По умолчанию все процессы имеют одинаковый приоритет. Это означает, что они располагают одинаковым временем цП. следовательно, многозадачная ос общего назначения, по существу, недетерминирована при выполнении параллельных приложений. Время работы управляющих приложений (подобных soft PlC-контроллеру) не может гарантироваться такими ос. Это ограничение можно преодолеть только с помощью осрВ.

осрВ разделяются на две категории, в зависимости от влияния на систему нарушения сроков выполнения задания: системы жесткого (hard real-time) и мягкого (soft real-time) реального времени. В режиме жесткого реального времени определённое действие должно выполняться к заданному моменту времени — в противном случае функционирова-ние системы нарушается. осрВ для приложений жёсткого реального времени работает с низкими уровнями сигнала в тесном взаимодействии с аппаратной платформой. Эти осрВ, как правило, основаны на приоритетном упреждающем пла-нировании, которое назначает фиксированную полосу про-пускания процессора различным процессам.

Для менее критичных приложений (режим мягкого реаль-ного времени) возможно использование обычных ПК, на которых запущена многозадачная ос общего назначения с расширением для режима реального времени. работа при-

Page 26: Электронные компоненты №5/2009

26

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

ложений реального времени планиру-ются с помощью этого расширения, что гарантирует почти детерминистское поведение системы. При запуске таких приложений необходимо использовать среду реального времени.

ещё одной возможностью является запуск приложения реального времени на обычной ос (не осрВ) при усло-вии, что системные параметры способ-ны обеспечить желаемый результат. Другими словами, можно запустить soft PlC-контроллер на обычном ПК под управлением Windows или linux, при-нимая в расчет, что работа компью-тера управляется недетерминистской ос, которая обеспечивает при этом достаточную эффективность выполне-ния функций управления. такой под-ход означает, что производительность компьютера находится в пределах, допустимых для данного приложения, несмотря на возможные отклонения пропускной способности ПК. По этой причине необходимо определить кон-трольный тест для проверки произ-водительности таких ПК-совместимых систем. Этот тест должен обеспечи-вать:

– оценку параметров ПК-среды, в которой работает приложение;

– инструменты для измерения вре-менных параметров системы: время отклика на событие для прерываемых функций и джиттер для циклических функций.

систЕма на базЕ процЕссора Intel Atomна рисунке 2 представлена

блок- диаграмма модульного PlC-контроллера на базе процессора Intel Atom. семейство процессоров Intel Atom включает версию для промыш-ленного диапазона рабочих темпе-ратур, что позволяет проектировать системы, работающие без охлаждения с помощью вентилятора и подходящие для жёстких условий промышленной эксплуатации.

Комбинация процессора Intel Atom с системным контроллером-концентратором Intel System Controller Hub обеспечивает большинство интер-фейсов связи, которые требуются для систем промышленного управления. системный контроллер-концентратор выполнен в корпусе размером всего 22×22 мм и содержит встроенный графический контроллер, интерфейс цифрового аудио, интерфейс основ-ной памяти и различные интерфейсы ввода/вывода периферии. он поддер-живает одноканальную память DDR2. Частота системной шины 400 или 533 мГц. максимальный размер памяти 2 Гбайт. имеются 8 портов USB 2.0 хоста и один порт USB 2.0 клиента. Параллельный интерфейс AtA под-держивает два дисковых привода. Для реализации и поддержки необ-ходимых функций возможно подклю-чение дополнительных чипов памяти

Рис. 2. Типовая аппаратная платформа процессора Intel Atom

DRAm и чипов физического уровня (PHY). Дополнительно предусмотре-ны три коммутирующие матрицы: для трафика памяти; для трафика ввода/вывода, а также сеть сообщений для решения различных задач. Для управ-ления этими матрицами в микросхему северного моста (north bridge) встро-ен 8-разрядный микроконтроллер 8051. Встроенная подсистема 2D/3D-графики может управлять дисплеем с разрешением 1366×768 пикселов в 24-битном представлении цвета. Встроенная видеоподсистема спо-собна декодировать потоки 1080p HDtV с частотой 30 кадров в минуту, потребляя не более 150 мВт мощно-сти. она поддерживает видео стан-дартов mPeG1, mPeG2, mPeG4 и H.264 и совместима с графикой microsoft DirectX 9 и DirectX 10.

Поддержка всех протоколов про-мышленной сети и сети ethernet реаль-ного времени обычно реализуется либо с помощью ASIC какого-либо oem-производителя, либо с помощью FPGA. FPGA в этом случае представляет собой интеллектуальное расширение периферии для этой платформы, кото-рое предоставляет дополнительные порты ввода/вывода, не содержащие-ся в контроллере-концентраторе Intel System Controller Hub.

Функционально FPGA связана с контроллером-концентратором через интерфейс PCI express. интерфейс

Page 27: Электронные компоненты №5/2009

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

27

электронные компоненты №5 2009

позволяет обмениваться данными между цП и FPGA с малой задерж-кой, обычно составляющей несколько микросекунд.

Программное обеспечение, работа-ющее на процессоре Intel Atom, реали-зует протоколы промышленной сети и ethernet реального времени. ряд неза-висимых поставщиков программного обеспечения предоставляет программ-ные пакеты для поддержки набора команд архитектуры IA-32.

размещение цП, чипсета в модуле и реализация промышленной сети и ethernet реального времени на FPGA является легко масштабируемым реше-нием в случае включения в систему новых модулей цП и модернизации, связанной с введением новых стандар-тов на промышленные сети.

Преимущества такой архитектуры заключаются в следующем:

– обеспечение максимальной гиб-кости при поддержки промышленных сетей и систем ввода/вывода;

– малая потребляемая мощность, которая позволяет проектировать высокопроизводительные системы, работающие без вентилятора охлажде-ния;

– использование интерфейса PCI express для увеличения быстродей-ствия системы ввода/вывода;

– встроенная графика для интер-фейса HmI;

– технология Intel Hyper-threading technology позволяет улучшить про-изводительность в режиме реального времени;

– весьма компактный корпус дает возможность построения систем с малым форм-фактором;

– возможность обеспечения пита-ния через ethernet (включая питание tFt-дисплея);

– разнообразные функции, встро-енные в одну периферийную FPGA (lPC, интерфейс FWH, контроллер клавиа-туры, шинный интерфейс, подобный ethernet, CAn и т.д.);

– простая адаптация интерфейсов различных промышленных шин к стан-дартным модулям связи.

заключЕниЕПК-совместимые, или открытые,

системы управления предоставляют инженеру свободу выбора аппарат-ной платформы, ос и программной архитектуры. Вместо адаптации при-ложения к определенной архитекту-ре разработчик имеет возможность выбора аппаратных и программных компонентов, которые точно соответ-ствуют требованиям к проекту и, в то же время, позволяют существенно снизить затраты и время разработ-ки системы. Для построения таких систем можно использовать широко доступные процессоры, например

процессоры на основе архитектуры Intel.

Процессор Intel Atom полностью совместим с архитектурой IA-32, что позволяет разработчикам применять широкий набор доступных программ-ных средств.

Преимущество таких систем для конечного пользователя заключа-ется в том, что хорошо известная платформа для построения системы использует интеллектуальные поле-вые устройства нижнего уровня и PlC-контроллеры. Проектирование системы на базе общей платформы к тому же упрощает задачу совмещения It-системы с системой автоматики на предприятии.

Литература1. Ian Gilvarry. IA-32 Features and Flexibi li ty

for Next-Generation Industrial Control.2. Roland Gerhmann, Gerald Carda. Lin-

king hardware to OS functionality to speed development of GUI-based apps.

3. Intro to Real-Time Operating Systems.

ПоЛезные ссыЛКи1. Компактная материнская плата

формата Nano-ITX на базе процессора Intel® Atom™.

2. Компактный компьютер на процес-соре Intel® Atom.

3. Ультракомпактный компьютер в форм-факторе Pico-ITX.

НОВОСТИ МУЛЬТИМЕДИА

| lG объяВляЕт о ВыпускЕ ультратонких полностью сВЕтодиодных жк-тЕлЕВизороВ | Компания LG представила в Сеуле два новых 55-дюймовых ультратонких жидкокристаллических LED-телевизора. В них реализовано более яркое и чет-кое изображение, что стало возможным благодаря использованию задней светодиодной подсветки, в состав которой входят 3 360 светодиодов. Это в семь раз больше, чем у освещенных по краю светодиодных телевизоров. Соотношение динамиче-ской контрастности полностью светодиодного ЖК-телевизора LG составляет 5 000 000 : 1 благодаря усовершенствованной технологии затемнения, которая делит экран на 200 блоков. Благодаря высокой частоте регенерации изображения 200 Гц, эти телевизоры сохраняют яркое, ровное изображение даже во время быстро сменяющихся динамичных сцен.

В новом телевизоре использована запатентованная технология, которая позволяет достичь толщины корпуса в 24,8 мм. Она позволяет разместить светодиоды горизонтально и минимизировать расстояние между ними и экраном. Другим нов-шеством является усовершенствованная функция беспроводного соединения, которая устраняет необходимость сжатия изображения. Контент передается с DVD-плеера, игровой приставки или домашнего кинотеатра беспроводным способом без каких-либо искажений.

Компания планирует активно расширять производство светодиодных ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой и достигнуть в следующем году уровня продаж в районе 3—4 млн. шт. Три разные модели будут представлены в различных рыночных сегментах. Ультратонкая модель будет позиционироваться как премиальный продукт среди других продуктов этой категории и будет анонсирована в конце этого года. В конце года компания представит более доступные 42-дюймовые и 47-дюймовые ЖК-телевизоры со светодиодной подсветкой.

www.russianelectronics.ru

Page 28: Электронные компоненты №5/2009

28

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

В статье описана новая программная технология, разработанная ком-панией VirtualMetrix, которая позволяет управлять всеми производи-тельными ресурсами системы на базе процессора. Данная технология обеспечивает минимизацию потребляемой энергии, увеличение эффек-тивности процессора и снижение стоимости разработки программного обеспечения. Статья представляет собой сокращенный перевод [1].

Программная технология снижения Потребляемой мощности ВстраиВаемой системыВэл ПоПеску (Val PoPescu), Гэри Гибсон (Gary Gibson), VirtualMetrix, Inc.

ВВедениесуществует множество методов сни-

жения мощности потребления встраи-ваемых систем на всех уровнях: от схем-ного до системного. однако именно энергопотребление (мощность, потре-бляемая за единицу времени) несет ответственность за быстрый разряд батарей и рассеивание тепла. Поэтому для эффективного снижения энергопо-требления следует минимизировать как потребляемую мощность, так и время. Как правило, ни одна из существую-щих технологий этого не предлагает. По большей части, эти методы предполага-ют снижение рабочей тактовой частоты до минимума во время ожидания.

В частности, во встраиваемых про-цессорах Blackfin 1 компании Analog Devices применяется технология дина-мического управления питанием, кото-рая предполагает изменение тактовой частоты и напряжения питания в зави-симости от режимов работы. однако для многих приложений этого бывает недостаточно.

еще одной возможностью для сни-жения энергопотребления является сокращение времени выполнения зада-ния. не все рабочие циклы процессора расходуются на полезную работу, но все они потребляют одинаковую мощ-ность. некоторых «пустых» циклов нельзя избежать, например много-кратных команд, однако длительность других процессов (простой конвейера из-за зависимости от данных или непо-падания данных в кэш-память) можно уменьшить.

Виртуализация, которая стано-вится все более популярной, сдела-ла возможной работу нескольких ос на одном устройстве, причем эти ос ничего не знают о существовании друг

друга. можно ли доверить какой-либо из этих ос оптимизацию частоты так-тового сигнала для своих приложений, последствием чего может стать сниже-ние времени работы процессора для приложений, управляемых другой ос? Это может просто привести к срыву установленного срока их выполнения.

Виртуализация сделала возможным конвергенцию аппаратных средств путем логической изоляции программ-ных объектов, которые в противном случае могут влиять друг на друга. Во встраиваемых системах конвергентные системы обязательно будут включать приложения реального времени, кото-рым должны быть выделены ресурсы процессора, достаточные для заверше-ния заданий точно в срок. Фактически этим приложениям нужно достаточное «пространство для маневра»: время, зарезервированное для наихудшего срока выполнения приложения, необ-ходимый объем кэш-памяти для хра-нения критичных программ и данных, зарезервированную полосу пропуска-ния канала DMA для обработки потоков данных и т.д. обеспечение всех этих ресурсов, вероятно, снизит общую эффективность конвергентной систе-мы (меньше работы будет сделано за единицу времени), снизит возможно-сти для других систем и т.д. По этой и другим причинам изолирование при-ложений посредством использования отдельных процессоров (антиконвер-генция) остается популярным. можно ли найти более эффективное решение?

ноВая концеПция уПраВления ресурсамиВыделим четыре ресурса работы

ЦП, которые непосредственно влияют на то, как быстро и с каким потребле-

нием энергии выполняются програм-мы: частота тактового сигнала, время выполнения программы, объем кэш-памяти и полоса пропускания канала DMA. их нельзя оптимизировать раз-дельно, потому что они влияют друг на друга: чем меньше тактовая часто-та, тем больше времени требуется на выполнение задания; чем меньше объем кэш-памяти (больше число непо-паданий в кэш), тем требуется больше времени и/или более высокая тактовая частота т.д.

Четырехрукое «существо», каждая из рук которого соответствует одному из перечисленных выше рабочих ресур-сов, может оптимизировать энергопо-требление и эффективность до уров-ней, определяемых лишь физическими ограничениями. В ядре этого «сущест-ва» находится алгоритм адаптивного выделения ресурсов, использующий обратную связь для сравнения рабо-ты, которую нужно выполнить, с уже выполненной работой. разница между ними определяет решение по выде-лению ресурса. Этим «существом» и является программная интегрирован-ная среда VMX 2.

работа, которую нужно выполнить, определяется сроком выполнения задания в приложении реального вре-мени: обработать X байт за время Y или завершить не позднее времени Y после запускающего события. оба ресурса — процессор или память — можно транслировать в полосу пропу-скания. Даже задания, не относящиеся к заданиям реального времени, имеют (программный) срок выполнения, в противном случае они будут отложе-ны на не определенное время. Понятие «работа завершена» в общем случае определяется величиной, которую

1 техническую документацию на новые встраиваемые процессоры Blackfin серии BF51x см. на компакт-диске.2 техническое описание интегрированной среды VMX см. на компакт-диске.

Page 29: Электронные компоненты №5/2009

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

29

электронные компоненты №5 2009

можно подсчитать: время, полоса про-пускания процессора/памяти/портов ввода-вывода и т.д., поэтому алгоритм может использовать любой, целесоо-бразный с его точки зрения, показатель для определения ресурса, который необходимо выделить.

соотношение между временем и тактовой частотой понятно, а как насчет объема кэш-памяти? очевидно, что чем больший объем кэш-памяти может использовать задание, тем меньше происходит непопаданий в кэш, поэтому задание может завер-шиться раньше или за то же время при работе на более низкой тактовой частоте. размер кэш-памяти фикси-рован, поэтому если отдать больший объем кэш-памяти запущенному зада-нию, то, вероятнее всего, уменьшится соответствующий объем кэш-памяти у ожидающего запус ка задания, кото-рое при возврате к работе испытает более высокую степень непопаданий в кэш-память. Зная состояние каждо-го задания относительно его сроков выполнения, можно придумать опти-мальный алгоритм по распределению объема кэш-памяти: «жертвой» может выступать задание, которое находит-ся наиболее близко к сроку своего завершения.

если текущее задание отстает по срокам и нуждается в ускорении, можно увеличить тактовую частоту и/или увеличить время выполнения и/или увеличить объем кэш-памяти. но какой именно ресурс изменить? Все? некоторые из них? наилучший ответ можно найти, только зная состояние выполняемого и ожидающего запуска заданий. быстродействие современ-ных процессоров весьма непостоянно и не может быть рассчитано точно. отклонения времени выполнения задания вызываются как различным числом команд приложения, так и наличием непредсказуемых простоев конвейера процессора. Эти два факто-ра делают прогнозирование времени выполнения довольно ненадежным. Кроме того, необходимо периодиче-ски делать коррекцию решений по выделению ресурса.

Этот метод изолирует производи-тельные ресурсы: предоставляет каж-дому программному объекту часть системных ресурсов, достаточную для корректного выполнения задания. не нужно прерывать одно приложение для того, чтобы обеспечить другое необходимыми ресурсами.

уПраВление эффектиВностью системы с Помощью VMXКак осуществляется управление

ресурсами с помощью интегрирован-ной среды VMX? Периодически про-веряется состояние всех работоспо-

собных и работающих заданий. Этот процесс осуществляется путем так называемых квантовых прерываний. на основе анализа всех ресурсов, необходимых для выполнения зада-ния в срок, принимается решение о выделении того или иного ресурса. решения о выделении ресурса редко имеют высокую точность, но они стре-мятся к этому. однако смена заданий и изменения тактовой частоты имеют свою негативную сторону. Первое приводит к увеличению непроизво-дительных издержек, а второе ухуд-шает качество выделения ресурсов: изменение тактовой частоты зани-мает определенное время, поэтому лучше недолго использовать новую тактовую частоту, прежде чем снова менять ее.

Для того чтобы гарантировать срок выполнения задачи без применения системы управления эффективностью VMX, нужно резервировать время, превышающее время работы задания в наихудшем случае. В виртуализо-ванной системе это может означать, что нужно выделять порцию време-ни резидентной осрВ для гарантии успешного выполнения приложения и для обеспечения баланса основной ос (например, Linux). но в большин-стве случаев осрВ не использует все зарезервированные циклы, и они ста-новятся потерянными, т.к. их нельзя использовать для выполнения допол-нительного приложения.

В системе, управляемой с помощью VMX, осрВ не выделяется резерв вре-мени; ее приложения просто получают точное количество времени, необходи-мое для выполнения заданий в срок. сколько бы времени ни осталось, оно автоматически выделяется основной ос. если основная ос имеет приложе-ния реального времени, то им также выделяется точное количество необхо-димых ресурсов.

есть еще один барьер для конвер-генции аппаратных средств: необхо-димо хранить критичные программы

и данные в кэш-памяти, что означает резервирование части кэш-памяти исключительно для этих нужд. В результате, остальная часть системы работает почти постоянно с меньшим объемом кэш-памяти, что плохо сказы-вается на общей производительности системы. При использовании систе-мы VMX выделение нужного объема кэш-памяти является динамическим и обеспечивает гибкость в управлении ресурсов для критичных программ и данных.

Программная интегрированная среда VMX является комплексным решением, состоящим из пакета инс-тру ментов разработчика (Developer Tool Kit) и менеджера эффективно-сти системы (Performance Manager), который включает набор ядер и про-граммные компоненты пользователя. В настоящее время VMX портируется в систему виртуализации на базе микро-ядра OKL4 компании Open Kernel Labs, однако в будущем планируется выпу-стить версии для других ос, таких как Linux и Android.

структура взаимодействия инте-грированной среды VMX с другими компонентами системы показана на рисунке 1. В системе VMX уровень вир-туализации расширен с целью включе-ния аппаратных ресурсов процессора для мониторинга показателей работы системы (число циклов программ и памяти, количество непопаданий в кэш-память и т.д.) и контроля питания (тактовая частота, напряжение, состо-яние системы питания: включено, выключено, дежурный режим и т.д.). такие компоненты системы VMX как Performance Monitor (vPerfMon) и Power Control (vPCon) используют рас-ширенную виртуализацию (vXV) для обеспечения менеджера эффектив-ности системы VMX и других систем-ных компонентов (микроядро OKL4 и его гостевые ос) набором библиотек и прикладных программных интер-фейсов (API). менеджер эффективно-сти системы использует данные от

Рис. 1. Структура взаимодействия интегрированной среды VMX с другими компонентами системы

Page 30: Электронные компоненты №5/2009

30

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

www. elcp.ru

vPerfMon для контроля работы зада-ния и принятия решений о выделении производительного ресурса. решения о распределении заданий реализу-ются совместно с собственным пла-нировщиком задач микроядра, а решения по управлению питанием принимаются компонентом vPCon. так как управление эффективностью может быть расширено до периферии с помощью драйверов, которые могут быть либо виртуализированы, либо нет (и, следовательно, неизвестны для микроядра), то для связи с госте-выми ос применяется система уве-домлений/подтверждений. менеджер эффективности Performance Manager построен иерархически и состоит из агентов управления высокоуров-невыми алгоритмами Management Agents и менеджерами эффективно-сти Performance Managers, которые реализуют их. Поскольку некоторые из существующих систем могут уже включать решения по управлению питанием, интегрированная среда VMX предлагает набор открытых при-кладных программных интерфейсов и библиотек для того, чтобы упростить их использование.

Пакет инструментоВПакет инструментов разработчика

Developer Tool Kit является одним из важнейших компонентов интегриро-ванной среды VMX. Данные, получен-ные от vPerfMon во время выполнения заданий, обрабатываются, и отобра-жаются сводные параметры системы (vPerf), такие как энергопотребление, показатель использования ресурсов, нагрузка, соответствие срокам выпол-нения задания, время простоя и т.д. рабочие параметры системы подстра-иваются, а данные воспроизводятся в режиме оффлайн до получения удо-влетворительных результатов. Затем измененные параметры загружаются в систему, которая теперь оптими-

зирована и готова к использованию. инструменты могут быть использова-ны для анализа возможных вариантов развития системы, таких как увеличе-ние тактовой частоты и размера кэш-памяти сверх установленного в аппа-ратуре, увеличение рабочей нагрузки или, наоборот, определение того коли-чества нагрузки, которое система спо-собна поддерживать и с каким уровнем энергопотребления. Другие решения по управлению питанием можно легко протестировать относительно систе-мы управления эффективностью инте-грированной среды VMX.

благодаря открытому интерфейсу, пакет инструментов VMX может быть привязан к другим инструментам разработки и отладки, что позволяет создать широкий набор программ-ных средств от разработки прило-жения до системной оптимизации. В настоящее время пакет инструмен-тов VMX поддерживает интеграцию с набором инструментов GNU, включая набор компиляторов GNU Compiler Collection (GCC), набор средств раз-работки GNU Binutils, включая компо-новщик и ассемблер, отладчик GNU Debugger (GDB). средство отладки GNU profiler (Gprof), которое может быть использовано для определения того, какая часть программы требует наибольшего времени выполнения, в сочетании с VMX vPerf может дать информацию, где и с какой целью программа непроизводительно рас-ходует время (например, ограничение памяти, плохое прогнозирование вет-вления или длительная блокировка ввода/вывода и т.д.). Поддерживается также OProfile — инструмент Linux, способный профилировать запущен-ный код. Этот инструмент использует инфраструктуру vPerfMon для сбора различного рода статистических дан-ных, которые могут быть использова-ны для определения вида деятельно-сти системы и ядра.

результаты тестироВанияЦели, поставленные системой

VMX по увеличению эффективности процессора (уменьшение неисполь-зуемых циклов), снижению энергопо-требления и локализации работы для гарантии сроков выполнения зада-ния, были успешно подтверждены на наборе тестов, включая программу декодирования MPEG, производи-тельность которой во многом зави-сит от данных. такие тесты являются весьма сложными, поскольку в этих программах отношение наибольше-го числа команд обработки кадра к наименьшему достигает 3:1. Кроме того, отклонения в скорости работы процессора при таких задачах весьма велики.

Допустимые значения тактовой частоты и задержка при ее измене-нии ограничивают эффективность Performance Manager. на использо-ванной для тестирования 210-мгц плате ARM 1176 был возможен выбор из 8 доступных значений тактовой частоты. Вначале задание запускается с максимальной тактовой частотой, затем vPerf воспроизводит данные и принимает решение о выборе опти-мальной тактовой частоты (для мини-мизации энергопотребления). Затем из 8 доступных значений тактовой частоты vPerf выбирает значение, наиболее близкое к оптимальному. таблица ступеней тактовой частоты (fTab) загружается в процессор. Весь процесс протекает автоматически. таблицу fTab можно оптимизировать для общей загрузки или только для отдельного потока (или группы пото-ков). Поддерживаются множествен-ные таблицы fTab.

ВосПроизВедение одноГо ВидеофраГ ментаВ качестве тестового был использо-

ван видеофрагмент с кодировкой H.263 длительностью 50 с, с разрешением

Рис. 2. Результаты прогонов тестового видеофрагмента

Page 31: Электронные компоненты №5/2009

Вс

тра

иВ

ае

мы

е с

ис

те

мы

31

электронные компоненты №5 2009

Рис. 3. Результаты прогонов двух тестовых видеофрагментов

176×144 пикселов и частотой кадров 80 мс. он был запущен в трех режимах:

– прогон 1: без использования системы управления эффективностью VMX (тактовая частота 210 мгц);

– прогон 2: с использованием системы управления эффективностью VMX с общей оптимизацией fTab;

– прогон 3: с использованием сис-темы управления эффективностью VMX с fTab, оптимизированной для этого задания.

результаты прогонов тестового ви- деофрагмента показаны на рисунке 2. изображенная на графике тактовая частота усредняется за период (выбран равным периоду следования кадров) и включает тактовую частоту холостого хода. соответствие заданным срокам выполнения задания представлено как время, оставшееся до срока оконча-ния тестового фрагмента, деленное на период следования кадра. При фикси-рованной тактовой частоте (за исклю-чением простоя) в прогоне 1 загруз-ка ЦП приблизительно соответствует числу циклов.

Прогон 2 демонстрирует намно-го более низкие величины тактовой частоты, увеличенную загрузку ЦП и уменьшенные заданные границы времени. Зафиксировано лишь одно нарушение сроков выполнения зада-ния (см. колонку Jitter на рисунке 2). В прогоне 3 использована оптимизи-рованная для данного задания fTab, однако с уменьшением разброса так-товой частоты появилось намного больше нарушений сроков выполне-ния (12), хотя система сгладила кри-вую загрузки ЦП.

результаты данного теста показали снижение энергопотребления с 10,38 до 5,09 Вт∙c, а эффективность (исклю-ченные команды/циклы) увеличилась с 0,3 до 0,53.

ВосПроизВедение дВух Видео фраГ ментоВтот же видеофрагмент был воспро-

изведен одновременно на двух раз-личных программных декодерах для сравнения методов изоляции произ-водительных ресурсов: метод установ-ки времени выполнения в наихудшем случае (Worst Case Execution Timing — WCET) и управление эффективностью в системе VMX.

– Прогон 1: изоляция произво-дительных ресурсов по методу WCET для первого видеофрагмента, с тем чтобы гарантировать отсутствие поте-ри кадров для второго фрагмента. Это классическая модель изоляции, когда фрагмент 1 запущен в разделе осрВ, а фрагмент 2 — в другом разделе, где обычно находится основная ос.

– Прогон 2: изоляция производи-тельных ресурсов (для гарантии сроков выполнения) с помощью системы VMX.

результаты прогонов двух тестовых видеофрагментов показаны на рисун-ке 3.

В прогоне 1 второй фрагмент начал значительно отставать, и было зафик-сировано 398 (из 600) пропущенных кадров (см. таблицу рисунка 3). В про-гоне 2 лишь один кадр был пропущен в двух видеофрагментах.

Даже в прогоне 1 менеджер такто-вого сигнала системы VMX мог снизить тактовую частоту в разделе фрагмен-та 1, но ничего не мог сделать для раз-дела фрагмента 2, т.к. срок выполнения был пропущен. Заметим также, что как только фрагмент 1 завершается, фраг-мент 2 захватывает процессор, что приводит к значительному снижению тактовой частоты и отсутствию нару-шений сроков выполнения програм-мы.

необходимо отметить, что если бы это были два приложения реального

времени, которым нужно было рабо-тать вместе, то в отсутствие систе-мы VMX понадобились бы два, а не один процессор. Другими словами, если использовать только один про-цессор, то нельзя было бы запустить два приложения одновременно. Энергопотребление в данном тесте снизилось с 14,24 до 7,99 Вт∙c, а эффек-тивность увеличилась с 0,27 до 0,39.

заключениеПреимущества управления эффек-

тивностью системы с помощью инте-грированной среды VMX увеличи-ваются при использовании системы с более сложными процессорами. Для многоядерных процессоров способность системы VMX оптими-зировать эффективность работы в двумерном пространстве (в пределах ядра и между ядрами) дает суще-ственный выигрыш по сравнению с традиционными методами управле-ния питанием и планированием зада- ний.

хотя управление эффективностью системы может быть полезно для многих приложений, оно особенно ценно для применения в мобильных телефонах, функциональность кото-рых возрастает настолько, что при-ближается к возможностям мобиль-ных компьютеров, в то время как батареи питания достигли пределов своего развития.

Литература1. Val Popescu, Gary Gibson. A Global

Approach to Lower Energy and Higher Efficiency in Embedded Systems. Ссылка на файл virtual-metrix_menegement на диске.

2. David Katz, Rick Gentile. Optimize per-formance and power with dynamic power man-agement.

Page 32: Электронные компоненты №5/2009

32

Раз

Раб

от

ка

и к

он

ст

Ру

иР

ов

ан

ие

www. elcp.ru

Размер алюминиевых теплоотводов и вес медных радиаторов делают их непригодными во многих новых разработках встраиваемых систем. В статье описываются преимущества гибридных теплоотводов, которые отличаются малым весом за счёт использования в своей конструкции алюминия и хорошим рассеянием тепла, обеспечиваемым медью.

ГибРидные теплоотводы для оптимальноГо охлаждения встРаиваемых системБарри Дэгэн (Barry Dagan), главный технолог, Cool Innovations, Inc.

Разработчики встраиваемых систем — от плат и модулей, используемых в самом современном оборудовании связи и сетей, до различных передовых реше-ний — сталкиваются с проблемой тепло-отвода. современные полупроводни-ковые устройства рассеивают большое количество тепловой мощности, что при-водит к значительному нагреву системы.

в случае если бы имелось дополни-тельное пространство для охлаждения компонентов, разработчикам не потребо-валось бы искать новые методы охлажде-ния. однако такая возможность отсутству-ет — в лучшем случае это пространство не уменьшается от проекта к проекту.

во многих современных встраи-ваемых приложениях вопрос об отводе тепла побуждает разработчиков заме-нять алюминиевые радиаторы (см. рис. 1) намного меньшими, но более тежёлыми медными моделями. Разработчики стал-киваются с тем, что даже алюминиевые конструкции большого размера часто не годятся для таких приложений из-за относительно невысокой способности рассеивать тепло, что ограничивает сум-марную эффективность теплоотвода.

благодаря тому, что коэффициент теплопроводности меди почти в два

Рис. 1. Радиатор с конусообразным расположением ребер

раза превышает этот показатель у алю-миния, медные радиаторы намного более эффективны для рассеивания тепла. кроме того, теплоёмкость меди на 40% больше, чем у алюминия, и это значит, что динамические тепловые нагрузки лучше регулируются с помо-щью медных радиаторов.

тем не менее медные теплооотводы обладают двумя существенными недо-статками — они значительно тяжелее и дороже алюминиевых. Гибридный вари-ант сочетает эффективность рассеяния тепла медных радиаторов, относитель-ную дешевизну решения и значительно меньший вес.

ОхлажДение встраиваемых системдля снижения тепловых нагру-

зок, возникающих при эксплуатации современных полупроводниковых устройств во встраиваемых приложе-ниях, требуется достаточно большая площадь поверхности радиаторов, что достигается за счёт их высоких рёбер. однако во многих случаях такие рас-пространённые стандарты как PCI Express, Compact PCI и ATCA накладыва-ют серьёзные ограничения на размеры

компонентов платы, в т.ч. на радиаторы, которые должны быть невысокими.

Развитая площадь поверхности в низкопрофильных системах достига-ется за счёт увеличения посадочной площади компонентов, а не их высоты, что существенно увеличивает площадь основания радиаторов.

таким образом, низкопрофильные радиаторы с большим посадочным местом всё чаще применяются во встра-иваемых приложениях. использование одного радиатора для охлаждения нескольких устройств является стан-дартным решением, позволяющим мак-симально увеличить площадь поверх-ности теплоотвода.

однако разработчики испытывают трудности в тех случаях, когда осно-вание радиатора значительно превы-шает размер корпуса микросхемы, на которой он располагается. в результа-те большая часть площади радиатора используется неэффективно, т.к. рас-сеивает относительно малое количе-ство тепла.

в этих случаях использование алю-миниевого радиатора нецелесообраз-но из-за недостаточной скорости рас-сеяния тепла, чего нельзя сказать о приспособлении из меди. Чтобы понять причину этого, рассмотрим тепловые свойства металлов для теплоотводов на примере медного и алюминиевого сплавов CDA 110 и AL 1100, соответ-ственно, которые используются в про-изводстве пластинчатых радиаторов.

соотношение удельных теплопро-водностей сплава CDA 110 и AL 1100 составляет 2,712/1,510. следовательно, радиатор на основе сплава CDA 110 на 80% эффективнее отводит тепло, чем на основе алюминиевого сплава. как уже говорилось, такое повышение скорости тепловой отдачи происходит за счёт увеличения веса радиатора — плотность сплава CDA 110 в 3,1 раза больше, чем AL 1100.

медные теплоотводы часто исполь-зуются для охлаждения нескольких устройств, где требуется быстрая

Page 33: Электронные компоненты №5/2009

Раз

Раб

от

ка

и к

он

ст

Ру

иР

ов

ан

ие

33

электронные компоненты №5 2009

Табл. 1. Результаты теста

Алюминиевый радиатор

Медный радиатор

Гибридный радиатор

Температура источника тепла, выше окр. среды, ºC 23,2 20,3 20,9Температура угловой части радиатора, выше окр. среды, ºC 19,0 19,2 19,6Разность, ºC 4,2 1,1 1,3

передача тепла от одной части радиа-тора к другой.

спОсОБнОсть рассеивать теплО и теплОвОе сОпрОтивлениеРассчитывая эффективность тепло-

отвода, необходимо отличать общую охлаждающую способность от способ-ности радиатора рассеивать тепло. Охлаждающую способность радиа-тора обычно описывают с помощью его теплового сопротивления, кото-рое определяется как соотношение разности температур к количеству переданного тепла (°C/вт). Чем ниже тепловое сопротивление, тем выше охлаждающая способность теплоот-вода.

если способность рассеивать тепло, главным образом, зависит от удельной теплопроводности металла, то тепло-вое сопротивление является функ-цией нескольких факторов, включая удельную теплопроводность, а также площадь поверхности радиатора, обдув его воздухом, геометрию плас- тин и т.д.

Разработчикам встраиваемых сис-тем нет необходимости разбираться во всех тонкостях конструкции радиато-ра — достаточно понять в целом, как охлаждающая способность или тепло-вое сопротивление отличаются от спо-собности рассеивать тепло, и знать основные эмпирические правила, каса-ющиеся медных теплоотводов.

Разработчики встраиваемых систем должны понимать, в частности, как использование меди влияет на тепло-вое сопротивление радиатора. из двух моделей с идентичными конструкция-ми, одна из которых сделана из алюми-ния, а другая — из меди, вторая всегда обладает меньшим тепловым сопро-тивлением.

однако фактическое снижение вели-чины теплового сопротивления наилуч-шим образом достигается в тех случаях, когда радиатор больше охлаждаемого полупроводникового устройства. Чем больше разница между посадочными площадями устройства и радиатора, тем лучше рассеивается тепло и боль-ше разность между тепловым сопро-тивлением медного и алюминиевого радиаторов.

гиБриДные раДиатОрыдля тех применений, в которых

трудно обеспечить рассеивание тепла, гибридные радиаторы являются при-влекательной альтернативой моде-лям, целиком состоящим из меди. Гибридные радиаторы имеют раз-личные размеры и конфигурации, но используются они всегда по одному принципу — их основание, контакиру-ющее с устройством, сделано из меди, а остальные части — из алюминия.

в силу того, что рассеивание тепла происходит вдоль основания радиато-ра, гибридные модели обеспечивают ту же эффективность рассеивания, что и целиком медные конструкции, и обла-дают сходной охлаждающей способно-стью. в то же время гибридные радиа-торы имеют значительно меньший вес и стоимость по сравнению с медными конструкциями.

для встраиваемых приложений вес этих компонентов имеет важное значение. кроме того, использование тяжёлых теплоотводов затрудняет их установку и соблюдение требований по устойчивости к вибрациям. Говоря дру-гими словами, монтаж более тяжёлого медного радиатора может быть гораз-до сложнее, в то время как гибридный теплоотвод не оказывает столь нежела-тельного эффекта на вес платы.

в качестве примера различия в весе медной и гибридной конструкций можно привести широко распростра-нённые модели пластинчатых радиато-ров. вес 8,0×8,0×1,0-дюймового тепло-отвода более чем в два раза превышает вес гибридной модели с аналогичной конструкцией.

экспериментальные Данныедля демонстрации рабочих харак-

теристик гибридных радиаторов был проведён эксперимент, в котором срав-нивалась эффективность конструкций радиаторов, выполненных из меди, алюминия и сплава медь-алюминий (см. рис. 2). в эксперименте сравнива-лись такие типичные для встраивае-мых систем параметры как размеры радиаторов, размеры охлаждаемого устройства и рассеиваемые тепловые нагрузки.

в эксперименте использовались пластинчатые радиаторы одинаковой конструкции с основанием 4×4 дюйма, высотой 0,4 дюйма и 900 выводами диа-метром 0,07 дюйма. модель гибридно-го радиатора состояла из двух соеди-нённых секций. толщина нижней части основания составляла 0,1 дюйма; тол-щина алюминиевой части конструкции равнялась 0,3 дюйма.

Эксперимент проводился трижды в соответствии с количеством моделей. в каждом случае радиатор помещали на верхнюю часть источника тепла разме-рами 0,5×0,5 дюйма и мощностью рас-сеивания 40 вт. теплоотвод размещали таким образом, чтобы источник тепла находился в точности посередине осно-вания радиатора. Радиатор помещали

перед вентилятором, обеспечивавшем скорость воздушного потока равную 300 фут/мин. измерение температуры теплоотвода проводилось после её ста-билизации и определялось, насколько она выше температуры окружающей среды.

Эксперимент с алюминиевым радиа-тором показал, что его температура превышала температуру окружающей среды на 23,2°C; соответствующее тепловое сопротивление — 0,58°C/вт. для медной конструкции эти показа-тели составили 23,2°C и 0,51°C/вт, а для гибридного — 20,9°C и 0,52°C/вт.

видно, что параметры медного и гибридного радиаторов почти совпали и превзошли параметры алюминиевого радиатора, что указывает на важность более быстрого рассеивания мощно-сти вдоль основания. в то же время гибридный теплоотвод весил на 24% меньше модели, целиком выполненной из меди.

для более убедительной демонстра-ции эффекта теплового рассеивания в угловую часть каждого радиатора, наи-более удалённую от теплового источ-ника, поместили вторую термопару. общие результаты теста представлены в таблице 1.

результаты эксперимента показали, что у медного и гибридного радиа-торов распределение температуры по площади значительно однород-нее, чем у алюминиевого.

Равномерное распределение тем-пературы по поверхности радиатора свидетельствует о том, что он функцио-нирует эффективно, хорошо рассеивая тепло.

Заключениепо мере роста тепловых нагрузок

во встраиваемых системах становит-ся чрезвычайно трудным обеспечить необходимое охлаждение с помощью стандартных алюминиевых радиаторов. во многих случаях гибридные радиато-ры позволяют решить эту задачу, отве-чая требованиям по тепловой эффек-тивности, размерам, весу и стоимости.

Рис. 2. Стандартный гибридный (медь/алюминий) пластинчатый радиатор

Page 34: Электронные компоненты №5/2009

34

WWW.ELCP.RU

Компания STMicroelectronics представила линейки STM32F105 и STM32F107 — продолжение своего семейства микроконтроллеров STM32 под названием Connectivity Line. Контроллеры построены на базе ядра Cortex-M3 (ARM7M) и работают на частоте до 72 МГц. В этой статье подробно не рассматриваются преимущества нового ядра ARM, но вкратце можно сказать, что Cortex-M3 — это тот процессор, который позволяет очень эффективно создавать портатив-ные устройства, медицинское оборудование, приборы для промышленного управления, а также устройства с высокой вычислительной нагрузкой, с которой процессор хорошо справляется благодаря новым DSP-инструкциям.

Встроенный в ядро Cortex-M3 системный таймер позво-ляет создавать приложения, которые можно легко пере-носить с одной аппаратной платформы на другую (если та тоже построена на контроллере с Cortex-M3). Особенно это актуально в задачах, где используется операционная систе-ма реального времени. Встроенный контроллер прерыва-ний является также стандартным модулем процессора и не изменяется от одного производителя микросхем к другому.

Обе линейки оснащены модулем USB On The Go, позволя-ющим работать USB-интерфейсу как в режиме Device, так и

АлексАндр квАшин, инженер по применению микроконтроллеров, «Компэл»

STM32F105/107 — новые линейки микроконтроллеров компании STMicroelectronics

Рис. 1. Внутренняя структура микроконтроллера STM32

в Host. Кроме того, STMicroelectronics предлагает в помощь разработчику библиотеку стандартных профилей USB.

Отличительной особенностью новых представителей семейства стало и наличие блока Ethernet MAC, поддер-живающего на аппаратном уровне протокол IEEE1588 (в STM32F107). Кроме USB и Ethernet, микроконтроллеры могут содержать еще до 12-ти дополнительных коммуникационных интерфейсов, что делает их по-настоящему универсальными.

Специализированный блок PLL для интерфейса I2S, появив-шийся в новых представителях семейства, позволяет решать практически любую задачу, связанную с воспроизведением аудиосигнала. Таким образом, для получения линейного сигна-ла подходит любой звуковой ЦАП с интерфейсом I2S.

В отличие от конкурентов, STM встраивает в свои контроллеры до трёх АЦП, которые могут оцифровывать сигнал с 16-ти внешних линий. Разрешающая способность АЦП — 12 бит. Кроме того, дополнительный канал перма-нентно настроен на выход встроенного температурного датчика. Это позволяет подстраивать встроенный высоко-частотный RC-генератор в зависимости от окружающей температуры, тем самым достигая стабильности его работы во всём диапазоне температур в пределах ошиб-

Page 35: Электронные компоненты №5/2009

35

электронные компоненты №5 2009

ки менее 1%. Ещё один канал контролирует напряжение питания и вызывает прерывание, в случае если произошел выход за установленные пределы — это т.н. «аналоговый сторожевой таймер».

Два сторожевых таймера обратного счета: один класси-ческий с собственным RC-генератором, второй — «оконно-го типа» — позволяют увеличить надёжность устройств в особо критических к сбоям приложениях. Система защиты тактирования, обеспечивающая автоматический переход на встроенный RC-генератор в случае сбоя генератора с внешним резонатором, также позволяет без дополнитель-ных компонентов существенно увеличить надёжность раз-рабатываемого устройства.

Контроллер прямого доступа в память имеет 12 кана-лов и позволяет производить передачу информации из памяти в память, из периферийного блока в память и из периферии в периферию. Не только каждый аппаратный коммуникационный модуль (USART, I2C, SPI и т.д.) рабо-тает с DMA-контроллером — в DMA-режиме передавать информацию могут такие модули как АЦП и таймеры. Эта гибкость позволяет существенно разгрузить контроллер, избавив его от программного решения задач сбора и пере-дачи информации.

Интерфейс внешней памяти позволяет подключать как статическую память, так и флэш-память, а также другие периферийные устройства с параллельным интерфейсом, например дисплеи.

Специализированный ШИМ-контроллер позволяет организовать управление двигателями: предусмотрен синхронный инверсный выход каналов ШИМ-модуля, аппа-ратно добавляются задержки для обеспечения мёртвого времени. Для создания приложений управления двигате-лями компания ST предлагает программную библиотеку, с помощью которой можно существенно уменьшить время разработки и быстрее вывести продукт в серию.

Единое питание 2,4...3,6 В, а также входы, позволяющие принимать сигналы до 5 В, упрощает использование этого микроконтроллера при модернизации старых систем, в которых имеется большое количество 5-В обвязки.

Как уже было отмечено, контроллеры STM32 имеют несколько источников тактирования:

– высокочастотный кварцевый генератор;– высокочастотный внутренний RC-генератор;– кварцевый генератор часов реального времени на

32768 Гц;– генератор низкочастотный типа RC для тактирования

сторожевого таймера и часов реального времени.Таким образом, проектируемое устройство может рабо-

тать практически без дополнительных внешних компонен-тов, используя внутренний RC-генератор.

Архитектура STM32 предусматривает очень гибкое управ-ление линиями ввода-ввода. Битовые операции позволяют программно переключать порты с частотой до 18 МГц.

ЗАключениеНовые микроконтроллеры, как и предыдущие модели,

продолжают поддерживать идеологию программно-аппаратной совместимости внутри семейства STM32. На текущий момент семейство представляют 75 микро-контроллеров, сгруппированных в линейки: Access Line STM32F101, USB Line STM32F102, Performance Line STM32F103 и Connectivity Line STM32F105/107. Это много-образие позволяет разработчику выбрать оптимальный вариант решения без лишних периферийных модулей или памяти, позволяя добиться наименьшей цены готового изделия.

Богатая периферия, большой объём памяти и цена, равная цене 8-битного контроллера, позволяют применять эти приборы в широком ряде задач индустриального и бытового применений

Page 36: Электронные компоненты №5/2009

36

WWW.ELCP.RU

В последние десятилетия в мире большое внимание уделяется вопросам энергосбережения, в частности в области электроники. В США и странах Европы появ­ляются все новые законодательные нормы, ограничи­вающие энергопотребление электронных устройств или запрещающие использовать оборудование с КПД ниже определенного значения, а также определяющие другие технические параметры изделий электроники и электротехники. Все это во многом способствует раз­витию новых технологий в области силовой электро­ники и управления питанием. Стремительно возрас­тающая доля потребления электроэнергии мобильными устройствами только ускоряет этот процесс. Компания «Компэл», уделяя особое внимание такой продукции в своей линейке поставок, предлагает российским произ­водителям самый большой выбор компонентов и реше­ний для приложений силовой электроники и управле­ния питанием.

К сожалению, история не сохранила наименования первого проданного «Компэлом» полупроводникового компонента. Но с очень большой вероятностью можно предположить, что это был именно силовой прибор, поскольку одна из ключевых компетенций компании с самого момента образования — компоненты для прило­жений силовой электроники и управления питанием. До 35% поставляемых на рынок СНГ полупроводников состав­ляет именно эта группа продукции, и в настоящее время компания уделяет самое большое внимание развитию и расширению этой линейки поставок. На сегодня в ней присутствуют четыре большие группы товаров для сило­вой электроники: силовые полупроводники, компоненты управления питанием, пассивные компоненты для силовой электроники и готовые решения. Опишем вкратце каждую из этих групп и их характеристики.

Самая большая группа товаров, которую «Компэл» представляет своим заказчикам — это компоненты

В статье рассказывается о четырех больших группах товаров для силовой электроники — силовых полупро-водниках, компонентах управления питанием, пассивных компонентах и готовых решениях, представленных в линейке поставок компании «Компэл».

Андрей Агеноров, директор, «Компэл» вАлерий Ячменников, технический руководитель направления «Полупроводники», «Компэл»

компоненты и решения «компэл» для приложений силовой электроники и управления питанием

Таблица 1. Основные функциональные элементы построения источников пита-ния, представленные в каталоге «Компэл»

Линейные стабилизаторы, LDO TI, Maxim, ST, IR, NXP, ONS

Импульсные AC/DC-контроллеры TI, Maxim, ST, IR, NXP, ONS

Импульсные AC/DC-регуляторы ST, ONS

Импульсные DC/DC-контроллеры TI, Maxim, ST, IR, ONS

Импульсные DC/DC-регуляторы TI, Maxim, ST, IR, ONS

Контроллеры ККМ TI, ST, IR, ONS

Драйверы ключей TI, Maxim, ST, IR, NXP, ONS

управления питанием. Имея в качестве партнеров лиде­ров мирового рынка в этой области — Texas Instruments, Maxim Integrated Products, NXP Semiconductor, International Rectifier, STMicroelectronics, а с прошлого года и ON Semiconductor, «Компэл» может предложить самые совре­менные или самые экономичные решения в этой области, предоставляя на выбор заказчиков продукцию двух и более производителей.

В таблице 1 приведен список основных компонентов для построения источников питания от различных произ­водителей — партнеров компании «Компэл». Таблица объ­единяет большую группу импульсных преобразователей (как AC/DC, так и DC/DC), диапазон применения которых распространяется на индустриальные (12…36 В), телеком­му ни кационные (36…72 В), автомобильные (12…24 В) и универсальные (90…240 В (АС)) приложения, но не ограни­чивается ими.

Кстати, компания Texas Instruments, акцентируя внимание на важности управления электропитанием, выделила его в отдельный бизнес­юнит — Power Mana­gement.

Силовые полупроводники — вторая большая группа товаров, в которую входят диоды различных типов, тири­сторы, MOSFET­транзисторы, IGBT­транзисторы, сборки и модули этих устройств. Имя «Компэл» традиционно ассоциируется с компанией International Rectifier. Однако после того как компании Vishay Intertechnology была про­дана технология производства высоковольтных MOSFET­транзисторов, линейка силовых полупроводников компании несколько сузилась. Но и сейчас International Rectifier остается мировым лидером на рынке силовых полупроводников, развивая новые технологии MOSFET­транзисторов. Недавно International Rectifier представила революционную технологию производства силовых полу­проводников на базе нитрида галлия (GaN), позволяющую изготавливать устройства с потерями на проводимость и переключение в десять раз меньшими, чем современные аналоги. Область высоковольтных MOSFET­транзисторов замыкает продукция компаний ON Semiconductor и STMicroelectronics, выпускающей транзисторы с рабочим напряжением до 1500 В.

Максимальное рабочее напряжение IGBT­транзисторов, представленных в линейке «Компэл», достигает 1700 В (Semikron). Мощные тиристоры — 3600 B обратного на пря­жения — также производит компания Semikron. Про диоды хочется отметить лишь то, что кроме компаний, известных своими дискретными компонентами, такую группу продукции как диоды с защитой от электростатики до ±30 кВ производит Maxim Integrated Products. Группа

Page 37: Электронные компоненты №5/2009

37

электронные компоненты №5 2009

силовых проводников в линейке поставок «Компэл» пред­ставлена в таблице 2.

Понимая необходимость комплексной поставки ком­понентов, в частности для приложений силовой электро­ники, «Компэл» развивает направление пассивных ком­понентов. Сегодня партнерами «Компэл» в этой области являются компании Yageo, Hitachi, Sumida и Electronicon. Партнерство с компанией Electronicon еще только начина­ется. Потребность в ее продукции (высоковольтных кон­денсаторах) возникает при работе с продукцией Semikron. В таблице 3 представлена продукция производителей пассивных компонентов из линейки поставок «Компэл». В этой таблице указаны далеко не все типы изделий (и дале­ко не всех производителей), которую можно приобрести в «Компэле».

Особняком стоит четвертая группа товаров — гото­вые или полуготовые решения в области управления пи танием, а именно модульные источники питания. Ак тив но развивая это направление на протяжении мно гих лет, «Компэл» сегодня представляет, наверное, самую большую в России номенклатуру источников питания. Заказчик может выбрать устройства мощностью 0,25 Вт…8 кВт, конструктивно выполненные для монтажа на шасси, DIN­рейку, на плату, в 19”­стойку, в отдельном корпусе.

Основные партнеры «Компэла» по модульным источни­кам питания — Mean Well, TDK­Lambda, Chinfa, Power­One, RECOM, PEAK. По продажам продукции Mean Well «Компэл» является дистрибьютором №1 в России, а Россия занимает 2­е место в Европе по продажам этой продукции.

Компания Mean Well специализируется исключительно на разработке и производстве готовых источников пита­ния и выпускает в основном встраиваемые источники питания:

– сетевые источники питания в корпусе для монтажа на шасси мощностью 5…8 кВт;

– открытые источники питания для монтажа на шасси (5…250 Вт);

– источники питания для монтажа на печатную плату (5…20 Вт);

– источники питания для установки на DIN­рейку (10…960 Вт);

– полузаказные конфигурируемые клиентом источники питания (450…1000 Вт);

– сетевые адаптеры (5…200 Вт);– зарядные устройства (6…1000 Вт);– DC/DC­преобразователи для монтажа на печатную

плату (0,5…30 Вт);– DC/DC­преобразователи для монтажа на шасси

(5…1000 Вт);– DC/AC­инверторы (100…3000 Вт).По оценкам Venture Development Corporation, компания

Mean Well занимает 19 место на мировом рынке встраи­ваемых сетевых источников питания. Это очень высокая позиция, поскольку на этом рынке работают сотни ком­паний. Традиционно сильная сторона продукции Mean Well — источники питания для промышленной автомати­ки. В этом сегменте рынка компания занимает 4 место в мире. В 2009 г. компания сконцентрировала свое внимание на развитии широкой линейки продукции для промышлен­ной автоматизации, энергосберегающих источниках пита­ния, модулях питания для светодиодного освещения.

Дистрибьюторское соглашение с компанией TDK­Lambda «Компэл» заключил в прошлом году. TDK­Lambda является лидером мирового класса в области проекти­рования, производства и маркетинга высоконадежных AC/DC­источников питания, DC/DC­преобразователей и фильтров для измерительного и испытательного обору­дования, промышленной автоматики, телекоммуникаций,

обработки данных и т.д. Компания выпускает источники питания мощностью 5 Вт…5 кВт для монтажа на шасси; DC/DC­преобразователи для монтажа на печатную плату и на шасси мощностью 1,5 Вт…1 кВт; программируемые источники питания мощностью 200 Вт…100 кВт; высоко­вольтные источники питания мощностью 500 Вт…50 кВт с выходом 1…50 кВ; сетевые фильтры для монтажа на шасси или DIN­рейку с входным током 1…1000 А. Таким образом, предложение источников питания от «Компэл» расширилось за счет высоконадежных и высоковольтных изделий.

Резюмируя все сказанное, нужно отметить, что при выборе элементной базы для разработки любого устрой­ства силовой электроники, будь то источник питания, электропривод или сварочный аппарат мощностью до единиц киловатт, предназначенный для работы в одно­фазных (220 В), трехфазных (380 В) сетях или в DC/DC­при­ло жениях, заказчик может приобрести все необходимые компоненты в компании «Компэл» в режиме «одного окна». Нашими основными партнерами в области более мощных приложений, таких как тяговые приводы, приводы насо­сов и другого оборудования, работающего от сети 660 В, а также оборудования, работающего на мощностях от десятков киловатт до 2,5 МВт являются компании Semikron и Electronicon (см. рис. 1).

В заключение нужно отметить очень важный принцип «Компэла» в формировании номенклатуры и инженерной поддержки проектов заказчиков. Этот принцип характе­ризуется английским термином broadliner и означает воз­можность поставок определенной группы товаров от двух и более производителей, производящих аналогичную про­дукцию. Такой подход позволяет предлагать разнообраз­ные варианты решений от самых разных производителей и, тем самым, всегда быть на стороне заказчика.

Таблица 2. Сводная таблица силовых полупроводников в линейке поставок «Компэл»

Диоды выпрямительные, Шоттки, защитные Maxim, ST, Semikron, IR, NXP, ONS

Тиристоры, симисторы ST, Semikron, NXP, ONS

MOSFET IR, ST, Semikron, TI, ONS

IGBT IR, ST, Semikron, ONS

Сборки MOSFET IR, ST, Semikron

Сборки IGBT IR, ST, Semikron

Сборки диодные IR, ST, Semikron

Биполярные транзисторы ST, NXP, ONS

Таблица 3. Конденсаторы и моточные изделия в линейке поставок «Компэл»

Индуктивности, трансформаторы Sumida

Конденсаторы электролитические Hitachi

Конденсаторы танталовые Hitachi

Конденсаторы пленочные Hitachi, Electronicon

Рис. 1. Компоненты из линейки «Компэл» в различных приложениях силовой электроники

Page 38: Электронные компоненты №5/2009

38

WWW.ELCP.RU

ON Semiconductor Corporation, штаб-квартира которой находится в г. Феникс (шт. Аризона), была выделена из ком-пании Motorola в августе 1999 г.

В качестве стартового капитала ON Semiconductor полу-чила от Motorola бизнес материнской компании в части про-изводства дискретных полупроводниковых компонентов (диоды, транзисторы, тиристоры). В марте 2000 г. в состав ON Semiconductor вошла компания Cherry Semiconductor Corporation, которая привнесла в бизнес направление ана-логовых интегральных микросхем и решений для силовой электроники и автоэлектроники. Это приобретение рас-ширило список заказчиков ON Semiconductor за счет таких компаний как Chrysler, Ford и General Motors.

Дальнейшее развитие основных фондов ON Semi con-ductor шло по пути приобретения надежных активов. В 2006 г. таким приобретением стало производство ком-пании LSI Logic в Грешеме (шт. Орегон). Новые производ-ственные площади включали более 9 тыс. кв.м «чистых» комнат при общей площади около 45 тыс. кв.м. Это суще-ственно расширило производственные возможности ON Semiconductor, особенно благодаря опыту персонала. Бывшие сотрудники LSI Logic обогатили ON Semiconductor опытом реализации субмикронных технологий для про-изводства аналоговых и цифровых компонентов и под-держки собственно производства. Приобретенное у LSI Logic оборудование позволяло достичь проектных норм в 0,18 мкм, а в перспективе — перейти на производственный процесс с топологией 0,13 мкм.

Развитие производственной базы было важно для ON Semiconductor, у которой к этому времени было уже 200 прямых заказчиков и более 300 непрямых OEM-заказчиков. Компания активно работала на рынках компьютерной техники, автоэлектроники, потребительской и промыш-ленной электроники, беспроводной связи и сетевого обо-рудования. Список оборудования, в котором использова-лись компоненты ON Semiconductor, включал компьютеры, игровые системы, серверы, встроенные системы промыш-ленного оборудования и автомобилей, маршрутизаторы, коммутаторы, системы хранения данных в сети и автома-тизированное контрольно-измерительное оборудование, включая портативные приборы. В сотовых телефонах четырех из пяти ведущих компаний-производителей стоя-ли компоненты ON Semiconductor. Компания стала надеж-ным поставщиком фильтров защиты от электромагнитных помех, аналоговых коммутаторов, аудиоусилителей, DC/DC-регуляторов, драйверов светодиодов для портативных терминалов беспроводной связи. Открытие инженерно-го центра по разработке решений (Solution Engineering Center) в Сеуле (Корея), позволило компании наладить поставки корейским производителям сотовых телефонов и портативных цифровых устройств.

Для закрепления на рынке Азиатско-тихоокеанского региона компания ON Semiconductor открыла инженер-ный центр по разработке решений в Тайпее (Тайвань). Основными направлениями работы центра стала поддерж-ка заказчиков, заинтересованных в создании надежных решений для систем питания компьютеров и решений общего назначения в области преобразования характери-стик источников питания.

ИрИна ромадИна, менеджер по продукции ON Semiconductor, «Компэл»

Компания On Semiconductor: откуда, куда, зачем

К середине первого десятилетия нового века относятся серьезное внедрение продуктов ON Semiconductor в про-екты автомобилестроителей США: компания выпустила ряд микросхем для интерфейса CAN, расширила линейку регуляторов напряжения. Развитию поддержки европей-ских производителей автоэлектроники со стороны компа-нии ON Semiconductor способствовало открытие ею летом 2007 г. инженерного центра по разработке решений в Мюнхене. В задачи этого центра входит разработка систем питания для климат-контроля, встроенных систем управ-ления различными кузовными функциями, трансмиссией, а также питания систем безопасности и развлечений.

В конце 2007 г. ON Semiconductor приобрела у Analog Devices бизнес, связанный с производством регуляторов напряжения и компонентов для мониторинга тепловых режимов компьютерных систем.

В начале 2008 г. ON Semiconductor завершила приоб-ретение AMIS Holdings. С этим приобретением компания связывает возможность своего присутствия на рынке медицинского оборудования и военных/аэрокосмических приложений, где до сих пор присутствие компании ON Semiconductor в общей деловой активности составляло по нескольку процентов.

На протяжении последних 10 лет AMIS Holdings имел прочные контакты с производителями медицинских систем, поставляя для них решения цифровой и смешанной обработ-ки сигналов, а также сенсорные решения для имплантируе-мого оборудования и оборудования медицинской диагно-стики, использующего системы графического отображения. С разработчиками военных и аэрокосмических систем AMIS Holdings сотрудничал более 30 лет. Специализированные цифровые микросхемы и микросхемы для смешанной обра-ботки сигналов AMIS Holdings используются в интеллекту-альных системах наведения ракет и системах управления полетом гражданских самолетов.

AMIS Holdings был представлен практически во всех приложениях этого рынка, но самыми интересными сегод-ня в плане развития могут быть продукты для создания сенсорных, коммуникационных интерфейсов и интерфей-сов для работы с низко- и высоковольтными сигналами. Это связано с повышенным вниманием промышленности к сквозной автоматизации и безлюдным технологиям управ-ления и контроля оборудованием.

17 июля 2008 г. ON Semiconductor завершила интегра-цию в свой состав компании Catalyst, которая известна как производитель различных видов памяти, драйверов свето-диодов, DC/DC и LDO, а также цифровых потенциометров. Продукция Catalyst применяется в автомобильной электро-нике, системах навигации, беспроводных модемах, сетевом оборудовании, системах отображения информации.

Компания ON Semiconductor относится к тем произво-дителям электронных компонентов, продукция которых используется в широком кругу применений общего назна-чения. Номенклатура производимых компанией микро-схем описывается достаточно длинным перечнем:

– контроллеры AC/DC и DC/DC; – ИОН и супервизоры напряжения;– формирователи и распределители тактовых сигналов; – драйверы светодиодов 1 и ЖКИ;

1 См. LED DRIVER SOLUTIONS на компакт-диске.

Page 39: Электронные компоненты №5/2009
Page 40: Электронные компоненты №5/2009

40

WWW.ELCP.RU

Табл. 1. Присутствие компании ON Semiconductor в отраслевых сегментах потребителей электроники

Рыночный сегмент % Автомобильная электроника 2 21 Телекоммуникации и связь 20Компьютерная техника 20Потребительская электроник 17 Индустриальная электроника 3 15 Медицинская электроника 5Военная/аэрокосмическая электроника 2

– силовые драйверы и драйверы реле; – драйверы полевых и биполярных транзисторов

(MOSFET и IGBT); – полевые и биполярные транзисторы (MOSFET и IGBT);– драйверы шаговых двигателей;– защитные ИМС; – специализированные аудио DSP; – усилители и компараторы; – аналоговые ключи; – тиристоры; – диоды;– выпрямители; – интерфейсы (CAN, LIN, I2C, PLC, HART, Fieldbus);– дифференциальная логика (ECL); – стандартная логика;– СИМС для цифровой и смешанной обработки сиг налов;– память.Производственные мощности ON Semiconductor рас-

положены в США (шт. Аризона и Орегон), в Китае, Чешской республике, в Японии, Малайзии, на Филиппинах.

Распределение поставок компании по рыночным сег-ментам представлены в таблице 1.

Компания ON Semiconductor Corporation приобрела мировую известность в первую очередь как поставщик электронных компонентов для систем управления пита-нием в электронном оборудовании, используемом в авто-мобильной промышленности, в телекоммуникационных и компьютерных системах, в бытовой технике и совре-менных цифровых устройствах потребительского рынка, в медицинском и промышленном оборудовании, в воен-ных и аэрокосмических системах. Помимо компонентов для систем питания, в числе своих главных продуктовых направлений компания называет также компоненты для формирования и распределения тактовых сигналов и стан-дартные компоненты.

Кратко целевую направленность поставок компании ON Semiconductor и принципы их организации позволяют понять маркетинговые слоганы компании. На сайте www.onsemi.com рядом с логотипом ON Semiconductor размещены надписи Power Solutions from ON Semi con duc-tor и Selection. Service. Support.

По группе продуктов High Frequency Clock 4 and Data Management, включающей компоненты для формиро-вания тактовых сигналов и их распределения на основе логических схем с эмиттерными связями (emitter-coupled logic), компания лидирует с рыночной долей в 75%.

Среди конкурентных преимуществ ON Semiconductor необходимо отметить, что ее опыт в использовании кор-

пусов с миниатюрными форм-факторами обеспечивает не только высокие характеристики изделий, но и позволяет экономить место на печатных платах, что очень важно для миниатюризации встроенных систем оборудования. Так в апреле 2008 г. компания представила заказчикам три новых MOSFET-семейства NTUD312x в ультракомпактном корпусе SOT-963. Имея в плане габариты 1×1 мм, компо-нент в корпусе SOT-963 требует для размещения площадь на 30% меньше, чем конкурирующие MOSFET-решения в корпусе SOT-723 и на 60% меньше, чем в SOT-563. Высота корпуса SOT-963 (0,5 мм) позволяет свободно использовать новые MOSFET NTUD312x в самом современном портатив-ном оборудовании.

Весь бизнес компании ON Semiconductor разбит на несколько направлений 5: Automotive and Power Regu la-tion 6 (усилители, компараторы, регуляторы напряжения и источники опорного напряжения, преобразователи AC/DC и DC/DC, транзисторы IGBT и MOSFET); Computing Products (компоненты для компьютерных систем); Digital and Consumer Products (компоненты для бытовой техники и цифровых устройств потребительского рынка); Standard Products (стандартные компоненты) и Manufacturing Services (поддержка производства).

Помимо собственно поставок, компания ON Semiconductor оказывает заказчикам помощь в разработ-ках. Для этого она создала инженерные центры по раз-работке решений (Solution Engineering Center) в Сеуле, в Тайпее, в Портленде (шт. Орегон), в Мюнхене и в Сан-Хосе (шт. Калифорния). Благодаря этим центрам и инженерным ресурсам всей компании поддержку проектов и разра-ботки ON Semiconductor ведет в США (в штатах Аризона, Калифорния, Род-Айленд, Техас, Орегон), в Китае, в Чехии, в Корее, Ирландии и во Франции.

На НИОКР в компании направляется около 8% доходов. А с учетом полнофункционального веб-сайта (который теперь существует и в русскоязычном варианте) и линий телефонной поддержки компания способна оказывать помощь своим заказчикам 24 часа в сутки, семь дней в неделю.

Законной гордостью компании ON Semiconductor явля-ется ее система логистики. Производя около 30 млрд изде-лий в год (линейка продуктов компании включает более 29 тыс. наименований), компания ON Semiconductor способна доставить заказанные компоненты заказчикам тогда и туда, где им это потребуется.

В настоящее время у компании 580 прямых заказчиков по всему миру; более 200 OEM-производителей она обе-спечивает продукцией через дистрибьюторов. В числе потребителей продукции ON Semiconductor — компа-нии Motorola, Delta, Hewlett-Packard, Hella, Schneider, GE, Samsung, Continental Automotive Systems, Siemens, Honeywell, Apple, Dell, Nokia, Intel и Sony.

Широкая номенклатура электронных компонентов от ON Semiconductor позволяет выбрать необходимые микросхемы, ее инженерные ресурсы — в полной мере использовать технические достоинства выбранных изделий в конечных решениях заказчика, а система логистики, объединенная с возможностями логистики «Компэла», обеспечивает ритмичность производствен-ных поставок.

2 См. AUTOMOTIVE SOLUTIONS FROM ON SEMICONDUCTOR на компаккт-диске.3 См. INDUSTRIAL SOLUTIONS BROCHURE на компакт диске.4 См. COMPLETE CLOCK SOLUTIONS на компакт-диске.5 См. «Руководство по выбору компонентов» на компакт-диске.6 См. презентацию по Power Management, решения Power Supply and Power Adaptor Solutions и руководство Power Factor Correction

Handbook на компакт-диске.

Page 41: Электронные компоненты №5/2009

Св

ет

от

ех

ни

ка

и о

пт

оэ

ле

кт

ро

ни

ка

41

электронные компоненты №5 2009

В статье рассматриваются параметры светоизлучающих диодов (СД) и условия их эксплуатации в световых приборах, обеспечивающие выход СД на широкий рынок светотехнической продукции.

перСпективы развития Световых приборов на базе Светоизлучательных диодовГЕНРИХ САРЫЧЕВ, д.т.н., академик раэ рФ., ооо «вниСи» им. С.и. вавилова ЕВГЕНИЙ МУДРАК, к.т.н., ооо «вниСи» им. С.и. вавилова ИЛЬЯ РАХМАНЧИК, инженер, ооо «вниСи» им. С.и. вавилова

быстрый прогресс светоизлучающих диодов (Сд) в последние 10—15 лет вызвал повышенное ожидание их роли в современной светоиндустрии. эти ожидания аргументировались очевид-ными преимуществами Сд: высокой световой отдачей, сверхвысоким ресур-сом, пониженными затратами на обслу-живание, управляемостью динамикой света и регенерируемостью белого света, глубокой диммируемостью без изменения цвета, безртутностью и т.д. [1—3].

однако указанные преимущества могут реализоваться на широком рынке светотехнической продукции только при условии адекватных достижений трёх основных параметров: световой отдачи, срока службы и стоимости Сд.

как показывают последние оценки фирмы Cree, срок службы белых Сд в дальнейших прогнозах может быть принят на уровне 80—100 тыс. ч. имеющиеся сведения об изменении их цветности должны быть особо про-верены и, в случае необходимости, приняты специальные меры по повы-шению стабильности работы люмино- фора [3—4].

по состоянию на конец 2008 г. свето-вая отдача Сд передовых фирм соста-вила 90…100 лм/вт, причём оценки сде-ланы фирмой Lumiled Lighting [1—5]. реальные достижения фирмы оsram (155 лм/вт при токе 350 ма) [6] также

дают все основания рассчитывать на то, что в ближайшие 2—3 года будут полу-чены Сд со световой отдачей 150 лм/вт в массовом производстве.

к сожалению, опубликованных в открытой печати сведений о возмож-ном прогрессе в стоимости Сд нам пока неизвестны. исключение составляет работа [7], где даётся прогноз сниже-ния стоимости 1 лм излучаемого Сд до нескольких центов. Сегодня раз-работчик световых приборов покупа-ет Сд мощностью в 1 вт (100 лм) за 150—200 руб. тем не менее из некото-рых источников известно, что ведущие фирмы намерены снизить стоимость изделий в 2—4 раза, хорошо понимая, что без этой акции надежды на массо-вое внедрение изделий тщетны.

в таблице 1 сопоставлены технико-экономические параметры Сд и тра-диционных источников света. из неё следует, что по удельной стоимости в расчёте на световой поток (этот показа-тель в существенной мере определяет покупную, первоначальную цену изде-лия) Сд проигрывают разрядным лампам (даже в перспективе). однако при оценке по ресурсному показателю (руб./(лм∙ч)) перспектива более обнадёживающая.

более полная информация о пер-спективе внедрения Сд представлена в таблице 2, где даны сравнительные оценки приведённых затрат некоторых групп световых приборов (Сп) в расчёте

на 10 лет работы. эти расчёты показы-вают, что в настоящее время по перво-начальной цене Сп на Сд проигрывают Сп с разрядными лампами. доводы по преимуществу светодиодных светиль-ников по приведённым затратам могут быть, тем не менее, использованы мар-кетологами уже сейчас.

в перспективе покупные цены срав-ниваемых изделий сближаются, а затра-ты (на электроэнергию, обслуживание и амортизацию) становятся явно пред-почтительными для Сп на Сд.

реализация всей номенклатуры Сп представленной в таблице 1, предпола-гает решение ряда научно-технических задач.

одной из отличительных особен-ностей Сд в сравнении с традицион-ными источниками света является зависимость их светотехнических характеристик от температуры кри-сталла. на рисунках 1, 2 и 3 приведены полученные нами зависимости свето-вых характеристик Сд типа XLD-AL-001 компании Cree.

недавняя публикация [8] свидетель-ствует об ещё больших проблемах, свя-занных с тепловым режимом Сд. на рисунке 4 представлена зависимость срока службы Сд в функции температу-ры кристалла* [8].

эти данные говорят о том, что заяв-ляемые производителями приборов сроки службы 80—100 тыс. ч по мень-

Табл. 1. Удельные стоимостные показатели ламп

Тип ИС

Удельный стоимостной показа-тель в расчёте на потребляемую

мощность, руб./Вт

Удельный стоимостной пока-затель в расчёте на световой

поток, руб./лм

Удельный стоимостной показа-тель в расчёте на световую энер-

гию, руб./(лм.ч)2008 г. Перспектива 2008 г. Перспектива 2008 г. Перспектива

СД (XLD-AL-001WT) Cree, 1 Вт 200 50 2 0,3 20∙10–6 3∙10–6

ЛЛ Мощность 18…65 Вт 0,9—8,0 0,03—0,12 (2,4—7,8)∙10–6

РЛВД Мощность 80…1000 Вт 0,75—2,7 0,014—0,065 (0,57—6,4)∙10–6

МГЛ, кварц Мощность 70…1000 Вт 3,9—10 0,03—0,108 (3,3—10)∙10–6

МГЛ, керамика Мощность 70…150 Вт 9,3—19,2 0,1—0,228 (9,8—18,7)∙10–6

КЛЛ Мощность 11…23 Вт 8,47—14,1 0,14—0,256 (14—25,8)∙10–6

Натрий Мощность 100…400 Вт 1,1—3,9 0,01—0,039 (0,44—2,4)∙10–6

* за срок службы принималось время, в течение которого спад светового потока достигал 15% от первоначального.

Page 42: Электронные компоненты №5/2009

42

Св

ет

от

ех

ни

ка

и о

пт

оэ

ле

кт

ро

ни

ка

www.elcp.ru

Табл. 2.1 Технико-экономический расчёт стоимости и приведённых затрат СП на СД в сравнении с СП на традиционных ИС

п/п Стоимость, затраты Тип СП Стоимость прибора и лампы СП, руб.

Q10–Приведенные, годовые затраты, руб. Примечание

1 СП для общественных зданий (RTF 2×28 Вт Т5) Сп = 3643 Сл = 300 9400 τ = 20000 ч

1-1 1-2 1-3

Аналог на СД по 2008 г. Сп = 2300 Сл = 7200 10260 ηСД = 48 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/ВтАналог на СД по 2011–12 гг. Сп = 2300 Сл = 3200 7200 ηСД = 32 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/ВтАналог на СД по 2011–12 гг. Сп = 2300 Сл = 1600 5540 ηСД = 32 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт

2 СП для промышленных зданий (РСП05-250-001) Сп = 2635 Сл = 300 27430 τ = 15000 ч

2-1 2-2 2-3

Аналог на СД по 2008 г. Сп = 3000 Сл = 15000 22120 ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 3000 Сл = 6700 15790 ηСД = 67 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/ВтАналог на СД 2011—12 гг. . Сп = 3000 Сл = 3350 14450 ηСД = 67 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт

3 СП для промышленных зданий (ГСП17-250) Сп = 3000 Сл = 1000 31000 τ = 10000 ч

3-1 3-2 3-3

Аналог на СД по 2008 г. Сп = 3400 Сл = 22500 30080 ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 150 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 3400 Сл = 10000 19400 ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 3400 Сл = 5000 17400 ηСД = 50 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/Вт

4 СП для улиц (РКУ15-250-151) Сп = 4953 Сл = 300 29750 τ = 15000 ч

4-14-24-3

Аналог на СД по 2008 г. Сп = 3400 Сл = 22500 30080 ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 3400 Сл = 5000 19400 ηСД = 67 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 4953 Сл = 300 17400 ηСД = 67 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт

5 СП для животноводческих комплексов Сп = 2200 Сл = 100 12260 τ = 20000 ч

5-15-25-3

Аналог на СД по 2008 г. Сп = 2400 Сл = 3600 13010 ηСД = 24 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 400 Сл = 1600 11490 ηСД = 16 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/ВтАналог на СД по 2011—12 гг. Сп = 2400 Сл = 800 11170 ηСД = 16 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт

шей мере некорректны. нам не извест-ны конструкции, в которых температура Сд была бы ниже окружающей темпера-туры. в лучших решениях температура Сд достигает 50…60°С при окружающей температуре 20…25°С, что соответству-ет сроку службы прибора порядка 50 тыс. ч. в большинстве случаев темпера-тура корпуса 50…60°С адекватна темпе-ратуре Сд порядка 70…80°С, т.е. сроку службы прибора 10—15 тыс. ч.

при традиционном подходе к кон-струированию световых приборов (Сп) тепловой режим источников света обе-спечивается съёмом тепла с корпуса Сп за счет свободной конвекции окру-жающего воздуха. при этом с корпуса традиционных Сп снимаются тепло-вые потоки порядка 300…3000 вт/м2. нижний диапазон соответствует Сп с

люминесцентными лампами. верхний предел — Сп с разрядными лампами высокого давления. при том же подходе к конструированию Сп на базе Сд име-ются два варианта: первый — Сд мон-тируются на плате, находящейся внутри корпуса светильника; второй — монтаж Сд осуществляется непосредственно на корпусе Сп. в первом — допусти-мые удельные тепловые нагрузки не должны превышать 200 вт/м2. во вто-ром варианте съём тепла может быть увеличен вдвое.

в любом случае максимальный поток с 1 м2 площади радиатора Сд в рассматриваемом случае может составить не более 105 лм, что близко к параметрам люминесцентных све-тильников, но более чем на порядок величины ниже, чем у Сп с разряд-ными лампами высокого давления. эти соображения говорят о том, что прогнозируемое повышение световой отдачи Сп и снижение их стоимости могут быть недостаточны для серьёз-ной диверсификации светодиодной технологии в светотехнику.

нам представляется, что решение проблемы находится на пути интенси-фикации отвода тепла от Сд при одно-временном агрегировании кристаллов

Рис. 1. Световая отдача СД как функция темпера-туры Рис. 2. Световая отдача как функция мощности СД Рис. 3. Световой поток как функция мощности СД

Рис. 4. Срок службы СД как функция температуры кристалла

на меньшей площади (кластеры), причём поиски путей интенсификации тепло-съёма следует искать на пути использо-вания наиболее интенсивных тепловых процессов, связанных с фазовым пере-ходом вещества, который происходит при температурах, близких к оптималь-ной температуре кристалла (40…60°С).

в работе [9] рассмотрен случай фазо-вого перехода — парообразование жид-кости. оценки показывают, что при плот-ности теплового потока 104…105 вт/м2 для жидкости с температурой кипения, близкой к 40…60°С (этиловый, метило-вый спирты, пентан, аммиак) коэффици-ент теплоотдачи составляет 103…104 вт/(м2∙к), а температурный напор — 1...10°С. это говорит о принципиальной возмож-ности реализации такого пути интенси-фикации съёма тепла с Сд.

второй путь съёма тепла — тер-моэлектрическая система охлаждения (эффект пельтье) — позволяет в прин-ципе получить температуру окружаю-щей среды. таким образом, имеется возможность в максимальной степени использовать ресурсный потенциал светоизлучающих диодов, правда, за счёт некоторого усложнения конструк-ции и дополнительных затрат электро-энергии.

Page 43: Электронные компоненты №5/2009

Св

ет

от

ех

ни

ка

и о

пт

оэ

ле

кт

ро

ни

ка

43

электронные компоненты №5 2009

рассмотренный новый подход к проектированию Сп с использованием мощных кластеров Сд предполагает новые методы построения оптических систем прибора. оптические особенности Сд позволяют, в принципе, создавать вторич-ную оптику на самих чипах, решая, таким образом, форми-рование конечного продукта — кСС. однако этот путь имеет своим следствием существенное увеличение габаритов кла-стера, что в ряде случаев неприемлемо (увеличение габари-тов Сп, снижение плотности теплового потока с уходом из зоны режима кипения).

второй путь — максимальное уменьшение размеров кла-стера, размещение его внутри прибора (либо на его корпусе) и использование «финишной» отражающей или преломляю-щей оптики.

и, наконец, третий путь — формирование специально рассчитываемой поверхности, на которой располагаются Сд без использования оптики вторичной или отражателя.

Совершенно очевидно, что в некоторых случаях (более сложная конфигурация кСС) можно использовать комбина-цию этих приёмов.

в заключение заметим, что существующие в настоя-щее время стандарты по полупроводниковым приборам относятся к нормированию одиночных светоизлучающих диодов. Современные приборы на основе Сд представляют собой, как правило, модульные конструкции и рассматри-вать их как простую совокупность одиночных Сд недо-статочно корректно. в этой связи актуальна разработка специальных стандартов по терминологии, нормированию световых приборов на базе Сд и методам (в т.ч. фотометри-ческим) их измерения.

От РЕДАКцИИв статье были подробно рассмотрены особенности экс-

плуатации светодиодов. однако не менее важный вопрос при использовании светодиодных источников света — кор-ректный выбор источника питания (ип), от которого зависит срок службы светильников, цена, а также возможность рабо-ты их от пониженного напряжения питания. большое число компаний выпускает такие ип.

подробнее об источниках питания мы собираемся рас-сказать в следующих статьях.

Литература1. Форум по проблемам и перспективам применения свето-

диодов LED Forum, Светотехника, № 6, 2007 г.2. M. George Craford. High Power LEDs for Solid State Lighting:

Status, Trends and Challenges J.Light&vis.Env 2008, Vol.32, #2 р. 58—68.3. Форум-семинар “International LED & FPD Executive Forum and

Seminar”, Корея, Сеул, июнь, 2008 г.4. А.Г. Полищук, А.Н. Туркин. Деградация светодиодов на осно-

ве гетероструктур нитрида галлия и его твердых растворов//Светотехника, № 5, 2008г. с. 44—47.

5. Компания Cree//www.prochip.ru.6. Мировой рекорд в лаборатории Оsram: значительное

увеличение яркости и эффективности белых светодиодов//osram.ru.

7. Krames M.R. et al., High-brightness AlGaInN light emitting diodes, Proc. SPIE 3938, 2 (2000).

8. Kuhn Jh., Schiller chr., Khanh Q. Eine Analyse Aktueller LED — Straβenleuchten aus lichttechnischer Sicht, Lcht. 1—2/2009, S. 88—93.

9. Г.С. Сарычев, Е.И. Мудрак. Интен си фикация съёма теп ла со светоизлучающих диодов/Известия Академии элек тро тех ни че-ских наук РФ, №2, 2008 г., с.73—76.

ПоЛезные ССыЛки1. По драйверам светодиодов компаний Aimtec, Micrel и

Semtech.2. Новые источники MeanWell для светодиодных систем.

Page 44: Электронные компоненты №5/2009

44

WWW.ELCP.RU

Новые компоненты на российском рынкеИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Портативный полнофунк-циональный осцилло-граф эконом-класса от Agilent

Компания Agilent Technologies Inc. пред-ставила новое семейство

цифровых осциллографов серии 1000, которые по своим функциональным возможностям не уступают более дорого-стоящим приборам. В новую серию входят 6 двух- и четырех-канальных моделей с верхней границей полосы пропускания 60, 100 или 200 МГц. Глубина корпуса новых осциллографов — всего 127 мм, а вес — 3 кг.

Среди ключевых преимуществ новой серии осциллографов Agilent 1000 можно отметить следующие.

– Более детальный анализ сигналов. Все модели серии DSO1000 оснащены LCD-дисплеем повышенной четкости и более широкими углами обзора по сравнению с другими осциллогра-фами этого класса. Обладая памятью глубиной до 20 Квыб/канал, осциллографы серии 1000 обеспечивают максимальную частоту дискретизации на развертке в 8 раз более медленной по сравне-нию с другими осциллографами в этом классе.

– Больше функциональных возможностей. Все модели серии DSO1000 позволяют осуществлять 23 вида автоматиче-ских измерений параметров сигнала с возможностью одно-временного отображения на экране 21 параметра. Кроме того, это единственные осциллографы эконом-класса с режимом последовательного захвата кадров, что значительно облегча-ет поиск редких событий при отладке устройств. Инженеры могут записать, а затем воспроизвести до 1000 кадров сигна-лов. Осциллографы серии Agilent 1000 также имеют настраи-ваемые пользователем встроенные цифровые фильтры.

– Более высокая производительность. Осциллографы серии DSO1000 в стандартной комплектации имеют возмож-ность тестирования по маске (типа «годен/не годен»), что позволяет даже начинающим инженерам выполнять сложные тесты. Пользовательский интерфейс и передняя панель осцил-лографа русифицированы. USB-порты и ПО IntuiLink, входящие в стандартную комплектацию, позволяют сохранять результаты измерений и анализировать их впоследствии на ПК.

Agilent Technologies Inc.www.agilent.ruДополнительная информация:см. Agilent Technologies Inc.

МК И DSP

Новые 16-разрядные микроконтроллеры с низ-ким током потребления в режиме ожидания от Microchip

Компания Microchip анонсировала семейство 16-разрядных микрокон-

троллеров PIC24F16KA с новой технологией nanoWattTM, обе-спечивающей самый низкий ток потребления в режиме ожи-дания среди существующих микроконтроллеров — не более 20 нА. Низкое энергопотребление в сочетании с интегри-рованной памятью EEPROM и миниатюрным маловыводным

корпусом делает микроконтроллеры семейства PIC24F16KA идеальным решением для портативных устройств с батарей-ным питанием.

Микроконтроллеры PIC24F16KA обеспечивают ток покоя 20 нА благодаря новой технологии nanoWatt XLP, которая предоставляет разработчикам гибкие возможности по эконо-мии энергии, используя множество источников пробуждения, таких как часы реального времени (RTCC), сброс по провалу напряжения (BOR), прерывания, сторожевой таймер, изменение состояния портов ввода/вывода.

Новые микроконтроллеры, выполненные по технологии nanoWatt XLP, идеально подходят для использования в таких устройствах как удаленные датчики, которые могут работать более 20 лет от одной батарейки.

Кроме малого энергопотребления и миниатюрного испол-нения, микроконтроллеры семейства PIC24F16KA обладают производительностью 16 MIPS и поддерживаются эффектив-ным C-компилятором, что позволяет реализовывать сложные алгоритмы. К тому же, микроконтроллеры PIC24F16KA вклю-чают два компаратора полного размаха (rail-to-rail), модуль mTouchTM для работы с емкостными сенсорами, интерфейсы SPI, I2C и 2×UART.

Предполагаемые сферы применения микроконтроллера: потребительская и промышленная электроника, медицинская техника.

Для ознакомления с новым семейством предлагается колодка под отладочную плату Explorer 16 с контроллером PIC24F16KA (MA240017).

Microchip Technologywww.microchip.comДополнительная информация:см. Microchip Technology

АНАЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Первые в мире операци-онные усилители со встроенной схемой одно-кратной калибровки от Microchip

Компания Microchip анонсировала первые и единственные в мире ОУ

с технологией mCal — встроенной схемой калибровки, ком-пенсирующей напряжение смещения при включении питания при помощи детектора сброса, либо по состоянию внешнего вывода. Это обеспечивает изначально низкое напряжение смещения, а также минимальный дрейф напряжения смеще-ния со временем и при изменении температуры, что является весьма привлекательным для применения в контрольно-измерительном оборудовании.

Полоса рабочих частот до 50 МГц и выход полного размаха (rail-to-rail) с током до 95 мА делают MCP65x идеальными для применения в различных приложениях потребительского, про-мышленного и медицинского назначения. Большой выходной ток, позволяющий MCP65x работать на значительную нагрузку, делает возможным применение ОУ в различных устройствах, в то время как выход полного размаха обеспечивает большой динамический диапазон.

Новые ОУ найдут применение также в высокоскоростных приложениях. Примерами таких приложений могут быть микрофонные предусилители, оптические детекторы, сканеры штриховых кодов, медицинское мониторинговое оборудова-ние, ультразвуковое оборудование и т.д.

Page 45: Электронные компоненты №5/2009

45

электронные компоненты №5 2009

Кроме того, компания Microchip предлагает демонстрацион-ную плату MCP651 Evaluation Board (MCP651EV-VOS). Она явля-ется простым способом измерения разброса входных напря-жений в соответствии с документацией, а также измерения, связанного с напряжением питания, синфазным напряжением, выходным напряжением, входным напряжением смещения и их зависимостью от температуры и помех.

ОУ MCP651 доступны в 8-выводном корпусе SOIC, а MCP652 — в 8-выводном SOIC и DFN (3×3 мм), MCP655 — в 10-выводном MSOP и DFN (3×3 мм).

Microchip Technologywww.microchip.comДополнительная информация:см. Microchip Technology

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Новый модуль для бес-проводной связи стан-дарта IEEE802.15.4 с уве-личенной дальностью и сертифицированный стек ZigBee® PRO от Microchip

Компания Microchip расширяет номенклатуру

решений для беспроводных сетей IEEE802.15.4 и ZigBee® для применения во встроенных системах. Модуль MRF24J40MB — второй законченный модуль приемопередатчика на диапа-зон 2,4 ГГц от Microchip, разработанный для поверхностного монтажа. Модуль содержит малошумящий входной усилитель (LNA), увеличивающий чувствительность приемника; выходной усилитель, увеличивающий мощность передатчика до 20 дБм; печатную антенну; схему согласования. Модуль обеспечивает совместимость с приемопередатчиками стандарта IEEE802.15.4, а увеличенная мощность передатчика позволяет расширить сферы применения в беспроводных сетях IEEE802.15.4 на базе ZigBee- или пользовательского протоколов.

Кроме того, компания Microchip предоставляет новый сертифицированный стек протоколов ZigBee PRO для организации беспроводных сетей IEEE 802.15.4 на базе PIC-микроконтроллеров. В совокупности стек протоколов ZigBee PRO, приемопередатчик MRF24J40 и любой из 16-разрядных контроллеров PIC24 или dsPIC33 формируют совместимую плат-форму ZigBee PRO, сертифицированную в альянсе ZigBee.

Для систем, где не требуется большого количества узлов и функциональной совместимости с ZigBee, предлагается более простой и недорогой стек протоколов MiWi™ или MiWi P2P, также построенный на основе стандарта IEEE 802.15.4. Все пред-лагаемые Microchip стеки протоколов доступны для бесплатной загрузки с сайта www.microchip.com/Wireless.

Компания Microchip предлагает также отладочную плату MRF24J40MB PICtail™ Plus Daughter Board (AC163028-2). Это дочерняя плата, подключаемая к популярной отладочной плате разработчика Explorer 16.

Дополнительно, для слежения и анализа трафика, путей про-хождения и декодирования пакетов в сети, предлагается анали-затор беспроводных сетей ZENA™ Wireless Network Analyser.

Microchip Technologywww.microchip.comДополнительная информация:см. Microchip Technology

Многоканальные компактные узкополосные радиомодули для промышленного применения от Circuit Design

Компания Circuit Design, Inc., ведущий поставщик узкопо-лосных радиомодулей, приступила к продажам миниатюрного многоканального передатчика CDP-TX-05M-R и приемника CDP-RX-05M-R.

Оба устройства совме-стимы с предыдущими моделями: передатчиком CDP-TX-04S-R и приемни-ком CDP-RX-03AS-R. Новые устройства имеют несколь-ко дополнительных функ-ций.

Если у предыдущих моделей был всего лишь один радиочастотный канал, то новые устройства запрограммированы на работу в четырех каналах. Кроме того, в пределах основного диапазона ISM (426 МГц в Японии, 434 и 869 МГц в Европе, 915 МГц в США) частотную таблицу можно настроить в соответствии с требованиями заказчика.

Кварцевый генератор с термостабилизацией, используемый в качестве генератора опорной частоты для радиокомпонен-тов, обеспечивает стабильность работы на ВЧ. Если предыду-щая модель работала в диапазоне –10…60°C, то у нового устройства этот диапзон увеличился до –20…65°C.

При выходной мощности 10 мВт (5 мВт при 869 МГц, 1 мВт при 426 МГц, 0,5 мВт при 915 МГц), установленной для узкопо-лосных ЧМ- и супергетеродинных приемников с двойным пре-образованием частоты и высокой чувствительностью в евро-пейской ISM-полосе частот, диапазон связи (в пределах прямой видимости) составляет до 600 м.

CDP-TX-05M-R/CDP-RX-05M-R характеризуются следующими особенностями:

– совместимость со стандартами R&TTE (EN300220) и RoHS — 434-МГц версия и 869-МГц версия для европейского рынка;

– ARIB-T67 — 426-МГц версия для японского рынка;– FCC Part15.249 — 915-МГц версия для рынка США;– компактность и малый вес у передатчика: 22×12×6 мм,

3 г; у приемника — 36×26×8 мм, 13 г;– 4 ВЧ-канала с 25-кГц разделением каналов с узкополос-

ной ЧМ;– супергетеродинный приемник с двойным преобразова-

нием частоты и высокой чувствительностью –120 dBm (434 МГц SINAD 12 дБ).

Области применения:– дистанционное управление в промышленности;– системы безопасности и сигнализации;– телеметрия и мониторинг;– системы слежения. Circuit Design, Inc. www.circuitdesign.jpДополнительная информация:см. Circuit Design, Inc.

АЦП/ЦАП

Cдвоенные быстродей-ствующие АЦП с низким энергопотреблением от Analog Devices

Компания Analog Devices Inc. анонсирует 18 новых недорогих сдвоен-ных АЦП с разрешающей способностью 10…16 раз-рядов. Новые АЦП облада-ют лучшими в своем классе динамическим диапазоном

и шумовыми характеристиками, а также способны экономить до 60% потребляемой энергии по сравнению с энергопотре-блением аналогичных компонентов конкурентов.

AD9268 — первый 16-разрядный сдвоенный АЦП для про-мышленных применений с рабочей частотой до 125 МГц, потре-

Page 46: Электронные компоненты №5/2009

46

WWW.ELCP.RU

бляющий всего 376 мВт. AD9251 — сдвоенный 14-разрядный АЦП, который потребляет всего 86 мВт на канал при рабочей частоте 80 МГц и позволяет сэкономить до 50% потребляемой энергии.

Все приборы новой серии работают от одного источника питания напряжением 1,8 В для аналоговых входов и 1,8 или 3,3 В для цифровых КМОП-выходов, в то время как выходы семейства AD9268 работают от источника 1,8 В с уровнями КМОП или LVDS. Кроме того, в микросхемы встроена програм-мируемая схема распределения тактовых импульсов и данных, а также схема генерации и вывода тестовых сигналов.

Совместимые по выводам, сдвоенные АЦП доступны в раз-ных градациях по быстродействию.

Наименование Разрешение, бит

Рабочая частота, МГц

Потребляемая мощность, мВт/канал

AD9204BCPZ-20 10 20 33AD9204BCPZ-40 10 40 48AD9204BCPZ-65 10 65 68AD9204BCPZ-80 10 80 82AD9231BCPZ-20 12 20 35AD9231BCPZ-40 12 40 51AD9231BCPZ-65 12 65 71AD9231BCPZ-80 12 80 84AD9251BCPZ-20 14 20 39AD9251BCPZ-40 14 40 54AD9251BCPZ-65 14 65 74AD9251BCPZ-80 14 80 86AD9258BCPZ-80 14 80 182AD9258BCPZ-105 14 105 252AD9258BCPZ-125 14 125 376AD9268BCPZ-80 16 80 182AD9268BCPZ-105 16 105 252AD9268BCPZ-125 16 125 376

Analog Devices Inc.www.analog.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ

Недорогие панельные компьютеры от Avalue с диагональю экрана 25 и 22 см

Компания Аvalue пред-ставляет новую серию панельных компьютеров с сенсорным экраном диа-гональю 25 и 22 см.

Компьютеры имеют сле-дующие основные характе-ристики:

– высокопроизводительный процессор Intel® Atom 1,6 ГГц (с технологией Hyper Threading — 2 виртуальных ядра);

– защита фронтальной панели от пыли и воды IP 65;– возможность работы в широком диапазоне питающих

напряжений 10…28 В;– сенсорный экран с размером по диагонали 25 и 22 см;– интерфейсы и разъемы: 2×Gigabit Ethernet, 1 Compact

Flash, 2 COM-порта (RS-232, RS-232/422/485), 4×USB 2.0, звуковые входы и выходы, дополнительный разъем VGA, разъем miniPCIe.

Аvaluewww.avalue.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Стабилизированные DC/DC-преобразователи мощностью 1 Вт в SMD-корпусах от Murata PS

Компания Murata Power Solutions начала выпуск DC/DC-прео б-разователей мощностью 1 Вт со стабилизированным выходом серии NTF. Преобразователи имеют одиночный выход, гальва-ническую развязку вход/выход 1000 В DC и расширенный диа-пазон входных напряжений (см. таблицу ниже).

Отличительные особенности:– вход дистанционного управления включением/выключе-

нием преобразователя; – подстройка выходного напряжения в пределах ±10%; – продолжительная защита от короткого замыкания на

выходе (до 15 с).DC/DC-преобразователи серии NTF найдут применение в

любых устройствах с питанием от батарей или аккумуляторов и позволят снизить производственные расходы за счет примене-ния автоматизированного монтажа на печатную плату.

Внешний вид Серия Мощность, Вт Вход, В DC Выход, В/мА DC

NTF 14…6 В;

9…15 В; 18…36 В

5/200; 12/83; 15/66

Основные характеристики:– рабочий диапазон температур –40…85°С;– MTBF до 1 400 000 часов;– габариты 18×17,8×6,5 мм.Murata-PSwww.murata-ps.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

ОПТОэЛЕКТРОНИКА

Новые мощные светодиоды от High Power Lighting

Корпорация High Power Lighting (HPL) объявила о начале выпуска новых SMD-светодиодов серии SHOCK мощностью 1 Вт. Серия SHOCK — это низкая цена и высокий световой поток.

Следует отметить, что низкая стоимость светодиода достиг-нута не в ущерб качеству. Традиционно, компания HPL при подходе к разработке изделий уделяет особое внимание производственному процессу и новейшим достижениям в области полупроводникового освещения. Не исключением стали и новые светодиоды.

Светодиоды серии SHOCK обладают уникально малыми размерами — 4×4×1,7 мм с первичной оптикой, а толщина самого корпуса всего 0,34 мм. Новый светодиоды работают на токе 350 мА и излучают световой поток 80 лм в холодном белом цвете (HPL-H40ZW1BA), при этом значение максималь-ного импульсного тока составляет 500 мА. Помимо белого цвета излучения, светодиоды серии SHOCK выпускаются красного (длина волны 625 нм), синего (470 нм), зеленого (525 нм), оранжевого (615 нм), янтарного (590 нм) цветов, а также УФ- и ИК-спектров. При разработке новинок компания HPLighting позаботилась о конечных потребителях, предла-гая выбор вторичной оптики компактных размеров. Сейчас доступны исполнения с углами 15°, 25° и 45°.

Ниже приведены краткие технические данные на некоторые светодиоды с первичной оптикой.

Page 47: Электронные компоненты №5/2009

47

электронные компоненты №5 2009

Наименование Световой поток, лм Цвет Тепловое сопротивле-

ние, °С/Вт Угол, град.

HPL-H40ZB1BA 10 Синий

10 140HPL-H40ZG1BA 55 Зеленый

HPL-H40ZR1BA 35 Красный

HPL-H40ZW1BA 80 Холодный белый

High Power Lightingwww.hplighting.com.twДополнительная информация:см. «НЕОН-ЭК», ООО

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Новые высокочастотные малошумящие прецизи-онные кварцевые генера-торы от ОАО «Морион»

ОАО «Морион» (Санкт-Петербург) представляет качественно новые высоко-частотные малошумящие прецизионные кварцевые

генераторы. Это вибро-акустоустойчивые прецизионные гене-раторы ГК148-ТС и ГК213-ТС, выпускаемые в категории качества «ВП».

Ключевой особенностью кварцевого генератора ГК148-ТС является отсутствие собственных механических резонансных частот конструкции в диапазоне до 2 кГц, что позволяет суще-ственно снизить уровень фазовых шумов при воздействии широкополосной случайной вибрации (ШСВ). Прибор обеспе-чивает температурную стабильность частоты 5·10–7 в интервале рабочих температур –50…70˚С и долговременную стабиль-ность частоты 5·10–7 за год. Напряжение питания 12 В, выходной сигнал — SIN. Прибор доступен к поставке в диапазоне частот 56…100 МГц.

Особенностью кварцевого генератора ГК213-ТС является практическое отсутствие у данного прибора деградации фазо-вых шумов при воздействии ШСВ. Реализованный уровень фазовых шумов не более –135 дБ/Гц для отстройки 100 Гц и не более –160 дБ/Гц для отстройки 10 кГц. ГК213-ТС обеспечивает стабильность частоты до 1·10–7 в интервале рабочих температур –55…70˚С и долговременную стабильность частоты до 3·10–7 за год. Диапазон частот 48…100 МГц. Основные стандартные частоты 48, 56, 60 и 100 МГц.

Уникальные характеристики по уровню фазовых шумов в условиях жестких механических воздействий делают указан-ные генераторы эффективным решением для применения в различных типах наземного и бортового радиолокационного и другого оборудования, а также для любых видов синтезато-ров частот.

ОАО «Морион»www.morion.com.ru Дополнительная информация:см. «Морион», ОАО

Agilent Technologies Inc.115054, Москва, Космодамианская наб., 52, стр.1Тел.: +7 (495) [email protected]

Circuit Design, Inc.International Business Division7557-1 Hotaka, Azumino, Nagano 399-8303, JapanТел.: +82 (0)263-82-1024Факс: +81 (0)263-82-1016 [email protected] www.circuitdesign.jp

Microchip [email protected]

«Морион», ОАО199155, С.-Петербург, пр. Кима, д. 13аТел.: (812) 350-75-72, (812) 350-9243Факс: (812) 350-72-90, (812) [email protected]

«НЕОН-ЭК», ООО199178 С.-Петербург, ВО, 8-я линия, д.79Тел./факс: (812) 335-00-65www.e-neon.ruwww.powerled.ru

«Элтех», ООО198035, С.-Петербург, ул. Двинская, 10, к. 6АТел.: (812) 635-50-60Факс: (812) [email protected]

Новости мобильНых приложеНий

| SAMSung ВЫПуСТИЛА НОВЫй МОБИЛЬНЫй ПРОЦЕССОР | Компания Samsung Electronics представила S5P6440 — новей-ший продукт в серии прикладных процессоров на базе архитектуры ARM11, который производится с применением низко-вольтной CMOS-технологии по проектным нормам 45 нм.

Чип основан на ARM1176 с тактовой частотой 533 или 667 МГц. Процессорное ядро, интегрированные аппаратные ускорители и периферийные интерфейсы соединяются 64-битовой шиной AXI (166 МГц), что обеспечивает быстродей-ствие ввода/вывода, необходимое для мультипроцессорной работы.

Входящий в состав S5P6440 ускоритель 2D-графики совместим со стандартным API OpenVG, поддерживающим продвинутые функции сглаживания, альфа-смешения, а также векторную графику для плавного масштабирования без потери качества. Система коррекции ошибок работает с устройствами MLC NAND, контроллер DRAM совместим с mDDR (mobile DDR) и с недорогой памятью DDR2. Чип включает также интерфейс DSI (display serial interface) Альянса MIPI , который упрощает дисплейный разъем и использует дифференциальный сигнал, снижающий электромагнитные помехи.

Образцы S5P6440 в корпусе FBGA (13×13 мм) уже предоставляются ключевым заказчикам; масштабный выпуск продукта начнется в III квартале.

www.russianelectronics.ru

Page 48: Электронные компоненты №5/2009

Вторая Конференция

ARM developers FORuM17 сентября 2009 г.

УЧАСТНИКИ КОНФЕРЕНЦИИ:• Разработчики и руководители отделов разработки OEM-компаний;

• Контрактные разработчики;

• Инженеры-программисты компаний-производителей микроконтроллеров

ПРОГРАММА КОНФЕРЕНЦИИПЛЕНАРНАЯ ЧАСТЬ

10:00 —13:00Обзор мирового рынка микроконтроллеров, положение ARM-−микроконтроллеров на рынке в целом и по сегментам.

Развитие технологии ARM: представление новых разработок и −перспектив развития.

ARM-community – взаимодействие и синергия: производители −полупроводников, дизайн-хаусы, OEM-компании, разработчики и производители встраиваемых систем, средств разработки.

Презентации новых производителей микроконтроллеров: −особенности, преимущества, области применения.

14:00 — 18:00РА Б О ТА С Е К Ц И й

ТЕЛЕКОМ И МУЛЬТИМЕДИА (для разработчиков телеком −оборудования, оборудования приема цифрового телевидения, автомобильной мультимедийной аппаратуры, гаджетов)

ПРОМЫШЛЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ЗДАНИЕМ −(для разработчиков промышленной автоматики, систем безопасности, контроля доступа, пожарной безопасности, торгового оборудования, счетчиков)

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ ARM (для разработчиков SoC) −

• Стоимостьучастиявконференции—6000руб.дляодногопредставителякомпании.

• Дляподписчиков,рекламодателейиучастниковконференцийИД«Электроника»действуютскидки.

За более подробной информацией обращайтесь в оргкомитет конференции.Контактное лицо: Наталия ЯсенцеваТел.: (495) 741-7701, доб. 2331;e-mail: [email protected]