Boost-Wandler alsProblemlöser - elektronik-industrie.de · 6 elektronikindustrie 06/2017 Top5 Top-FIVE dasstandardwerkzur batterie-technologie 721ei0417BMZ 2 messchip liefertbatteriestandanzeige

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Was Entwickler wissen müssen

Boost-Wandlerals Problemlöser 12

STROMVERSORGUNG FÜR IOT-DESIGNS

AKTIVE BAUELEMENTEFlash-Technologien – Bit fürBit zur industriellen Spei-cherlösung 20

EDATOOLSWafer-Level-Packaging :Vereinigung von SoC- undGehäuse-Verifikation 34

OPTOELEKTRONIKKünstliches Pflanzenlichtwird zur innovativenLED-Anwendung 52

06/2017

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Editorial

editorial

es brummtNachdem das Jahr 2016 ein durchschnitt-lichesWachstum für denweltweitenHalb-leitermarkt brachte und auch für die kom-menden Jahre, laut Trendbericht des ZVEIe.V., eher einstellige Wachstumsraten zuerwarten sind (siehe S. 10), hat das Jahr2017 überaus schwungvoll begonnen. Dieim FBDi e. V. gemeldeten Bauelemente-Distributoren erzielten inDeutschland imerstenQuartal 2017 einen um 6,3 Prozenterhöhten Umsatz auf 907 Millionen Euro– ein Rekordergebnis. Noch besser sinddie Aussichten für die nächstenQuartale,die Aufträge wuchsen um 20 Prozent aufüber eineMilliarde Euro.Die Book-to-Bill-Rate liegt bei 1,11.

DerWafer-Hersteller Siltronic ist ein typi-scher Frühindikator für denGeschäftsver-lauf in der Halbleiterei. Hier hat die guteAuftragslage schon seit fast einem Jahr zueinem erheblichen Kursaufschwunggeführt. Speziell die Preise für 300-mm-Wafer kennen derzeit nur eine Richtung,nach oben.

Der Umsatz der Leiterplattenhersteller inder DACH-Region war auch erfreulich.Das Book-to-Bill-Verhältnis steht hier

aktuell bei 1,14. Sowohl Umsatz als auchAuftragseingang stehen auf den höchstenAbsolutwerten seit 15 Jahren.WesentlicheUrsache für die Steigerungwar allerdingsdie Verknappung vonKupferfolie. Dies hatzu unpünktlichen oder ausbleibendenLie-ferungen aus Asien geführt.

Verknappungund längereLieferzeiten sindvorprogrammiert. Da immermehr einge-setzte Halbleiter Single-Source-Produktesind, haben die Kunden keine Wahlmög-lichkeiten und damit eine schlechte Ver-handlungspsition. LautGeorg Steinbergervom FBDi, „verengen viele Herstelleraußerdem ihre Vertriebskanäle oder ver-suchen typischeDistributionskunden sel-ber zu bedienen, was nicht zwangsläufigzu mehr Kundenfreundlichkeit und Ser-vice führen wird.“

TrotzeinergewissenEuphorie ist also abzu-sehen, dass dasHalbleiter-Geschäft rauerwird.

von chefredakteur hans Jaschinski

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Je nach Nachfragekann durch LEDs

das Salat-Wachstumbeschleunigt oderverzögert werden.

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4 elektronik industrie 06/2017 www.all-electronics.de

Juni 2017

märkte + technologien

06 Top 5

08 News undMeldungen

10 ZVEI stellt Prognose zumMikro-elektronik-Markt vorTrendanalyse bis 2021

coverstory

12 Was ein Aufwärtswandler allesleisten kannBoost-Wandler als Problemlöser für dasDesign von IoT-Produkten

analog-/mixed-signal- ic

16 VereinteWeltenPräzisionsregler kombiniert Genauigkeitmit Leistung

aktive bauelemente

20 Flash-Technologien imVergleichBit für Bit zur industriellen Speicher-lösung

23 HighlightAnalog Devices

26 Mit Knopfzelle ein Jahr aufzeichnenMikrocontroller mit integriertemLCD-Treiber für Datenlogger

28 Für kleinere Gehäuse undmehrFlexibilitätVorteile der peripheren Pinauswahl bei8-Bit-Mikrocontrollern

30 Warum nicht mal RISC-V riskieren?Eine neue feste Befehlssatzarchitektur

32 Auf die Signalintegrität kommt esanOszilloskop-Funktionen für dieIoT-Entwicklung optimal nutzen

eda-tools

34 Die Kluft überwindenVereinigung von SoC- und Gehäuse-Verifikation

38 Schwingungsoptimierung vonElektronikbaugruppenVerzahnung von experimentellen undnumerischen Methoden

42 Mehr Produktivität durch wenigerSchnittstellenZuken mit neue Strategie

43 HighlightsCadence

optoelektronik

44 Schnell und einfach in die LED-Technik einsteigenMit LED-Retrofits bestehendeInstallationen weiter nutzen

48 LEDs mit positiverWirkung auf diemenschliche KonzentrationRetrofit-LED-Lampen simulieren dasSonnenlicht

50 OLEDs in Betrieb nehmenOhne Controller und Netzteil geht nichts

51 HighlightsOsram Opto Semiconductor, Diodes

52 Horticulture Lighting als innovativeLED-AnwendungLED-Beleuchtung nicht nur für Menschund Tier, sondern auch für Pflanzen

nrW-special

56 Elektronik-Valley bis Little TokioBranchenreport Nordrhein-Westfalen

59 AdvertorialsEA Elektro-Automatik, Nova Elektronik,Turck Duotec, MesseWestfalenhallenDortmund, Tianma Europe

NRW-Special56 branchenreport

Wermit NRW Industriero-mantik verbindet, übersiehteinen lebendigen, hochinnovativenWirtschaftsstand-ort. Auch die Elektronikindus-trie ist in einer erstaunlichenBreite vertreten.

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rubriken

03 EditorialEs brummt

62 Neue Produkte

64 Kataloge

66 Impressum

66 VerzeichnisseInserenten-/Unternehmensverzeichnis

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Top 5

Top-FIVE

das standardwerk zur batterie-technologie

721ei0417 BMZ2

messchip liefert batteriestandanzeige201ei0517 Maxim Integrated3

infrarot-led für den iris-scanner716ei0417 Osram4datenbuch zu aluminium-elektrolyt-kondensatoren719ei0417 TDK5

ArTIkElanforderungen an drucksensoren504ejl0417 Elmos Semiconductor1

Wide-bandgap-halbleiter übernehmen leistungselektronik808ei0517 FH Joanneum2

highlights der advanced battery power konferenz 2017809ei0517 Eigenbeitrag3

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NEWSinfineon steigt in halbleiterher-steller-top-ten auf909ei0617 Infineon

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Hier präsentiert die Redaktion der elektronik industrie jeden Mo-nat die Top 5 Artikel, News und Produkte der Elektronik-Entwick-lung: Die Leser der Webseite www.all-electronics.de haben dieseInhalte im vergangenen Monat am häufigsten aufgerufen. Wersich für weitere Informationen interessiert, gibt auf diesem Portal

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Märkte + Technologien

energiemanagement-subsysteme und 32-bit-mikrocontrollerkamaka schließt vertrag mit energy-harvesting hersteller e-peas

data translation ist historiemeasurement computing jetzt als gmbh in deutschlandEnde 2015 wurde der US-Messtechnik-SpezialistData Translation von der National-Instruments-TochterfirmaMeasurement Computing (MCC)übernommen. Nun hat die deutsche Niederlas-sung von Data Translation ihren Namen geändertund firmiert jetzt als Measurement ComputingGmbH. Hinsichtlich der bisherigen Adresse desUnternehmens in Bietigheim-Bissingen und derAnsprechpartner in den Bereichen Geschäftsfüh-rung, Vertrieb und Support gibt es keine Ände-rungen. Geschäftsführer bleibt wie bisher Win-

fried Klass, für den die Namensänderung eine lo-gische Konsequenz der Übernahmewar. Bereitszum Jahreswechsel war die vertragliche Bindungmit dem langjährigenMCC-Distributor Plug-Inbeendet worden. Das Angebot vonMCC umfassteinfach zu integrierende und preisgünstigeMess-modulemit USB-, Ethernet-, Wireless- und PCI/PCIe-Schnittstelle sowie autonome Datenlogger.Nach obenwird das Produktspektrum von denPräzisionsmessmodulen von Data Translation er-gänzt. Darüber hinaus sind auf die Geräte abge-

stimmte Software-pakete erhältlich,zum Beispiel dieSoftware-PaketeDasylab, Quick DAQ und DAQ ami.

infodirekt 599ei0617

ethernet-lösungen für iiot und industrie 4.0phoenix contact übernimmt iiot-spezialisten etherwan systems von axiomtek

Mit der Übernahme der in New-Taipei ansässi-gen taiwanesischen Axiomtek-Tochterunterneh-mens Etherwan Systems baut Phoenix Contactsein Portfolio an Lösungen für IIoT und Industrie4.0 weiter aus. Etherwan stellt Ethernet-Kommu-nikationstechnik für die Automation her. Ziel ist

es unter anderem zusammen das Kompetenz-zentrum Netzwerktechnologie der Phoenix-Contact-Gruppe aufzubauen. Etwa 170 Ether-wan-Mitarbeiter entwickeln, fertigen und ver-treiben neben Software vor allem Hardware-Komponenten für „Hardened Ethernet Solu-tions“. Die Firmierung bleibt, wie auch dieStandorte, unverändert. Etherwan profitiert amStandort Taiwan besonders von der Nähe zuChipherstellern und Lieferanten.


superjunction-mosFetsd3 semiconductor jetzt bei mouserD3 Semiconductor hat Mouser Electronics alsseinen globalen Vertriebspartner bekanntgege-ben. Gemäß der Vereinbarung hält Mouser diegesamte Produktlinie der +FET-650-V-Super-junction-MOSFETs von D3 auf Lager. Die Pro-dukt-Roadmap von D3 Semiconductor verbindetMixed-Signal-Funktionen mit Hochspannungs-schaltelementen. Dadurch will das Unterneh-men zuverlässige und für eine Vielzahl von An-wendungen maßgeschneiderte Leistungsbau-elemente bereitstellen. Neben der Unterstüt-zung der Märkte in Amerika und Europa besitztD3 über seine Tochtergesellschaft D3 Asia zu-

dem eine Präsenz in Asien.Die +FET-Superjunction-MOSFETs sind für 650 VBetriebsspannung ausgelegt und bedienen da-mit Anwendungsfelder, in denen üblicherweiseIGBTs zum Einsatz kommen. Sie haben Einschalt-widerstände (R

DS(on)) im Bereich von 32 mΩ bis

1000 mΩ. Die MOSFETs erfüllen die Norm JESD22 für elektrostatische Entladungen (ESD) undwurden für eine Dauer von mehr als 3000 Stun-den einem Belastungstest im Hochtemperatur-Sperrbetrieb unterzogen.


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Der Distributor Kamaka Electronic Bauelementevertritt jetzt offiziell denHersteller von Energy-Harvesting Bauelementen E-Peas.Das Produktportfolio des belgischen Unterneh-mens besteht schwerpunktmäßig aus Schnitt-

links im bild: geoffroygosset (cEO undMitgründer von E-Peas)sowie Roland Karasch(geschäftsführendergesellschafter derKamaka Electronicbauelemente Vertriebsgmbh) bei Abschlussdes Vertrags.

stellen-ICs für Energy-Harvesting im BereichPhotovoltaik/Thermoelektrik. Durchmehr alszehnjähriger Forschungsarbeit und entsprechen-de Patente erhöhen die E-Peas-Produkte dieMenge von eingebrachter Energie und reduzie-ren den Energieverbrauch aller leistungskonsu-mierender Blöcke innerhalb kabelloser Sensor-knoten erheblich. Eines der ersten verfügbarenProdukte ist der AEM10940, ein integriertes Ener-giemanagement-Subsystem, dasmit demGleich-strom aus Photovoltaik-Zellen oder thermoelekt-rischen Generatoren Akkus laden kann undgleichzeitig zwei unabhängige, geregelte Span-nungen für andere Bauelemente zur Verfügungstellt. Außerdem entwickelt das Unternehmensehr verlustleistungsarme 32-Bit-Mikrocontroller. infodirekt 510ei0617

Das in einem 24-poligen QFN-gehäuse unter-gebrachte Energiemanagement-subsystemAEM10940 schafft einen Kaltstart bereits abeiner Dc-spannung von 380 mV und 11 µWtypischer Eingangsleistung.

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Winfried Klass,geschäftsführerder Measurementcomputing gmbhin bietigheim-bissingen.

Phoenix contact kauft den taiwanesischen Ether-net-spezialisten Etherwan systems: YT Yang, cEObei Axiomtek (li), und Roland bent, cTO Phoenixcontact (re) bei der Vertragsunterzeichnung.

Die +FET-superjunction-MOsFETs für 650 Vbetriebsspannung von D3 semiconductor sindab sofort bei Mouser Electronics erhältlich.

elektronik industrie 06/2017 9www.all-electronics.de


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alexander düsener gehtneuer emea-chef bei cadence design systemsCadence Design Systems hat ihren Senior GroupDirector Sanjay Lall zum neuen Chef für alle Ak-tivitäten des Unternehmens in Europa, MittlererOsten und Afrika (EMEA) genannt. Sanjay Lallwird Alex Düsener ersetzen, der sich entschlos-sen hatte, seine nächsten Karriereschritte außer-

halb von Cadence zu verfolgen. Sanjay ist seit1994 bei Cadence und war davor Vice Presidentbei Extreme Design Automation. Er wird seinenDienstsitz in Großbritanien haben.


labview ganz ohne programmierungnational instruments stellt nächste labview-generation vor: nxg 1.0

Erfolg kann auch eine Fessel sein: Mit der völligneu entwickelten Version NXG 1.0 startet Natio-nal Instruments jetzt einen Befreiungsschlag,um die Limitierungen der seit 30 Jahren immerwieder überarbeiteten und ergänzten SoftwareLabview zu überwinden. Nun sollen Anwenderdie Produktivität von Labview ganz ohne Pro-grammierung nutzen können. Auf der NIWeekin Austin (Texas) hat National Instruments mitLabview NXG 1.0 die erste Version der nächstenGeneration seiner Systemdesignsoftware Lab-view vorgestellt. Labview NXG soll mit einemneuen, innovativen Ansatz für die Messauto-matisierung die Lücke zwischen konfigurati-onsbasierter Software (für die keine Program-mierkenntnisse erforderlich sind) und benut-zerdefinierter Programmierung schließen, so-dass sich Anwender voll und ganz auf die Lö-sung ihrer Aufgabenstellung konzentrierenkönnen.„Vor 30 Jahren haben wir die allererste Labview-Version auf den Markt gebracht, um Anwenderbei der Automatisierung ihrer Messsysteme zuunterstützen, ohne dass sie sich dafür mit denMysterien klassischer Programmiersprachenauseinandersetzen mussten“, so Jeff Kodosky,

NI Business and Technology Fellow sowie Mitbe-gründer von NI und Erfinder von Labview. „Wirhaben uns jedoch lange Zeit eher darauf kon-zentriert, Labviewmit zusätzlichen Funktionenund Möglichkeiten auszustatten, und wenigerauf das ursprüngliche Ziel, Anwendern einemöglichst schnelle und effiziente Automatisie-rung ihrer Messaufgaben zu ermöglichen“, gibtKodosky offen zu.Mit Labview NXG will sich NI jetzt genau dieserAufgabe annehmen, indem die Software vonGrund auf für vereinfachte und optimierte Ar-beitsabläufe konzipiert wurde. Gängige Anwen-dungen lassen sich dabei mit einem einfachen,konfigurationsbasierten Ansatz realisieren, wäh-rend für komplexere Anforderungen die voll-ständigen, offenen grafischen Programmier-funktionen von Labview, in Form von G-Code,zur Verfügung stehen.Version 1.0 von Labview NXG soll dank neuer,programmierfreier Arbeitsabläufe für deutliche

Produktivitätssteigerungen bei der Erfassungund iterativen Analyse von Messdaten am Prüf-platz sorgen. Die Arbeitsabläufe vereinfachenAutomatisierungsaufgaben, da der nötige Pro-grammcode im Hintergrund erstellt wird. So las-sen sich beispielsweise Codeabschnitte schnellper Drag-and-Drop einfügen. Diese und weitereFunktionen sollen es den Anwendern ermögli-chen, sich voll und ganz auf die Umsetzung ihrerIdeen und Innovationen zu konzentrieren, an-statt auf die Implementierung der nötigen Funk-tionalität.Labview NXG 1.0 wartet mit einem überarbeite-ten Editor auf, der häufig nachgefragte Funktio-nen enthält. Der neue Editor unterstützt zudemdie Integration einer noch breiteren Auswahl anProgrammiersprachen. Dank optimierter Editor-Mikrointeraktionen, auf Vektorgrafiken basie-renden Benutzeroberflächenobjekten undZoom-Funktionen soll der Editor für eine höhereProduktivität bei der Programmierung sorgen.

Allerdings unterstützt NXG 1.0noch nicht die gesamte Hard-ware von National Instruments.Daher wird auch das „klassi-sche“ Labview 2017 weiterhinangeboten. Wer Labview 2017kauft bekommt NXG 1.0 gleichkostenlos mit dazu. Nach Lab-view NXG 1.0 folgt die VersionNXG 2.0, die sich beeits ist derBeta-Phase befindet.


Jeff Kodosky: NI businessand Technology Fellowsowie Mitbegründer vonNI und Erfinder vonlabview.

sanjay lall ist neuercadence-chef fürdas EMEA-Vertriebs-gebiet.

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labview NXg soll fürdeutliche Produktivitäts-steigerungen sorgen.

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10 elektronik industrie 06/2017



Zvei stellt prognose zummikroelektronik-markt vorTrendanalyse bis 2021

Wie sich der Markt für Mikroelektronik bis zum Jahr 2021 entwickelt, ist Thema der aktualisierten Trendanalysedes Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI). Marktexperte Dr. Ulrich Schäfer präsentierteeinen Überblick über die langfristigen Entwicklungen Anfang Mai in München.

Zu Beginn seines Vortrags skizzier-te Ulrich Schäfer den aktuellenStand. Er zeigte einenWeltmarkt,

dessenUmsatz seit 1991 von dauerhaftemWachstum geprägt ist. Auf das starkeWachstum 2013 und 2014 folgte ein leich-ter Rückgang 2015 und eine schwacheErholung 2016. Gleichzeitig hat sich daslangjährige Mikroelektronik-Markt-wachstum über die letzten Jahre im ein-stelligen Bereich eingependelt. Verschie-bungen ergaben sich bei den Anteilen derverschiedenen Halbleitertypen amGesamtelektronikmarkt, die über dieletzten Jahre hinweg stark unterschiedlichzulegten: Die Segmente Speicher undMicro, also Prozessoren und Mikrocont-roller, wurden von Logik als größtes Seg-ment abgelöst. Sensoren und Optoelekt-ronik wiesen sehr hohe Zuwächse auf.Nimmt man die Speicherhersteller in

den Fokus, so schrumpfte die Zahl derMarktteilnehmer von 31 Playern 1990 aufvier Firmen in 2016, die zuletzt 95 Prozentdes DRAM-Umsatzes generierten. DieStückzahl der ICs verzeichnete seit den80er-Jahren einen Wachstum von durch-schnittlich neun Prozent pro Jahr; Abwei-chungen vondiesemTrend stellten sich als

temporär heraus. Zugleich verschoben sichdieMarktanteile regional:Währendbis insJahr 2000 JapanundAmerika dieNummereins waren, wuchsen China und der RestvonAsien danach am stärksten.Derzeit istChina mit einem Anteil von 30 Prozent(2016) das größteAbnehmerland fürHalb-leiter. Deutschlands Anteil am Welthalb-leitermarkt ist weiterhin rückläufig undliegt derzeit unter dem Niveau von 2016.Im Fokus des zweiten Teils der Studie

steht einePrognose zurMarktentwicklungbis zum Jahr 2021. An den Beginn seinerAnalyse stellteZVEI-MarktexperteSchäfereinen Ausblick auf die Entwicklung nachRegionen.Demnachwird im Jahr 2021Asi-

ens Anteil am Mikro-elektronikmarkt mit240 Milliarden Dollar62 Prozent ausmachen.Das Gros daran sollChina mit allein 127Mi l l ia rden Dol la rbeziehungsweise 33Prozent Anteil halten.Amerikas Anteil wirdsich bei 19 Prozent sta-bilisieren,dervonEuro-pa und Japan bei 10Prozent.

Vom Status Quo zur Prognose fürdenMikroelektronik-MarktIm vorhergesagten Pro-Kopf-Verbrauchkann Japan seine mit Abstand führendeRolle trotz eines leichten Rückgangs bis2016 behaupten. Bis 2021 soll der Ver-brauch wieder zunehmen. Die enormeDistanz zu Nord-, Mittel- und Südameri-ka bleibt erhalten, während Europa(EMEA) wohl auch 2021 die Schlusslater-ne zukommt. Wirft man einen detaillier-ten Blick auf den ermittelten und prognos-tizierten Pro-Kopf-Verbrauch, so habendie USA Deutschland bis 2016 überholt.2011war die Bundesrepublik noch vor denVereinigten Staaten positioniert.Weiterer im Fokus: Mikroelektronik

nach Anwendungsbereichen. Die Ent-wicklung der weltweiten Halbleiter-Marktsegmente imZeitraum2001bis 2016.Aufwärts ging es in den Bereichen Kom-munikation (wegen der Smartphones),Automotive und Industrie, abwärts fürUnterhaltung und Computer. Letzterewurden von Kommunikationsgeräten alswichtigster Anwendungsbereich abgelöst.In Deutschland kommt vor allem demAutomotive- und Industrie-SegmentBedeutung zu, zwischen 2000 und 2016legten beide erheblich zu, blieben beidejedoch hinter derweltweiten Entwicklungzurück. Alle anderen Segmente gingendeutlich zurück. Prognose für 2017: DerGesamtumsatz wird noch immer unterdemWert des Jahres 2000 liegen.

Mikroelektronik-Produktionnach RegionenDie Mikroelektronik-Produktion in denweltweiten Regionen: Mit der EU als Ein-heit sind Firmen aus nur sechs Ländernmaßgeblich an der Halbleiterherstellungbeteiligt – ihr Anteil beträgt 99 Prozent

zVEI-Marktex-perte Dr. ulrichschäfer präsen-tierte die vonihm betreutestudie zur Mikro-elektronik.

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derWeltproduktion.Halbleiterherstelleraus denUSA beherrschen dabei zuneh-mend das Geschehen am Weltmarkt.Durch die Übernahme von Freescaledurch NXP stieg der EU-Anteil auf 12Prozent, wobei durch den Verkauf vonNXP anQualcommdieserAnteil wiederauf neun Prozent sinkt.70 Prozent der gesamten Halbleiter-

Produktionskapazität befindet sich inAsien, Japan eingeschlossen. Der AnteilChinas mit 13,9 Prozent ist deutlichfremdbestimmt – chinesischeUnterneh-menmachennur zwei Prozent derKapa-zitäten aus. Auf Rang sechs liegt dieEuropäische Union mit 8,7 Prozent,wobei Deutschland mit 3,1 ProzentAnteil an den Produktionskapazitätenauf Platz sieben rangiert. Durch denwachsenden Anteil an fabriklosen Fir-men geht die Produktion in den USAweiter zurück.Aus dem Blickwinkel der Technolo-

giegenerationen befindet sich mehr alsdie Hälfte der Kapazitäten für Leading-Edge-Technologienmit Strukturbreitenkleiner als 25 nm in Taiwan und Südko-rea. Europas Stärke liegt im Bereich dis-kreter Leistungshalbleiter und Smart-Power-ICs, weshalb hier der Anteil angrößeren Linienbreiten deutlich höherist. Japan nutzt seinen großen Anteil anälteren Technologien auch für die Her-stellung komplexer ICs.Bisher ist noch keine der Technologi-

en mit großen Strukturbreiten vomMarkt verschwunden.DerAnteil an Fer-tigung mit Linienbreiten größer als 0,7µm nimmt durch den Bedarf an Schalt-

kreisen für Leistungselektronik sogarwieder leicht zu. Gleiches gilt für dieWafergrößen: 300mm-Substrate domi-nieren die Halbleiterproduktion, aberauch Substrate mit Durchmessern klei-ner als 150mmkommenweiterhin zumEinsatz, besonders bei III-V-Halbleiternin derOptoelektronik. EinÜbergang auf450 mm-Wafer ist nicht absehbar; dieEinführung dieserWafergröße ist bishernoch mit zu hohen Kosten verbunden.Die USA stellen etwa die Hälfte ihrer

Halbleiterprodukte imeigenenLandher,wobei dieser Anteil bis 2016 leicht rück-läufig war. Auch in Europa macht derauf dem eigenen Kontinent produzierteAnteil an Halbleiterbauelementen nurnoch 54 Prozent aus, ein Rückgang von11 Prozent seit 2011. Asiatische Firmenfertigen hauptsächlich im eigenen Landoder in China, wobei japanische undchinesische Unternehmen nahezu aus-schließlich imHeimatland produzieren.Neue Produktionskapazitäten für die

Halbleiterfertigung entstehen überwie-gend in Asien, wobei Taiwan und Süd-korea dabei perspektivisch an Japan vor-beiziehen. EuropaundAmerika verlierenlaut der Prognose bis 2021 weiterhinAnteile,währenddieKapazitäten inChi-na nahezu unverändert bleiben.ObwohljapanischeUnternehmenneue Fabrikenausschließlich im Heimatland bauen,geht ihr Anteil an der Produktionskapa-zität bis 2021 leicht zurück. (tm) n



Analog-/Mixed-Signal-ICs Coverstory

Was ein aufwärtswandleralles leisten kannboost-Wandler als Problemlöser für das Design von IoT-Produkten

Eine sorgfältig entwickelte Stromversorgung kann dabei helfen, die Größe des Endproduktszu minimieren, die Batterielebensdauer zu erhöhen und die Ausfallrate zu senken. Eine zen-trale Rolle spielt dabei die Wahl des passenden Aufwärtswandlers. Denn mit dem richtigenBauteil lassen sich unterschiedlichste Probleme lösen. Autorin: Meng He

Aufwärts-Schaltregler, auch Boost-Wandler genannt,gehören zu den geschalteten Stromversorgungen. Siestellen eine geregelte Ausgangsspannung zur Verfü-

gung, solange die Eingangsspannung geringer ist als die Aus-gangsspannung und die spezifizierte Ausgangsleistung nichtüberschritten wird. Zu den technischen Daten, auf die Entwick-ler bei der Auswahl eines Aufwärtswandlers achten, gehören dieEingangs- und die Ausgangsspannung, die Obergrenze des Ein-gangsstroms, die über die Höhe des Ausgangsstroms entschei-det, die Schaltfrequenz sowie den maximalen Wirkungsgrad.Auf den ersten Blick scheint einAufwärtswandler nicht beson-

ders komplex zu sein. Schließlich besteht seine Aufgabe schlichtdarin, einebestimmteSpannung in eine andere, höhereSpannungzu verwandeln.Manwürde also nicht unbedingt vermuten, dass

er raffinierte Tricks beherrscht, mit denen sich komplizierte Pro-bleme beim Systemdesign lösen lassen. Doch dieser Beitrag stelltfünf Dinge vor, die bestimmte Aufwärtswandler können, dieaber längst nicht jedem bekannt sind.

Mit einer sehr niedrigen Eigenstromaufnahme von nur 300 nA ermög-licht der Nanopower-Boost-Wandler MAX17222 von Maxim eine be-sonders lange Batterielaufzeit in Wearable- und IoT-Designs. Im True-Shutdown-Modus verhindert seine minimale Stromaufnahme von 0,5nA eine Entladung der Batterie und verlängert damit effektiv ihreLaufzeit – ohne den Einsatz externer Trennschalter. Mithilfe diesessehr kompakten Aufwärtswandlers lässt sich die Größe tragbarer Gad-gets um bis zu 50 Prozent verringern.

eck-daten



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Der neueste Nanopower-Aufwärtswandler MAX17222 vonMaxim ist dagegen frei von jeglichen Rückströmen, denn er bie-tet einen True-Shutdown-Modus, besitzt kein Active-Load-Discharge-Feature und klemmt im Shutdown-Modus alle inter-nen Feedback-Widerstände ab.

Flexible Hochfahr-Eigenschaften bietenEin mechanischer einpoliger Schalter bietet eine einfache Mög-lichkeit, ein Gerät ein- und auszuschalten. Allerdings wissenGerätehersteller auch, dass die Kunden bestimmte Vorliebenhaben, wenn es umdas Ein- undAusschalten geht – viele bevor-zugen zumBeispiel das Einschaltenmit einemDrucktaster anstel-le eines Schalters. Darüber hinaus haben die Hersteller oft denWunsch, dass der Kunde durch unterschiedlich lange Betätigungeines Drucktasters verschiedene Features aktivieren kann.Als konkretes Beispiel soll ein per BLE (Bluetooth LowEnergy)

kommunizierender Temperatursensor dienen. Zur Stromversor-gung ist er mit einer Primärzelle ausgestattet, deren Spannungvon einem Aufwärtswandler so hochgesetzt wird, dass damitdas gesamte übrige System betrieben werden kann. Durch ein-maligesDrücken der Taste lässt sich das System einschalten, undmit einemerneutenDruck schaltetman eswieder aus.DerDruck-taster kanndenAufwärtswandler vonder Batterie trennen, sodassdas System bei Nichtgebrauch keinerlei Strom aufnimmt.Problematisch wird es bei einem ungewollten Einschalten,

wenn der Benutzer den Drucktaster unabsichtlich betätigt oderberührt. Schon das kurze Prellen desmechanischenDrucktasterskann in diesem Fall dafür sorgen, dass der Aufwärtswandler diezentrale Steuerung des Systems – meist ein Mikrocontroller –aktiviert, woraufhin das gesamte System Strom aus der Batterieentnimmt. Um dieses Problem zu vermeiden, sehen Designer inder Regel vor, dass derDrucktaster zumEinschalten des Produktslängere Zeit, zumBeispiel drei Sekunden, betätigt werdenmuss.Hierzu muss der Mikrocontroller so programmiert werden,

dass er die wirkliche Einschaltbedingung erkennt und den Auf-wärtswandler abschaltet, sollte es sich um einen versehentlichenEinschaltbefehl gehandelt haben. Gleiches lässt sich auf dasAbschalten des Produkts anwenden: Der Mikrocontroller kann

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BOOSTSHUTDOWN

OUT

MPPTCURRENT

LIMIT

BOOSTSHUTDOWN

OUT

SENSORCIRCUIT(LOAD)

BOOST

ENABLED

OUT

USB

MAX1722X

MAX1722X

MAX1722XMAX14575C

Mehrere Spannungsquellen zulassenEinige Anwendungenmit extrem geringer Leistungsaufnahme,wie zum Beispiel dezentrale Sensoren, stützen sich auf mehrereSpannungsquellen, doch ist nicht jeder Boost-Wandler fürAnwendungen dieser Art geeignet. Ein typisches Beispiel fürsolche Anwendungen ist ein Internet-of-Things-Sensor, der voneiner langlebigen Primärzelle, einemEnergyHarvester für Funk-wellen, einem USB-Anschluss für die Diagnose im Feld odersogar (um eine besonders lange Lebensdauer zu erreichen) voneinemSolarpanel versorgt werden soll (Bild 1). Diese durch einenhohen Innenwiderstand und eine geringe Ausgangsspannunggekennzeichneten Spannungsquellen benötigen in der Regeleinen Aufwärtswandler, um die zur Verfügung gestellte Span-nung auf ein sinnvoll nutzbares Niveau anzuheben.In einem solchen Fall sind Rückströme vom Ausgang an den

Eingang oder vom Ausgang zur Masse bei den gerade nichtgenutzten Spannungsquellen äußerst ungünstig. In allenAnwen-dungenmitmehreren Spannungsquellen geht es deshalb darum,jeglicheAusgangs-Leckströme zuunterbinden. Ein gewöhnlicherAufwärtswandler lässt sich hier gleich aus mehreren Gründennicht einsetzen. Der erste Grund ist, dass einige Boost-Wandlerdie ihnen anliegende Last im Shutdown-Modus absichtlich ent-laden („Active Load Discharge“). Der zweite Grund ist, dass diemeisten Aufwärtswandler keinen echten Shutdown-Modushaben, sodass keinewirkliche bidirektionale Trennung zwischenAusgang und Eingang besteht.Schließlich kommt hinzu, dass bei herkömmlichen einstellba-

ren Aufwärtswandlern eine Kette aus Feedback-Widerständenzum Festlegen der Ausgangsspannung verwendet wird. DerVorteil, den dieseWiderstände für das Einstellen der Ausgangs-spannung bieten, wird in diesem Fall leider zu einem Nachteil,da in ihnen ein Rückwärts-Leckstrom fließt. Als weitere Optiongibt es Aufwärtswandlermit fester Ausgangsspannung, die kei-ne externen Feedback-Widerstände besitzen. Allerdings sinddieseWiderstände hier nur in den Chip integriert. Werden dieseinternen Feedback-Widerstände also im Shutdown-Modus nichtabgeklemmt, fließen die Rückströme über diese Widerständevom Ausgang zur Masse.

bild 1: IoT-sensorsys-tem mit mehrerenspannungsquellen.



entweder dasAbschalten veranlassen, wenn derDrucktaster dreiSekunden lang betätigt wurde und der Mikrocontroller bereitseingeschaltet ist, oder er kann auf eine Betätigung von völliganderer Dauer reagieren.Bei analogemVorgehen lassen sich andere Betätigungsdauern

nutzen, um weitere Features zu aktivieren, so zum Beispiel einstromsparendes Auslesen der Temperatur anstelle einer fortlau-fenden Ausgabe von Temperaturmessungen. Hier würde einhartes Abschalten mit einemmechanischen Schalter zum Tren-nen der Batterie vom Aufwärtswandler nicht funktionieren. DieStartup-Schaltung in Bild 2 ermöglicht dagegen einen Aus-Zustand ohne jegliche Stromaufnahme und bietet zusätzlich die

Flexibilität zur Aktivierung unterschiedlicher Features, indemderselbe Drucktaster unterschiedlich lange gedrückt wird.

Lebensdauer kompakter Batterien verlängernLaut einer Studie von Gartner soll das Consumer-IoT von 2017bis 2021 um jährlich durchschnittlich 33 Prozent wachsen. Auf-grund des Hypes um das IoT in den vergangenen fünf Jahren isteinewachsende Zahl batteriebetriebener Consumer-Geräte ent-standen, angefangen bei Home-Automation-Systemen bis zuWearables unterschiedlicher Art. Die Designer all dieser batte-riebetriebenen Produkte wünschen sich eine lange Batteriele-bensdauer. In vielen Fällen richtet sich dieGröße des Endproduktsnach denAbmessungender Batterie oder umgekehrt. DieGeräte-hersteller nutzen jeden freien Platz im Produkt für die Energie-quelle, ummöglichst lange Laufzeiten zu erzielen. EinAufwärts-wandler mit extrem geringer Ruhestromaufnahme kann also insolchen Designs sehr vorteilhaft sein.Kleinere Produkte benötigen kompaktere Batterien. EinBeispiel

hierfür sind die kleinen Silberoxid-Batterien mit der geringenKapazität von 16 mAh. Bei einer so winzigen Batterie benötigtman einen Aufwärtswandler mit einer passenden, im Nanoam-perebereich liegenden Ruhestromaufnahme, um eine herausra-gende Batterielebensdauer zu erreichen. Kritisch ist die Strom-aufnahme auch deshalb, weil die meisten dieser Produkte gele-gentlich vom Sensor aktiviert werden und mithilfe drahtloserProtokollemit einer Zentrale kommunizieren. Nachfolgend sol-len exemplarisch einige Eckdaten und Berechnungen für eineSilberoxid-Batterie und einenNanopower-Aufwärtswandler desTyps MAX17222 mit einer Ruhestromaufnahme von 300 nAgezeigt werden:

PRIMARY CELL

NANOPOWERBOOST

MEDICAL GRADETEMP SENSOR

DC-DCBUCK

OR LDO

I2CPORT

BLERADIO

FLASH

RAM

1.3V

NORDICnRF52832 LPBLE/NFC µC

CORTEXM4

NFC

GPO

GPI

GPIOs

MAX1722XMAX30205

3V

GND

BATTERYR1

PRESS

PRESS

Q2R2

R3

R5

Q1

R1

R2

R4 C1

bild 2: startup-schaltung ohne stromaufnahme im Aus-zustand und der Möglichkeit zum Einschalten verschiedener Features.

bild 3: Verlauf von Vin

und Vout

beim Einsetzen einer frischen batterie.



autorinMeng HeExecutive Business Manager,Core Products Group bei Maxim Integrated


• Drei Jahre (26.280 Stunden) Lagerdauer mit einem Pull-up-Widerstand von 33 MΩ am EN-Eingang im True-Shutdown-Modus• Eine Selbstentladerate von 10 Prozent über drei Jahre ergibt

16 mAh – 4,8 mAh = 11,2 mAh Restkapazität nur durch dieSelbstentladung.Die Stromaufnahmedes Systems imShutdown-Status beträgt außerdem 71 nA. 71 nA x 26.280 Stunden ergibt1,86 mAh. Nach drei Jahren im True-Shutdown-Modus verblei-ben demnachnoch 9,34mAh (11,2mAh– 1,86mAh=9,34mAh).•Welche Laufzeit erreicht das System im aktivierten Zustand?

Wenn es alle 3997 ms einen Strom von 10 µA aufnimmt und3 ms lang 5 mA aufnimmt, so beträgt der durchschnittlicheDauer-Laststrom (3997 ms/4000 ms) x 10 µA + (3 ms/4000 ms)x 5 mA = 13,75 µA.• Die gesamte durchschnittliche Dauer-Stromentnahme aus

der Batterie beträgt (13,75 µA + 300 nA)/(eff x (1-D)), wobei 1-D= Vin/Vout. In einer Anwendung mit Vin = 2,4 V und Vout = 3,3 Vsowie einer Umwandlungs-Effizienz (eff) von 90 Prozent ergibtsich eine durchschnittliche Dauer-Stromentnahme aus der Bat-terie von 57 µA. 9,34 mAh/57 µA = 163 Stunden. Dies entsprichteinem Dauerbetrieb von sieben Tagen.Ein Nanopower-Aufwärtswandler kann also mit einer Silber-

oxid-Batterie von 16mAh eine dreijährige Lagerdauer und einenvierwöchigen Normalbetrieb ermöglichen. Mithilfe der Nano-power-Produkte lassen sich kleinste Batterienmit geringer Span-nung und hohem Innenwiderstand (zumBeispiel Silberoxid- undZink-Luft-Batterien sowie AA- und AAA-Zellen) in Produkteneinsetzen, welche die Lebensdauer konventioneller Batterien bisan die Grenzen ausreizen.

Häufigkeit von Feldausfällen verringernViele Systeme werden mit Sekundärzellen betrieben. Vor demAnschließen der Batterie betragen die Eingangsspannung unddie Ausgangsspannung 0 V. Beim Anschließen einer frischenBatterie steigt die Eingangsspannung sofort auf die Batteriespan-nung an, und an der anderen Seite der Induktivität (LX) entstehteine Spannung, die bis auf das Doppelte der Batteriespannungabzüglich des Spannungsabfalls an der Freilaufdiode hochschnel-len kann. Bei einer 4,2-V-Batterie ist also eine Spannung von biszu 7Vmöglich, die den zwischenLXundGND liegendenNMOS-FET beschädigen kann (Bild 3).

VLX(max) = 2 x (VBAT – 0,7 V) = 2 x (4,2 V – 0,7 V)= 7 VEin Aufwärtswandler mit True-Shutdown-

und Softstart-Funktion (beispielsweise derMAX17222) lässt es erst gar nicht so weit kom-men.Wenn bei diesemGleichspannungswand-ler die Batterie angeschlossen wird, verhindertder Trennschalter für die Freilaufdiode dasHochschnellen der Ausgangsspannung. Erstwennder Boost-Regler einschaltet,wird derDio-de ein sanftes Anlaufen erlaubt, wodurch dieAusgangsspannung auf V IN abzüglich einesDioden-Spannungsabfalls ansteigt. Ist der Soft-

start des Schalters beendet, arbeitet der Boost-Regler im Softstartweiter und lässt die Spannung amOUT-Pinweiter ansteigen, bisdie Regelung einsetzt. DemAusgangwird also hinreichend Zeitzum Regeln auf die eingestellte Ausgangsspannung gegeben,ohne dass die Stromversorgung selbst oder gar das übrige Systembeschädigt wird.

Lagerhaltungskosten senkenUm für verschiedene Spannungen in einem System nur ein Bau-teil bevorraten zumüssen, ist oftmals einWiderstandsteiler vor-gesehen, der die notwendigeAusgangsspannung einstellt. Durchdie benötigten zweiWiderstände fließt immer ein Strom – unab-hängig davon, ob das System aktiv ist oder sich im Shutdown-oder Standby-Modus befindet. Die Besonderheit des Nanopow-er-Aufwärtswandlers MAX17222 besteht in der Festlegung derAusgangsspannungmit einem einzigenWiderstand (RSEL), wiees in Bild 4 gezeigt ist.Beim Einschalten nimmt der Baustein bis zu 200 µA auf, um

den Widerstandswert einzulesen. Dieser Vorgang dauert in derRegel nur 600 µs. Ist der Wert einmal registriert, zieht der SEL-Pin während des gesamten Betriebs keinen Strommehr, sodassdie Stromentnahme aus der Batterie weiter eingegrenzt wird.Diese RSEL-Methode bietet viele Vorteile, wie etwa geringereKosten undweniger Platzbedarf, da anstelle der sonst benötigtenzwei Widerstände ein einziger ausreicht. Kunden, die denMAX17222 einsetzen, müssen deshalb nur noch ein einzigesBauteil bevorraten, das sich in unterschiedlichen Entwicklungenmit verschiedenen Spannungen einsetzen lässt. Das einzige, wasgewechselt werdenmuss, ist ein einzelner 1-Prozent-Widerstand.Der zusätzliche Vorteil für extrem stromsparende, batteriebetrie-bene Produkte ist, dass mit RSEL der fortlaufende Stromfluss inden Feedback-Widerständen vermieden wird. (ku) n

MAX17222

L1 2.2µH

OUT

COUT10µF

EN

RSEL

GND

SEL

GN

D

EN IN

OU

TLX

CIN10µF

IN400mV to 5.5V

STARTUP0.88 (TYP)

bild 4: schema der RsEl-Implementierung.


Analog-/Mixed-Signal-ICs

Entwickler von präzisen Analogsystemen hängen häufigvon einer sauberen kleinen Spannungsreferenz ab, umihre D/A- undA/D-Wandler mit Strom zu versorgen. Dies

geht über die eigentliche Rolle der Referenz hinaus, die im Prin-zip nur eine präzise Spannung für den Referenzeingang einesKonverters liefern soll. Mit einigen Vorsichtsmaßnahmen funk-tioniert eine solche zusätzliche Nutzung üblicherweise auch.Inzwischenwird von Referenzen sogar erwartet, dass sie zuneh-mend Applikationen mit höheren Strömen adressieren. Damitstellt sich eine interessante Frage:Wenn die Referenz denWand-ler versorgen kann, warum nicht auch die gesamte analoge Sig-nalkette oder einen weiteren Wandler?Nun, bislanggibt es noch vieleZeitpunkte imEntwicklungspro-

zess, an denen man sich zwischen Genauigkeit oder Leistungentscheidenmuss.AlsFaustformelgilt, eineReferenzzuverwenden,

wennes aufGenauigkeit ankommt, undeinenRegler,wann immerLeistung im Milliwatt-Bereich erforderlich ist. Wenn jedoch einehochgenaue Spannungsquelle erforderlich ist, die zudem einigeMilliwatt an Leistung liefern muss, war der Entwickler bishergezwungen, eine Referenz zu buffern. Der Regler LT6658 vonLinear beseitigt dieses Dilemma, da er zwei rauscharme Präzisi-onsausgängemiteinemAusgangsstromvon200mAundanspruchs-vollen Referenz-Spezifikationenmiteinander kombiniert.

Referenz und Linearregler zugleichDer LT6658 ist ein rauscharmer Präzisionsregler mit geringerDrift, der über die Genauigkeitsspezifikationen einer Referenzund die Leistung eines Linearreglers verfügt. Der LT6658 erreichteine Drift von nur 10 ppm/°C sowie eine Grundgenauigkeit von0,05 Prozent. Er hat zwei Ausgänge, die beide 150 mA und 50

vereinte WeltenPräzisionsregler kombiniert genauigkeit mit leistung

Wenn es auf Genauigkeit ankommt, können Spannungsreferenzen ihre Stärken ausspielen. Stehtdagegen die Leistungsfähigkeit im Vordergrund, sind klassische Regler gefragt. Doch was ist, wenneine Schaltung eine hochgenaue Spannungsquelle benötigt, die zudem einige Milliwatt an Leis-tung liefern muss? Hier kann ein neuer Präzisionsregler Abhilfe schaffen. Autor: Michael B. Anderson

Der Präzisionsregler LT6658 besitzt die Fähigkeit, einen kombinierten200-mA-Strommit einem einzigen Baustein zu liefern. Dank Rausch-unterdrückung, Trennung zwischen den Kanälen, Nachführung undLastregelung eignet er sich für präzise Analog-Referenzen und belast-bare Stromversorgungslösungen. Mit dieser neuen Lösung müssenAnwendungen keinen Kompromiss mehr zwischen Genauigkeit undLeistung eingehen.

eck-daten

bild 1: beispiel für einetypische Anwendung desPräzisionsreglers lT6658.

Bild:

Rom

oloTa

vani

-Fot

olia



mA liefern und die Fähigkeit einer aktiven 20-mA-Senke besit-zen. Um die Genauigkeit zu erhalten, liegt die Lastregelung bei0,1 ppm/mA. Die Leitungsregelung liegt typisch bei 1,4 ppm/V,wenn die Versorgungspins der Eingangsspannung miteinanderverbunden sind, und unter 0,1 ppm/V, wenn die Eingangs-Pinsaus unabhängigen Versorgungen gespeist werden.Für ein besseres Verständnis der Eigenschaften des LT6658

ist in Bild 1 eine typische Anwendung dargestellt. Der LT6658besteht aus einer Bandlückenstufe, einer Rauschminderungs-stufe und zwei Ausgangs-Buffern. Die Bandlückenstufe unddie beiden Ausgangsbuffer werden separat versorgt, um eineausgezeichnete galvanische Trennung zu erzielen. Jeder Aus-gangsbuffer hat für eine optimale Lastregelung einen Kelvin-Fühl/Rückkoppel-Pin.Die Rauschminderungsstufe besteht aus einem 400-Ohm-

Widerstand und einem Pin für einen externen Kondensator.Das RC-Netzwerk agiert als Tiefpassfilter, das das Rauschbandder Bandlückenstufe begrenzt. Der externe Kondensator kanndie Rauschbandbreite auf eine sehr kleine Frequenz beliebigstark reduzieren.Als Regler liefert der LT6658 150mAaus demVOUT1_F-Pin sowie

500mA aus demVOUT2_F-Pin. Beide Pins nehmen 20mA auf. DieFähigkeit, als aktive Senke zu agieren, hilft dabei, ein sehr gutesEinschwingverhalten zu erzielen, und erlaubt ein schnelles Ein-schwingen. Das Einschwingen ist kurz, wobei die präzise Last-regelung von 0,1 ppm/mA erhalten bleibt.

Nachführen des AusgangsIn Anwendungen, in denen mehrere Wandler unterschiedlicheSpannungsreferenzen benutzen, führt der LT6658 die Ausgänge

nach. Das gilt selbst dann, wenn die Ausgänge auf unterschied-liche Spannungen eingestellt sind. So lässt sich ein konsistentesWandlungsergebnis sicherstellen. Möglich wird dies, weil diebeidenAusgängedesLT6658 aus einer gemeinsamenSpannungs-quelle versorgt werden.Die Ausgangsbuffer sind getrimmt, was zu einer präzisen

Nachführung und geringemDrift führt.Wenn die Last anVOUT1_F

von 0 auf 150 mA ansteigt, ändert sich der Ausgang VOUT2 umweniger als 12 ppm. Dies gelingt, weil das Verhältnis zwischenden Ausgängen genau beibehalten wird, selbst bei variierendenLast- und Betriebsbedingungen.

VersorgungsspannungsunterdrückungUm die Versorgungsspannungsunterdrückung und Ausgang-strennung zu vereinfachen, hat der LT6658 drei Stromversor-gungs-Pins. Der V IN-Pin liefert Strom für die Bandlückenschal-tung, während VIN1 und V IN2 Strom für VOUT1 beziehungsweiseVOUT2 liefern.Die einfachsteMethode ist es, alle drei Versorgungs-Pins zu verbinden,was zu einer typischenDC-Versorgungsspan-nungsunterdrückung von 1,4 ppm/V an den Ausgängen führt.Die gut getrennten Ausgangsbuffer dämpfen Lastspitzen vom

benachbarten Buffer, um minimale Auswirkungen auf denbenachbartenAusgang sicherzustellen. Bild 2 illustriert die Tren-nung von Ausgangskanal zu Ausgangskanal.

Powermanagement und SchutzfunktionenDie drei Versorgungs-Pins helfen dabei, die Menge derWärme-entwicklung im Gehäuse zu managen. Wenn etwa ein hoherStrom geliefert wird, wird die Versorgungsspannung gesenkt,um die Verlustleitung im LT6658 zu minimieren. An der Aus-

bild 2: Trennung von Kanal zuKanal. links ist die Isolation vonV

OuT1zu V

OuT2, rechts die von

VOuT2

zu VOuT1

zu sehen.Bilde

r:Line

ar



gangsschaltung liegt dann eine kleinere Spannung an, was zugeringerer Verlustleitung und höheremWirkungsgrad führt.Ein Ausgangssperr-Pin (OD) schaltet die Ausgangsbuffer aus

und bringt die VOUT_F-Pins in einen hochohmigen Zustand. Diesist bei Auftreten eines Fehlers nützlich. Wenn zum Beispiel einVerbraucher defekt wird und einenKurzschluss verursacht, kanndies von einer externen Schaltung gemessen und dann beideAusgänge deaktiviert werden.Der LT6658 wird imMSE-16-Gehäuse mit exponierten Pads

ausgeliefert. Wenn die Versorgungsspannung hoch ist, ist derWirkungsgrad klein, was in einer starkenWärmeentwicklungim Gehäuse resultiert. Eine Versorgungsspannung von 32,5 Vbei voller Last hat zum Beispiel 30 V * 0,2 A überschüssigeLeistung an der Ausgangsschaltung. Die Gesamtmenge anüberschüssiger Leistung beträgt 6 W, was die interne Chip-temperatur auf 210 °C über die Umgebungstemperatur erhöht.Um das Bauteil zu schützen, deaktiviert eine thermischeAbschaltfunktion die Ausgangsbuffer, wenn die Temperatur165 °C überschreitet.

Verringertes RauschenFür Datenwandler und andere Präzisionsanwendungen ist dasRauschen ein wichtiger Parameter. Der rauscharme LTC6658kann durch dasHinzufügen eines Kondensators an denNR-Pin(Noise Reduction) noch rauschärmer gemacht werden. Ein Kon-densator amNR-Pin bildet mit dem 400-Ohm-Wideerstand aufdemChip einenTiefpassfilter. Ein großerKondensator verkleinertdie Filterfrequenz und deswegen das integrierte Rauschen ins-

gesamt. Bild 3 links zeigt den Effekt auf den NR-Pin beim Erhö-hen der Kondensatorwerte.Durch Erhöhen des Werts auch des Ausgangskondensators

lässt sich das Rauschen weiter verringern. Wenn sowohl dieWerte der NR- als auch die der Ausgangskondensatoren erhöhtwerden, kann dasAusgangsrauschen aufwenigeMikrovolt redu-ziert werden. Der LT6658 arbeitet stabil mit einer Ausgangska-pazität zwischen 1 µF und 50 µF. Der Ausgang bleibt auch beigroßer Kapazität stabil, wenn ein 1-µF-Keramikkondensatorparallel geschaltet ist. Bild 3 rechts zeigt eine Schaltungmit einem1-µF-Kondensator parallel zu einem 100-µF-Poly-Aluminium-Kondensator. Diese Konfiguration bleibt stabil und verringertgleichzeitig die Rauschbandbreite. Bild 3 Mitte illustriert dasRauschen für unterschiedlicheWerte desAusgangskondensators.In allen drei Fällen gibt es einen kleinen 1-µF-Kondensator par-allel zu einem größeren Kondensator.EinNachteil dieser Schaltung sindRauschspitzen, die sich zum

gesamten integrierten Rauschen addieren können. Um dieseRauschspitzen zu reduzieren, kann ein 1-Ohm-Widerstand inReihe zu dem großen Ausgangskondensator geschaltet werden,wie in Bild 4 rechts dargestellt. Das Rauschen der Ausgangsspan-nung und das gesamte integrierte Rauschen sind in Bild 4 linksbeziehungsweise in der Mitte zu sehen.

Konkrete AnwendungenDer LT6658 kann eine stetige präzise Versorgung für eine Viel-zahl von anspruchsvollen Applikationen liefern. In der Mixed-Signal-Welt werdenDatenwandler häufig vonMikrocontrollern

bild 3: links ist die Rauschdämpfungdurch Erhöhen des Werts von c

NRzu

sehen, in der Mitte die durch Erhöhen derAusgangskapazität (rechtes schaltbild).



autorMichael B. AndersonSenior Design Engineer bei der Signal ConditioningProdukt Group von Linear Technology (Analog Devices)


oder FPGAs gesteuert. Sensoren liefern Signale an analoge Ver-arbeitungsschaltungenundWandler, die alle eine saubere Strom-versorgung benötigen. DerMikrocontroller kann dabei mehrereStromversorgungseingänge besitzen. Grundsätzlich gilt, dassverrauschte digitale Versorgungsspannungen für denMikrocon-troller von der sauberen und genauen analogen Versorgung undReferenz getrennt werden sollten. Die beiden Ausgänge desLT6658 haben eine sehr gute Trennung zwischen den Kanälensowie die Fähigkeit, hohe Versorgungsströme zu liefern. Diesstellt die saubere Versorgung vonmehreren empfindlichen ana-logen Schaltungen sicher.Der LT6658 ist durch seine Fähigkeit, mit verrauschten Ver-

sorgungsspannungen zu arbeiten, auch gut für industrielle

Umgebungen geeignet, in denen Lastspitzen aufgrund derWandlung an einem Ausgang nur sehr wenig Auswirkung aufden anderen Ausgang haben. So kann der LT6658 beispiels-weise verrauschte digitale Schaltungen versorgen und dabeieine saubere präzise Referenzspannung für einen Präzisions-A/D-Wandler bereitstellen.In einer entsprechenden Beispielanwendung stellt der LT6658

(beziehungsweise ein separater Regler) auf einem Kanal einen3,3-V-Spannungspegel für die Versorgung eines FPGAs (VCCIO)sowie einiger Zusatzlogik und am anderen Kanal 5 V für denReferenzeingang eines 20-Bit-A/D-Wandlers bereit. DurchUmschalten der digitalen Versorgung zwischen demLT6658 unddem Regler lässt sich beurteilen, wie gut der LT6658 das digita-le Rauschen auf einem Kanal von dem Kanal, der den sauberenReferenzeingang des 20-Bit-A/D-Wandlers treibt, isolieren kann.Das in Bild 5 gezeigte Histogramm lässt keine wesentlichenUnterschiede erkennen zwischen dem Einsatz des LT6658 odereines Regler für die Versorgung des FPGAs, was die robusteRegelung und Isolierung des LT6658 demonstriert. (ku) n

bild 4: Reduzieren von Rauschspitzen durchhinzufügen eines 1-Ohm-Widerstands inReihe mit c2. Rechts ist die schaltung zusehen, links das Rauschen der Ausgangs-spannung und in der Mitte das gesamteintegrierte Rauschen (10 hz bis 1 Mhz).

bild 5: histogrammder Test-ergebnisseeiner verrauschten‚digitalen beispiels-schaltung


Aktive Bauelemente


Flash-technologien im vergleichbit für bit zur industriellen speicherlösung

Abhängig von der Anwendung entscheidenunterschiedliche Aspekte die Auswahl einesFlash-Speicher-Moduls für industrielle

Embedded-Lösungen: Schreib- und Lesegeschwin-digkeit, die Lebensdauer von Flash-Medien (Endu-rance), die Lebensdauer der gespeicherten Daten(Retention), Datensicherheit bei Stromausfall, Tem-peratur- und Vibrationsunempfindlichkeit sowie dielangjährige Lieferbarkeit eines definierten Produkts.Maßgeblich entscheidend für viele dieser Aspekte istein Flash-spezifischer Effekt: die Alterung vonNAND-Chips.Die Zellen eines NAND-Flashs überstehen nur

eine begrenzte Zahl von Löschungen. In der Oxid-schicht, die das Abfließen der Elektronen aus demFloating-Gate verhindert, sammeln sich bei jederErzeugung des Tunneleffekts durch die Program-

mierspannung Elektronen mit erhöhtem Energieni-veau an. Damit verschiebt sich auf Dauer die Schwell-wertspannung der Speicherzelle, bis diese nichtmehrlesbar ist (Bild 1).

Flash-Alterung – wann ist Schluss?Ein zweiter Alterungseffekt kommt hinzu: Die Ent-stehung leitender Pfade durch die Oxidschicht,wodurch eine Zelle allmählich ihren Ladungszu-stand und damit das gespeicherte Bit verliert. HoheTemperaturen verstärken diesen Effekt massiv.Untersuchungen an einem 25-nm-MLC-NAND(Multi-Level Cell) haben gezeigt, dass die Retenti-on nach fünf Jahren bei 55 °C auf etwa 75 Prozentfällt. Bei einer vergleichweise moderaten Tempera-turerhöhung auf 85 °C fällt die Retention bereits aufunter 10 Prozent.Der Effekt nimmt mit der Zeit immer stärker zu, je

mehr sich die Zelle demWert ihren maximalen Pro-grammier-Lösch-Zyklen (P/E-Zyklen) annähert. DieAuswirkung auf die Retention ist gewaltig: Kannmansowohl bei einem Single-Level-Cell-NAND als auchbei einemMulti-Level-Cell-NANDursprünglich voneiner Retention von zehn Jahren ausgehen, liegt die-se am Ende des Lebenszyklus nur noch bei einemJahr. Dieser Punkt ist beim MLC bereits nach 3000P/E-Zyklen erreicht, beim SLC erst nach 100.000 P/E-Zyklen. Diese hohe Anzahl an P/E-Zyklen ist derwichtigsteGrund, weshalb SLC-Speicher ungeachtetihrer höheren Kosten im industriellen Umfeld wei-terhin die bevorzugte, weil dauerhaftere Wahl dar-stellen.Die Problemfelder Ladungszustand und Schwell-

spannung sind auch der Grund, warum die im Con-sumerbereich beliebten, preisgünstigen Triple-Level-Cell-NAND-Chips (TLC) als Basis für langlebigeSpeicher in industriellen Anwendungen nicht in Fra-ge kommen. Um 3 Bit pro Zelle zu schreiben, müssenbei TLC-Speichern acht verschiedeneLadungsniveausunterscheidbar sein. Dabei machen sich die degene-rativen Effekte viel schneller bemerkbar, denn dieursprüngliche Retention sinkt beim TLC-Speicherbereits nach 500 P/E-Zyklen von einem Jahr auf nurnoch drei Monate.

TLC, MLC, SLC, pSLC – Flash-Speichertechnologien gibt es viele. Nur wer als Entwicklerdie grundlegendenMechanismen der Speicherung und Effekte auf Speicherebene kennt, versteht, welche Flash-Speicherpro-dukte sich für welche Applikationen eignen – und er weiß, welche Fragen er den Anbietern von Speicher-bausteinen stellen muss. Autor: Ulrich Brandt

Bilde

r:Swi

ssbit

elektronik industrie 06/2017 21

Aktive Bauelemente


Der Kompromiss zumDatenerhalt: pSLCDer Effekt reduzierter Retention hat zu einer kom-merziell und technisch sehr interessanten Kompro-misslösung geführt – demPseudo-Single-Level-Cell-Verfahren (pSLC), denn eine geringere Anzahl zuunterscheidender Ladungsniveaus macht die Spei-cherung von Informationen in einem NAND-Chipauch weniger anfällig. Das pSLC-Verfahen nutzt ineinem imVergleich zu SLC kostengünstigerenMLC-Chip nur das erste „starke“ Bit pro Zelle. Der pSLC-Modus ist deutlich schneller als das Standardverfah-ren aufMulti-Level-Cell-Flash-Speichern und erhöhtdiemöglichen P/E-Zyklen von 3000 auf 20.000. Unter

gleichen Konditionen erhöht pSLC die Lebensdauerder Datenträger um den Faktor 6,7 bei lediglich dop-pelten Kosten pro gespeichertem Bit. Bild 2 zeigt dieLebensdauer von SLC, pSLC undMLC im Vergleich.

Vorsicht bei Endurance-AngabenFür die konkrete Auswahl von Produkten ist es fürdenAnwenderwichtig zuwissen, was sich hinter denAngaben der Speicherhersteller verbirgt. Zwei Maßegeben zum Beispiel die Lebensdauer von SSD an:Terabyte Written (TBW) und Drive Writes Per Days(DWPD). TBW sagt aus, wie viele Daten über dieLebenszeit des Speichers insgesamt geschriebenwer-

Bei der Auswahl von Flash-Speicher für industrielle An-wendungen sind folgende Eckdaten für den Entwicklervon Bedeutung:• Es bestehen erhöhte Anforderungen an Vibrationsfes-

tigkeit und Temperaturbereich: Entwickler sollten hierauf die entsprechende Qualifizierung achten.

• Der Speicher ist längere Zeit hohen Temperaturen aus-gesetzt oder die Anwendung ist überwiegend lesend:Hier empfiehlt sich ein Produkt mit Data-Care-Funkti-on zur Datenauffrischung.

• Die Applikation ist überwiegend schreibend: Speichermit blockbasiertemMapping eignet sich für sequenzi-elles Schreiben. Für Random-Zugriffe sind Produktemit Seiten-basiertemMapping zu empfehlen.

• Der Datenträger wird längere Zeit mit vielen Daten be-schrieben und soll diese erhalten: Hier eignet sich einSLC-Produkt am besten.

• Nutzt die Anwendung die volle Speicherkapazität: Indiesem Fall stellt ein Speicher mit Over-Provisioningdie Lösung der Wahl für höhere Lebensdauer dar.

eck-daten

bild 1: Eine alterndespeicherzelle: In derTunneloxidschichtsammeln sich Elektro-nen, wodurch sich dieschwellspannung derzelle verschiebt, bisdiese nicht mehr aus-lesbar ist.


Aktive Bauelemente


Vorsicht bei Endu-rance-Angaben vonHerstellern: Aus-

schlaggebend ist derWorkload im Test.

den können, wohingegen DWPD eine Aussage dar-über trifft, wie viele Daten innerhalb derGarantiezeitpro Tag maximal schreibbar sind.Entwickler und Kunden sind hier auf die Angaben

des Herstellers angewiesen, da die entsprechendenBenchmarks sehr aufwendig sind. Ob diese Angabenjedoch eine Aussagekraft für die spezifische Anwen-dung haben, ist nicht gewiss, denn dieWerte hängenstark von der Art desWorkloads im Test ab. Messun-gen mit einer 480-GB-SSD von Swissbit ergaben, jenach verwendetemMessverfahren, eine Lebensdau-er von 1360 TBW, 912 TBWoder 140 TBW.Der höchs-te Wert von 1360 TBW wurde beim sequenziellenSchreiben erzielt, der mittlere Wert trat beim Client-Workload auf und der kleinste Wert erschien beiEnterprise-Workload. BeimClient-Workloadorientiertsich der Test amNutzerverhalten einesPC-Anwendersund erzeugt zum größeren Teil sequenzielle Zugriffe.Der Enterprise-Workload simuliert hingegen das Ver-halten eines Servers mit Multi-User-Umgebung, diezu 80 Prozent Random-Zugriffe erzeugt.Bei diesen Belastungstests handelt es sich um Vor-

gaben der Standardisierungs-organisation JEDEC. Damitwäre eigentlich eine Vergleich-barkeit vonProdukten undHer-stellern gegeben, dochoft fehlenin den Datenblättern AngabenzumWorkload. Viele Herstellerwerben mit hohen Endurance-Werten, die auf dem nur inwenigen Anwendungen vor-kommenden, sequenziellen Schreiben basieren. DerAnwender sollte dieAngaben alsomit Vorsicht genie-ßen, denn Endurance-Werte einer Flash-Lösung kön-nen bei sequenziellem Schreiben und Enterprise-Workload leicht um den Faktor zehn differieren.

Flash-Speicher leben im StressLöschungen treiben die Alterung der Speicherzellenvoran. Diese sind jedoch erforderlich, um den Spei-cher beschreiben zu können. Das könnte zu demSchluss verleiten, dass in einer rein lesendenAnwen-dung, wie beispielsweise bei einem Boot-Medium,

Daten aufgrund der verlängerten Retention langfris-tig sicher sind. Dies ist jedoch ein Irrtum, denn mitdemProgram-Disturb existiert noch ein anderes Phä-nomen, das zu Lesefehlern und indirekt zur Abnut-zung der NAND-Zellen führt. Dabei stresst jederSchreibvorgang auch die Zellen in der Umgebung derzu programmierenden Zelle, da sie eine leicht erhöh-te Spannung aufweisen.Aber auch das Lesen belastet den Speicher, denn

in benachbarten Pages sammeln sich Ladungen an(Read-Disturb),wodurch esmit der Zeit zu einer Erhö-hung des in den Zellen gespeicherten Potenzialskommt. Dadurch entstehen Lesefehler, die nach demLöschen des Blocks wieder verschwinden. Der Effektfällt durchdie niedrigere SpannungbeimLesen gerin-ger aus als beim Schreiben, doch auch hier tretenBit-Fehler auf. Diese gleicht das Fehlerkorrekturver-fahren (Error Correcting Code, ECC) durch einLöschen des Blocks aus. Entwickler müssen dabeibedenken, dass der Effekt besonders stark bei Anwen-dungen auftritt, die immer wieder dieselben Datenlesen. Im Rahmen der Fehlerkorrektur muss daherauch im Inneren des Speichers, der nur gelesen wird,eine regelmäßige Löschung von Blöcken und einBeschreiben von Pages erfolgen – und folglich altertauch dieses Medium.

Innere Angelegenheiten –Wear-LevelingNicht nur die eigentlicheApplikation löst das Löschen,Schreiben undLesen des Speichers aus, sondern auchzahlreiche von Controllern und der Firmware verur-sachte Vorgänge. Diese nahezu unbemerkt ablaufen-den, internen Vorgänge haben jedoch Einfluss aufPerformance-Faktoren des Speichers, wieGeschwin-

digkeit und Lebensdauer.Neben der bereits erwähnten

Fehlerkorrektur, gehört dasWear-Leveling zu diesen inter-nen Mechanismen. Da beimAusfall von Zellen immer derganzeBlock als „BadBlock“mar-kiert wird, ist es im Sinne derLebensdauer wichtig, diesenAusfall möglichst lange hinaus-

zuzögern. Erreichtwirddies durchdasWear-Leveling,also der gleichmäßigenNutzung der physischen Spei-cheradressen. Ein weiterer interner Mechanismus istdie sogenannte Garbage-Collection, die ein Umko-pieren vonDaten zur Freigabe vonBlöcken beinhaltet.Alle genannten internenMechanismen ergänzen dasMapping zwischen logischer und physischer Adresse,was eineDatenspeicherungüberhaupt erst ermöglicht.DasVerhältnis zwischendenvomHost kommenden

Anwenderdaten und der tatsächlich in den Flash-Speicher geschriebenen Menge an Daten stellt dieEffizienz des Controllers eines Flash-Mediums dar.

bild 2: Die Endurancevon slc, Pslc undMlc im Vergleich.Das pslc-Verfahrennutzt nur das erste,starke bit pro zelleund erhöht die mögli-chen schreibzyklendamit auf 20.000.

Aktive Bauelemente

Der Name Microchip und das Logo, PIC und AVR sind eingetragene Warenzeichen der Microchip Technology Incorporated in den USA und in anderen Ländern. Alle anderen Marken sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer.© 2016 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten. MEC2119Ger10/16

www.microchip.com/8bitEU

Sie wollen Technologie intelligenter, effizienter und für jeden zugänglich machen? Microchip bietet die Möglichkeiten,Produkte und Tools zu entwickeln, die Ihr Designproblem einfach lösen, um zukünftige Anforderungen zu erfüllen.Microchips Angebot von mehr als 1200 8-Bit-PIC®- und AVR®-Mikrocontrollern ist nicht nur das branchenweit größte,sondern deckt auch neueste Techniken ab, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen, den Stromverbrauch zu verringernund die Entwicklungszeit zu verkürzen. Mit 45 Jahren Erfahrung in der Entwicklung kommerzieller und kostengünstigerMCUs ist Microchip der Anbieter erster Wahl, wenn es um umfassendes Know-how und Innovation geht.

Wesentliche Leistungsmerkmale:

PIC® & AVR® MCUsZusammen sinddie Möglichkeiten unbegrenzt

Autonome PeripherieEnergieeffizient

RobustEinfache Entwicklung

Ausgedrückt wird dies über denWrite AmplificationFactor (WAF), also die Schreibverstärkung. DieSchreibverstärkung zu reduzieren, ist einer derSchlüssel für längere Lebensdauer des Speichers.Workload-Faktoren, wie der Unterschied zwischensequenziellen undRandom-Zugriffen oder dieGrößeder Dateiblöcke im Verhältnis zu Seiten und Block-größen, beeinflussen den WAF. Folglich entscheidetdie Firmwaremit, ob ein Flash-Medium für eine spe-zielle Anwendung die richtige Wahl darstellt.

Wie Hersteller die Effizienz erhöhenBeim Flash-Speicher erfolgt das Beschreiben der Sei-ten eines Blocks von Zellen nacheinander, dieLöschung von Blöcken erfolgt jedoch nur als Ganzes.Das Mapping zwischen logischer und physischerAdresse bezieht sich imStandardverfahren auf Blöcke.Bei sequenziellen Daten stellt sich dieses Vorgehenals sehr effizient heraus, denn so werden die Seiteneines Blocks hintereinander weg geschrieben, wie esbeispielsweise bei kontinuierlich gesammelten Vide-odaten geschieht. Für Random-Daten erfolgt dasBeschreiben des Speichers in vielen verschiedenenBlocks, weshalb bei jedem internenUmschreiben pro

Page ein ganzer Block gelöscht wird. Die Folgen des-sen sind ein hoher WAF und eine sinkende Lebens-dauer. Für nichtsequenzielle Daten ist daher ein Sei-ten-basiertesMapping besser geeignet. Hier sorgt dieFirmware dafür, dassDaten verschiedenenUrsprungssequenziell in die Seiten eines Blocks abgelegtwerdenkönnen. Dadurch sinkt die Zahl der Löschungen,wassich positiv auf die Lebensdauer des Speichers aus-wirkt, und die Schreib-Performance steigt. Mit demSeiten-basiertenMappingwächst allerdings auch dieZuordnungstabelle des FTL (Flash Translation Layer)an, was Speicherhersteller jedoch mit integriertemDRAM ausgleichen.

Over-Provisioning als QualitätsmerkmalSeiten-basiertes Mapping ist auch von Vorteil, wennder Nutzungsgrad des Datenträgers den WAF in dieHöhe treibt. Denn je mehr Daten auf einem Flash-Speicher-Medium gespeichert sind, desto mehr Bitsmüssen vonder Firmwarehinundher bewegtwerden.Probleme mit übervollen Datenträgern können dieHersteller imGrunde durch Over-Provisioning (OP)vermeiden. Damit ist der Bereich des Flashspeichersgemeint, der nur für die internen Aktivitäten reser-


Aktive Bauelemente


viert ist. Üblicherweise sinddies jene sieben Prozent anKapazität, die bei denGiga-byte-Angaben eines Spei-chers denUnterschied zwi-schen dezimalemund binä-remWert ausmachen.Anstatt sieben Prozent

jedoch 12 Prozent für dasOver-Provisioning zu reser-vieren hat einen erstaunli-chen Effekt: Bei einemLebensdauer-Verg leich(TBW bei Enterprise-Wor-kload) zwischen zwei hard-wareseitig identischenSSDserreichte das Swissbit-Modell X-60 Durabit mit240GBKapazität einen fastdoppelt so hohen Wert wieein Modell mit 256 GB. Bei

der Untersuchung des Einflusses des DRAMs auf dieLebensdauer, fällt der Unterschied bei der 240-GBDurabit-Version gegenüber einer Standardversionmit256GBKapazität sogar zehnmal höher aus.Wie schonbei der Nutzung von MLC als pSLC, wirkt sich einVerzicht auf Speicherkapazität beziehungsweise einhöheres Over-Provisioning positiv auf die Lebens-dauer des Speichers aus.

Datenpflege-ManagementFehlerkorrektur und Wear-Leveling sind Mechanis-men, die auch in Consumer-Flash-Produkten zumEinsatz kommen. Bei hochwertigen Industrie-SSDsoder Flash-Memory-Karten betreiben die HerstellerzudemweiterenAufwand, umDatenverlust und Sys-temausfällen vorzubeugen. So stellt eine Kombinati-on verschiedenerMechanismenwie ECC-Monitoring,Read-Disturb-Management undAuto-Read-Refreshdie Überwachung sämtlicher gespeicherter Datensowie bei Bedarf ihre Auffrischung sicher. Damit las-sen sich Systemausfälle schon imVorfeld verhindern.

autorUlrich BrandtDirektor Marketing von Swissbit


Wichtig ist dabei, dieDatenintegrität ohneBeteiligungder Host-Applikation zu garantieren. Aus diesemGrund verlaufen diese Prozesse autonom innerhalbder Speicherkarte, was üblicherweise nur bei gehäuf-ten Bitfehlern nach Leseanfragen der Host-Applika-tion der Fall ist.Aktuelles Data-Care-Management sucht deshalb

unabhängig von Anfragen durch die Applikationennach potenziellen Fehlern im Flash-Speicher (Bild 3).Dazu lesen die Funktionen der Datenpflege allebeschriebenen Seiten inklusive der Firmware und derZuordnungstabelle des FTL (Flash Translation Layer)und frischen diese bei Bedarf auf. Für diesen Prozessder vorsorglichen Fehlerkorrektur gibt es beim Flash-Speicher verschiedeneAuslöser: Eine festgelegte Zahldes wiederholten Einschaltens, eine bestimmteAnzahl von P/E-Zyklen, die bisher gelesene Daten-menge, die Anzahl von Lesewiederholungen oderauch erhöhte Temperatur.

Langzeitverfügbarkeit sicherstellenDie Kenntnis verschiedener Aspekte der Flash-Spei-cher-Technologie ermöglicht es dem Entwickler, dasgeeignete Speicherprodukt für eine spezifische indus-trielle Anwendung auszuwählen.Natürlich sind nochweitere Kriterien wie Power-Fail-Schutzmechanis-men, die besonders robuste Verarbeitung und dieSpezifikation für einen erweitertenTemperaturbereichzu beachten. Für einmalmit hohemAufwand für eineAnwendung qualifizierteModule ist die Langzeitver-fügbarkeit der Speichermodule vongroßer Bedeutung.Dies ist auch der Grund, warum dieser Beitrag den3D-NAND-Speicher nicht beleuchtet.Um eine langfristige Verfügbarkeit zu garantieren,befindet sich die Technologie noch zu sehr in der Ent-wicklungsphase, die Innovationzyklen und Design-Änderungen sind noch zu kurzfristig für die Lebens-zyklen von Industrieprodukten. 3D-NAND-Chipssind derzeit für denTLC-Consumer-Bereich optimiertund noch nicht für erweiterte Temperaturbereichespezifiziert, wie sie für industrielle Anwendungengefordert sind. Außerdem liegen für den 3D-NANDnoch keine Erfahrungswerte zur Endurance undRetention vor. Diese Werte zu optimieren ist für denHersteller industrietauglicher Flash-Speicher-Pro-dukte eine zentrale Aufgabe. Wie das Innenlebeneiner aktuellen SD-Speicherkarte von Swissbit aus-sieht, zeigt Bild 4. (na) n

bild 4: Das Innenlebeneiner sD-speicher-karte von swissbit.zu sehen ist das Pcb-substrat mit einemstack-up mehrererNAND-Flash-chips inder Mitte, der gold-draht-stufenverdrah-tung (links) und demFlash-controller(rechts oben).

bild 3: Das Data-care-Management beimFlash-speicher wirktdem schleichendenDatenverlust entgegenund geschieht meist imhintergrund.


AnalogDevices stelltmit demA/D-Wand-lerAD9208unddemD/A-WandlerAD9172zwei Bausteine für Anwendungen imGigahertzbereich vor, die den Anforde-rungen von Multiband-fähigen 4G- und5G-Basisstationen genügen. Beide Schalt-kreise sind in stromsparender 28-nm-CMOS-Technologie gefertigt.Der zweikanalige 14-Bit-A/D-Wandler

AD9208 von Analog Devices eignet sichfür große Eingangsbandbreiten und hoheAbtastraten. Er besitzt eine optimierteLinearität, nimmtwenig Leistung auf undwird in einem 12 mm x 12 mm BGA-196-Gehäuse mit einem Interface imIndustriestandard geliefert. Mit Abtastra-ten bis zu 3,0GS/s ermöglicht der Bausteindie Realisierung vonDirect-RF-Architek-turen zur Signalverarbeitung und hoheOversampling-Verhältnisse. Durch diedamit erleichterte Front-End-Filterung fälltdas Empfängerdesign weniger komplexaus und die Kosten des Gesamtsystemssinken. Das Bauelement erlaubt die direk-teHF-Abtastung breitbandiger Signale bisüber 6GHz,was denVerzicht aufMischer-stufen ermöglicht.Mit dem internen Takt-

Wandler in 28-nm-cmos-technologie

a/d- und d/a-Wandlerfür den 5g-gigahertzbereich

teiler sowie dem optionalen HF-Taktaus-gang gestaltet sich das Systemdesignweniger komplex. Die auf demChip inte-grierte Diode zur Temperaturmessungerleichtert das System-Temperaturma-nagement.Ergänzt wird der Baustein durch den

D/A-Wandler AD9172, der den Anforde-rungen an die spektrale Effizienz von im2-GHz-E-Band arbeitenden Richtfunk-Backhaulplattformengenügt.DerBausteineignet sich ebenfalls für die Produktions-Instrumentierung in der Mehrnormen-Direct-to-RF-Signalsynthese. Abtastratenbis zu 12 GS/s ermöglichen dem zweika-naligen 16-Bit-Bauelement die Direct-to-RF-Synthese bis zu 6GHz.Damit könnensowohl die ZF/HF-Aufwärtswandlerstu-fe sowie die LO-Generierung entfallen.Der D/A-Wandler ist in einem 10mm x 10mmgroßenBGA-ED-144-Gehäuse unter-gebracht. Beide Bausteine sind ab sofortverfügbar. (na) n


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Der A/D-WandlerAD9208 ermöglichtmit Abtastraten bis3,0 gs/s die Realisie-rung von Direct-RF-Architekturen zur si-gnalverarbeitung.

Der D/A-WandlerAD9172 genügt denAnforderungen vonim 2-ghz-E-band ar-beitenden Richtfunk-backhaulplattformenan die spektrale Effi-zienz.

Bilde

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logDe

vices


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mit knopfzelle ein Jahr aufzeichnenMikrocontroller mit integriertem lcD-Treiber für Datenlogger

Zur lückenlosen Überwachung empfindlicher Produktevon der Produktion bis zum Endkunden kommen in derLogistikbranche vermehrt Datenlogger zur Erfassung

vonUmgebungsbedingungen zum Einsatz, die sich beim Trans-port auf die Qualität derWaren auswirken. Zu überwachen sinddabei vorrangigGrößenwie Temperatur, Feuchtigkeit, Stöße undVibrationen. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nachManage-ment-Tool wie beispielsweise Datenloggern um mehr als zehnProzent pro Jahr wächst.

Größe und Kosten bei Einweg-DatenloggernDatenlogger zur Befestigung an Paletten sind in der Regel Ein-wegprodukte, bei denen es darauf ankommt, durch kleine Bat-terien und weniger Bauteile die Größe und Kosten des Systemsniedrig zu halten. Zusätzlich müssen die Datenlogger den FDA-undGDP-Richtlinien zur präzisen Aufzeichnung der Transport-bedingungen genügen und die Ausgabe nicht editierbarer PDF-Dateien ermöglichen. Damit soll ausgeschlossen werden, dassdie Aufzeichnungen manipulierbar sind. Die Mikrocontroller(MCU) ML640Q464/466 für Datenlogger von Lapis Semicon-ductor enthalten einen 32-Bit-Prozessorkern des Typs ARM-Cortex-M0+ und integrieren alle für USB-Datenlogger benötig-

ten Funktionen (Bild 1). Dazu gehören ein USB-Interface, einhochfrequenter Taktgeber, ein LCD-Treiber und ein A/D-Wand-lermit präzisemRC-Oszillator. Durch die Integration aller Funk-tionen auf einen Chip reduziert sich die benötigte Leiterplatten-fläche um bis zu 30 Prozent (Bild 2). Mit einem Thermistor undeinerWiderstands-Kondensator-Kombination erreicht der A/D-Wandler bei der Temperaturmessung eine Genauigkeit von±0,5 °C (Bild 3). Herkömmliche Schaltungen zur Temperatur-messung bestehen dagegen aus einemTemperatursensor, einemThermistor und einer Schaltung zur Erzeugung der Referenz-spannung, was die benötigte PCB-Fläche erhöht. Das eingebun-dene Programmzur PDF-Generierung erzeugt aus einer A4-Sei-temit 2500Messpunkten innerhalb von etwa vier Sekunden einenicht editierbare PDF-Datei. Die Kombination des kundenseiti-gen AES-Verschlüsselungsprogramms mit eingebauter AES-Funktion und einem Zufallszahlengenerator ermöglicht zusätz-lich die Erzeugung passwortgeschützter Dateien.

Energiesparmodi für ein Jahr LaufzeitDer Betrieb eines USB-Datenloggers lässt sich in zwei Abschnit-te einteilen: Das Erfassen und Aufzeichnen der Sensordaten invorgegebenen Intervallen und das Generieren einer PDF-Datei,

Bilde

r:Roh

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Logistiksysteme müssen zunehmendsicherstellen, dass beim Transport emp-findlicher Waren wie Lebensmittel undMedikamente, die Kühlkette von derProduktion bis zum Kunden lückenloseingehalten wird. Zur Erfassung derUmgebungsbedingungen kommendabei Datenlogger zum Einsatz. Genaufür diese Anwendung hat Lapis Semi-conductor, ein Unternehmen der RohmGroup, einen Mikrocontroller entwi-ckelt, der über alle wichtigen Funktio-nen zur Datenaufzeichnung verfügt,und dabei bis zu ein Jahr lang mit nureiner Knopfzelle auskommt.

bild 1: Die Mcus Ml630Q46x von lapis semicon-ductor eignen sich für den Einsatz in Datenlog-gern zur Überwachung von Temperatur, Feuch-tigkeit, stößen und Vibrationen beim Transportempfindlicher Waren.

Aktive Bauelemente


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REDCUBE Terminals bieten einen höchst zuverlässigen Hochstromanschluss auf

der Leiterplatte. Geringe Übergangswiderstände garantieren eine minimale Eigen-

erwärmung. Vier Bauformen decken alle führenden Bestückungstechnologien ab

und ermöglichen eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.

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Vielfältige Wire-to-Board und Board-to-Board Lösungen

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Außergewöhnlich hohe mechanische Stabilität

wenn amEnde des Einsatzes eineUSB-Verbindungherstellt wird.Die Leistungsaufnahme im Standby-Betrieb hat einen dominie-renden Einfluss auf die Batterielebensdauer, da sichDatenloggerwährend eines Großteils ihrer Einsatzzeit im Standby befinden.DieMCUs von Lapis unterstützen vier Low-Power-Betriebsartenund erzielen damit eine Stromaufnahme von 0,8 µA (Bild 4). Dieserlaubt den Betrieb eines Datenloggers mit einer Knopfzelle desTyps CR2032 für eine Dauer von 380 Tagen.

Störbeständigkeit unter rauen BedingungenUmwichtige Datenbestände zur Verifizierung der Paketqualitätvor externenStörgrößen zu schützen, bietendieMCUsML63Q46xdie Störimmunitäts-Technologien der Tough-Low-Power-MCU-

Serie von Lapis Semiconductor. DieMCUs übertreffenmit mehrals ±30 kV die Messgrenze für die Prüfspannung gemäß Level 4(± 8 kV indirekte Kontaktentladung) derNorm IEC61000-4-2 derInternational Electrotechnical Commission. Dies ermöglichteinen stabilen Betrieb der Bausteine auch unter rauen Umge-bungsbedingungen.

Datenlogger-Referenz-Kit verkürzt EntwicklungszeitFür die direkte Entwicklung von Datenloggern stellt Lapis Se-miconductor ein optionales Referenz-Kit zur Verfügung. Ne-ben Informationen zur Hardware, wie beispielsweise Schalt-plänen und BOM-Listen, gehören zum Referenz-Kit auch ver-schiedene Softwareprogramme für den Betrieb des USB-Flash-Speichers und das Generieren von nichteditierbarenPDF-Dateien, die gesamte Dokumentation und Einsatzmetho-den für das Power-Management und den RC-ADC. Damitwird Entwicklern das Verständnis der grundlegenden Funkti-onen der Mikrocontroller erleichtert und die Entwicklungsar-beit des Kunden beschleunigt. (na) n

Der beitrag beruht auf Material von Rohm semiconductor.

bild 3: Mit einemThermistor und ei-ner Widerstands-Kondensator-Kombinationerreicht der A/D-Wandler bei derTemperaturmes-sung eine genauig-keit von ±0,5 °c.

bild 2: Alle wichtigenFunktionen für einenDatenlogger sind beiden Mikrocontrollernauf einem chip integ-riert, weshalb für dassystem auf der Platine30 Prozent wenigerPlatz benötigt wird.

bild 4: Vier Energie-spar-Modi sorgendafür, dass das sys-tem im standby-Mo-dus nur wenigstrom aufnimmtund dadurch 380 Ta-ge mit einer Knopf-zelle auskommt.


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Für kleinere gehäuseund mehr FlexibilitätVorteile der peripheren Pinauswahl bei8-bit-Mikrocontrollern

Direkter Zugriff auf die exakte Peripherie, kleinere Gehäuseund weniger komplexe Leiterplatten-Layouts: Dies sind nureinige der Vorteile, die ein 8-Bit-PIC-Mikrocontroller bietet,wenn er über ein PPS-Modul (Peripheral Pin Select) verfügt.Systementwicklern bringt die periphere Pinauswahl deutlichmehr Flexibilität bei der Anpassung und Verwaltung ihrerSystem-Layouts. Autor: June Anthony Asistio

Das Modul zur peripheren Pinauswahl legt fest, welcherDigitaleingang an einen Pin herangeführt und welcherDigitalausgang über einen speziellen Pin herausgeführt

wird. Die Auswahl erfolgt entweder statisch nach der Initialisie-rung des Codes oder dynamisch während der Ausführung desCodes. Wie das PPS im Einzelnen aufgebaut ist, zeigt das Block-schaltbild in Bild 1 am Beispiel des PIC16-Mikrocontrollers(MCU) von Microchip.

Aufbau und Implementierung der PinauswahlDas PPS-Modul besteht im Wesentlichen aus Multiplexern undSteuerregistern. Für den Eingabeabschnitt werden die Pins anden Eingang eines bestimmten Peripherieblocks gemultiplext.Im Ausgabebereich erfolgt die Übertragung der verschiedenenPeripherieausgänge zu den Pins derMCU.Die Steuerregister desModuls zur peripheren Pinauswahl bilden anschließend die ver-schiedenen Peripheriefunktionen und Pins ab. Bei unterschied-lichen 8-Bit-Mikrocontroller-Familien unterscheidet sich unterUmständen die Implementierung der PPS-Module. Einige Fami-lien bieten eine volle PPS-Funktionalität, bei der alle veränder-baren Peripherie-I/O-Funktionen auf jeden I/O-Pin der MCUzuweisbar sind (Remapping). AndereMikrocontroller lassen dieAbbildung von veränderbaren Peripheriefunktionen nur auf einebegrenzte Anzahl von Pins zu.

Auswahl von Eingang und AusgangDas periphere Input-Selection-Register im PIC16 (xxxPPS) steu-ert, welcher Pin an den Eingang der Peripherie angeschlossenwird. JederDigitaleingang ist amAnfang an einen Pin gebunden,indem das Register mit einem 5-Bit-Feldwert vorgeladenwurde.Eine Veränderung der Verbindung zwischen Peripherie und Pinerfolgt über die Modifizierung des Registers.Der PIC18-Mikrocontroller verfügt mit dem RPINRx über ein

ähnliches Eingangsregister, in das zur Auswahl des Pins, der anden Eingang der Peripherie angeschlossenwerden soll, einWertgeschriebenwird. ImPIC16 steuert dasOutput-Source-Selection-Register (RxyPPS) dieVerbindung eines Pinsmit einembestimm-ten Peripherieausgang. Auch dieses Register enthält standard-

bild 1: block-schaltbild desModuls zur peri-pheren Pinaus-wahl PPs für denPIc16-Mikro-controller. ImWesentlichenbesteht dasModul aus Multi-plexern undsteuerregistern.

bild 2: Für Anwendungen, bei denen das Ausgangssignal an verschiedeneAbschnitte einer schaltung weitergeleitet werden muss, lässt sich dascOg1A-signal auf zwei Pins nachbilden.

bild 3: Das Pin-layout, wie es der MPlab-code-configurator erzeugt.Das Plugin dient als eine visuelle Möglichkeit, die Pin-Funktionen vonPIc-Mcus einzustellen.

Bilde

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autorJune Anthony AsistioSenior Applications Engineer bei Microchip Technology


Die 8-Bit-Mikrocontroller der PIC16- und PIC18-Serie von Microchipverfügen über ein Modul zur peripheren Pinauswahl (PPS), mitdem Systementwickler auswählen können, welcher Digitaleingangoder -ausgang an welchen Pin herangeführt wird. Das PPS ermög-licht ein flexibles Mapping und durch Sperrmechanismen das un-gewollte Verändern der Pinfunktionen. Mit demMPLab-Code-Configurator-Plugin für die MPLab-X-Entwicklungsumgebungsteht dem Nutzer eine visuelle Möglichkeit zur Verfügung, diePin-Belegung zu modifizieren und das PPS zu konfigurieren.

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mäßig einen 5-Bit-Feldwert, den der Entwickler zur Verän-derung der Pinzuordnungmodifiziert. Ähnliches gilt für denPIC18-Mikrocontroller, bei dem das Ausgangsregister dieBezeichnung RPORx trägt. Anfänglich enthält dieses Regis-ter einen Standard-Nullwert, sodass der Pin mit einem derveränderbaren Peripherieausgänge verbunden ist.

Sperrmechanismen und flexibles MappingPPS-Register lassen sichwährendderCodeausführungmehr-mals durch einen Freischalt- und Sperrcode-Folge verändern.Will der Entwickler das PPS nur einmal einstellen undÄnde-rungen an den Registern vermeiden, muss die Sicherung imKonfigurationsregister aktiviert sein. Mit dem PPS-Modulhaben Systementwickler außerdem dieMöglichkeit zum fle-xiblen Mapping. Ein einzelner Pin kann als Eingang für ver-schiedene Peripherien dienen, während sich ein Peripherie-ausgang gleichzeitig an mehrere Pins legen lässt.Bild 2 beschreibt, wie ein einzelnes Ereignis zwei Periphe-

riefunktionen auslösen kann, zumBeispiel dasHerunterfah-ren eines PWM-Signals eines komplementären Ausgangs-generators (COG) bei der Erfassung eines zeitgesteuertenEreignisses. Das COG1A-Ausgangssignal lässt sich auf zweiPins nachbilden. Diese Flexibilität eignet sich für Anwen-dungen, bei denen es notwendig ist, ein Ausgangssignal anverschiedene Abschnitte einer Schaltung weiterzuleiten.

Visueller Code-Konfigurator für die PinauswahlDas MPLab-Code-Configurator-Plugin (MCC) bietet einedirekte, visuelle Möglichkeit, die Pin-Funktionen auf denPIC-MCUs einzustellen. Im Beispiel in Bild 3 sind die COG1-Ausgänge und die COGIN-Abschaltung bestimmten Pinsdes PIC16F1716 zugeordnet. Durch Klicken auf das entspre-chende Schloss-Symbolweist der Entwickler demgewünsch-ten Pin einen COG1-Ausgang oder COGIN-Eingang zu.Einmal ausgewählt, ist das Schloss als geschlossendargestellt.Ein Klick auf die Schaltfläche „Generate“ startet die Konfi-guration des PPS-Moduls. Damit lassen sich die Pin-LayoutsderMikrocontroller auf unkomplizierteArt undWeise anpas-sen und verwalten. (na) n


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Warum nicht mal risc-v riskieren?Eine neue feste befehlssatzarchitektur

Um den breiten Einsatz von RISC-V zu ermöglichen, hat die RISC-V Foundation, eine Non-Profit-Organisation,im Jahr 2014 den Befehlssatz eingefroren, sodass der Markt die Prozessor-Architekturen vorgeben kann.In der Foundation haben sich über 100 Mitglieder zusammengefunden, darunter viele Tier-1-Organisationen.

Autor: Ted Marena

Seit geraumer Zeit hat sich niemandmehr zum Thema Pro-zessorarchitekturen geäußert. Schließlich ist die Auswahlnormalerweise auf eine Intel x86-Variante oder einen Pro-

zessor der Klassen ARM A, R oder M begrenzt. Diese beidenMöglichkeiten sind für die große Mehrheit der Verarbeitungs-anforderungen verwendet worden. Genau wie die Beliebtheitdieser Architekturen zugenommen hat, finden auch die zugehö-rigen Befehlssatzarchitekturen (ISA) wachsenden Zuspruch.Warum viele Entwickler auf die RISC-Architektur von ARM

(Reduced Instruction Set Computing) umgestiegen sind, lässtsich auf die unnötig hoheKomplexität der x86-CISC-Architektur(Complex Instruction Set Computing) zurückführen. Heutejedoch,mit so vielenVariationen vonARM-Prozessoren, ist derenISA an einem Punkt angelangt, an dem es fast eine CISC-Archi-tektur ist. Aus diesen und vielen anderen Gründen hat sich diealternative Verarbeitungslösung RISC-V entwickelt.Die Prozessor-Plattform RISC-V ist an sich keine neue Archi-

tektur, sondern eine neue feste ISA. RISC-V ist eine Schöpfung,die ihren Ursprung als Forschungsprojekt am UC Berkley Com-puter Science Department hat. Damals suchte man eine effizi-entere Computing-Plattform über die Bauteile der ARM- undx86-Klasse hinaus.Nach einiger Forschungsarbeit entschieden sich die Zustän-

digen, ihren eigenen Prozessor zu entwickeln. Der Hauptpunkt

war jedoch, dass man die Chip-Architektur nicht erschaffenwürde, sondern stattdessen den Befehlssatz zum Eckpfeilermachenwollte. Befehlssätzewurden für 16-, 32-, 64- und 128-Bit-Datenpfade erschaffen.

RISC-V FoundationDie RISC-V Foundation steuert die künftige Entwicklung vonHard- und Software-Spezifikationen sowie desÖkosystems undtreibt ferner den Einsatz der RISC-V ISA voran. Aufgrund derendgültig festgelegten ISAkönnen Ingenieure jetzt die Prozessor-Architektur implementieren, die auf ihre Anforderungen opti-miert ist. RISC-V kann sich zum Standard einer neuen offenenProzessor-Architektur für direkte native Hardware-Implemen-tierungen entwickeln.

Quelloffene Natur von RISC-VDie quelloffene Natur von RISC-V bietet fünf wesentliche Vor-teile. Der Prozessor-Core ist ein völlig neues stabiles Design undbietet eine klare und sichere Trennung zwischen User- und Pri-vileged-Modes. Designs lassen sich auf der Basis vonweniger als50 Befehlen und mehreren Standard- Erweiterungen – die allefestgeschrieben sind – sehr einfach entwickeln. Ergänzungendes Standard-Befehlssatzes erfolgen über Erweiterungen, nichtaber neue ISA-Versionen, was für zusätzliche Stabilität für künf-

Entwicklungswerk-zeuge von Microsemi.Bil

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Aktive Bauelemente


Mit dem Aufkommen von RISC-V haben Entwickler heute Zugang zu einerneuen alternativen Prozessorarchitektur. Von den Vorteilen wie Design-Portabilität und geringerer Energieverbrauch können die meisten Anwen-dungen profitieren. Für Applikationen, bei denen Vertrauen, Daten- undfunktionale Sicherheit im Vordergrund stehen, könnte RISC-V ebenfallseine überzeugende Wahl sein. Für Ingenieure, die es vorziehen, zusam-menzuarbeiten und die Open Source Community zu nutzen, ist RISC-V dielogische Wahl. Unabhängig von Ihrer Begründung gibt es keine Zweifel,dass der Einsatz eines RISC-V-Core für Embedded-Entwickler eine neueGeneration der Innovation freisetzt.

eck-daten

autorTedMarenaDirector of FPGA/SOC Marketing bei Microsemi


tige Designs sorgt. Mit den neuen Befehlen lassen sich einfacheArchitekturen erstellen, woraus wiederum sehr energieeffizien-te Prozessoren resultieren.Die Portabilität von RISC-V eröffnet neue Freiheitsgrade. Der

Wert von RISC-V ist, dass die Software komplett portabel überalleGerätemit demProzessor-Core ist. Dies schafft einen lizenz-freien Prozessor-Subsystem-RTL-Code, der inHardware imple-mentiert werden kann. Entwickler können ihr Design für die ambesten geeignete Plattformmodifizieren beziehungsweise anpas-sen undmigrieren. Sie beginnen ein Design in einem FPGAmiteiner Soft-Gate-Version eines RISC-V-Cores und starten damitdie Auslieferung des Produkts. Wenn ausreichend hohe Stück-zahlen erreicht sind, kann man ein Retargeting der RTL-Quelleauf ein ASIC durchführen, ohne dass Lizenzgebühren anfallen.Dies wäre mit einem ARM- oder x86-Prozessor einfach nichtmöglich.Da RISC-V-Designs den RTL-Source-Code zur Verfügung

stellen können, ermöglicht dies ein hohesMaß an Vertrauen undSicherheit.Weder Intel nochARMwaren daran interessiert, ihrenRTL-Quellcode zu teilen. In der Lage zu sein, denRTL-Quellcodeeines RISC-V-Cores zu sehen, gestattet tiefgreifende Prüfungenund sorgt für Vertrauen. Um noch einen Schritt in Richtunggrößtmögliche Sicherheit zu gehen, kann durch Booten einesRISC-V-Cores von auf dem Chip integriertem Secure Flash derBoot-Prozess gesichert werden. Kürzlich hat Microsemi einenRISC-V-IP-Core für seine Flash-basierenden FPGAs vorgestellt.Der RISC-V-Core kann vom sicheren On-Chip-Flash booten.Dies bringt eine zusätzliche Sicherheitsebene mit sich und eli-miniert Bedrohungen durch Malware oder dass ein Root Kit inden Boot-Code geschrieben wird.Für sicherheitsrelevanteDesigns ermöglicht die Flexibilität von

RISC-V individuelle Lösungen. Zum Beispiel könnte man einSystemmitmehreren funktional vergleichbarenCores realisieren,die unabhängig voneinander für höchste Redundanz entwickeltsind. Ein Core könnte derMicrosemi RV32IMund der andere einIn-House-Design sein, das funktional ähnlich unddoch komplettanders ist. Auch weil RISC-V vollständige Flexibilität über dieArchitektur ermöglicht, könnte man SEU (Single Event Upset)Schutzmaßnahmen für denDaten- und Befehlsspeicher zur Ver-fügung stellen. Dies sind nur einige Beispiele die zeigen, wiesicherheitsbewusste Designs RISC-V nutzen könnten.Da die RISC-V ISA unter eine großzügige BSD-Lizenz (Ber-

keley Software Distribution) fällt, kann sich die Open-Source-Gemeinde an der Zusammenarbeit bei RISC-V-Projekten betei-

ligen. Durch die Verfügbarkeit der Zusammenarbeit lassen sichneue Innovationen auf einem höheren Niveau freisetzen. Inge-nieure könnendurchAnpassung,Modifikation, Zusammenarbeitund Migration eine Schaltung in ein äußerst überzeugendesDesign verwandeln. Eine steigende Zahl von Ingenieuren nutztdieOpen-Source-Gemeinde, umEntwicklungsherausforderun-gen gemeinsamanzugehen.Da ein RISC-V-DesignRTL-Source-Codemit sich bringt, der sich teilen lässt, sind dieMöglichkeitenfür Innovation grenzenlos.

RISC-V-Cores im nächsten eigenen DesignWo lässt sich mehr über den Einsatz eines RISC-V-Cores imnächsten eigenen Design erfahren? Es gibt mehrere Stellen fürden Start. Für Hintergrundinformationen über den Prozessorund die Organisationen ist die Homepage www.riscv.org hilf-reich. Falls man einfach nur sofort in ein Design eintauchen undCode für einen RISC-V-Core schreibenmöchte, steht dieMicro-semiGithubSite https://github.com/RISCV-on-Microsemi-FPGAzurVerfügung.Auf dieserWebsitewarMicrosemider erste FPGA-Hersteller, der einen IP-Core mit offener Architektur und eineumfassende Software-Lösung anbietet.Entwickler können denRISC-V-IP-Core inmehreren verschie-

denen FPGAs einsetzen, darunter Igloo2-, Smartfusion2- undRT-G4-Flash-basierte FPGAs. Embedded-Ingenieure könnendie Vorteile dieser offenen HDL-Architektur in ihren individu-ellen FPGA-Designs nutzen, indem sie die SoC-Design-SuiteLibero heranziehen. Fallsman lediglich einen RISC-V-Core prü-fenund ausführbarenSoftwarecode schreibenmöchte, hatMicro-semi eine Serie von Referenzdesigns entwickelt. Eine preiswer-te Lösung ist das RISC-V-Referenzdesign Creative Board (Bild1).Mit demCreative Entwicklungskit von Future Electronics undeinem Arduino Touch-Screen-Display hat Microsemi denRV32IM-Core implementiert und Quellcode kompiliert, um einTick-Tack-Toe-Spiel zu spielen. Für die Entwicklung vonSoftware-Code bietet die Eclipse-basierte Soft Console IDE auf einer Linux-Plattform vollständige Entwicklungsunterstützung. (jj) n

bild 1: creativeboard M2s025mit lcD, aufdem einRIsc-V-corearbeitet.


Aktive Bauelemente


auf die signalintegrität kommt es anOszilloskop-Funktionen für die IoT-Entwicklung optimal nutzen

Die Signalintegrität – vomDebugging bis zum endgültigen Produkt – ist gerade bei IoT-Applikationen ein ent-scheidendes Designkriterium. Ihre kontinuierliche Auswertungmithilfe eines leistungsfähigen und einfach zubedienendenOszilloskops ist eine wesentliche Grundlage für die erfolgreiche Produktentwicklung. Autor: Christian Rau

Bei der Entwicklung neuer Produkte und Systeme rund umdas Internet der Dinge (IoT) stellen gerade bei sehr klei-nen Bauformen die Minimierung des Stromverbrauchs

und eine lange Nutzungsdauer bei gleichzeitig maximaler Sig-nalintegrität eine große Herausforderung dar.Betrachtetman dabei jedoch vonAnfang an auch die Anforde-

rungen an die erforderlichen Test- und Prüfmaßnahmen, lassensich die Optimierungsschritte und damit die Zeit bis zur erfolg-reichenMarkteinführung von IoT-Produktenmerklich verkürzen.

Form versus FunktionDie zunehmende Nachfrage nach wasserdichten und robustenGeräten mit integrierten Beschleunigungsmessern und anderenSensoren führt leicht zu Lösungen mit beeinträchtigter Signalin-tegrität, kürzererBatterielebensdauer, schlechterenReaktionszeitenund sogar kritischen Datenverlusten oder Systemfehlern.Im Folgenden ist an einem Beispiel beschrieben, wie sich Pro-

bleme auf demSPI-Peripheriebus erkennen lassen, demgemein-samenKommunikationsprotokoll für Beschleunigungssensoren,GPS-Chips und viele weitere Sensoren und Aktoren. Die konti-

nuierlicheÜberwachung einesDesigns auf zuverlässigeKommu-nikation ist eine wichtige Testmethode zur Gewährleistung dergeforderten Qualitätsstandards. Dabei gibt es verschiedene Ver-fahren zur Verifizierung undÜberprüfung der SPI-Kommunika-tion über die verschiedenen Entwicklungsschritte hinweg. Einigewichtige Funktionsparameterwie die Bandbreite, das Rauschver-halten oder das Impedanz-Verhalten können durch die Anbin-dung, dasLayout, durchhoheUmweltanforderungenoder einfachnur durch die Langzeitnutzung beeinträchtigt werden.

Kontinuierliche VerifizierungZunächst sind die entsprechenden Signale mit den analogenKanälen eines Oszilloskops zu überwachen und zu verifizieren.In dem gewählten Beispiel haben die Verbindungen zwar aus-reichend Bandbreite, aber es liegt auchÜbersprechen vor, beson-ders auf den Daten- und Chipauswahlleitungen. Die grün dar-gestellten Buswerte in Bild 1 sind eine interne Decodierung die-ses Signals durch dasOszilloskop. Solange diese bei jeder Über-tragung stabil sind, dürfte das Rauschen kein Problemdarstellen.Daoft jedochdasÜbersprechenproblematisch ist, kannes sinnvoll

Bilde

r:Rigo

l

In demMaße, wie das IoT weiter expandiertund Hausautomations-, Fitness-, Video- undTracking-Anwendungen sowie traditionelleEmbedded-Elektronik einschließt, nimmtauch die Notwendigkeit der Prüfung undOptimierung der entsprechenden Designsdeutlich zu. Vor allem auch für kleinere Ent-wickler-Teams haben sich dabei eine Reihevon Testanforderungen herauskristallisiert,die sichmit demOszilloskopMSO4054 vonRigol sehr effizient lösen lassen.

eck-daten


Aktive Bauelemente


autorChristian RauApplikations-Ingenieur bei Rigol


sein, denBus zu testen,währendanderePeripheriegeräte imWech-sel bedient und aktiviert werden. Für die Suche nach störendenPegeln lässt sich eine Pass/Fail-Maske verwenden (Bild 2).Ein Vorteil bei diesem Ansatz ist, dass sich Masken leicht spei-

chernund fürverschiedeneBoard-oderCode-Revisionen innerhalbeines Projekts wiederverwenden lassen. Einfache Tests könnendaher helfen, dieVersion schnell zu identifizieren, bei der erstmalsein stärkeres Rauschen oder eine Leistungsänderung aufgetretenist. Ist die Geräteleistung stabil genug, können die EntwicklerÄnderungenamLayout oder bei denLeitungsstärken vornehmen,um für den mechanischen Aufbau mehr Freiheiten zu erlangen.Treten jedoch signifikante Datenfehler auf, lassen sich dieMixed-Signal-Kanäle des Oszilloskops verwenden, um ein klareres Bildvon der Dateninterpretation der IoT-Plattform zu erhalten.Für die digitalen Kanäle des Oszilloskops (oben in Bild 3) sind

Schwellenwerte einstellbar, die den Buscontroller auf der IoT-Plattform simulieren. Das Gerät registriert nicht die analogenSignale, sondern interpretiert ihr digitales Äquivalent. Daher istes bei Datenproblemen wichtig, sowohl die digitale als auch dieanaloge Darstellung zu betrachten. So lässt sich schnell heraus-finden, wo Datenfehler auftreten und welche analoge Störungoder Rauschquelle möglicherweise dafür verantwortlich ist.

Einfache LatenzdarstellungNicht zuletzt müssen Entwickler bei der Implementierung vonSensoren in einem IoT-Gerät die Latenz zwischen der Buskom-munikation und der betreffendenAktion betrachten. Die Latenzhängt natürlich sowohl von der Plattform als auch von der Code-Methodik ab und kann sehr stark variieren. Imkonkreten Beispiel

geht es um die Zeit, die das System oder die Plattform benötigt,um die Peripheriedaten zu interpretieren und eine Aktion aus-zulösen. In einemeinfachen Test, der eine LEDumschaltet, wennein SPI-Lesevorgang abgeschlossen ist, lässt sich die Latenzmittels der Cursor-Messungen darstellen (Bild 4). Damit könnenEntwicklermodellieren,wie sichCodeänderungen auf die Latenzauswirken, um Entscheidungen über die Optimierung dieserSensoren in Abhängigkeit von Anwendungsfall und Vorgabenzur Batterielebensdauer zu treffen.Latenz, Rauschen, Bandbreite und Impedanz beeinflussen

allesamt die Signalintegrität und die Zuverlässigkeit desGerätes.Die beschriebenen Messtechniken lassen sich während dergesamten Entwicklungs-, Anwendungsfall- und Zuverlässig-keitsprüfung einsetzen, um das Design zu optimieren und Aus-fallmodi zu antizipieren. Die kontinuierliche Auswertung vonSignalintegrität und Grenzwerten ist eine wichtige Hilfe, umeine schnellere Markteinführung und hohe Kundenakzeptanzmit geringen Auswirkungen auf das Entwicklungsbudget zuerreichen.Moderne, preiswerte und einfach zu bedienende Test-geräte wie das Oszilloskop MSO4054 von Rigol sind daher fürdie IngenieurteamseineunverzichtbareHilfe bei der erfolgreichenProduktentwicklung. (ku) n

bild 1: Die sPI-Analyse erfolgt über die analogen Kanäledes Oszilloskops.

bild 2: Mit der Pass/Fail-Analyse lässt sich Übersprechen auf demKommunikationsbus erkennen.

bild 3: Die Mixed-signal-Kanäle dienen zum Vergleich und zurInterpretation von Daten.

bild 4: Das beispiel zeigt die Messung der latenz zwischen sPI-bus undanzusteuernder lED.


EDA-Tools


die kluft überwindenVereinigung von soc- und gehäuse-Verifikation

Wafer-Level-Packaging (WLP) bietet im Vergleich zu traditionellen SoC-Designs einen besseren Formfaktor undmehr Leistung. Um jedoch eine akzeptable Ausbeute und Performance gewährleisten zu können, müssen An-bieter von EDA- und OSAT-Tools beziehungsweise Foundries zusammenarbeiten. Ziel ist ein konsistentes, ein-heitliches automatisiertes WLP-Design und physikalische Verifikationsabläufe. Gleichzeitig darf der bereits be-stehende Ablauf beim Gehäusedesign nur minimal beeinträchtigt werden. Autor: Tarek Ramadan

Wafer-Level-Packaging (WLP)ist eine vielversprechendeMore-than-Moore-Technolo-

gie, die imVergleich zu traditionellen Sys-tem-on-Chip (SoC) -Designs einen bes-seren Formfaktor und hohe Performancebietet. Im Gegensatz zu 2,5D- und3,5D-IC-Designs benötigt WLP keineS i l i z i umdu r c h kon t a k t i e r u ng e n(Through-Silicon Vias, TSVs), die teuersind und mechanische und thermischeZuverlässigkeitsprobleme verursachen

können. Zwei Arten von WLPs sind der-zeit überwiegend im Einsatz:

• Fan-in – eignet sich eher für ein einzel-nes Die-Size- als für Chip-Scale-Gehäuse,

• Fan-out – bietet eine höhere Anzahl anI/Os (Inputs/Outputs)

Beide Arten unterstützen die Integrationeinzelner undmehrererDies. Für den Fan-in-Prozess vonmehrerenDiesmüssendie-se jedoch vom selben Silizium-Waferstammen (homogene Integration). Im Fal-

le des Fan-Out-Wafer-Level-Packaging(FOWLP) kann die Integration entwederhomogen oder heterogen sein. Das in Bild1 dargestellte FOWLP-Design nutzt dieUmverdrahtungslage (Redistribution-Layer, RDL) auf Gehäuseebene, um eineVerbindung vomDie zu externenBallGridArrays (BGAs) und zwischen den Diesherzustellen – bei Konfigurationen mitmehreren Dies.Derzeit bieten großeOutsourcing-Mon-

tage- und Test- (Outsourced Assemblyand Test, OSAT) Unternehmen undFoundries verschiedene Arten vonFOWLP-Technologien. Die eWLB-Tech-nology (embeddedWafer-Level Ball GridArray) von STATS ChipPAC eignet sichfür ein platzsparendes Gehäusedesign,das imVergleich zu Laminat- oder Flip-

Bild: Onypix - Fotolia


EDA-Tools


Chip-Halbleiter-Gehäusen kleinereAbmessungen, höhere I/O-Dichte undniedrigere Gehäuseprofile ermöglicht.SWIFT (SiliconWafer Integrated Fan-outTechnology) vonAmkor beinhaltet einigespezifische Merkmale, die nicht mit her-kömmlichen IC-Gehäusen in Verbindunggebracht werden. Dazu gehören die Ein-bindung von Polymer-basierten Dielekt-rika, das Potenzial fürmehrere großeDies,Leitungsdichten bis hinunter zu 2 μmLei-tung/Abstand (entscheidend für die Par-titionierung vonSoCs),Die-Verbindungenmit Kupferträgern bis zu 30 μm Pitch unddie Verwendung von Through-Mold-Vias(TMVs) oder hohen Kupferträgern. Dasintegrierte Fan-out (InFO) Wafer-Level-Packaging von TSMC ist eine für Siliziumvalidierte Technologie, die in verschiedenGehäusegrößen verfügbar ist: 8 mm x 8mm (ermöglicht Einzel-Chip- oderMehr-Chip-Lösungenundunterstützt bis zu 600I/O-Anschlüsse), 15mm x 15mm (erlaubtbis zu 2000 I/O-Anschlüsse) und 25 mmx 25 mm (bis zu 3600 I/O-Anschlüssemöglich).

beschreibt. Folglich war der Funktions-umfang der EDA-Tools fürGehäusedesignund Verifikation in der Vergangenheitauch viel einfacher.Für Gehäusetechnologien wie FOWLP

ist der Prozess für Gehäusedesign undVerifikation plötzlich viel kompliziertergeworden. Da die FOWLP-Fertigung auf„Wafer-Ebene“ stattfindet, umfasst sieauch die Maskenerstellung, ähnlich wiebei der Fertigung von SoCs. Das bedeutet,dass für Gehäusedesign und Verifikationstabile Abläufe vorhanden sein müssen,damit Designer die Herstellbarkeit desFOWLP durch die Foundrys oder dasOSAT-Unternehmensicherstellenkönnen.Ähnlichwie bei den für SoCs verwendetenPDKsmüssen Foundry oderOSAT-Unter-nehmen dem Gehäusedesigner nun eineArt Assembly-Design-Kit (ADK) zur Ver-fügung stellen (Bild 2).

FOWLP-Herausforderungen inDesignumgebungen für GehäuseBei der Erstellung einesDesign- undVeri-fikationsablaufs für FOWLP ist eine dergrößten Herausforderungen die Zusam-menführung der Designumgebung vonChip undGehäuse.UmdieHerstellbarkeitder FOWLP-Maske zu verifizieren, mussdasGehäusedesign üblicherweise aus dernativen Designumgebung in das GDSII-Format exportiert werden. Allerdingsexportieren Gehäusedesign-Tools in derRegel nur in andere Board-Level-Formatewie Gerber. Exportfunktionen für GDSIIwurden erst kürzlich hinzugefügt. Einesder häufigsten Probleme ist, dass dieGDSII-Datei, die dasGehäusedesign dar-stellt, einige „illegale“ Formen enthält, dievon den physikalischen Verifikations-Tools nicht korrekt interpretiert werdenkönnen,weil diese Formennicht dem typi-schen GDSII-Format entsprechen. Bild 3

Design undVerifikation von FOWLPDesign- undVerifikationsabläufe für SoCssind gut etabliert undDesigner nutzen sieseit Jahrzehnten. Für einen bestimmtenProzessknoten stellt die Foundry typi-scherweise eine Reihe von Designregelnauf, die SoC-Designer unbedingt einhal-ten müssen, damit die Foundry eine kor-rekte Herstellung des SoC gewährleistenkann. EDA-Unternehmen haben einenautomatisierten Ablauf für die physikali-sche Verifikation entwickelt, der Desig-nern dabei hilft, ein SoC-Designmit Soft-ware-Tools zu analysieren, die von denFoundry-Regeln in einem bestimmtenFormat bereitgestellt werden. Diese Toolszeigen alle VerletzungenderDesignregelnan und korrigieren viele Fehler sogar auto-matisch. Der gleiche automatisierte Veri-fikationsablauf wurde auch für die Kon-nektivitätsprüfung, parasitäre Extraktion,Post-Layout-Simulation und ähnlichesentwickelt.Während sich ein Knoten ent-wickelt, stellt die Foundry den Designernschließlich ein komplettes SoC-Prozess-design-Kit (PDK) für den verwendetenProzessknoten zurVerfügung.Dies erfolgtzusammenmit einer Reihe vonEDA-Toolsund Prozessen (Referenz-Flow), die dieEDA-Anbieter für die Entwicklung einesDesigns bereitstellen, das den Anforde-rungen der Foundry und dem Herstel-lungsprozess entspricht.Aus der Perspektive des IC-Gehäuses

sind die Abläufe für Gehäusedesign undVerifikation wesentlich einfacher als die,die für SoCs zum Einsatz kommen. Tat-sächlich werden viele Gehäusedesignsmanuell assembliert. Sie haben in derRegel sehrwenig gemeinmit den formalenSign-off-Anforderungen für das Gehäu-sedesign, außer einemTextdokument, dasdie beabsicht ig ten Entwurfsregeln

Seine vielen Vorteile positionieren dasFOWLP-Design (Fan-Out-Wafer-Level-Pa-ckaging) als einen der Schlüssel für die Zu-kunft von „More than Moore“. EDA-Tool-An-bieter, OSAT-Unternehmen und Foundriesmüssen zusammenarbeiten, um einen kon-sistenten, automatisierten Ablauf für Designund physikalische Verifikation zu etablieren,der FOWLP-Designern eine akzeptable Aus-beute und Performance sicherstellt. Da dieFOWLP-Fertigung eine Maskenerstellungerfordert, sind die Tools zur physikalischenSoC-Verifizierung die beste logische Lösung.Vereinheitlichte Designumgebungen für Ge-häuse mit physikalischen SoC-Verifizierungs-Tools sorgen dafür, dass die notwendigenPlattformen für Co-Design und Verifikationvorhanden sind.

eck-daten

bild 1: Fan-Out Wafer-level Packaging (FOWlP).

Bilde

r:Men

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EDA-Tools


zeigt ein Beispiel für solche Formen. Die-se nicht ausrichtbare Form (bei der dasÄußere und das Innere der Form entlangeiner bestimmten Kante mehrdeutig ist)könnendieGDSII-Standards nicht korrektinterpretieren.In diesem Fall hat der Designer zwei

Möglichkeiten: 1) die Form zu bearbeiten,damit sie denGDSII-Anforderungen ent-spricht, und den GDSII-Exportvorgangaus der Designumgebung zuwiederholenoder 2) die nicht ausrichtbare Form so zubelassen wie sie ist und sie bei der Einga-be in das physikalische Verifikations-Toolzu ignorieren.Die erste Option verlängert den Zeit-

plan, während die zweite dazu führenkann, dass konkrete Verstöße übersehenwerden. Dies wiederum kann nach derFertigung Probleme bei der Ausbeute ver-ursachen. Umdie Abläufe bei Design undVerifikation von FOWLPbesser unterstüt-zen zu können,müssen die Designumge-bungen für Gehäuse verbessert werden,sodass ein ordnungsgemäßer Export inMasken-Level-Formate wie GDSII mög-lich ist.

Physikalischen Verifikation vonSoCs für FOWLPSobald eine korrekteGDSII-Datei, die dasGehäusedesign darstellt, verfügbar ist,lässt sich das FOWLP-Designmit gut eta-blierten IC-Verifikations-Tools überprüfen.Diese Tools ermöglichen einen automati-sierten Verifizierungsablauf ähnlich wiebei der SoC-Verifikation.Der Einsatz von GDSII-basierten physi-

kalischen Verifikations-Tools bietet beimFOWLP-Design zahlreiche Vorteile:

• Fertigungsprüfungen:Diese Prüfungenähneln den Entwurfsregelprüfungen(DRC) in der SoC-Welt.MindestabstandundMindestbreite der RDL-Leiterbah-nen können ebenso geprüft werdenwiedas Seitenverhältnis zwischen derGehäusegröße und den enthaltenenDie-Größen. Die Foundry oder OSAT-Unternehmen bieten eine Sign-off-Regel, die eine korrekte Maskenerstel-lung des Gehäuse-GDSII durch dieFoundry gewährleistet.

• Konnektivitätsprüfungen: Ein Vorteilvon IC-Verifikations-Tools imVergleichzu Gehäuse-Tools ist die Möglichkeit,die Konnektivität auf der RDL-Ebenedes Gehäuses zu prüfen.

Das bedeutet, dass der Einsatz vonGDSII-basierten physikalischen Verifi-

kations-Tools für FOWLP einige neueHerausforderungen birgt. Aus Sicht derRegelprüfung müssen die Herstellungs-regeln sorgfältig codiert werden, damitkeine falschen Regelprüfungsverletzun-gen hervorgehobenwerden. ZumBeispielkann die Existenz vonNicht-Manhattan-Formen in einem FOWLP-Design fälsch-licherweise Fehler erzeugen. Aus der Sichtder Konnektivitätsüberprüfung beruhendie meisten Tools zur Verifikation derKonnektivität von ICs darauf, Transistor-formen im Layout zu identif izieren,sodass sie zur Prüfung der Konnektivitätdie Quellennetzliste mit der Layout-Netzliste korrelieren können. Wenn die-se Prüfung in dieGehäusewelt abgebildetwird, dann enthält ein FOWLP-Designkeine Transistoren oder aktiven Geräte.Ergänzt wird diese Herausforderung umdas Netzlistenformat. Dieses ist bei IC-Designs in der Regel SPICE oder Verilog,im Falle eines Gehäusedesigns aber typi-scherweise ein Tabellenkalkulations-oder AIF-Format. Aus der Usability-Per-spektive arbeiten die meisten SoC-Veri-fikations-Tools auf Linux-Systemen,wäh-rend Gehäusedesignumgebungen typi-scherweise auf MS-Windows-Systemenlaufen.

ICs und Gehäuse vereinenUmdieseHerausforderungen zu bewälti-gen, haben einige EDA-Anbieter neueEDA-Funktionen entwickelt, die die Kluftzwischen IC- undGehäusewelt überwin-den, gleichzeitig aber die bereits vorhan-denenAbläufe beimDesign vonGehäusennurminimal stören.DieCalibre-Plattformenthält eine Reihe vonVerifikations-Toolszur Überprüfung von FOWLP-Designs:

•Die Calibre-DRC- und Calibre-LVS-Tools verifizieren die physikalischeImplementierung eines jeden Dies,

• das Calibre-DRC-Tool überprüft auchdie Entwurfsregelprüfung des Package-Routings,

bild 4: Funktionsumfangdes 3DsTAcK von calibre.

Design Tools/Flowers• Tech Files: Path Finding Package co-Design

• DFT Methodologies

Sign-off• Mfg. constraints:

Alignment& Physical constraints,conectivity checking

• signal Integrity:Assembly Netlist generation,Parasitic Extraction

• Other Failure Analysis?Thermal, stress

bild 2: Komponenten des Package-Assembly-Design-Kits.

bild 4: Funktionsumfang des 3DsTAcK von calibre.

bild 3: NichtausrichtbareForm in gDsII.

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exterior


autorTarek RamadanTechnical-Marketing-Engineer für Calibre-Design-Solutionsbei Mentor (früher Mentor Graphics)


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• die Funktionalität vonCalibre-3DSTACKverifiziertSchnittstellen sowie die Konnektivität des Gehäu-ses und des gesamten Systems.

Calibre 3DSTACK erweitert die Sign-off-Verifikationauf Die-Level, sodass Designer bei einem vollständi-gen SystemmitmehrerenDies an jedemProzesskno-ten die Sign-off-Entwurfsregelprüfung undLVS-Prü-fung durchführen können, ohne den aktuellen Tool-Flow zu unterbrechen oder neue Datenformate zubenötigen (Bild 4).Calibre 3DSTACK identifiziert bei der Assemblie-

rung pro Ebene eindeutig die Geometrien für jedeDie-Platzierung, was eine genaue Prüfung zwischenden Dies erlaubt. Mit der Fähigkeit, die Ebenen fürjede einzelne Die-Platzierung zu unterscheiden,ermöglicht das Calibre-3DSTACK-Tool Designern,die physikalischenAttribute (Offset, Skalierung, Rota-tion und so weiter) eines jeden Dies zu verifizierenund gleichzeitig die Konnektivität des Interposersoder der Schnittstellen zwischen den Dies nachzu-verfolgen.Mit dieser Art vonKonnektivität zwischen ICs und

einem Gehäuse können Gehäusedesigner mithilfeeiner Quellennetzliste des Gehäuses, die aus einerDesignumgebung fürGehäuse in einemTabellenkal-kulations- oder AIF-Format exportiert wurde, nichtnur überprüfen, ob alle Dies im FOWLP durch dieRDL-Schicht des Gehäuses richtig verbunden sind,sondern auch die Verbindungen eines jeden Dies zuden externen I/Os (üblicherweise BGAs) kontrollieren.DiemeistenDesignumgebungen fürGehäuse könneneine AIF-Netzliste exportieren – eine MCM (Multi-ChipModule) -Datei, die Informationen zur Lage derAnschluss-Bumps und die BGAs in Form von x,y-Koordinaten enthält. Manchmal exportieren dieseDesignumgebungen eine Tabellenkalkulationsdatei(.csv-Datei) anstelle derMCM-AIF-Datei. Allerdingsist die AIF-Datei in dem Sinne vorteilhaft, dass ihrFormat die Beschreibung der Bump/BGA-Form (Qua-drat, Oktogon, Kreis und ähnliches) erlaubt, währenddie Tabellenkalkulationnur dieMittelpunktpositionen(x, y) der Form enthält. Die Foundry oder OSAT-Unternehmen bieten für das FOWLP einen Konnek-tivitäts-Stack der RDL-Schicht, den derGehäusedesi-gner als „golden“ betrachten kann. Diese Überprü-fung ähnelt der LVS (Layout versus Schematic) -Prü-fung im SoC-Verifikationsablauf. (jj) n


EDA-Tools


schwingungsoptimierung vonelektronikbaugruppenVerzahnung von experimentellen und numerischen Methoden

Die Zuverlässigkeitserhöhung beanspruchter Elektronikbaugruppen geht einher mit schwingungs-technischen Analysen und Optimierungen. Über die Methoden und deren Integration in denEntwicklungsprozess soll in diesem Artikel ein Überblick gegeben werden.

Autoren: Lukas Berbuer, Dominik Felsl, Dr. Norbert Rümmler

Vibrationen sind neben Temperaturlasten eine der Haup-tursachen für den Ausfall von Elektronik. Beispielswei-se werden in einer älteren Studie des US Air Force Avio-

nics Integrity Program die Schadensursachen an Bordelektronikauf 55 Prozent Temperatur, 20 Prozent Vibrationen, 19 ProzentFeuchtigkeit und 6 Prozent Verschmutzung beziffert. Dabei lässtsich schwingungsbedingtes Bauteilversagen leicht vermeiden,insbesondere dann, wenn experimentelle und simulative Ana-lyse- und Optimierungsmethoden früh in den Entwicklungs-prozess integriert werden. Aber wie? Der gesamte Prozess derSchwingungsoptimierung ist in Bild 1 aufgezeigt. WelcheMethoden dabei zum Einsatz kommen, wird im Folgendenbeschrieben – am Beispiel eines Mikrocontroller-Boards.

Messtechnische AnalysenDie Beständigkeit von Elektronik gegenüber Stößen und Vibra-tionen sowie Aussagen über die Lebensdauer werden üblicher-weise durch Schwingprüfungen und Schocktests ermittelt. Ein-gangsgrößen sindPrüfspektrenund -vorschriftennachden jewei-ligen Normen oder Prüfspektren auf Basis vonMission Profiles.Die Prüfung kann jedoch aufgrund der spätenDurchführung imSchadensfall kosten- und zeitintensive Iterationsschleifen imEntwicklungsprozess nach sich ziehen.Dies lässt sich vermeiden,indem vorab Schwachstellenanalysen an den virtuellen und phy-sischen Prototypen durchgeführt und Maßnahmen zur Opti-mierung abgeleitet werden.

Mithilfe der Modalanalyse lassen sich Bauteile in Bezug aufihre strukturdynamischen Eigenschaften, den modalen Para-metern – Eigenfrequenzen, Schwingformen (Moden) undDämp-fungen, beschreiben. Experimentell erfolgt die Modalanalyse,indem die Baugruppe an den Anbindungsstellen synthetischdurch einen Shaker angeregt wird und die Schwingungsantwor-ten an definierten Punkten erfasst werden. Aus den gemessenenÜbertragungsfunktionen zwischenAnregung undAntwort kön-nen durch Transformation die modalen Parameter extrahiertwerden.Je nach Struktur und gewünschtem Frequenzbereich kommen

unterschiedliche Messverfahren zum Einsatz. Im Bereich derElektronik eignet sich die Laser-Scanning-Vibrometrie. Dieseermöglicht hochauflösende und berührungslose Schwingungs-messungen von flächigen Bauteilenmit Schwingungsamplitudenim Nanometerbereich und Frequenzen bis etwa 1 MHz.

Bilde

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Als Entwicklungsdienstleister inden Bereichen Strukturdynamikund technische Akustik unterstütztAmitronics gerne bei allen Heraus-forderungen der schwingungstech-nischen Analysen, Schwingprüfun-gen und Schocktests, Schwach-stellenidentifikationen undBauteiloptimierungen.

eck-daten

bild 1: Optimierungsprozess.

bild 2: Messauf-bau mit shakerund Vibrometrie(links) sowie dasdefinierte, virtuel-le Messgitter(rechts).


EDA-Tools


Im Falle des Mikrocontrollers wurde die Platine über dievorgesehenen Befestigungspunkte auf dem Shaker montiertund die Schwingungen mithilfe eines Scanning-Vibrometerserfasst (Bild 2). Die Ergebnisse der Modalanalyse sind in Bild3 in Form einer Summenfunktion aller gemessenen Übertra-gungsfunktionen und den relevanten Moden dargestellt.Neben der strukturdynamischen Analyse der Baugruppe

ist das Wissen über die realen Betriebslasten essenziell füreine zielgerichtete Optimierung. Hierbei müssen insbeson-dere die größten dynamischen Belastungen sowie die Anre-gungscharakteristik hinterfragt werden: Handelt es sich pri-mär um harmonische Anregungen mit definierten, dominie-renden Frequenzen, um stochastische Anregungen oder umstoßartige, transiente Vorgänge (Bild 4), und wie hoch sinddie maximalen Beschleunigungsamplituden?Die letztendlich im Betrieb auftretenden Schwingungen

entsprechen der Überlagerung aus den vorerst unbekanntenAnregungsspektren und den aus der Modalanalyse gewon-nenen Übertragungsfunktionen. Für linear skalierte Spektren,wie in Bild 5 dargestellt, erfolgt die Berechnung des Betriebs-schwinungsspektrums durch einfache Multiplikation.Alternativ ist auch die Messung der Betriebsschwingungen

in situ unter realen Betriebslasten möglich. Zwar lassen sichso einfach und unmittelbar die realen Strukturschwingungenmessen, jedoch nur jene, die auch angeregt werden; Moden,die nicht detektiert werden, können später aufgrund vonModifikationen der Struktur (Eigenfrequenzverschiebungen)oder veränderten Betriebsbedingungen relevant und proble-matisch werden. Folglich sollten für eine nachhaltige undrobuste Schwingungsoptimierung dieMechanismen der Anre-gung sowie die des dynamischen Bauteilverhaltens getrenntbetrachtet werden.

bild 3: Ergebnisse der Modalanalyse als summenfunktionund Darstellung der Moden dominanter Eigenfrequenzen.

bild 4: charakteristik harmonischer,stochastischer, transienter Anregungenim zeit- und Frequenzbereich.

bild 5: berechnung des betriebsschwingungs-spektrums aus Anregungsspektrum undÜbertragungsfunktion.

Simulation undModellabgleichDie Simulation erlaubt die schnelle Umsetzung und Bewertun-gen von Optimierungsmaßnahmen an virtuellen Prototypenund ist damit ein wesentlicher Faktor für die wirtschaftlicheEntwicklung schwingungsbeständiger Hardware. Ausgangs-punkt ist ein Simulationsmodell, das alle relevantendynamischenEigenschaften der Elektronikbaugruppe abbildet – bestehend ausder Geometrie, denMaterialdaten sowie den Kontaktbedingun-gen zwischen den Komponenten. Die Geometrie wird über einCAD-Modell definiert oder kannmittels 3D-Oberflächen-Scansund Reverse Engineering erzeugt werden (Bild 6).Alle Eingangsdaten sind mit Unsicherheiten behaftet, daher

ist die experimentelleModell-Validierung erforderlich, spätestensdann,wenndie physischenPrototypen existieren.Hierzuwerdendiemodalen Parameter aus der experimentellen und simulativenModalanalyse verglichen und dieModellparameter so angepasst,dass Fehler minimiert werden. Zum quantitativen Vergleich derSchwingformen eignet sich das Modal Assurance Criterion(MAC). Damit können die Schwingformen aus Experiment undSimulation zugeordnet (Bild 7 ) und die entsprechenden Eigen-frequenzen (undDämpfungen) verglichenwerden.DieseAbwei-chungen werden im Rahmen des Modellabgleichs minimiert.Große Potenziale birgt die Schwingungsoptimierung bei

früher Integration in den Entwicklungsprozess, da konzeptio-

bild 6: schritte der FE-Modellierung über cAD und gegebenenfallsscandaten.


EDA-Tools


NebenSchwingungsamplitudenund -beschleunigungen, kön-nen auchDehnungen, Spannungenund – falls imMaterialmodelldefiniert – Schädigungen der gesamten Baugruppe ausgewertetwerden. ImSimulationsmodell können selbst die kleinsten,mess-technischnur schwer erfassbaren,Komponentendetailliertmodel-liert werden, um die Materialbeanspruchung, zum Beispiel vonLötverbindungen, unter realen Lasten zu berechnen (Bild 8).

Schwachstellenanalyse und OptimierungAusgehend von den Ergebnissen aus Experiment und Simulati-on können Schwachstellen identifiziert undOptimierungsmaß-nahmen abgeleitet werden. Viele Schwachstellen lassen sich aufLagerungskonzepte undungünstigeMassenverteilungen zurück-führen, beispielsweise durch: Relativbewegungen von Substruk-turen, Platzierung von Massen (zum Beispiel größere Konden-satoren) in Bereichen hoher Schwingungsamplituden, flächigeKomponenten in Bereichen großer Dehnungen (mechanischeErmüdung der Lötverbindungen), ungünstige Wahl der Lager-positionen oder starre Ankopplung an eine Erregerquelle.Abhängig vonderAnregungsart könnenunterschiedlicheOpti-

mierungsstrategien verfolgt werden. Im Gegensatz zu stochasti-schen und transienten Anregungen ist das harmonische Anre-gungsspektrumdurchdiskrete, schmale Frequenzbänder gekenn-zeichnet.WerdendieEigenfrequenzenderStruktur soabgestimmt,dass diese in Frequenzbereiche mit geringer Anregungsamplitu-de fallen, kann die Schwingungsbelastung gezielt reduziert wer-den. Diese Art der Abstimmung ist für stochastische und transi-ente Anregungen nicht möglich, da diese im Frequenzbereichbreitbandig wirken. Zu den weiteren möglichen Maßnahmenzählen Impedanzsprünge (zum Beispiel durch elastische Lage-rungen), die durch Reflexion der Schwingungen den Energieein-

bild 7: MAc-Vergleich derModen aus ex-perimentellerund simulativerModalanalyse.

bild 9: schwingformen des kompletten (oben) und verein-fachten Modells (unten) der ersten drei Moden.

bild 8: Vergleichsdehnungen ausgewählter sMD-bauteileund lötverbindungen.

nelle Maßnahmen mit großer Wirksamkeit noch einfach undwirtschaftlich umsetzbar sind. Doch in der Vorentwicklungbesteht oftmals das Problem, dass noch keine Prototypen fürexperimentelle Analysen verfügbar sind. Zudem besteht dieSorge, dass bei Entwurfsänderungen des Layouts der Optimie-rungsprozess erneut durchlaufen werden muss. Das trifft nurbedingt zu, denn bereits durch stark vereinfachte Modelle las-sen sich die globalen Schwingungseigenschaften gut approxi-mieren und damit Schwachstellen detektieren. Grund dafür ist,dass die dynamischen Struktureigenschaften durch die Mas-sen- und Steifigkeitsverteilung bestimmt werden und folglichkleine Bauteile mit geringer Masse nur wenig Einfluss auf dieglobalen Schwingungsamplituden haben. Relevant sind jeneKomponenten, die eine großeMasse besitzen und/oder verstei-fend wirken.Im Falle des gewählten Beispiels konnte ein Modell mit sehr

guter Übereinstimmung nur durch wenige Komponenten rea-lisiert werden: Der Platine als Schalenkörper, der USB- undDC-Buchse als Punktmasse sowie den Ports und dem Mikro-controller samt Socket als quaderförmige Volumenkörper (Bild 9und Bild 10).Das validierte dynamische Modell ermöglicht eine Vielzahl

von simulationsbasierten Analysen undAuswertungen. So kön-nen virtuelle Schwingprüfungen und Schocktests der Elektroniknach gewünschter Spezifikation durchgeführt und damit poten-zielle Schwachstellen noch vor der realen Prüfung identifiziertund behoben werden. Je nach Charakteristik der Betriebslastenkann zwischen Modalanalysen, harmonischen Analysen (har-monische, periodischeAnregungen), PSD-Analysen (statistischeAnregungsspektren) und transienten (stoßartige Lasten) Ana-lysen unterschieden werden.

bild 10: Vereinfachtes FE-Modell zur Abschätzung der strukturdynamischenEigenschaften in der Vorentwicklung.

EDA-Tools

autorenLukas BerbuerDominik Felslbeide Projektingenieure bei AmitronicsDr. Norbert RümmlerDr. Norbert Rümmler, Geschäftsführender Gesellschafterbei Amitronics in Seefeld bei München.


bild 11: summenspektrum für unterschiedliche Kombinationen vonstarren und elastischen lagerungselementen (Platinenhalter).

bild 12: Mögliche Optimierung durch steifigkeitserhöhungen – hierdurch ein durchgängiges Portdesign.

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trag in die Struktur reduzieren. Die Gestaltung der Lagerung hateinen großen Einfluss auf die Gesamtdynamik (vgl. Bild 11) undbietet daher viel Optimierungspotentiale. Alternativ können dieMassen- und Steifigkeitsverteilungen optimiert werden, zumBeispiel durch gezielte Versteifungender Platine (Bild 12), oder dieDämpfungdurchWahlandererPlatinenmaterialienerhöhtwerden.Letztendlich hängt dieWahl derOptimierungsmaßnahmen starkvon den jeweiligen Struktureigenschaften sowie den Einsatzbe-dingungen ab.Dahermüssen diese für den jeweiligen Fall bewer-tet und selektiert werden. Dabei steht Ihnen die Amitronics alserfahrer Dienstleister gerne zur Verfügung. ( jj) n


EDA-Tools


mehr produktivität durchweniger schnittstellen

Zuken wurden 1976 gegründet undgehört damit zu den ältestenunabhängigen EDA-Firmen welt-

weit. Das Unternehmen geht jetzt denWeg einer anwendernahen Verwaltungund Bereitstellung der erforderlichenDaten und Informationen im Rahmen derCAD-Autorenumgebung (domain), diemit deutlich geringerem Integrationsauf-wandmit der PLM- oder ERP-Ebene syn-chronisiert werden kann.Dieser Ansatz, auch als Domain Data

Management bezeichnet, adressiert einender häufigsten Gründe für das Scheiternvieler PLM-Projekte, nämlich die Imple-mentierung und Pflege der erforderlichenSchnittstellen, die sich vielfach alswesent-lich aufwendiger und kostenintensiver

darstellt als von den Beteiligten angenom-men.Die Fähigkeit, ECAD-Originaldatenzu öffnen und zu lesen, ermöglicht eineeffiziente Unterstützung von strukturier-ten Änderungs-, Konfigurations- undWiederverwendungsprozessen und ver-einfacht den Abgleich mit der PLM- undERP-Ebene.

Integration in die Autoren-werkzeugeDieDaten- undProjektsteuerungs-Umge-bung ist direkt in die Oberfläche vonZukens E³.series für die Elektrotechnikund Fluid-Konstruktion eingebunden, so-dass Entwickler Zugriff auf alle erforder-lichen Informationen erhalten, ohne ihrevertrauteUmgebung verlassen zumüssen.

autorHans JaschinskiChefredakteur elektronik industrie


DS-E3 ist eineDatenmanagement-Umge-bung für die spezifischen Anforderungender Elektrotechnik. Sie stellt allen amPro-duktentstehungs- und Fertigungsprozessbeteiligten Mitarbeitern und Lieferantenaktuelle, gültige und validierte Entwick-lungsdaten, Stücklisten und Bibliotheks-informationen zur Verfügung. Mit leis-tungsfähigen Funktionen für das Ände-rungs- und Konfigurationsmanagementbringt DS-E3 auch umfangreiche Fähig-keiten für dieUnterstützung entsprechen-der Unternehmensinitiativen mit. DieSoftware ist auf derselben Plattform auf-gebaut wie ihr Pendant für die Leiterplat-ten-Entwicklung, DS-CR, die ebenfallsdirekt in die Oberfläche der CR-8000Familie für die Leiterplatten- und System-entwicklung eingebunden ist.

Auswirkungen auf bestehendeSoftware von ZukenDS-2 wird zur Plattformtechnologie füralle Datenmanagement-Produkte vonZuken. Die Datenmanagement-Umge-bung für die PCB-Autorensysteme derCR-8000 Seriewird inDS-CRumbenanntund als Datenmanagement-Umgebungfür PCB-Entwicklungsdatenweiterentwi-ckelt. DS-E3 ist die Datenmanagement-Umgebung für die AutorenumgebungE³.series für die Elektrotechnik und Flui-dik. E3.EDMwird imSinne der bisher gül-tigen Roadmapweiterentwickelt. Die bis-herige Roadmap behält dabei völligeGül-tigkeit. Allerdings werden neuen Funkti-onen, die nicht Bestandteil der gültigenE3.EDM-Roadmap sind, nicht in E3.EDMimplementiert. Der Support für E3.EDM-Kunden wird uneingeschränkt aufrecht-erhalten.Wenn der Funktionsumfang vonDS-E3 ein äquivalenten Funktionsumfangwie E3.EDM erreicht hat, werden denE3.EDM-Kunden individuelleMigrations-pläne angeboten. Kunden, die sowohlE³.series in der Elektrotechnik, als auchCR-8000 in der Elektronikentwicklung imEinsatz haben, können ihre Daten in der-selben Umgebung verwalten. n

zuken mit neue strategie

Viele Unternehmen müssen sich zunehmend anstrengen, um diewachsende Komplexität ihrer Entwicklungsprojekte zu kontrollierenund ihre Produktivitätsziele zu erreichen. Zuken stellt dabei dasAxiom infrage, dass die Entwicklungsdaten aller an einem Entwick-lungsprojekt beteiligten Disziplinen und Gewerke notwendiger-weise in einer einzigen PLM- oder ERP-Systemumgebung gehaltenwerden müssen. Autor: Hans Jaschinski

bild 2: zuken plädiert für eine anwendernahe Verwaltung der bewegungsdaten in der Entwicklungim Rahmen der disziplinspezifischen Autorenumgebung mit schlankem Abgleich mit der PlM- undERP-Ebene.

Bilde

r:Zuk

en


EDA-Tools

Cadence hat die bestehende Zusammen-arbeit mit Mathworks erweitert und dieIntegration zwischen der Analog DesignEnvironment Produkt-Suite Virtuoso undMatlab vorgestellt. Diese ermöglicht eineschnellere Verarbeitung von großen

kenntnissen von Experten und mit Low-Level-APIs mehrere Stunden benötigtworden wäre. Jetzt kann diese Datenana-lyse entweder in einem der beiden Toolsoder aufgeteilt in beiden durchgeführtwerden. Die Kunden können somit diejeweils effizientesteMöglichkeit auswäh-len, um die Berechnungen auszuführenund die Antworten zu erhalten.AußerdemkönnenKundenderVirtuoso

ADEProdukt-Suite unddesSpectreCircuitSimulatorsnunMatlab-Skripte verwenden,umspezielleHochfrequenz-Messungenzuanalysieren. Diese Skripte können für einData-Mining nach der Simulation und fürdieErstellungkomplexerAnalyse-Grafikengenutztwerden, zumBeispiel für Konstel-lationsdiagramme zur Erkennung einerschlechten Signalqualität. (jj) n


datenaustausch- und analyse-möglichkeiten

Zusammenarbeit von matlab undvirtuoso erweitert

Datensätzen bei derVerifizierung vonHochfrequenz- undM i x e d - S i g n a l -Designs. Durch dieIntegration könnendie Entwickler vor-handene Matlab-Skripts nutzen undDatenzwischendenPlattformen Virtu-oso und Matlabaustauschen.EineDatenanalyse undeffiziente Auswer-

tung ist damit in jeder der beiden Plattfor-men möglich.Mit den Toolboxen und der Sprache von

Matlab können Entwickler komplexeDatenberechnungen erstellen und lösen,für die zuvor selbstmit den Programmier-

Virtuoso und Matlab, eine schnellere Verarbeitung von großen Daten-sätzen bei der Verifizierung von hochfrequenz- und Mixed-signal-Designs ist jetzt möglich.

Formal-basiertes rtl-signoFF

superlint und clock domain crossing appsfür Jasper goldAufgrund der immer größeren, komple-xeren Designs muss robustere IP entwi-ckelt werden, die in mehreren SoCs wie-derverwendet werden kann. Signoff-Prü-fungen, die bisher auf Ebene der Netzlis-ten-Implementierung erfolgten, müssennun während des RTL-Designs durchge-führt werden. Konventionelle statischeLint- und CDC-Tools können eine hoheQualität des RTL-Codes nicht effizientsicherstellen. Mit der Verfügbarkeit derjetzt vorgestellten formalen RTL-Signoff-Technologien von JasperGold haben Ent-wickler nun Zugriff auf umfangreichefunktionelle Prüfungen und ein formal-orientiertes intelligentes Debugging, umViolation Noise zu reduzieren, eine deraktuell größten RTL-Signoff-Herausfor-derungen. Die Superlint- und CDC-Apps

sind voll in die leistungsstarke JasperGoldVisualize Debugging-Umgebung integ-riert und nutzen eine bereits bekannte for-male Intelligenz, um die Debugging-Effi-zienz für RTL-Designs zu erhöhen.Zusätzlich beinhalten beide Apps diebestehenden formalen Fähigkeiten, umdas Waiver-Handling zu verbessern. DieEntwickler können jetzt das Signoff miteinem robusten,wiederverwendbarenundCDC-sauberen RTL-Code in der Verifika-tions- und Implementierungsphasedurch-führen.

In der Superlint-App hat Cadence kon-ventionelle RTL-Linting- und formaleVerifikationsfähigkeiten kombiniert, wel-che vollständige funktionelle Prüfungenautomatisch aus RTL ableiten. Ähnlichbietet die CDC-App einen metastabilenInjektions-Flow für eine strenge CDC-Verifikationentweder in formalenCadenceJasper Gold oder in den Xcelium ParallelSimulator-Umgebungen für ein umfas-senderes Signoff. (jj) n


Bild:

Cade

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Die superlint- und cDc-Apps verbessern die IP-Design-Qualität durchdie Reduzierung späte-rer RTl-Änderungen umbis zu 80 Prozent.

Bild:

Cade

nce


Optoelektronik


Branchenkenner gehen davon aus, dass dereuropäischeMarkt für LED-Lampen von der-zeit rund neun Milliarden Euro bis 2020 ein

Umsatzvolumen von 14Milliarden Euro erreicht. Ver-antwortlich für diese Wachstumsaussichten sind imWesentlichen drei Gründe.So gilt die LED-Technik gegenüber herkömmlichen

Leuchtsystemen bei Energieeffizienz, Langlebigkeit,

Umweltverträglichkeit undPreis/Leistungsverhältnisals weit überlegen. Außerdem etablieren immermehrBehörden Umweltrichtlinien und -vorschriften rundum Themen wie Verringerung von Schadstoffemis-sionen oder Steigerung der Energieeffizienz, die auchbei der Entwicklung von Lichtsystemen zu berück-sichtigen sind. Ferner ermöglicht die Nachrüstungbestehender Beleuchtungskörper mit LED-Technik(Retrofitting) die Nutzung moderner LEDs in kon-ventionellen Beleuchtungssystemen. Die Retrofit-LED-Lösungen sind im gleichen Format verfügbarwie die zuvor verwendeten Neon- oder Glühlampenund lassen sich in die Fassungen – zum Beispiel E14,E27 oder GU10 Bajonette-Sockel – der vorhandenenLampen und Lichtsysteme einsetzen.Anwender erhalten damit in mehrfacher Hinsicht

Vorteile, da sie bisherige Investitionen in bestehendeInfrastrukturen schützen, von denVorteilen der LED-Technik profitieren sowie gleichzeitig gesetzlicheVorgaben einhalten können. Darüber hinaus bieten

Um Retrofitting oder das nachträgliche Umrüsten von be-stehenden Beleuchtungskörpern mit LED-Technik zu er-möglichen, müssen die Hersteller von LED-Retrofits be-stimmte mechanische und elektrische Voraussetzungenerfüllen sowie nationale und internationale Standards be-achten. Um darüber hinaus flexibel und zielgenau auf ak-tuelle Marktsituationen und Kundenanforderungen re-agieren zu können, ist umfangreiche Erfahrung in derLED-Technik unabdingbar. Osram Opto Semiconductorsgeht das Thema LED-Retrofits auf seine Art an.

eck-daten

Moderne lED-beleuchtung in einem Konferenzraum.

schnell und einfach in dieled-technik einsteigenMit lED-Retrofits bestehende Installationen weiter nutzen

LED-Retrofits sind eine energieeffiziente Alternative zu herkömmlichen Leuchtmitteln undermöglichen Betreibern von Gewerbe- und Verkaufsflächen sowie von Büros und Hotels ei-nen schnellen Umstieg auf LED-Beleuchtungstechnik. Entwickler von Lichtsystemen erhal-ten mit LED-Retrofits vielfältige Möglichkeiten für ihre individuellen Beleuchtungslösungen.

Autoren: Markus Hofmann, Carolin Horst

Optoelektronik

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LEDs eine Fülle von neuen Möglichkeiten für effek-tive Raumbeleuchtung mit einer ästhetischen Insze-nierung von Waren und Produkten.Retrofit-Lösungen stellen spezifische Anforderun-

gen anHersteller und deren Produkte. In erster Liniesind diemechanischen unddie elektrischenRahmen-bedingungen von herkömmlichen Leuchtmitteln zukopieren sowie flexible gebrauchstaugliche Designsfür verschiedene Leuchten und Formate zu entwi-ckeln. Darüber hinaus sind nationale beziehungswei-se internationale Standards ebenso zuberücksichtigenwie eine Reihe von spezifischen Anforderungen improfessionellen und Consumer-Umfeld bei Energie-effizienz, Lebensdauer und Preis.Lichtsysteme für professionelle Beleuchtungsan-

wendungen benötigen insbesondere direktionaleLeuchten und lineare Röhrenapplikationen für vieleunterschiedliche Anwendungen. Langlebigkeit isthier ein entscheidendes Kriterium, da das Auswech-seln der Leuchtmittel häufig aufwendig und kosten-intensiv ist. Direktionale Leuchtenmüssen in kleinenund großen Formaten (zumBeispielMR-16 und PAR-16 sowie PAR 30 und PAR 38) verfügbar sein und inGU5.3- oderGU10-Buchsen passen. Zusätzlichmüs-sen direktionale Retrofit-LEDs die üblichen Strahl-

winkeleigenschaften (12, 24 und 36 ° und so weiter)aufweisen. Ihr Lichtstrom sollte 250 bis 800 lm beieiner Effizienz von über 70 lm/W und einer CCT-Bandbreite (Correlated Color Temperature oder kor-relierte Farbtemperatur) zwischen 2700 und 6500 Kbetragen.

130 lm/W bei 2700 bis 6500 KLineare LED-Retrofit-Leuchten, die traditionelle T5-und T8-Röhren verschiedener Längen ersetzen,müs-sen einen hohen Wirkungsgrad erreichen. In kom-merziellen Räume oder in Fabriken ist typischerwei-se eine Effizienz von 130 lm/W bei einer CCT-Band-breite zwischen 2700 und 6500Kund einemAbstrahl-winkel von über 110° erforderlich. Die Leuchten sindin der Regel mit einemG13-Bi-Pin-Sockel ausgestat-tet, wobei die Komponenten zudem die Mindestan-forderungen an Licht- und Farberhalt im Rahmentechnischer Standards, zumBeispiel TM-2, DLCPre-mium oder Energy Star, erfüllen müssen.Auf demConsumer-Markt herrscht ein hoher Preis-

druck. Omnidirektionale, direktionale und lineareRetrofit-LEDs müssen daher in erster Linie dieAnsprüchepreisbewussterVerbraucher erfüllen.CAS-Lösungen (Chip-Array-SMD) eignen sichwegen ihrer

bild 1: Die Duris-E-se-rie bedient vornehm-lich den kostensen-siblen Verbraucher-markt.

bild 2: lEDs aus derDuris-s-serie eignensich speziell fürlichtintensive Anwen-dungen.

Bilder: Osram Opto Semiconductors


Optoelektronik


autorenMarkus HofmannSenior Key Expert für Lichtmodule in derApplikationsabteilung für SSL-Anwendun-gen bei Osram Opto Semiconductors inRegensburg.

Carolin HorstExpertin für Solid State Lighting undLichtqualität in der Applikationsabteilungfür SSL-Anwendungen bei Osram OptoSemiconductors in Regensburg.


attraktivenKosten sehr gut für diesesMarktsegment.Osram Opto Semiconductors deckt sämtliche Berei-che der LED-Technologie ab – von der Materialent-wicklung über dasMischen von Leuchtstoffen bis hinzur Gehäuseherstellung. Damit kann der Spezialistaus Regensburg jederzeit flexibel und zielgenau aufalle Veränderungen von Marktbedingungen sowieKundenanforderungen reagieren. Mit seinen LED-Komponenten bietet Osram eine Vielzahl an Lösun-gen für Systementwickler,mit denen sie jede Retrofit-Anforderung ihrer Kunden erfüllen können.

Ein Systemdesign für viele EinsatzbereicheDieMitglieder der Osram-Duris-Familie stellen Sys-tementwicklern und Leuchtenherstellern LED-Opti-onen, Leistungsklassen, Lumenpakete und Außen-abmessungen zur Verfügung, mit denen sich beste-hende Installationen weiter nutzen lassen. So lässtsich ein einziges Systemdesign an unterschiedlicheEinsatzbereiche anpassen.WährenddieDuris E-Serie(Bild 1) vornehmlich den kostensensiblen Verbrau-chermarkt bedient, eignet sich die Duris P-Serie auf-grund ihrer langen Lebensdauer von bis zu 50.000Stunden besonders für professionelle Applikationen.LEDs aus der Duris S-Serie (Bild 2) eignen sich spe-ziell für lichtintensive Anwendungen.Ausschlaggebend für die Langlebigkeit und die

vielseitigen Anwendungsbereiche der LEDs ist dasZusammenspiel ihrer technologischenEigenschaften.Während bestimmte Materialien die verschiedenenWellenlängen des Lichts bestimmen – zum BeispielInGaN (Indium-Gallium-Nitrid) für blaues oder InG-aAIP (Indium-Gallium-Aluminium-Phosphid) fürgelbes und rotes LED-Licht – ist die Anordnung derChips entscheidend für die Lichtabgabe.LEDs auf Basis oberflächenmontierter Bauelemen-

te lassen sich parallel oder in Reihe geschaltet aufLeiterplatten löten odermittels Chip-on-Board-Tech-nologie direkt auf das Trägermaterial auftragen. Dieserzeugt ein homogenes Lichtmit hoher Intensität. DieQualität,Widerstandsfähigkeit und Verarbeitung derLeitermaterialien – insbesondere des Bonddrahts ander Kathode – sorgen für die notwendige Robustheitund maximale Stromleitfähigkeit. CAS-Lösungenwie Duris S8 und Duris S10, setzen in punkto Kom-paktheit neue Maßstäbe im Bereich professionellerLichtlösungen für den Innenbereich und ermöglichenLeuchtenherstellern die Entwicklung direktionalerLampen über eine einzige Lichtquelle.Konverter und wärmewiderstandsfähige Leucht-

stoffe unterstützen zusätzlich die Leuchtstärke derLEDs und erweitern das ursprünglich schmalbandi-ge, blaue Lichtspektrum, was weißes LED-Licht inverschiedenen Farbtemperaturen ermöglicht. Licht-farben und Farbtemperaturen bis 3000 K erzeugeneinwarmes, wohnliches Licht, während die häufig in

Büros eingesetzte Tageslicht-Atmosphäre ab etwa4000 K erzielt wird.Je nach Einsatzbereich lassen sich LEDs mit einer

zusätzlichen optischen Linse versehen, die das Lichtvom Chip und Konverter einkoppelt und es dann andie Umgebung abgibt. Das Material der Optik lässtsich individuell auf das Einsatzumfeld abstimmen,um resistent gegen Feuchtigkeit, mechanische Belas-tung oder Chemikalien zu sein. Einweiterer, elemen-tarer Faktor für die Lebensdauer von LEDs sind derenKühlung sowie der thermischeWiderstand. Entschei-dend ist das Design der Leiterplatte und des Lötpads.Je wärmeleitender die Fläche des Pads, desto besserdie Kühlung. Gehäusematerialien beziehungsweiseGrundsubstrate aus Keramik oder Kunststoff verbes-sern hingegen die thermische Stabilität. Darüber hin-aus lässt sich das gesamte LED-Modul mit passivenKühlkörpern oder aktiven Kühlsystemen ausstatten.

EnormesMarktpotenzialOb als Premium-Hochleistungsmodell mit erhöhterLebensdauer oder als Retrofit-Lampe für preisbe-wussteKonsumenten sind LED-Lösungenmit Eigen-schaftenwie hohe Energieeffizienz und niedrige Feh-lerquote heute bei Preis und Leistung gegenüber tra-ditionellen Leuchtmittelnmehr als wettbewerbsfähigund bieten gerade mit dem Retrofitting-Konzept einenormes Marktpotenzial für Lichtsystemdesigner.Aufgrund seiner jahrzehntelangen Erfahrungen

bei unterschiedlichen LED-Typen ist es OsramOptoSemiconductors gelungen, ein enormesMarktpoten-zial freizusetzen.Undmit Smart Lighting steht bereitsder nächste Trend auf dem LED-Markt in den Start-löchern: Leuchtenmit roten, grünenundblauenLEDserlauben flexible Farbvarianzen je nach Präferenz desAnwenders, während intelligente Sensoren undModule eine gezielte Helligkeitssteuerung ermögli-chen. Auch Leuchtkörpermit Remote-, Infrarot-, Blu-etooth- oder Internet-Anbindung sind im Zeitaltervon Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge längstkeine Zukunftsvision mehr. (hb/ah) n


Speziell für die LED-Technologie hältSchurter robuste träge und flinke SMD-Sicherungenmit einemhohenAusschalt-vermögen von bis zu 1500 A bereit. Ameinfachsten und sichersten lässt sich derPrimärschutz durch eine Schmelzsiche-rung lösen. Eine solche Sicherungbenötigteinen hohen I2t-Wert, damit sie bei Ein-schaltspitzen nicht auslöst. Aber siebraucht auch ein hohes Ausschaltvermö-gen, umdenStromkreis beispielsweise beieinemKurzschluss sicher zuunterbrechen.

Weiter ist eine kompakte Bauformwichtig. Schließlichmüssen Sicherungen für denPrimärschutz von LED-Lampen auch bei langen Betriebszeiten und hohen Tempe-raturen zuverlässigen Schutz garantieren. Schurter erfüllt genau diese Anforderun-gen mit den SMD-Sicherungen UMT 250, UMF 250 und UMT-H optimal: Sie sindsehr robust gegenüber hohen Einschaltspitzen dank ihrer trägen und flinken Cha-rakteristiken, einem hohen I2t-Wert und einem hohen Ausschaltvermögen von biszu 200 A bei der UMT 250/UMF 250 und 1500 A bei der UMT-H. (jj) n


ausschaltvermögen bis 1500 a träge und Fl ink

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abmessungen von nur 13,5 mm x 13,5 mm x 1,42 mm

dc-led-treiber für16 und 24 WSeoul Semiconductor hat besonders kleineDC-LED-Treiber mit Phase-cut und einerzehnmal höheren Leistungsdichte im Ver-gleichzuherkömmlichenLED-Treibernent-wickelt.Die Produkte derNanodriver-Seriesindmit einer Breite von 13,5mmnach Fir-menangaben die derzeit weltweit kleinstenDC-LED-Treiber. Sie sind in vier Versionenerhältlich, mit einer Ausgangsleistung von16 W und 24 W für den Betrieb von LED-Beleuchtung,währenddieEingangsleistungbei 120 V oder 230 V (50 bis 60 Hz) liegt.Darüber hinaus wird Seoul in absehbarerZeit seineMicrodriver-Seriemit Treibern für LED-Leuchten von 900 bis 2400 Lumenvorstellen. Die LED-Treiber haben typische Effizienzen von 85 Prozent sowie einenLeistungsfaktor von <0,9 und sind auf einen Einschaltstrom von kleiner 300mA aus-gelegt. Sie haben einen Überhitzungsschutz, der bei 160 °C einsetzt. (jj) n


Die lED-Treiber haben Abmessungen vonnur 13,5 mm x 13,5 mm x 1,42 mm.

Bild:

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Optoelektronik


leds mit positiver Wirkungauf die menschliche konzentrationRetrofit-lED-lampen simulieren das sonnenlicht

Retrofit-LED-Lampen mit E27-Fassung von Eurolighting erzeugen ein dem Sonnenlicht ähnliches Lichtspekt-rum und wirken sich damit positiv auf den Biorhythmus des Menschen aus. Nun wurden sie auch an Proban-den hinsichtlich Konzentrationssteigerung am Arbeitsplatz getestet.

Einige Wellenlängen des Sonnenlicht-Spekt-rums wirken sich deutlich auf die Augen unddie menschliche Haut aus und vertreiben bei-

spielsweise Ermüdung oder wirken anregend. Eben-so vermindern sie die Anfälligkeit für Depressionenund helfen insbesondere älteren Menschen beimLesen kleiner Buchstaben. Das von weißen Leucht-dioden erzeugte Lichtspektrum weicht jedoch vomLichtspektrum der Sonne erheblich ab. Seit langem

wird deshalb daran geforscht,Leuchtquellen zu entwickeln,die dem Sonnenspektrum sehrnahe kommen. Die neuenLED-Leuchtmittel von Euro-lighting machen sich die neu-esten Forschungsergebnissezunutze, die ergeben haben,

dass sich der durch die Sonne vorgegebene Biorhyth-mus desMenschen auch künstlich erzeugen lässt. Sosimulieren die LEDs nundas Sonnenlicht in geschlos-senen Räumen, ob in der Wohnung, am Arbeitsplatzoder in Gesundheitseinrichtungen.Durch die Verwendung verschiedenartiger Leucht-

dioden produzieren die LED-Lampenmit einemCRI

von 91,8 ein Sonnenlicht-ähnliches Spektrum. Demnormalen Lichtspektrum weißer Leuchtdioden wer-den dafür die Wellenbereiche zwischen 496 bis 500nm, die demblau-grünen Bereich entsprechen, sowie620 bis 650 nm entsprechend dem roten Bereich hin-zugefügt. Das verbessert sowohl die Erkennung vonFarben sowie die Farbsättigung und beeinflusst denBiorhythmus des Menschen positiv.

An Probanden getestetUmdie positiveWirkung der Sonnenlicht-ähnlichenLED-Technologie zu überprüfen, hat Eurolightingnun das LED-Leuchtmittel Lumi green A60 an Pro-banden hinsichtlich Konzentrationssteigerung unddamit verbundenerMotivation amArbeitsplatz getes-tet. Insgesamt 25 Testpersonen unterschiedlichenAlters und Geschlechts haben dafür an einer Ver-

Neue LEDs von Eurolighting simulieren das Sonnenlichtin geschlossenen Räumen. Dies beeinflusst den Biorhyth-mus des Menschen sehr positiv, was bereits an Proban-den getestet wurde.

eck-daten

LED-Lampen simulie-ren ein Sonnenlicht-

ähnliches Spektrum ingeschlossenen Räumen.

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Optoelektronik


Bilde

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suchsreihe teilgenommen. In ihrem gewohntenArbeitsumfeld sollten sie bürotypischen Aufgabennachgehen, wie Lesen und Schreiben am Computersowie auf Papier. Als einzige SchreibtischbeleuchtungkamdieLED-BirneA60 zumEinsatz, die dank zusätz-licher Leuchtdioden wesentliche Verbesserungen imblauenund rotenBereich des Lichtspektrums aufweistund damit dem Sonnenlicht sehr nahe kommt.Nach über 60 Minuten wurden die Ergebnisse des

Tests per Fragebogen festgehalten. Sie zeigten, dassder Einsatz der LED-Birne A60 eine konzentrations-steigerndeWirkung auf einenGroßteil der Probandenhatte. 76 Prozent der Testpersonen empfanden dasLicht als „fördernd“ beziehungsweise „sehr fördernd“hinsichtlich ihrer Konzentration, nur 24 Prozenterkannten keinenUnterschied. Zudemwurde von 80Prozent der Teilnehmer eine motivierende Wirkungdes Lichts auf das Arbeitsverhalten bemerkt, lediglich20 Prozent nahmen hier keine Änderung wahr. Umdie Resultate weiter zu untersuchen, führt das Unter-nehmen derzeit Dauertests in 30 bis 50 unterschied-lichen Haushalten durch. Diese Tests sind für ein

halbes Jahr angesetzt undwerden anschließendmit-tels Fragebogen ausgewertet. Ein Vergleich der ver-schiedenen Lichtspektren ist in den Bildern eins bisdrei dargestellt. (ah) n

Der Artikel beruht auf unterlagen von Eurolighting.

bild 1: Farbspektrum der sonne.

bild 2: Typisches spektrum von weißen standard-leuchtdioden.

bild 3: lED-lösung von Eurolighting: Dem sonnenlicht angenäherteslichtspektrum, führt zu einer wesentlichen Verbesserung im blauenund roten bereich.

bild 4: gegenüber-stellung der lumigreen A 60 lED (links)und einer vergleich-baren lED-lampe ei-nes anderen herstel-lers (rechts): Deutlichist die bessere Farb-wiedergabe zu erken-nen, rechts wirken dieFarben eher blass.

3

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Optoelektronik


oleds in betrieb nehmenOhne controller und Netzteil geht nichts

Displays auf der Basis von organischen Leuchtdioden (OLEDs) sind flach, leicht, hell, homogen undfarbtreu. Sie eignen sich somit für eine Reihe von ganz unterschiedlichen Anwendungen. Über dieMöglichkeiten des Einbaus sowie die Voraussetzungen zur Inbetriebnahme dieser Leuchtmittel derZukunft informiert dieser Beitrag.

UmOLEDs in Betrieb nehmenundeigenen Vorstellungen entspre-chend ansteuern zu können, sind

spezielle Netzteile und Controller, zumBeispiel von Hema, erforderlich. DasUnternehmen bietet schon seit längeremController für LED-Leuchten undOLEDsan, die sich beispielsweise zur Qualitäts-sicherung in der industriellen Bildverar-beitung nutzen lassen.Denn für die Inspektion von Produkten

mitKameras oder für dieMikroskopie sindhomogen beziehungsweise flächig ausge-leuchtete Hintergründe unabdingbar –genau die richtige Aufgabe für OLEDs.

Anwendungsbeispiel MöbelstückFalls Anwender ein OLED in eine Fläche,einMöbelstück oder eine Leuchte einbau-en und die flache Bauform beibehaltenmöchten, darf nur ein dünnes Kabel zurOLED führen. Controller undNetzteil zurAnsteuerung undVersorgung desOLEDslassen sich an einer anderen Stelle desAufbaus besser unterbringen. Soll die

Anwendung mehrere dimmbare OLEDsenthalten, ist ein Regler erforderlich.In diesem Fall kann der Aufbau folgen-

dermaßen aussehen. Einerseits eine Ein-heit mit geringen Abmessungen, die sichunauffällig an einer anderen Stelle ver-steckt befindet. Dies kann die Halterung,der Standfuß oder eine Stelle am Möbel-stück sein. Der Aufbau des Controllers istso flach, dass er die Gesamthöhe desOLEDkaum stört. Die rückwärtige Abde-ckung dient als Träger für Leitungen undBauteile. Im montierten Zustand hat derAnwender nur die Leuchtfläche mit zweiDrähten und eventuell einem flachen ein-gebetteten Dimmschalter vor sich.Der Controller von Hema steuert bis zu

vier OLED-Einheiten gleichzeitig an undermöglicht es, sie zu dimmen. OLEDsbenötigen einen geregelten Konstant-strom, der je nach Fabrikat und Typ unter-schiedlich sein kann. Durch die Alterungder OLEDs erhöht sich ihr statischerWiderstand,was bedeutet, dass dieOLEDbei gleicher Spannung dunkler würde.

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Eine Stromregelung kann diesen Effektausgleichen, da die Helligkeit der OLEDproportional zum Betriebsstrom verläuft.Als wichtige Eigenschaft muss ein

OLED-Controller Strom-undSpannungs-spitzen vermeiden, da diese die OLEDbeschädigen könnten. Ebenso muss derTreiber sauber ein- und ausschalten.Defekte OLEDs neigen zu einem kurz-schlussartigen Verhalten. Das muss derController berücksichtigen und absichern.Je nach Anzahl der OLED-Einheiten

werden OLED und Controller mit 24 Vund mindestens 500 mA versorgt. DasDimmenderOLEDs übernimmt der Con-troller mithilfe eines Potentiometers. Beieiner Einbauleuchte lässt sich ein Dimm-schalter verwenden, der sich an einer pas-senden Stelle befindet. (hb/ah) n

Der Text beruht auf unterlagen von hema.


Aus vier Einheiten bestehendesDisplay auf OlED-basis mit con-troller, Netzteil und Anschluss-kabeln.


Optoelektronik


verbesserter Wirkungsgrad in led-streiFen

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sowie Abdeckung als Berührungs-

ø 47 mm und 70 mm5 W / 10 W / 15 W / 20 W / 30 W2700 K / 3000 K / 4000 K

euroLighting GmbH · Hauptstraße 56 · 72202 Nagold (Germany)

T +49 (0)74 52 60 07-16 · F +49 (0)74 52 60 07-8966

[email protected] · www.eurolighting.de

Die Konstantstromregler BCR401U, 402U und 405U vonDio-des eignen sich für lineare 12-V- und 24-V-LED-Stränge undbenötigen nur eine 1,4-V-Versorgung. Es wird eine Regelungmit ±10 Prozent erreicht und es sind voreingestellte Optionenmit 10 mA (BCR401U), 20 mA (BCR402U) und 50 mA(BCR405U) verfügbar, die auf bis zu 100mAangepasstwerdenkönnen. Der BCR40xU liefert einen geregelten Strom übereinen breiten Versorgungsspannungsbereich von 1,4 V bis40 V und toleriert Spannungsspitzen sowie LED-Kurzschlüs-se im Strang, wobei die LED-Helligkeit und Lebensdauerbeibehaltenwird. Außerdem ist ein Parallelbetrieb des Reglers

möglich, um Anwendungen zu unterstützen, die mehr als 100mA Strom benötigen. Die LED-Helligkeit kann über Pulsbrei-tenmodulation (PWM) geregelt werden, die ein Tastverhältnisvon kleiner ein Prozent bei 25 kHz aufweist. (jj) n


high-poWer-led mit grösserem chip und verbessertem lichtstrom

Wachstumsförderndeled-beleuchtung von pflanzenAuf der diesjährigenLightfair in Philadelphia (USA) stellteOsramOpto Semiconductors einen LED-Prototyp zur wachstumsför-dernden LED-Beleuchtung von Pflanzen vor: die Oslon SquareHyper Red. Die 2-W-LED bietet jetzt in dritter Generation fürdie LED-Beleuchtung eine verbesserte Abstrahlcharakteristik,höhere optische Leistung sowie eine hoheKorrosionsbeständig-keit – dadurch lassen sich Systeme für die Pflanzenbeleuchtungmit dieser LED noch wirtschaftlicher gestalten. Pflanzen benö-tigen für ihr Wachstum in erster Linie Wasser und Licht. Durchden Einsatz von Leuchtdiodenmit unterschiedlichenWellenlän-gen steuert der Menschmittlerweile gezielt die einzelnen Stadi-en des Pflanzenwachstums. Mit einer Wellenlänge von 660 nmstimuliert der Prototyp derOslon SquareHyper Red zumBeispieldas Blütenwachstum. Im Zusammenspiel mit Versionen in deepblue (450 nm) und far red (730 nm) deckt die Oslon-Familie dasgesamte Spektrum des Pflanzenwachstums ab.Im Prototyp der High-Power-LED ist ein Chip mit einer Grö-

ße von 2mmx2mm integriert. Es konnte ein typischer Lichtstrom

von 905 mW mit einerLichtausbeute von 60Prozent bei 700 mA undeiner Betriebstemperatur von25 °C erzielt werden. Verglichen mitder aktuellenOslon SSL entspricht daseiner Verbesserung von 13 Prozent inBezug auf den Lichtstrom und 25 Pro-zent bei der Lichtausbeute. DerAbstrahlwinkel beträgt 120°.Durch das identische Footprintmit den bestehendenVarianten

der Oslon SSL, ist ein einfacher Austausch möglich. Der Wech-sel bietet für die LED-Beleuchtung zwei Vorteile. Zum einen istdie neue High-Power-LED leistungsfähiger als ihre Vorgänger.Zum anderen ersetzt eine Oslon Square Hyper Red zwei derbisherigen Oslon SSL. (jj) n


Die lED-Treiberwerden imsOT26-(sc74R-)-gehäuse ausge-liefert und sindpinkompatibelzu anderenTreibern.

Die 2-W-lED Oslon squarehyper Red mit verbesser-ter Abstrahlcharakteristik,höher optische leistungund hoher Korrosionsbe-ständigkeit.

Bild: Osram Opto Semiconductors

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Optoelektronik

horticulture lighting alsinnovative led-anwendunglED-beleuchtung nicht nur für Mensch und Tier, sondern auch für Pflanzen

Das künstliche Pflanzenlicht ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen der Biologie und derLichttechnik. Dieser Beitrag gibt einen Überblick, was das Wunschlicht der Pflanzen von dem Lichtunterscheidet, bei dem wir Menschen uns im Alltag wohlfühlen und produktiv unsere Tätigkeitenausüben können. Autor: Kai Klimkiewicz

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Optoelektronik

Licht gehört zum Leben. Unsere Natur lässt füralle klimatischen Bereiche und für unter-schiedliche Lichtniveaus die dafür optimal

ausgerichteten Pflanzen wachsen. Doch wir mögennicht nur Pflanzen und Erträge aus unserer Region.Gernemöchtenwir Pflanzen auswärmeren und son-nenverwöhnteren Bereichen auch in unseren Breitenhaben. Es besteht also Bedarf, mit künstlichem Lichtdas nicht umfassende Tageslichtniveau zu kompen-sieren, damit die Pflanzen – vor allemNutzpflanzen– ordentlich und ertragreich wachsen können.

PAR-Wellenlängenbereich für PflanzenPflanzen haben ihre eigenen Bedürfnisse. Als ele-mentarer Wellenlängenbereich ist der sogenanntePAR (Photosynthetically Active Radiation; Deutsch:photosynthetisch aktive Strahlung) die Basis. DasLicht aus diesem Bereichwird als PPF (Photosynthe-tic Photon Flux, Einheit: µmol/s) bezeichnet und istsomit das Pedant zum Lichtstrom unserer Augen-empfindlichkeitskurve (Einheit: lm, Lumen).Die für Pflanzen resultierende Effizienz PPF/W

(Einheit: µmol/J) ist auch vergleichbar mit dem vom

Gibt es nicht genug Tageslicht, lässt sich dies durch einekünstliche Beleuchtung mit LEDs kompensieren. Es wirdkünftig entsprechende Leuchten geben, die Mensch undPflanze beglücken. Mancher möchte eine Orchidee oderandere wertvolle Pflanzen an einem Ort stehen haben,der nicht genug Tageslicht liefert. Gleiches gilt beispiels-weise für den Rasen eines Sportstadions, der durch dieAbschattung der Tribünen nicht ausreichend Tageslichtbekommt. In all diesen Bereichen können LEDs wirkungs-volle und effiziente Lösungen bieten.

eck-daten



Optoelektronik


Menschen empfundenen Lumen/Watt (lm/W). BeideGrößen betrachten jeweils das freigesetzte Licht inBezug auf die eingebrachte elektrische Leistung.Eine weitere Messgröße ist die PPFD (Photosyn-

thetic Photon Flux Density, Einheit: µmol/m²s), ver-gleichbar mit der Beleuchtungsstärke (Einheit: lux).Hier ist entscheidend, wie gut und gleichmäßig dieBewertungsfläche ausgeleuchtet wird.Außerdem gehört der DLI (Day Light Integral) zu

den wichtigsten Parametern. Das Day Light Integralbeschreibt die PPFD, bezogen auf einen 24-Stunden-Tag. Dies ist somit die tägliche Lichtdosis, die auf einePflanze einwirkt.

Das richtige Licht-MenüDie genaueZusammensetzung des Spektrums inner-halb des erläuterten PAR-Bereichs ist je nach Pflanzeunterschiedlich. Die optimale Zusammensetzung istmeist ein streng gehütetes Geheimnis der speziali-sierten Firmen, die entsprechende Beleuchtungslö-sungen entwickeln. Ähnlich verhält es sich beimKochenmit ausgewähltenZutaten. Ein versierterKochzaubert ein traumhaftes Menü daraus, während einuntalentierter Koch die Zutaten nicht richtig einzu-setzen weiß und daher nicht ihr volles Aroma undPotenzial ausschöpft. Zudem gibt es verschiedeneKonzepte für die jeweiligen Mischungen.Gerade für landwirtschaftlicheGewächshäuser, in

denen zumBeispiel Salat, Tomaten oderGurken ange-pflanzt werden, wird oft eine simple Anordnung vonRot mit 660 nm (zirka 93 Prozent) und Royalblau mit455 nm (etwa 7 Prozent) genutzt, um die Spektrender Chlorophylle A und B anzusprechen, die dasPflanzenwachstum verantworten. Diese Mischungist zwar produktiv, aber in dem lila Licht, das aus RotundRoyalblau entsteht, könnenMenschennicht arbei-ten und schon gar nicht die Qualität der Pflanzenbewerten. In großen Produktionsbetrieben laufen die

Pflanzenwährend ihrerWachstumszeit auf endlosenmäanderförmigen Fließbändern durch einGewächs-haus. Schließlich kommen sie zur Ernte in ein sepa-rates Gebäude, in demmenschenfreundlichesWeiß-licht das Bewerten und Ernten der Pflanzen ermög-licht. Dies ist ein sehr minimalistischer Ansatz, derumstritten ist, da viele Experten weitere Teile desLichtspektrums relevant für gesunde und ertragreichePflanzen halten.Experten bevorzugen Lichtmischungen auf Basis

eines Weißlichts, mit hoher Farbwiedergabe, die einumfassendesund tageslichtähnlichesSpektrumbieten.Hierzu werden teilweise verschiedene Farbspektrengemischt. An diesem Punkt kommt ein großer Inno-vationsvorteil der LED-Technik zum Tragen. Im Ver-gleich zu den konventionellen Lampen mit fest defi-niertem Spektrum, lassen sich flexible und konfigu-rierbare Systeme mit verschiedenen LEDs aufbauen.Die Pflanzenleuchten können damit für die unter-schiedlichen Pflanzen und deren Wachstumsphasenoptimal ausgesteuertwerden. Es laufen umfangreicheForschungen in der Wissenschaft und der Industrie,aus denen sicherlich nochweitergehende Erkenntnis-se und Innovationen hervorgehen werden.

LED-Vorteile für die PflanzenbeleuchtungDurchLEDs ergeben sich vielseitigeVorteile undneueMöglichkeiten für die Pflanzenbeleuchtung. Nebenden erläuterten flexibleren Spektren, sind auch diedynamischen Anpassungen sehr hilfreich, um vorallem im Gewächshaus über eine moderne Sensorikgezielt das Tageslicht auf einen gewünschtenWert zukompensieren. Das bedeutet, die Pflanzen erhaltengenau das gewünschte Beleuchtungsniveau unddadurch kann die benötigte Energie auf einMinima-les reduziert werden. Es gibt auch Konzepte, nachdenen zumBeispiel je nachNachfrage dasWachstumdesGemüses beschleunigt oder etwas verzögertwird.Aufgrund der kompakten Bauformender LEDs und

des breiten Leistungsklassen-Portfolios, lassen sichdie verschiedenen Leuchten als Strahler unter derDecke oder als Lichtleisten zwischen den Pflanzen,zur besseren Ausleuchtung der unteren Pflanzentei-le, anbringen. Des Weiteren ist die extrem langeLebensdauer ein sehr entscheidender Vorteil.

Maximale Flexibilität für PflanzenstandortPflanzenbeleuchtung bekommt durch die moderneLED-Technologie viele neueMöglichkeiten.Hierwirdes nach derAllgemeinbeleuchtung eineweitere Revo-lution durch die Halbleiterbeleuchtung geben. Wirhaben oftmals Gelüste nach Obst und Gemüse, dasnicht zur aktuellen Jahreszeit passt oder nicht in unse-rem Klima wächst. Es ist eine gute Option, diesePflanzen im Gewächshaus mit entsprechenderLichtoptimierung wachsen zu lassen. Dadurch kann

PAR-Wellenlängenbe-reich, der maßgeblichfür das Pflanzenlichtrelevant ist. In derMitte ist zum Ver-gleich die Augenemp-findlichkeitskurve(lumens) des Men-schen eingezeichnet.


Optoelektronik


autorKai KlimkiewiczField Application Engineer Central Europebei Cree Europe


spektren verschiedener weißer lEDs (am beispielder cree Mhbb) mit 3000 K, 4000 K und 5000 K.Die Tabelle zeigt neben den Wellenlängen der ein-zelnen Farbbereiche die Verteilung des photosyn-thetischen und des radiometrischen lichtstromsüber die Wellenlängenbereiche.

die Ökobilanz optimiert werden, da die Ware nichthalbroh geerntet und durch ganz Europa oder gar umden Erdball zu uns gebracht werden muss. Es gibtviele Überlegungen, die Bereiche Pflanzen- und All-gemeinbeleuchtung zu kombinieren. In einer Hotel-lobby oder anderen High-Bay-Bereichen sind Pflan-zen sehr hilfreich für eine gute Atmosphäre durchbesseres Klima, für das Erscheinungsbild oder alsSchallschlucker. (jj) n

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NEU:


NRW-Special


Düsseldorf

Duisburg

Pulheim

Issum

NettetalViersen

Elektro-Automatik

elektronik-valley bislittle tokiobranchenreport Nordrhein-Westfalen

Rauchende Fabrikschlote, malochende Kohlekumpel – wer mit Nord-rhein-Westfalen Industrieromantik verbindet, übersieht einen lebendi-gen, hoch innovativen Wirtschaftsstandort. Auch die Elektronikindustrieist in einer erstaunlichen Breite vertreten. Autorin: Therese Meitinger

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Die Zahlen sprechen für sich: Rund 646 Milliarden Eurohaben Unternehmen zwischen Rhein und Ruhr lautWeltbank 2015 erwirtschaftet – das sind 21,3 Prozent des

deutschen oder 4,4 Prozent des gesamteuropäischen BIP. Keinanderes Bundesland erzielte einen höheren Anteil. Neben Kon-zernen haben viele mittelständische Unternehmen und „HiddenChampions“ in Nordrhein-Westfalen ihren Stamm- oder Haupt-sitz. Zu diesen wenig bekannten Marktführern zählen auch Fir-men der hiesigen Elektroindustrie: Besonders stark ist die Regionin der Licht- und Installationstechnik aufgestellt, darüber hinausspielt die Automatisierung eine gewichtige Rolle. Laut ZVEI ist dieBranche der drittgrößte Industrie-Arbeitgeber im Bundesland. Sobeschäftigten im Jahr 2015 1100, überwiegend mittelständischgeprägte Elektrounternehmen 155.000Arbeitnehmer. Der Exportist dabei unverzichtbarer Motor, denn 16,6 der insgesamt 33 Mil-liarden Euro Jahresgesamtumsatz stammen aus dem Ausland.

Wirtschaftsfaktor FamilienunternehmenTrotz aller Internationalität ist die nordrhein-westfälischeWirt-schaft geprägt von der unternehmerischen Initiative einzelnerFamilien. Laut einer Studie des BDIwaren 2016 diemeisten deut-schen großen Familienunternehmen in Nordrhein-Westfalenansässig, 1195 insgesamt. Eines ist der Bauelemente-DistributorSchukat Electronic aus Monheim am Rhein. 1964 von Hans-Georg Schukat gegründet, wird das rund 145 Mitarbeiter zäh-lendeUnternehmen aktuell von der zweitenGeneration geführt.

Die Geschwister Bert,Georg und Edith Schukathaben sich vorgenommen,2017 zum erstenMal in der Fir-mengeschichte die Umsatz-schwelle von100MillionenEurozu durchbrechen. „Wir setzenalleinauforganischesWachs-tumund investieren noch-mals in weitere Ver-triebsspezialisten“,erläutert Vertriebs-leiter Axel Wieczo-rek die Wachstums-strategie. „Zugleichbauen wir unserenBereich Business Deve-lopment aus.“ Zudem sollder Bau eines komplettautomatisierten Lagerszusätzlichen Stauraum brin-gen. Platz wird auch für denAusbau des Portfolios benötigt:2017 soll unter anderemdasPower-Supply-Programm kontinuierlicherweitert werden.

Die geschwister schukat führen ihre Distributionsfirma als Familienunternehmen – typisch für NRW.


NRW-Special


Hamm

Dortmund

Werne Lippstadt

Halver

Detmold

Espelkamp

Bünde

Eineweitere Familien-firma feiert in diesem Jahr

Jubiläum: Seit 70 Jahren istVerbindungstechniker Harting

2017 auf der Hannover Messe ver-treten und gehört damit dem exklusiven Klub der noch immeraktiven Besucher der ersten Stunde an. Noch länger, seit ihrerGründung 1945, ist die Firma Nordrhein-Westfalen verbunden.InMindenwurden zunächstAlltagshelferwieWaffel- oder Bügel-eisen hergestellt, die MitgründerinMarie Harting schon einmalper Fahrrad auslieferte und gegen Brot eintauschte. 1950 ließen

sichDietmar undMarieHarting im ostwestfälischen Espelkampnieder, bauten Firma und Stammsitz sukzessive aus. Durch dieJahrzehnte änderte sich nicht nur die Produktpalette vonMusik-boxen hin zu Zigarettenautomaten und Steckverbindern. Auchin der Chefetage übernahmen Jürgen und Dietmar sowie des-

sen Ehefrau Margit Harting das Ruder. Nun steht die dritteGeneration – Philip F.W.Harting undMaresaW.M.Har-

ting-Hertz – einem internationalenUnternehmen vor.

Ein unterschätzter Industrie-Standort:Das Elektronik-ValleyDer auf den ersten Blick beschaulich anmutendeLandkreis Lippe beheimatet einen bedeutendenIndustriestandort: Das Elektronik-Valley, auch„Klemmen-Valley“ genannt, beschreibt einen Radi-us von rund 70 Kilometern, in dem dasGros der welt-

weit verwendeten Reihenklemmen und Steckverbinderhergestellt wird. „Nach demKrieg verlegtenmehrere Elek-

trotechnik-Unternehmen ihren Standort aus anderen Städtennach Lippe, da derGebäudebestand hier noch relativ intakt war“,sagt Horst Kalla, Fachpresse-Referent von Weidmüller. Hinzukamdie gute Verkehrsanbindung. Sowagte neben Phoenix Con-tact auch dieWeidmüller-Gruppe einenNeuanfang in der Regi-on – 1948 zog die Firma von Chemnitz nachDetmold, und blieb.2016 erzielte das Elektrotechnik-Unternehmen einen Umsatz

von 680 Millionen Euro. Von den insgesamt 4500 Mitarbeiternarbeiten rund 1800 in Detmold, wo nicht nur die Produktent-wicklung und Teile der Fertigung beheimatet sind, sondern vonwo aus auch die weltweiten Aktivitäten gesteuert werden. Dieweltweite Aufstellung für das Unternehmenmit einemUmsatz-Auslandsanteil von 78,4 Prozent zentral, vor allemChina hat sichzuletzt zum bedeutenden Absatzmarkt entwickelt. Anfang desJahres etablierteWeidmüller einenGeschäftsbereich, derMaschi-nen- undAnlagendaten erfassen,mittels intelligenter Verfahrenauswerten undAnomalien aufdecken soll. InDetmold begannendie Bauarbeiten zumneuen Customer& Technology Center, dasglobaleMitarbeiter-Vernetzung vorantreiben und technologischeKompetenzen bündeln soll. „InNordrhein-Westfalen investierenwir in die Standortsicherung“, erklärt Kalla. „Aktuell suchenwirzum Beispiel nach einem geeigneten Ort, um unseren Automa-

Im Kreis lippe ist ein wenig bekannter Industriestandort beheimatet: das sogenannte Elektronik-Valley. hier entsteht ein großer Teilder weltweiten Verbindungstechnik wie zum beispiel von Weidmüller.

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NRW-Special


tisierungsbereich auszubauen.“„Viele verbindenmit Nordrhein-Westfalen Köln, Düsseldorf unddas Ruhrgebiet“, sagt Berni Lörwald vomAutomatisierungstech-nik- und Elektrotechnik-Hersteller Phoenix Contact. „Ostwest-falen-Lippe fällt in der öffentlichen Wahrnehmung manchmaletwas ab.“ Doch genau dort, genauer gesagt, in Blomberg, hatder „Weltmarktführer mit mittelständisch geprägter Unterneh-menskultur“, der jährlich um die 2 Milliarden Euro umsetzt,seinen Stammsitz.Während flexible Arbeitszeiten, eine betrieb-licheGesundheitsförderungmit Sportangeboten oder vielfältigeWeiterbildungsangebote Fachkräfte ansprechen sollen, bietet dieUnternehmensgruppe auch in acht technischen Berufen ein dua-les Studium an. Elektrotechniker in spe können nach vier Jahrenan derHochschuleOstwestfalen-Lippe ihrenAbschlussmachen– Gehalt und ein Praxisjahr bei Phoenix Contact sind inklusive.Früher setzt der Bünder Gehäusehersteller Bopla an, der Teil

der Schweizer Phoenix-Mecano-Gruppe ist: Regelmäßig nimmtdas Unternehmen am Girls‘ und Boys‘ Day teil, um das Interes-se an technischen Berufen zuwecken. „Die Jungen undMädchenkönnen sich andiesemTagdie gesamte technischeKette anschau-en: vom Auftragseingang über die Konzeption und Produktion,bis hin zur Auslieferung“, erklärt Andreas Krömer, Leiter Kon-struktion. Sicher gibt es im Reinraum und in den Entwicklerbü-ros einiges zur Touch-Display-Technik und den 3D-Druck-Ver-fahren zu entdecken, in die das Unternehmen derzeit investiert.

Der Messestand von harting auf der hannover Messe 2016. In diesem Jahrgab es ein rundes Jubiläum zu feiern.

Punkten können in Sachen Bildung auch die Großstädte, fürdie Nordrhein-Westfalen bekannt ist. Viele der insgesamt 70Hochschulen sind hier beheimatet, ebenso viele der 60 Techno-logiezentren undmehr als 50 hochschulexterne Forschungsein-richtungen. „Die Infrastruktur ist hervorragend und kein ande-res Bundesland verfügt über eine derartigeHochschuldichte wieNRW. Die Zahl der Forschungseinrichtungen ist beachtlich“,bekräftigtMichael Hannawald, President of Renesas ElectronicsEurope. Speziell für einenHalbleiter-Konzern ist die Anbindungan die neuesten Entwicklungstrends ein nicht zu unterschät-zender Standortfaktor. Dass das japanische Unternehmen, dasseit 1969 (damals noch als NEC) in Düsseldorf seinenHauptsitzhat, sich speziell für diese Stadt entschieden hat, hat auch einenanderen Grund: „Knapp 400 japanische Unternehmen sind inder Stadt ansässig.“ Die 7000 Japaner in der Rheinmetropolebilden die drittgrößte japanische Gemeinde in Europa.

Little Tokio am Rhein„Sowohl die sehr internationale Ausrichtung Düsseldorfs, alsauch die bereits starke Präsenz anderer Firmen aus dem asiati-schenRaumhat eine Rolle gespielt, als wir unserenGeschäftssitzhierher verlegt haben“, sagt auch Dr. Gerhard Bickel, PrincipalMarketing Engineer bei Tianma. Der chinesische Hersteller vonLCD-Displays für Automotive-, Industrie- oderMedizinanwen-dungen zog im April 2015 von seinem bisherigen Deutschland-sitz nachNordrhein-Westfalen, nachdem das Unternehmen sei-

bopla stellt Kunststoff- undAluminium-gehäuse her.

100 Jahrereichen dieWurzeln vonbatterieher-steller gsYuasa zurück.

Dr. gerhard bickel von Tianma schätzt anDüsseldorf die Internationalität.

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NRW-Special


autorinTherese Meitinger, MARedakteurin elektronik industrie


ne Aktivitäten mit der für Displays zuständigen Vertriebs- undMarketingsabteilung von Renesas zusammengelegt hatte. Nacheinem Jahr zog die Firma innerhalb Düsseldorfs erneut um – inein neues Büroareal am Flughafen.Die japanische Firma GS Yuasa, deren Lithium-Ionen-Batte-

rien etwa inHybrid- undElektrofahrzeugenEinsatz finden, blicktauf eine längere (Standort-)Geschichte zurück. 1917 als JapanStorage Battery gegründet, feiert der Batteriekonzern 2017 hun-dertstenGeburtstag. Düsseldorf ist seit 1983 Teil der Geschichte:Hier sitzt die GS Yuasa Battery Germany, die Geschäfte desKonzerns in aktuell 15 europäischen Ländern steuert. „Für 2017haben wir uns zum Ziel gesetzt, die Marktanteile in den dreiGeschäftsbereichen Industrie, Motorcycle und insbesondereAutomotiveweiter auszubauen“, sagt Raphael Eckert,GroupSalesManager der Yuasa Battery Germany.Nicht nurMitarbeiter asiatischer Firmen suchendenAustausch,

ganze Branchen tun das. Und besonders gut lassen sich Busi-nesskontakte bekanntlich auf Fachmessen pflegen. InDortmundhat sich die Messe Westfalenhallen einen Namen gemacht, dieeinen der vier großenMesseplätze des Bundeslands betreibt. ProJahr finden imOsten der Stadt rund 35Messenmitmehr als 8.000Ausstellen und fast 700.000 Besuchern statt. Neben der „Elekt-rotechnik“, der Fachmesse für Gebäude- und Industrieanwen-dungen, zählen die „Pumps & Valves Dortmund“ oder auch die„Schüttgut Dortmund“ zu den relevanten Industriemessen.

Service zähltBei der ausdifferenzierten Bandbreite an Elektronikunternehmenhat sich ein passendes Portfolio an Servicefirmen etabliert. Kun-denspezifische Elektronik-Dienstleistungen für Automotive,Gebäudetechnik, die Industrie oderMedizintechnik bietet TurckDuotec in seiner Niederlassung im sauerländischen Halver an.Der Elektronikfertiger entwickelt beispielsweise Layouts, Schal-tungen und Prozesse bis hin zur Zulassung von elektronischenBaugruppen, bestückt Leiterplatten und konzipiert Applikationenim Bereich Sensorsysteme, Leistungselektronik und Beleuch-tungstechnik. Um Technologie- und Anwendungstrends früh-zeitig zu erkennen, beteiligt sich das Unternehmen an verschie-

Nordrhein-Westfalen ist auch als Wissenschaftsstandort bedeutend. hierlernen Mädchen am girls‘ Day an der universität Düsseldorf die Möglich-keiten technischer studienfächer kennen.

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Unive

rsität

Düsse

ldorf

das unternehmen

Firmenname EA Elektro-Automatik GmbH & Co. KG

Geschäftssitz Helmholtzstraße 31-37, 41747 Viersen

Telefon +49 (0)2162/3785-0

Telefax +49 (0)2162/16230

E-Mail [email protected]

Internet www.elektroautomatik.de

Pionier der LeistungselektronikHochleistungs-Stromversorgungen vom Niederrhein

EA Elektro-Automatik entwickelt und produziert Laborstromversorgungen,

Hochleistungsnetzgeräte und elektronische Lasten am Hauptstandort in

Viersen. Durch die eigene Forschung und Entwicklung hat das Unternehmen

wegweisende Innovationen auf den Markt gebracht:

• Labornetzgeräte mit flexibler Ausgangsstufe

• elektronische Lasten mit Netzrückspeisung

• farbige TFT-Touchdisplays für die intuitive Bedienung von

Stromversorgungen und elektronischen Lasten

Damit zählt das Unternehmen zu den Pionieren der Leistungselektronik.

Die Geräte von EA werden in der Forschung und Entwicklung sowie bei

industriellen Anwendungen in den Branchen Automotive, Elektromobilität

Elektrochemie, Prozesstechnologie, alternative Energien und Telekommuni-

kation eingesetzt. Mithilfe eines weit verzweigten Händlernetzes liefert EA

Elektro-Automatik Hochleistungs-Technologie in die ganze Welt.

Elektro-Automatik

denen Forschungsprojekten, zum Beispiel zur „Steigerung derProduktionseffizienz durchOnline-Messung elektrischer Eigen-schaften von leitfähigen Schmierstoffen in Wälzlagern“.Dass es Standort-Know-how zu schützen gilt, darüber sind

sich alle ansässigen Firmen einig. Doch mit zunehmenderDigitalisierung und Vernetzung sieht sich die Industrie neuenGefahren aus dem Netz ausgesetzt. „Diese Tatsachen habenzu dem Schritt geführt, die @-yet Industrial IT Security zugründen“, erklärt Wolfgang Straßer, Geschäftsführer des betei-ligten IT-Unternehmens @-yet. Dieses fokussiert mit Sicher-heitsaudits, Penetrationstests oder Mitarbeiterschulungen aufIT-Sicherheitsthemen in der Fertigung. „NRW ist das Kernlandsämtlicher Geschäftsaktivitäten von @yet“, sagt WolfgangStraßer und begründet das mit der herausragenden Stellungdes Bundeslandes in Sachen Industrie. Wo eine enorme Dich-te an Automatisierern, Prozessindustrie, diskreter Fertigungsowie Energiewirtschaft herrscht, besteht schließlich auchenormer Schutzbedarf. n


NRW-Special


das unternehmen

Firmenname Messe Westfalenhallen Dortmund GmbH

Geschäftssitz Strobelallee 45, 44139 Dortmund

Telefon +49 (0)231 1204-521

Telefax +49 (0)231 1204-678


Internet www.messe-elektrotechnik.de

Fachmesse elektrotechnik

das unternehmen

Firmenname Turck duotec GmbH

Geschäftssitz Goethestraße 7, 58553 Halver

Telefon +49 (0)2353 1390-0

Telefax +49 (0)2353 1390-6519


Internet www.turck-duotec.com

Besondere Elektronik-LösungenSie haben eine gute Idee? Vertrauen Sie uns diese an!

Zusammen mit Ihnen entwickeln und fertigen wir die Elektronik, die Ihre Idee

zur Innovation macht. Dafür richten wir alle notwendigen Prozesse von der

Konzepterstellung bis zur Qualifizierung Ihres Produktes genau auf Ihre

Wünsche aus.

Die Konstruktion der Mechanik, die Entflechtung eines Schaltungslayouts, die

Soft- und Hardwareentwicklung sowie angepasste Tests sind Bestandteile

unserer Entwicklungsleistungen. Technologien wie SMT, Chip-on-Board

(COB), Dickschicht-Hybridtechnik, aber auch die Systemmontage gehören zu

unseren Stärken in der Elektronikfertigung.

Die Turck duotec wurde 1988 als eigenständiges Unternehmen der

Turck-Gruppe gegründet. Seitdem sind wir Experte für kundenspezifische

Elektronikentwicklung und

Elektronikfertigung. Mit

unserer langjährigen

Erfahrung und unserer

umfassenden Technologie-

kompetenz können wir auch

sehr individuelle Anforderun-

gen passgenau erfüllen.

das unternehmen

Firmenname NOVA Elektronik GmbH

Geschäftssitz Sachsstr. 6, 50259 Pulheim

Telefon +49 (0)2234-98417-0

Telefax +49 (0)2234-98417-19


Internet www.nova-elektronik.de

Elektronik-Distribution in Pulheim bei KölnBekannt geworden durch das COMP-CARD® System

Die NOVA Elektronik GmbH wurde 1980 gegründet und ist seit 37 Jahren ein

Inhaber-geführtes Familienunternehmen in der 2. Generation. Bekannt wurde

NOVA durch das COMP-CARD® System. Es umfasst heute über 100

verschiedene Bauteile-Sortimente, die seit Jahrzehnten über international

namhafte Online Händler vertrieben werden und aus den Entwicklungsabteilun-

gen nicht mehr wegzudenken sind.

Das Produktportfolio wurde im Laufe

der Jahre ständig erweitert; viele

asiatische Hersteller werden exklusiv

von NOVA in Deutschland vertrieben.

Der Schwerpunkt liegt im Bereich der

passiven Bauelemente, die zum

großen Teil ab Lager erhältlich sind:

Alu-Elkos von TEAPO, Supercaps von

SAMXON, Motorkondensatoren von

SEIKA sowie Widerstände von

FUKUSHIMA FUTABA, RALEC und

VITROHM machen das Kerngeschäft

der Bauteile aus.

Von Gebäudetechnik bis Industrieautomation

Die elektrotechnik ist eine der führenden Fachmessen ihrer Art in Deutschland.

Dort stehen die Themenfelder Gebäudetechnik, Industrieautomation, Energie

und Licht im Mittelpunkt. Mit einer langen Tradition von 41 Messeausgaben seit

der Premiere im Jahr 1969 findet sie alle zwei Jahre in der Messe Westfalen-

hallen Dortmund statt – zuletzt im Februar 2017. Mit mehr als 400 Austellern

aus 13 Ländern und rund 21.000 internationalen Fachbesuchern stellt die

Fachmesse einen attraktiven Marktplatz für Besucher aus Handwerk und

Industrie dar, und zwar mitten im Industrieland NRW und nahe den Benelux-

Staaten. Trotz langer Tradition ist sie immer am Puls der Zeit und bildet in

Themenschwerpunkten sowie begleitenden Fachforen die wichtigsten Trends

der Branche ab. Die nächste elektrotechnik findet vom 13. bis 15. Februar 2019

statt. Die Anmeldephase für Aussteller läuft bereits.bei Fachvorträgen informieren sich die besucher der elektrotechnik zuden aktuellen Trends und Technologien.

Mehr als 400 Aussteller treffen auf rund 21.000 fachkundige besucher.


NRW-Special

das unternehmen das programm

Während TIANMA Display-Produkte in den

verschiedensten Technologien und Größen für

die verschiedenen Märkte anbieten kann,

konzentriert man sich im europäischen Markt

hauptsächlich auf den Industrie-, Medizin- und

Automobilbereich sowie auf Anwendungen aus

den Bereichen Landwirtschafts- und

Baumaschinen, Züge, See- und Luftfahrt.

Eine Stärke von TIANMA ist hierbei, dass man

sowohl Standardprodukte als auch kundenspe-

zifische Produkte im Portfolio hat. Die Standard-

produkte sind in der Regel über einen sehr

langen Zeitraum verfügbar, während die

kundenspezifischen Produkte in Bezug auf

Performance und Kosten an die jeweiligen

Anforderungen optimal angepasst werden.

Ein weiterer Vorteil von TIANMA Displays ist,

dass (fast) jedes Modul auch mit Touch-Option

angeboten werden kann. Unterschieden wird

hierbei zwischen resistivem und kapazitivem

Touch. Letzterer wird auch als PCAP (Projected

Capacitve Touch) bezeichnet. Er ermöglicht die

Erkennung von mehreren Berührungspunkten

gleichzeitig und erlaubt damit die Steuerung

durch Gesten.

Produkte• TFTs von 1,44” (128 x 128) bis zu 30”

(3280 x 2048)

• Seitenverhältnisse vom klassischen 4:3, über

die Weitformate 16:10, 15:9, 16:9 bis hin zu

kundenspezifischen Formaten

• Runde Displays

• TFTs mit sehr hoher Leuchtdichte (bis 1800

cd/m2) sowie sonnenlichtreflektierende

Displays für Anwendungen im Außenbereich

• TFTs mit Lebensdauern von typischerweise

50k Stunden, aber auch Standardprodukte

mit 100k Stunden und kostenoptimierte

Varianten mit nur 20k Stunden

• Touch-Displays (PCAP, resisitive Touch),

auch für Bedienung mit Handschuhen bis

6 mm Dicke und/oder mit benetzter Display-

oberfläche

• Voll- und Semi-Kundenspezifische Entwick-

lungen

Firmenname Tianma Europe GmbH

Geschäftssitz Peter-Müller-Str. 22

40468 Düsseldorf

Telefon +49 (0)211 68818-188

Telefax +49 (0)211 68818-189


Internet www.tianma.eu

TIANMA – Displays für (fast) jede Anwendung

Tianma Europe, die europäische

Niederlassung der Tianma Microelect-

ronics, Shenzhen, dem ersten Hersteller

von LCDs (Liquid Crystal Displays) in

China, gegründet 1983, bietet ein

breites Spektrum an Displays für

professionelle Anwendungen. Die

Größenskala der Diagonalen reicht von

1.4“ bis 30“. Die Kunden kommen aus

der Industrie-, Automobil- und

Medizinelektronik.

TIANMA hat bereits seit 2004 eine

Niederlassung in Deutschland, in den Anfangsjahren in Karlsruhe. Nach der Zusammenlegung mit der für

NLT Displays zuständigen Vertriebs- und Marketingabteilung der japanischen Renesas in Düsseldorf im

April 2015 wurde auch der Geschäftssitz nach Düsseldorf verlegt. Dabei hat sowohl die sehr internationa-

le Ausrichtung Düsseldorfs als auch die bereits starke Präsenz anderer Firmen aus dem asiatischen Raum

eine Rolle gespielt. Ein Jahr später ist die Firma dann an einen neuen Standort gezogen, direkt in ein

neues Büroareal am Flughafen Düsseldorf. Es bietet effiziente Büroflächen, moderne Architektur, und

ausgezeichnete nationale und internationale Verbindungsmöglichkeiten.

Ab 2006 begann ein steiles Wachstum, angetrieben vom Einstieg in den Markt für TFT LCDs (Thin Film

Transistor LCDs). Innerhalb von nur fünf Jahren wurden fünf Fabriken errichtet beziehungsweise gekauft:

2006 eine neugebaute Fabrik für TFT LCDs in Shanghai, 2008 und 2009 folgten zwei neue TFT Fabriken

der Generation 4.5G in Chengdu und Wuhan. Schließlich wurde 2010 eine TFT Fabrik (G5) von NEC in

Shanghai gekauft. Und 2011 hat TIANMA mehrheitlich die japanische NEC LCD Technologies erworben,

die auf Displays für professionelle Anwendungen spezialisiert ist. Mit diesen fünf Fabriken, die Displays

auf der Basis vom amorphem Silizium herstellen, ist TIANMA nun sehr gut aufgestellt für Märkte wie

Industrie-, Automobil-, Medizinelektronik aber auch für Spielautomaten, Gebäudeautomatisierung,

Geldautomaten und POS Systeme (Point Of Sales).

Um auch am Wachstum des Marktes für Konsumen-

tenanwendungen, zum Beispiel Smartphones, Tablet

PCs, VR Brillen (Virtual Reality) teilhaben zu können,

wurden in den Jahren 2011 bis 2014 weitere drei

neu TFT Fabriken in China errichtet (zwei in Xiamen

und eine in Wuhan, dem „optical valley“ von China).

Die dort hergestellten TFTs beruhen auf der

LTPS-Technologie (Low Temperature Poly Silicon).

LTPS hat den Vorteil, dass man Displays mit höheren

Auflösungen und niedrigerer Leistungsaufnahme

herstellen kann. 2016 hat TIANMA hier einen

Weltrekord in Bezug auf die Auflösung erzielt und

viele Preise damit gewonnen. Das ausgezeichnete

Display hat eine Diagonale von 10.4“ bei einer

Auflösung von 8Kx4K und erreicht damit eine

Pixeldichte von größer als 800 ppi (pixel per inch).

2015 wurde die nächste große technologische Schwelle genommen und die erste Fabrik für AMOLEDs

(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) in Shanghai in Betrieb genommen. Im Unterschied zur

TFT-Technologie, die eine Hintergrundbeleuchtung des LCDs erfordert, leuchten AMOLEDs selbst. Man

erreicht dadurch einen sehr hohen Kontrast und das alles bei einer sehr flachen Bauform. Außerdem

können AMOLED-Displays an fast jede beliebige Form angepasst werden. Sie sind dadurch zum Beispiel

sehr geeignet für Mobiltelefone mit gewölbtem Rand oder für am Körper tragbare Elektronik („wearable

electronics“).

Touch Display für bedienung mit hand-schuhen beziehungsweise bei nasserOberfläche.

Freiform Display mit 4” Durchmesser undOn-cell Touch.


Neue Produkte


schutz vor raubkopieren oder produkt-cloningprogrammierlösung für synergy-plattformGemeinsammit Data I/O und Secure Thingz bietet Renesas eine Firmware-Flash-Programmierlösung für die Synergy-Plattform, mit der Kundenautorisierte Firmware gut abgesichert in dezentralen Fertigungsbetriebensowie im Feld in den Flashspeicher von Synergy-Mikrocontrollern pro-grammieren können. Die Firmware ist dabei gegen Modifizierung,Raubkopieren oder Produkt-Cloning geschützt. Dazu geht eine MCUmitHardware-Sicherheitsfunktionen an ein Programmier-Center, wo auf je-den Baustein mit Equipment von Data I/O ein Root-of-Trust installiert wird.Im nächsten Schritt nutzen OEMs die Secure Deploy Tools von Data I/Ound Secure Thingz, um die Firmware verschlüsselt und signiert zu ver-öffentlichen sowie für spezifische Mikrocontroller bereitzustellen.Abschließend geht die MCU an das Werk des OEM oder Auftragsfertigers.Die Lösung adressiert Kunden, die mit dem Internet der Dinge ver-bundene Geräte herstellen. Ein Evaluierungskit ist ebenfallsverfügbar.


l- oder J-style-terminierungkeramik-kondensatoren mit höherernennspannungZwei LP-Typen (Low Profile) für eine Nennspannung von 900 V

DCerweitern

die Cera-Link-Serie von TDK. Die SMT-Kondensatoren haben eine Kapazi-tät von 0,25 µF und unterscheidensich in Anschlussform und Größe.So hat der Typ B58031I9254M062 L-style-Terminierung und misst10,84 x 7,85 x 4 mm3, TypB58031U9254M062 dagegen bietetJ-style-Terminierung bei Abmes-sungen von 7,14 x 7,85 x 4 mm3.Dank der zulässigen Dauerbetriebs-

temperatur von 150 °C lassen sich alle LP-Varianten auch als Snubber-Kon-densatoren direkt in IGBT-Module einbetten. Außerdem zeichnen sich dieauf PLZT-Keramik basierenden Kondensatoren durch einen minimalenESR-Wert von 12 mOhm und einen ESL-Wert von nur 2,5 nH aus. DieStrombelastbarkeit beträgt bis zu 11,4 A

RMS.


ein Jahr datenaufzeichnungmikrocontroller für datenloggerDie zur Rohm-Group gehörende Lapis Semiconductor bietet 32-Bit-Mikro-controller mit besonderer Eignung für Datenlogger, die in der Logistik beimVersand von Paketen Umgebungsinformationen erfassen und verwalten. Ineinem Chip kombinieren die Baustei-ne ML630Q464/466 alle wichtigenFunktionen für die Datenaufzeich-nung (USB, Erzeugung eines hochfre-quenten Taktsignals, LCD-Treiber,A/D-Wandler mit RC-Oszillator), Da-tenerfassung (zum BeispielTempera-tur, Feuchte, Beschleunigung) und dasAnzeigen von Daten. Dabei erreichtder ADC nur mit einem Thermistor und einer Widerstand-Kondensator-Kombination eine Genauigkeit von ±0,5 °C bei der Temperaturmessung.Die aufgezeichneten Daten lassen sich in etwa vier Sekunden als PDF-Dateiformatieren. Außerdem enthalten die MCUs einen 32-Bit-ProzessorkernARM Cortex M0+ und kommen 380 Tagemit einer Knopfzelle aus.


entspricht iec 61850-3tÜv-zertifizierter industrie-pcDer Industrierech-ner ECU-4784 vonAdvantech ist ge-mäß IEC 61850-3zertifiziert und eig-net sich für den Aufbau intelligenter Schaltanlagen. Das Modul bietet eineReihe zusätzlicher Funktionen wie iCD Manager, TPM, AMT und VT-D. DieVT-D-Funktion etwa teilt die Ressourcen zwischen den parallel ausgeführ-ten Betriebssystemen auf. Als CPU dient eine Core Haswell i7. Über zweiErweiterungssteckplätze lässt sich die Anzahl der verfügbaren COM-, LAN-und I/O-Schnittstellen steigern. Dazu kommt mit TPM ein auf der Haupt-platine integrierter Chip mit grundlegenden Sicherheitsfunktionen, in ers-ter Linie Verschlüsselungscodes. Alle Einheiten der ECU-4000-Serie zeich-nen sich durch lüfterloses Design, isolierte COM- und LAN-Schnittstellen,redundante Netzversorgung sowie LAN Teaming aus.


reflow-fähige bauteilesmd-Fotomikrosensor mit 5 mm sensornutOmron Electronic Components ergänzt das Angebot an oberflächenmon-tierbaren Fotomikrosensoren um den EE-SX1350 mit einer Sensornut von5 mm. Zielanwendungen sind Industriesteuerungen, Bank-ATMs und Ver-

kaufsautomaten sowie Büro-und Consumer-Elektronik. DasPortfolio von transmissivenSMD-PMS umfasst damit vierBauteile mit den Nutbreiten 2, 3,4 und 5 mm. Alle lassen sich perReflow-Verfahren löten und soin einem Schritt mit anderenStandardkomponenten auf dieLeiterplatte montieren. Mit Ab-

messungen von nur 8,8 × 4 × 9 mm3 ist der Sensor überdies deutlich klei-ner als vergleichbare Bauteile mit bedrahteten Anschlüssen. Der Mikrosen-sor EE-SX1350 ist mit einem Fototransistor bestückt. Ein weiterer Typ EE-SX3350 mit Foto-IC steht demnächst zur Verfügung.


Bild:

Omron

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Bild:

TDK Bil

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mehr als zehn stunden betriebprogrammiergerät für den FeldeinsatzAusgestattet mit einem Lithium-Ionen-Akku erlaubt das Handheld-Pro-grammiergerät Flasher Portable Plus von Segger mehr als zehn Stundenreine Programmierzeit ohne Spannungsversorgung. Dabei informiertdas eingebaute Display über den Programmiervor-gang. Der interne Speicher bietet Platz fürbis zu acht Firmware Images und Pro-grammierkonfigurationen. Dabei kann essich auch um verschiedene Varianten einerFirmware handeln. So benötigen Servicemit-arbeiter nur ein Gerät für unterschiedliche An-lagen. Die Anzahl der Programmiervorgängelässt sich auf Wunsch mit der Funktion Autho-rized Flashing begrenzen. Das Benutzerinterfacebesteht aus jeweils einer Select- und Programmier-taste sowie Feedback über das Display. Wie bei allenProdukten der Flasher-Produktfamilie kommen J-Link-Algorithmen zum Einsatz.


Bild: Segger Microcontroller

Bild:

Adva

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Neue Produkte


alternative zu tantalelektrolyt-kondensatoren in größe 1411

Bei der Serie ECNSBvon Murata (Ver-trieb: PK Compo-nents) handelt essich um besonderskleine Polymer-Alu-minium-Elektrolyt-Kondensatoren inGröße 1411, die sichals Alternative zu

Tantalkondensatoren anbieten. Hauptmerkmale sind die Span-nungsfestigkeit von 16 V, 33 µF maximale Kapazität und ein ESR-Wert von 40 mOhm. Der Betriebstemperaturbereich geht von -40bis 105 °C. Als Anwendungen sind vor allem mobile Applikationen,Laptops, Fernseher und AV vorgesehen.


strömungsoptimierte hohlrippengeometriehochleistungs-lüfteraggregate mit neuer konzeptionDie Produktserie LA(V) 28-33 von FischerElektronik besteht aus löttechnisch mitein-ander verbundenen Strangpressprofilen.Die strömungsoptimierte Hohlrippengeo-metrie wird durch zusätzlich eingebrachte,wärmetechnisch optimal kontaktierteTrennbleche realisiert. Die verwendetenleistungsstarken Axiallüftermotoren sindin punkto Volumenstrom und Staudrucksehr gut an die innenliegende Wärme-tauschstruktur angepasst. Der Vorteil die-ser Lüftermotoren ist ihr hoher Volumenstrom bei mittlerem Druck, der kompakte Aufbauund der relativ günstige Preis. Doppelseitige exakt plangefräste Basisplatten sorgen für einegute Wärmespreizung, dienen aber auch gleichzeitig als Montagefläche für die zu entwär-menden elektronischen Komponenten. Die neuen Lüfteraggregate sind mit oder ohne Vor-kammer sowie in zwei verschiedenen Höhen und sechs verschiedenen Breiten erhältlich.Weitere Leistungsmerkmale können nach kundenspezifischen Vorgaben realisiert werden.


support für c++11 und streaming-simdaktualisierter compilerMehr Leistung und Programmierproduktivität für 32-und 64-Bit-Embedded-Prozessorarchitekturen ver-spricht der Einsatz der optimierenden C- und C++-Com-piler 2017 von Green Hills Software. Das gilt auch fürAnwendungen, die ISO-26262- und IEC61508-Zertifizie-rungen für funktionale Sicherheit erfordern. Zu den ak-tuellen Erweiterungen zählen verbesserter Support fürdie C++11-Programmiersprache und Streaming-SIMDsowie automatische oder manuelle Neon-Vektorisie-rung. Dazu kommt Unterstützung für über 100 neueDSP-Befehle im SPE2-Befehlssatz auf Power-Architec-ture-e200-Prozessoren. Compiler 2017 sind Bestandteilder integrierten Entwicklungsumgebung Multi undkommen auf Architekturen von ARM, Intel, Power Ar-chitecture, Renesas RH850, Mips und Tricore zum Ein-satz. Mit dem integrierten Tool Single-Pass Misra-C-Checker können Entwickler sauberen Code erzwingen.


Bild:

Fisch

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leistungsverbrauch 700 milliwatt16-bit-analog/digital-Wandler mitseriellem ausgangDer ADS-970 von Datel (Vertrieb: Kamaka) ist ein16-Bit-A/D-Wandler mit seriellem Ausgang und einem Leis-tungsverbrauch von 700 mW. Er wurde unter einem Stan-dard-CMOS-Prozess entwickelt, unterstützt Abtastraten biszu 125 MS/s und benötigt nur eine einzige Versorgungsspan-nung von 1,8 V. Der High-Speed Wandler benutzt den Industriestandard JESD204B-konfor-men, High-Speed seriellen Ausgangslink, der Datenübertragungsraten bis zu 4,3 Gbit/s proKanal und für verschiedene Verpackungsarten liefert. Der Serdes-Transmitterausgang ver-wendet zwei Kanäle, um die Konvertierungsdaten sowie das digitale deterministische Warte-zeit-Ausgangsschema und eine Multi-Chip-Zeiteinstellungsoption (JESD204B Device Unter-klasse 2) für komplexe Synchronisierungsanforderungen überträgt. Der serielle Periphe-rieschnittstellenport (SPI) liefert ein extensives Konfigurierbarkeitsspektrum für den JES-D204B-Transmitter, das den direkten Registerzugriff auf den internen Link und Transport-schicht-Testmuster beinhaltet. Der Wandler ist in einem 48-poligen 7 mm x 7 mm LPQFP fürden Temperaturbereich -40 bis +105 °C verfügbar, optional auch von -55 bis +125 °C. Das Sig-nal-Rausch-Verhältnis beträgt 78 dB und der störungsfreie dynamische Bereich 94,0 dBc.


Bild: Datel

Funkfrequenzen für WiFikleiner Quarz mit engen toleranzen

Geyer fertigt den Miniatur-Schwingquarz KX-4 auch inFunkfrequenzen mit engen Toleranzen, die speziell aufden Einsatz in Wi-Fi-Applikationen abgestimmt sind. Sohat der Schwingquarz mit der Frequenz von 26 MHz To-leranzen von ±10 ppm bei 25 °C und ±10 ppm bei -20bis etwa 70 °C, beziehungsweise ±20 ppm bei -40 bisungefähr 85 °C. Das Bauelement ist in einem Frequenz-bereich von 26 bis 80 MHz in Standardspezifikationenab Lager lieferbar.


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vollautomatisierte compliance-tests sind möglichoszilloskope mit integriertem generatorDie Arbiträr- und Pattern-Genera-tor-Optionen RTO-B6 und RTE-B6von Rohde & Schwarz stellen zweianaloge und acht digitale Kanälezur Verfügung, deren Bedienungvollständig in die Oszilloskop-Be-dienoberfläche RTO2000- undRTE-Oszilloskope integriert ist. Je-der der beiden analogen Genera-tor-Kanäle verfügt über eine Bandbreite von 100 MHz und kann in vier Modibetrieben werden: als Funktions- oder Modulationsgenerator, im Sweep-Mo-dus und zur Wiedergabe von arbiträren Wellenformen. Mit einer Datenrate von500 MSample/s und einer Auflösung von 14 Bit ist der Waveform-Generatorein geeignetes Werkzeug für Entwicklungsaufgaben. Mithilfe des Pattern-Ge-nerators können auf bis zu acht Kanälen Digitalsignale ausgegeben werden.


Bild:

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Neue Produkte

neuer komponenten-katalog von evg

alles für die industrielle klimatisierungDer neue Katalog „Axiallüfter, Klimati-sierung undSchaltschrankkomponenten“vonEVGkannauf derUnternehmensweb-site (www.evg.de) alsOnline-Version auf-gerufen oder als kostenfreie Printversionangefordert werden. Auf 560 Seiten prä-sentiert der Distributor sein Sortiment fürden Bereich der industriellen Klimatisie-rung und Schaltschrankausrüstung.Zu den insgesamt 3000 Artikeln zählen

unter anderem AC- und DC-Axiallüfter,Filterlüfter, Wärmetauscher und Kühlge-räte sowie Heizer und Regelgeräte in

unterschiedlichsten Ausführungen. DasProduktspektrumder Schaltschrankkom-ponenten erstreckt sich von Schalt-schrank-, Maschinen- und Arbeitsplatz-leuchten über Netzfilter, Schirmungs-/Erdungskomponenten sowie Schalt-schranksteckdosen bis hin zu Druckaus-gleichselementen. Kabeldurchführungen,Verschraubungen, Trennschalter undHut-schienenmodule komplettieren das Pro-duktportfolio. (ah) n

infodirekt 626ejl0517

Bild:

EVG

Der neue Katalog „Axiallüfter, Klimatisie-rung und schaltschrankkomponenten“von EVg.

Für höchste sicherheitsansprüchetantal-polymer-kondensatoren mitgeringen esr-WertenGeringe ESR-Werte von minimal 5 mΩ, hohe Grenzfrequenzen von bis zu1 MHz und ein weiter Einsatztemperaturbereich von -55 bis +105 °C zeich-net die bei SE Spezial-Electronic erhältliche Kemet-Organic-Capacitor (KO-

CAP) -Familie aus. Die KO-CAPs basie-ren auf einer Tantal-Anode, einem Tan-talpentoxid-Dielektrikum und einerKathode aus einem leitfähigen organi-schen Polymer. Sie vereinen den nied-rigen Innenwiderstand von Multilayer-Keramik-Kondensatoren, die hohenKapazitäten von Aluminium-Elektro-

lyt-Kondensatoren und die Volumeneffizienz von Tantal-Kondensatoren ineinem SMT-fähigen Chip. Ein weiterer Vorteil gegenüber Flüssigelektrolyt-basierenden Kondensatoren ist ihre deutlich höhere Wechselstrombelast-barkeit und Lebensdauer. Die Tantal-Polymer-Kondensatoren werdenhöchsten Sicherheitsansprüchen gerecht, da anders als bei Tantal-Kon-densatoren mit einer herkömmlichen MnO2-Kathode jegliches Risiko einerSelbstentzündung ausgeschlossen ist. Die aktuelle Produktpalette bein-haltet KO-CAPs mit Kapazitätswerten von 10 bis 1500 µF und Betriebs-spannungen von 2 bis 63 V.

klein, stromsparend, leicht integrierbarbluetooth-smart-modul erlaubt betriebals peripherieAmber Wireless, seit 2016 Teil der Würth Elektronik-Eisos-Gruppe, stelltmit dem Bluetooth-Smart-Modul AMB2621 ein kompaktes und stromspa-rendes Funkmodul vor. Das Modul lässt sich neben der üblichen Steue-

rung über UART-Befehle auch im Peri-pherie-Modus betreiben und von ex-ternen Geräten initialisieren.Das Blue-tooth-Smart-Modul von Amber Wirel-ess misst 11 mm x 8 mm x 1,8 mm undentspricht dem Bluetooth-Smart-4.2-Standard (ehemals BLE) und wird optio-nal mit einer integrierten Antenne an-

geboten. Mit dem imModul verbauten Nordic-Chip nRF52832 verfügt esüber eine 32-bit-ARM-Cortex-M4-CPU und 512 kByte Flash-Speicher. DieAMB2621-Firmware unterstützt den „Peripheral Only“-Betriebsmodus, dereine direkte Erweiterung von bereits existierender Hardware mit BLE-In-terface erlaubt. Im Default-Zustand bietet dieser Modus das Pairing mittelsstatischen Schlüssels und eine transparente UART-Schnittstelle (UniversalAsynchronous Receiver Transmitter). Das Bluetooth-Smart-Modul nimmtbeim Betrieb als Peripherie nur wenig Strom auf, da das UART-Interfacenur dann aktiv ist, wenn eine Funkverbindung aufgebaut ist.

vereinfachtes leiterplatten-layoutled-verbinder mit kabelanschlussMit der Entwicklung der Serie 5260 stellt W+P einen LED-Verbinder mitKabelanschluss vor. Der separate Platzhalter auf der Leiterplatte, der bis-

lang notwendig war, enfällt. Eine Strom-versorgung ermöglicht die Serie durcheine direkte Wire-to-Board-Verbindungzu den LED-Verbindern, für die auf derPlatine bereits ein Platz vorgesehen ist.Bisher war ein weiterer Stecker auf derPlatine erforderlich. Der Wire-to-Board-LED-Verbinder ist mit 2,5 mm Bauhöhe

sehr flach und stellt eine Kabelanbindung im Rastermaß 2,54 mm zu be-reits konfektionierten LED-Streifen her. Erhältlich sind die Verbinder 2-po-lig in den Konfektions-Optionen Male-Male, Male-Open, Male-Female, Fe-male-Female und Female-Open. Die Standard-Kabellänge beträgt 10 cm.


Bild:

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less Bild: SE Spezial-Electronic


Für den einsatz in rauen umgebungenhitzebeständige, ptFe-isolierte litzenAufgrund einer beständigen Nachfrage nimmt der KabellieferantMetrofunkHochtemperatur-Litzen in sein Leistungssortiment auf. Die versilberten und

PTFE-isolierten Litzen vertragen Betriebsspannungenvon 1000 V. Die dort eingesetztenMaschinen erfor-dern oftmals nicht nur höhere Betriebsspannungen,sondern stellen auch zusätzliche Anforderungen andie Robustheit. DieWiderstandsfähigkeit gegen hoheTemperaturen vonmaximal 200 °Cmachen sie für denEinsatz in Gießereien oder ähnlich hochtemperaturi-gen Industrien interessant. Die dünneWandstärke er-möglicht eine platzsparende Verlegung in den oft-

mals begrenzten Räumen. Zusätzlich sind sie unempfindlich gegenüber Säu-ren und Alkalien, was zu Versprödung oder Brüchen führen kann. Die PTFE-Isolierung ist zudemwitterungsbeständig und lässt keine Kriechwege zu.


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W+

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Medienspiegel

Medien-SPIEGEL

Fachbuch: serielle schnittstellen

i²c, spi und 1-Wire

antriebssystemedriven-magazin vonmaxon motorIn der aktuellen Ausgabe deszweimal jährlich erscheinendenDriven-Magazins von Maxon Mo-tors zeigt der Schweizer Herstellervon Antriebssystemen, wo sich inunserem Alltag überall elektrischeAntriebe verstecken. Dazu beglei-tet es eine Familie durch den Tagund stellt einige Anwendungsbei-spiele vor. Außerdem zeigt dasMagazin wie es Roboy, dem Robo-terjungen in den letzten Jahrenergangen ist. Darüber hinausspricht Driven mit zwei Maxon-Ingenieurinnen, wie es ihnen inder männlich dominierten Ingeni-eurswelt ergeht und geben Tippsfür junge Frauen.


katalog von rittalsystemhandbuch fürindustrie und itIm neuen Systemhandbuch 35 prä-sentiert Rittal auf 936 Seiten seinkomplettes und aktuelles Produkt-portfolio an Schaltschranktechnik,Klimalösungen, Stromverteilungsowie IT-Infrastrukturen. Neu sinddie Produkte und Lösungen vonRittal Automation Systems, die Au-tomatisierungslösungen sowieHandhabungswerkzeuge für denWerkzeugbetrieb anbieten. Außer-dem neu sind die Softwarelösun-gen von Eplan, die die Planung vonSteuerungs- und Schaltanlagen er-möglich. Mit der geballten Pro-duktübersicht erhalten Steuerungs-und Schaltanlagenbauer einen Ein-blick über die Produkte von Rittal.


Zum 40. Jubiläumkatalog vonmeilhaus electronicPünktlich zum 40-Jährigen Firmen-jubiläumderMeilhaus ElectronicGmbH erscheint der neue Hauptka-talog. Auf 212 Seiten zeigt das Unter-nehmen Produkte aus den Berei-chenMesstechnik, IoT und vielenanderen. Im ersten Kapitel „Messins-trumente und Tester“ findet der Le-ser unter anderemBenchtop-Oszil-loskope undMultimeter. Weiter gehtesmit demAbschnitt „Messwerter-fassung und Steuern“. Dort zeigt derKatalog diverse Lösungsideen fürden Bau vonMesssystemen. Zudembeinhaltet der Katalog unter ande-rem noch Produkte aus den Katego-rien „Signal-Anpassung undMess-datenübertragung“ sowie „Quellen“.


power im doppelpackneue kataloge vonbicker elektronik„Power Solutions“ und „Power +Board“ heißen die beiden neuenKataloge von Bicker Elektronik. Im„Power Solutions“-Katalog drehtsich alles um Stromversorgungs-und USV-Lösungen für industrielleund medizinische Systeme. Nebenden Produkten bietet er Einblickauf angebotene Dienstleistungen,die den Mehrwert des Unterneh-mens ausmachen. Der „Power +Board“-Katalog umfasst Komplett-lösungen aus einer Hand und Sys-temkomponenten für High-End-Computersysteme wie die labor-geprüften „Power + Board“-Bund-les aus Stromversorgung, Main-board und Zubehör.


Die Kataloge gibt es unterwww.bicker.de als Download.Eine Printversion kann telefo-nisch angefordert werden.

Der Katalog ist kostenfreierhältlich und kann online unterwww.meilhaus.de oder Telefonangefordert werden.

Der neue hauptkatalog ist digitalunter www.rittal.com erhältlich,kann aber auch kostenfrei unter [email protected] angefordert werden.

Die Printausgabe des Magazins istkostenlos erhältlich unter magazin.maxonmotor.ch. In der gleichnamigenApp gibt es eine digitale Ausgabe.

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agDieserielleSchnittstelledientdemDatenaustauschzwischenMikrocontrollernundPeripheriegeräten.Das Wissen um diese seriellen Schnittstellenerweitert die Einsatzmöglichkeiten von Mikro-controllern und Peripheriegeräten ungemein.In diesem Buch werden die Grundlagen der

Kommunikation für die seriellen SchnittstellenI²C, SPI und 1-Wire vorgestellt. Anhand von Bei-spielen werden die Schnittstellen dargestellt undderen Einsatz verdeutlicht. Beispiele, die man indiesem Buch finden kann, wurden in Assemblerfür PIC-Mikrocontroller vonMicrochip realisiert.Die verwendeten Algorithmen und Vorgehens-

weisen kannman aber auf beliebige Plattformenübertragen. Um den Inhalt des Buches anspre-chend zu gestalten, demonstriert der Autor denBuchinhalt an zwei Platinen.Mit diesen Platinenist esmöglich, die in diesemBuch beschriebenenBeispieleauszuprobierenundmitdenSchnittstel-len zu experimentieren. Beide Platinen basierenauf 8-bit-PIC-Mikrocontrollern vonMicrochip.ErhältlichbeimVerlagElektor,Autor:Miroslav

Cina, ISBN: 978-3-89576-318-2, Preise: € 39,80(D) / € 41,00 (A) / CHF 42,95.


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Impressum/Verzeichnisse

AB Elektronik 57

Beta LAYOUT 37

CONEC 57

Conrad 5

CTX 56

Digi-Key Titelseite, 2. US

Dold & Söhne 9

E-A Elektro-Automatik 56, 59

EKF Elektronik 57

Electronic Assembly 45

ESCHA 57

Eurolighting 51

Fischer 3

Harting 57

iC-Haus 21

INDUcoder 56

Ineltek 25

Kingbright Electronic 49, 56

Maxim Integrated Titelseite

Microchip Limited 23

Mouser Electronics 4. US

Nova Elektronik 56, 60

PCBCART 41

Rohde & Schwarz 7

Rutronik 29

Schukat electronic 47

Schulz-Electronic 11

TIANMA NLT Europe 56, 61

TURCK duotec 57, 60

W+P Products 57

Weidmüller 57

Westfalenhallen Dortmund 57, 60

Würth Elektronik eiSos 27

@-yet 56

Advantech 62

Amber Wireless 64

Amitronics 38

AMS 6

Analog Devices 25

Axiomtek 8

BDI 56

Bicker Elektronik 65

Bopla 56

Cadence 9, 43

Cree Europe 52

D3 Semiconductor 8

Data I/O 62

Datel 63

Diodes 51

DJI 6

Elektor Verlag 65

Elmos Semiconductor 6

E-Peas 8

Etherwan Systems 6, 8

Eurolighting 48

EVG 64

Fischer Elektronik 63

Geyer 63

Green Hills Software 63

GS Yuasa 56

Harting 56

Hema Electronic 50

Infineon 6

Kamaka 8, 63

Lapis Semiconductor 22, 62

Linear Technology 16

Mathworks 43

Maxim Integrated 6, 12

Maxon Motor 65

Measurement Computing 8

Meilhaus Electronic 65

Mentor 34

Metrofunk 64

Microchip 28

Microsemi 30

Mouser 8

Murata 63

National Instruments 8, 9

Omron Electronic 62

Osram Opto 6, 44, 51

Phoenix Contact 6, 8, 56

Phoenix-Mecano 56

PK Components 63

Renesas 56, 62

Rigol 32

Rittal 65

Rohde & Schwarz 63

Rohm 26, 62

Schukat Electronic 56

Schurter 47

Secure Thingz 62

Segger 62

Sensirion 6

Seoul Semiconductor 47

SE Spezial-Electronic 64

Swissbit 20

TDK 6, 62

Tianma 56

Turck Duotec 56

W+P 64

Weidmüller 6

Westfalenhallen 56

Würth Elektronik-Eisos 64

Zuken 42

ZVEI 10, 56

unternehmen

inserenten

REDAKTION

Chefredakteure:Dipl.-Ing. Hans Jaschinski (jj) (v.i.S.d.P.)Tel: +49 (0) 8191 125-830, E-Mail: [email protected]. Alfred Vollmer (av)Tel: +49 (0) 8191 125-206, E-Mail: [email protected]

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Redaktion:Dr.-Ing. Nicole Ahner (na)Tel: +49 (0) 8191 125-494, E-Mail: [email protected]. Andrea Hackbarth (ah)Tel: +49 (0) 8191 125-243, E-Mail: [email protected]. Therese Meitinger (tm)Tel: +49 (0) 8191 125-145, E-Mail: [email protected] Probst, Volontär (prm)Tel: +49 (0) 8191 125-214, E-Mail: [email protected]

Freie Mitarbeiter: Harald Biebel (hb), Jessica Mouchegh (mou),Kurt Peteler (pet)

Office Manager und Sonderdruckservice:Waltraud Müller, Tel: +49 (0) 8191 125-408E-Mail: [email protected]

ANzEIgEN

Anzeigenleitung:Frank Henning, Tel: +49 (0) 6221 489-363E-Mail: [email protected]

Anzeigendisposition:Angelika Scheffler, Tel: +49 (0) 6221 489-392E-Mail: [email protected]

Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 46 vom 01.10. 2016

VERTRIEb

Vertriebsleitung: Hermann Weixler

Abonnement:http://www.elektronik-industrie.de/abo/Bezugspreis Jahresabonnement:Inland € 176,00 (zzgl. €15,00 Versand & MwSt. = € 204,37)Ausland € 176,00 (zzgl. €30,00 Versand & MwSt. = € 220,42)

Einzelverkaufspreis € 19,50 ( inkl. MwSt. & zzgl. Versand)Der Studentenrabatt beträgt 35 %

Kündigungsfrist:Jederzeit mit einer Frist von 4 Wochen zum Monatsende.

Abonnement- und Leserservice:Hüthig GmbH, Leserservice, 86894 LandsbergTel: +49 (0) 8191 125-777, Fax: +49 (0) 8191 125-799E-Mail: [email protected]

Erscheinungsweise: 12 x jährlich

VERlAg

Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelbergwww.huethig.de, Amtsgericht Mannheim HRB 703044Geschäftsführung: Fabian MüllerVerlagsleitung: Rainer SimonProduktmanager Online: Philip FischerLeitung Herstellung: Horst AlthammerArt Director: Jürgen ClausLayout und Druckvorstufe: Karin Köhler

Druck: pva GmbH, Landau© Copyright Hüthig GmbH 2017, Heidelberg.

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