РЫНОК8 Найти изюминку

12 СОбЫтия РЫНКа

РаЗРабОтКа и КОНСтРУиРОВаНиЕ13 Владимир Кондратьев

Тепловой расчет устройств силовой электроники

ЭНЕРГОСбЕРЕЖЕНиЕ

20 Дэвид Кац, Рик Джентайл

Введение в проектирование маломощных схем

23 Виктор Ежов

Пути снижения энергопотребления во встраивае-мых приложениях на базе DSP и FPGA

30 Игорь Алексеев

Технологии силовой электроники для снижения энергопотребления

32 Эдриан Валенцуэла

Аккумуляция энергии без использования батарей во встраиваемых системах

36 Сергей Кривандин, Андрей Конопельченко

DC/DC-преобразователи PEAK для экономичных портативных приборов

ДатЧиКи

42 Стив Назири, Дэвид Сакс, Михаэль Майа

Выбор и использование датчиков движения на основе МЭМС

45 Джон Остин, Эзана Хэйл

Реализация функции термодатчика во встраивае-мой системе

48 Брюс Лент

Рекомендации по выбору акселерометражу

рнал

для р

азра

бот

чико

вЭл

ектр

онны

е ко

мпо

нент

ыРуководитель направления «Разработка электроники» и главный редактор Леонид Чанов; ответственный секретарь Марина Грачёва; редакторы: Елизавета Воронина; Виктор Ежов; Екатерина Самкова; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; редакционная коллегия: Валерий Григорьев; иван Покровский; борис Рудяк; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; реклама: антон Денисов; Ольга Дорофеева; Елена Живова; распространение и подпис ка: Марина Панова, Василий Рябишников; вёрстка, дизайн: александр Житник; Михаил Павлюк; директор издательства: Михаил Симаковадрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35 тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; эл. почта: elecom@ecomp.ru, www.elcp.ru

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

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

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

Подписано в печать 07.12.2009 г.Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 3000 экз.Изготовлено ООО «Группа Море». г. Москва, Хохловский пер., д. 9. Тел.: +7 (495) 917-80-37.

содержание

№12/2009

www. elcp.ru

4

СО

ДЕ

РЖ

аН

ИЕ

www. elcp.ru

51 Кирилл Тихомиров

Дифференциальный датчик давления и потока воздуха

53 Джафер Меджахед

МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы

СЕти и иНтЕРФЕЙСЫ

58 Виктор Охрименко

PLC-технологии. Часть 3

СВЕтОтЕХНиКа и ОПтОЭЛЕКтРОНиКа

62 Ирина Ромадина

Драйверы для светодиодных источников света от компании ON Semiconductor

ЭЛЕКтРОПРиВОД

69 Станислав Флоренцев, Дмитрий Изосимов

Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах. Идеология проектирования КТЭО. Часть 2

иЗМЕРитЕЛЬНЫЕ СиСтЕМЫ и ПРибОРЫ

74 Алексей Игнатов

Методы измерения шума в цифровых схемах

тЕОРия и ПРаКтиКа

76 Виктор Александров

Базовые принципы построения ВЧ-тракта приемни-ка беспроводной системы связи

ПОСЛЕ РабОтЫ

82 Тейс Бэкерс

Улучшение характеристик усилителей класса D

84 Юрий Садиков

Светодиодные лампы как альтернатива галогенным лампам

86 НОВЫЕ КОМПОНЕНтЫ На РОССиЙСКОМ РЫНКЕ

СО

ДЕ

РЖ

аН

ИЕ

5

Электронные компоненты №12 2009

contents # 1 2 / 2 0 0 9

E LEC TRO N IC COM PO N E NTS #12 20 09

MARKET8 Finding Balance. Interview

12 MARKET EVENTS

DESIGN and DEVELOPMENT13 Vladimir Kondratiev

Thermal Design for Power Devices

POWER SAVING20 David Katz and Rick Gentile

Intro to Low-Power Design

23 Victor Ezhov

Reducing Power Consumption in DSP- and FPGA-Based Embedded Apps

30 Igor Alexeev

Power Electronics Technologies for Reducing Power Consumption

32 Adrian Valenzuela

Batteryless Energy Harvesting for Embedded Designs

36 Sergey Krivandin and Andrey Konopelchenko

PEAK DC-DC Converters for Low-Cost Portable Devices

SENSORS42 Steve Nasiri, David Sachs and Michael Maia

Selection and Integration of MEMS-based Motion Processing Devices

45 John Austin and Ezana Haile

Implementing the Right Thermal Sensing Option in Your Embedded Design

48 Bruce Lent

Simple Steps to Selecting the Right Accelerometer

51 Kirill Tikhomirov

Differential Pressure and Air Flow Sensor

53 Jafer Medjahed

MEMS Motion Sensors from STMicroelectronics

NETWORKS and INTERFACES58 Victor Okhrimenko

PLC Technologies. Part 3

LIGHTING and OPTOELECTRONICS68 Irina Romadina

LED Drivers for Light Sources from ON Semiconductor

DRIVES64 Stanislav Florentsev and Dmitry Izosimov

Traction Motor in Hybrid Vehicles. Designing Traction Electric Equipment Set. Part 2

TEST and MEASUREMENT74 Alexey Ignatov

Noise Measurement in Digital Circuits

THEORY and PRACTICE76 Victor Alexandrov

Building RF Path of Wireless Communication System

AT LEISURE82 Thijs Beckers

Performance Improvement for Class D Amplifiers

84 Yury Sadikov

LED Lamps as Alternative to Halogen Lamps

86 NEW COMPONENTS IN THE RUSSIAN MARKET

6

СО

ДЕ

РЖ

аН

ИЕ

www. elcp.ru

Компании: пРОИзВОДИТЕ ЛИ, ДИС ТРИБьЮТОРы, пОС ТАВщИКИ

7 EEMB

4-я обл. IR/Компэл, ЗАО

2 Microchip Technology Corp.

39 Peak Electronics

15 Texas Instruments

17 Rutronik

47 Александер Электрик Дон, ООО

73 Александер Электрик источники питания, ООО

21, 71 Аргуссофт

80 Гранит-ВТ, ЗАО Спб

2-я обл., 57, 65 Компэл, ЗАО

29 Макро Групп, ООО

85 Мастер Кит

35 Мастер Тул, ООО

25 Миландр, ЗАО

19 МТ-Систем, ООО

59 Неон, ООО

52 Политекс, ООО

41 Примэкспо, ООО

4 Резонит, ООО

79 Реом СПб, ЗАО

3-я обл. Симметрон, ЗАО

43 СМП, ООО

61 Электроконнект, ООО

49 Элитан, ЗАО

1 Элтех, ООО

8

ры

но

к

www.elcp.ru

Сегодня кто только не говорит о высоких технологиях, об инновациях, но как они создаются, как работают, мало кто знает. Наш журнал решил заглянуть за кулисы этого процесса и на примере успешных, быстрораз-вивающихся российских предприятий показать специфику, проблемы, возможности российского хайтека. Если говорить о высоких технологи-ях, то начинать следует, конечно, с Зеленограда. Мы выбрали компанию ЗАО «ПКК Миландр». Это успешно развивающееся предприятие, кото-рое специализируется на комплексной поставке электронных компонен-тов отечественного, в т.ч. собственного, и импортного производства, на разработке ИС, сертификационных и иных видах испытаний микро-схем. На наши вопросы ответил Михаил Павлюк, генеральный директор «Миландра».

найти изюминку

— Расскажите, пожалуйста, немно-го о компании — истории ее создания, финансовых аспектах деятельности, структуре.

— «миландр» занялся дистрибуци-ей, когда многие начинали свою пред-принимательскую деятельность — в 1992 г. С того времени нам удалось пройти длинный путь от простого дис-трибьютора Эри до разработчика и производителя собственных компо-нентов. Предыдущая деятельность не прошла зря: применяя наши компо-ненты, потребители ориентируются на качество дилерской деятельности «миландра», на отношение к делу вообще. от того, какими мы были в про-шлом, нам доверяют или нет сегодня. могу точно сказать, что нельзя занять-ся высокими технологиями и сразу получить признание. Чтобы достичь успеха, надо съесть не один пуд соли. мы пошли именно этим путем, навер-ное, потому, что большинство наших сотрудников, и я в том числе, учились профессии в московском институте электронной техники, а также имели различный опыт производственной деятельности на зеленоградских пред-приятиях.

В начале 2002 г. в нашей стране началось движение в направлении развития ЭкБ: разрабатывались ФЦП, и были выделены значительные сред-ства на разработку имС. мы восполь-зовались моментом. Поставляя ком-поненты на протяжении длительного времени, мы хорошо изучили сложно-сти, с какими сталкиваются произво-дители аппаратуры, какая элементная база им требуется, каким им хотелось бы видеть процесс поставки компо-нентов. Желание помочь им, снять часть проблем путем разработки современных российских качествен-ных компонентов привело нас к идее организации на нашем предприятии сначала дизайн-центра, затем испы-тательной и измерительной лабора-тории, а в настоящее время и полно-ценного производства имС.

С 2003 г. мы начали интенсивно раз-виваться. По мере освоения одного вида деятельности возникала необхо-димость освоения следующего. каждое новое направление начиналось с поис-ка лидера, имеющего значительный научный и производственный опыт и способного создать и управлять под-разделением. на сегодняшний день у нас 127 сотрудников, два филиала, обо-рот составляет около 800 млн руб. в год. значительную долю в нем занима-ет дистрибьюторская деятельность, но растет и оборот собственной продук-ции. В этом году мы продадим около 50 тыс. микросхем в керамических и пластиковых корпусах. Чистая прибыль от нашей деятельности, конечно, невы-сокая, т.к. процесс инноваций невоз-можно остановить, он требует постоян-ного вложения денег. освоение любого нового направления, будь то микросхе-мы памяти, высокочастотные имС и т.д., моментально влечет за собой закупку дорогостоящего оборудования, прием на работу новых сотрудников, расшире-ние производственной базы. Стоимость компании растет, номенклатура ее про-дукции расширяется, но оборудование устаревает, а с ростом квалификации растет и заработная плата сотрудников, так что тот, кто намерен озолотиться на этом виде бизнеса, думаю, будет разо-чарован.

— Вы производите не только микросхемы, но и конечные изделия?

— Процесс производства и про-дажи микросхем сопровождается и производством необходимого обору-дования. С этой целью мы разрабаты-ваем и производим отладочные платы, программаторы, различные готовые блоки и устройства. кроме того, наше подразделение в Санкт-Петербурге на базе микросхем «миландра» разраба-тывает и производит системы энерго-обеспечения, пожарной безопасности для судов. необходимость развития на нашем предприятии собственного подразделения по применению имС возникла из-за системных проблем у разработчиков аппаратуры. Для них актуальна проблема своевременного и качественного выполнения окр. Чтобы облегчить им жизнь, мы стараемся не только поставлять предприятиям микросхемы и прикладные устрой-ства, но и готовые схемотехнические решения. известно, что на аппарато-строительных предприятиях сегодня разработчики или очень молодые, или пожилые люди. квалификация молодых инженеров оставляет желать лучшего, а пожилые сотрудники вообще не хотят разбираться в новой элементной базе. Если молодой сотрудник получает зада-ние спроектировать блок, то сначала ему необходимо изучить все особенно-

ры

но

к

9

электронные компоненты №12 2009

сти применения, например, нашей эле-ментной базы, затем спроектировать изделие, найти все ошибки и откор-ректировать проект, на что требуется время. инженер начинает искать гото-вые решения и в результате использует компоненты той компании, которая их предоставит. Следовательно, необхо-димость создания того или иного под-разделения диктуется особенностями рынка. Чтобы быть успешным в про-движении собственной продукции на российском рынке, необходимо иметь мощные интерфейсы, которые стыку-ют производство микросхем и аппара-туру.

— Ваша компания была дистри-бьютором, поставляла электронные компоненты, а потом вдруг полу-чила постоянного заказчика в лице Министерства обороны. Как это про-изошло?

— Длительные связи с аппарато-строительными предприятиями плюс благоприятная инвестиционная обста-новка в россии и наличие достаточ-ного количества опытных специали-стов в микроэлектронике привели нас к мысли о создании собственного дизайн-центра. конечно, в этой ситуа-ции не обошлось без поручителя. им стал анатолий трофимович Буга, быв-ший замминистра мЭПа. он пошел на риск, заявив, что зао «Пкк миландр» обладает достаточным профессиона-лизмом и сможет справиться с такой задачей.

у меня к тому времени уже был опыт управления людьми. кроме того, я уже учился в институте бизнеса и делового администрирования анХ на факультете «Стратегический менедж-мент». обучение серьезно облегчило мне тяжелую задачу создания дизайн-центра. Первые пять инженеров — три схемотехника и два тополога — нача-ли разработку аналоговых микросхем. аналоговая схемотехника оказалось в значительной степени связана с осо-бенностями конкретного производства. Первые свои проекты мы производи-ли на «микроне». у нас не было жест-кой специализации, не хватало квали-фикации, отсутствовала собственная измерительная и испытательная база, в результате чего происходили сбои и ошибки в работе, а на поиск и исправ-ление уходило много времени и, соот-ветственно, денег. Перед нами встала задача или пустить все на самотек, или идти дальше, наращивать потенци-ал и расширять специализацию. нам очень повезло — в нашу компанию пришел михаил какоулин, который к тому времени поработал в Германии и хорошо знал технологию производства микросхем в россии. михаил какоулин стал сначала начальником цифрового

отдела, а затем и всего дизайн-центра. алексей новоселов, прежний руко-водитель дизайн-центра, приступил к созданию подразделения маркетинга. оглядываясь назад, считаю, что мы очень правильно поступили, заблаго-временно создав эти подразделения. Хотя мы и понесли дополнительные расходы, клиенты получили возмож-ность получать оперативную инфор-мацию от технически грамотных спе-циалистов. кроме того, они развернули работу по информированию потенци-альных заказчиков о направлениях и перспективах развития продуктовой линейки нашего предприятия.

— «Миландр» — сплоченная коман-да? Как справляетесь с кризисом?

— надеюсь, что никто в нашей ком-пании его не почувствует. мы много средств и сил вложили в развитие фирмы в тучные времена и надеем-ся, что все эти меры позволят нам стать, несмотря на кризис, еще лучше. мы взяли на работу четырех новых сотрудников, попавших под сокра-щение в инофирмах. мы знаем, как улучшить работу компании, как ее развивать, но пока мы еще недоста-точно много продаем изделий, нет хорошего финансового резерва для расширения.

объем реализации «миландра» вырос. Думаю, помогло то, что все три направления нашего бизнеса — про-дажи собственной продукции, окр и дистрибуция сработали одинаково хорошо. кроме того, на рынке много компаний, у которых только одно из этих направлений развития. В резуль-тате кризиса у этих фирм снизился объем продаж, они сократили чис-ленность персонала, что, в свою оче-редь, привело к ухудшению качества обслуживания. ухудшилось обслужи-вание — уменьшилась номенклатура, в результате чего погибли мелкие ком-пании, следовательно, как бы заказчи-ки ни дорожили своими поставщиками, они стали переходить к нам, увели-чивая тем самым объем продаваемой «миландром» продукции и услуг.

— У вас выросли все три направле-ния?

— окр не могли сократиться, поскольку контракты были трехгодич-ные, и министерство обороны остави-ло финансирование в полном объеме. Выплаты происходят два раза в год в размерах, соответствующих заключен-ным контрактам. Временные разрывы в платежах мы покрываем за счет про-дажи ЭкБ.

Если считать в условных единицах, то продажи собственных изделий не выросли. мы предполагаем, что рост собственной продукции за этот год

составит около 20% в рублях. а дис-трибьюторская деятельность осталась в объемах прошлого года.

— Поставляете ли вы продукцию для гражданского рынка?

— очевидно, что наша продукция предназначена в основном для про-мышленной электроники, а также для аппаратуры, эксплуатируемой в тяже-лых условиях, но нас очень интересует массовый гражданский рынок. мы рабо-таем в этом направлении с несколькими предприятиями. одно из них — ФГуП «нижегородский завод им. Фрунзе». Это единственное предприятие в россии, которое покупает наши изделия для электросчетчиков тысячами штук. Для них мы поставляем компоненты в пласт-массовых корпусах. разработка рос-сийская, технология немецкая, сборка китайская, а по стоимости эти изделия конкурируют с китайской продукцией, которая выросла в долларовом эквива-ленте, тогда как наша — нет.

— Существуют ли у вас планы выхода на открытый рынок?

— мы присматриваемся к нему, но опыт работы других российских компа-ний показывает, что это дело трудное и не всегда прибыльное. как правило, все изделия, которые поставляет россия на экспорт, относятся к дешевому сегмен-ту рынка. много средств приходится тратить на разработку, освоение про-изводства, увеличение складских запа-сов. В результате предприятие начина-ет зависеть от китайских покупателей этих изделий. на тех рынках, на кото-рых работают «ангстрем», «микрон», торговать очень рискованно — часто покупатели берут продукцию в долг, задерживают платежи, требуют умень-шения размера кристаллов за счет сни-жения качества, не возвращают долги. Если уже выходить на открытый рынок, то с изделиями сложными и дорогими, которые позволят предприятию полу-чать достаточную прибыль.

— Вы не боитесь работать на одно-го заказчика?

— не боимся. В россии есть рынок микросхем, оцениваемый различными экспертами в 1 млрд долл. речь идет о промышленной электронике, космо-се, военной промышленности. на этом рынке мы хотим иметь долю хотя бы в 200 млн долл.

— Вы занимаетесь и промышлен-ной электроникой?

— Да. у нас есть комплект микро-схем, который можно применить в производстве изделий для грузово-го автомобильного транспорта и для рЖД. В такой аппаратуре использу-ются микросхемы не с военной при-

10

ры

но

к

www.elcp.ru

емкой, но с тем же расширенным тем-пературным диапазоном. Для работы с такими предприятиями очень важ-ным является обеспечение высокой надежности и качества выпускаемых микросхем.

— Как вы добиваетесь высокого качества собственной продукции?

— С самого начала мы уделяли вне-дрению системы качества много вни-мания. как и в других случаях, ставку сделали на высококвалифицирован-ного сотрудника с длительным опы-том работы и с хорошими лидерскими качествами. александр александрович руднев — боевой комиссар нашей фирмы, который не только ставит про-цесс, но и обеспечивает его длитель-ный цикл существования. Приятно знать, что наша система качества производства микросхем ничем не отличается, например, от системы на немецких предприятиях. разработка стандартов, внедрение и постоянный контроль — основной профиль дея-тельности заместителя директора по качеству. ранее он работал начальни-ком отдела качества мЭПа. мы не изо-бретали ничего нового, воспроизведя все то, что было отработано на совет-ских предприятиях.

Система качества охватывает весь цикл создания микросхемы от идеи до серийного производства.

В технологическом цикле есть раз-рыв — мы отправляем наши разработки на чужое кристальное производство, а затем уже получаем пластины с гото-выми структурами и корпусируем их на собственном производстве в металло-керамические корпуса.

— Как вы проверяете качество кристаллов? Отправляете обратно отбракованную продукцию?

— качество продукции проверяется путем тщательных измерений изделий при нормальных, низких и высоких тем-пературах. После сборки изделие снова проходит специальные циклы измере-ний и испытаний. С браком по-разному бывает. например, начав работать с германскими партнерами, мы запусти-ли один из первых проектов и обна-ружили, что наша схема не работает. написали письмо: «у вас плохой блок флэш-памяти». никакого ответа. и пока они не стали получать рекламации со своего рынка, на наши замечания не реагировали. В результате они признали свои ошибки. Сейчас они очень уважи-тельно относятся к нашим замечаниям, а бывает, находят и наши ошибки в про-ектах. Вот почему приятно с ними рабо-тать.

Совершенно другое качество обслу-живания на китайских фабриках, где мы всегда виноваты.

— Вернемся к вопросу о качестве. Многие наши компании отказывают-ся от использования российских ком-понентов. Мы отстали навсегда, и уже ничего не изменишь?

— мне очень сложно ответить на этот вопрос так, чтобы никого не обидеть. Я по профессии технолог. Все оборудо-вание на наших фабриках изжило свой срок. кроме того, сокращение объемов производства приводит к снижению уровня требований. у каждого произ-водителя появляются свои допуски, и, в конце концов, возникает брак. на мно-гих отечественных предприятиях слабая служба качества. В ответ на замечания и рекламации производитель в авраль-ном порядке как-то реагирует, но спустя время снова расслабляется. одним из способов по восстановлению качества нашей продукции является импортоза-мещение с наращиванием объемов про-даж при использовании существующих мировых технологий. Если мы выйдем на объем продаж хотя бы 100 млн долл. в год, то станет рентабельным и органи-зация собственного производства пла-стин.

— А как быть с проблемой оку-паемости серийной продукции? Российской рынок электроники очень мал, и потому требуется выходить на зарубежные рынки, что едва ли по силам нашим компаниям.

— Это заблуждение. Во-первых, большая серия нужна для того, чтобы окупить затраты на окр. В нашем случае окр оплачивает министерство обороны, и эти самые дорогие затраты не ложат-ся на предприятие. В россии государ-ство оплачивает все разработки — так построена система. При таком подходе к делу и средней цене на микросхе-мы выгодным становится производство примерно от одной тысячи иС в месяц.

Если речь идет о дешевой продукции, то зачем ее делать, экспортировать, нести неоправданные затраты, когда иностран-ные компании продают нам дорогие изделия? Давайте научимся зарабаты-вать деньги на дорогой продукции.

— Как Вы думаете — у нас должна быть своя, независимая российская электроника? Ведь нет, например, понятий «американская электрони-ка», «японская электроника».

— В этом отношении большую роль играет психология. на нашей фирме, например, даже молодые сотрудники счи-тают, что мы должны быть независимы от западных производителей. Сегодня все западные компании переходят с пяти-вольтовой техники на трехвольтовую. российские инженеры не скоро на нее перейдут. Это обстоятельство позволяет нам наращивать объемы, чтобы решить проблему.

отечественные производители не смогут в ближайшее время заниматься бытовой микроэлектроникой — необ-ходимо развивать те позиции, которые мы на сегодня еще удерживаем: военная техника, промышленное оборудование. Следует исходить из того, что мы можем, а делать эксклюзивные дорогие вещи мы можем и должны. Главное — не упустить самолетостроение, вертолетостроение, танкостроение, где используется каче-ственная дорогая электроника.

независимость россии в области электроники нужна, если это экономи-чески выгодно. надо считать.

При наличии опыта и правильного подхода к делу можно сделать эффек-тивным даже 90-нм производство. Все зависит от искусства управления. Примером служит и наш опыт. когда мы приступили к созданию дизайн-центра, все спрашивали: «Где ты возьмешь раз-работчиков, идеи?». они есть, их надо искать, в том числе за рубежом.

— «Миландр» укомплек тован кадрами?

— на сегодня та модель бизне-са, которую мы развивали, полностью обеспечена кадрами. Дальнейшее раз-витие возможно только с увеличением доходности нашего предприятия, кото-рая напрямую зависит от продаж или целевого выделения денег государством. В таком случае нам придется закупить дополнительные площади, приобрести оборудование, пригласить специалистов. развитие должно быть постепенным.

у нас был период, когда из-за недо-статка финансов мы не смогли поднять заработную плату до уровня, предла-гаемого зарубежными компаниями, которые расположены в зеленограде. Два ведущих инженера по аналого-вым компонентам ушли во Freescale на большую зарплату. Сейчас эта про-блема решена, оставшимся работни-кам мы подняли зарплату до уровня Freescale — по-другому не получается. С другой стороны, работа в «миландре» привлекает инженеров тем, что у нас выстроена вся технологическая цепоч-ка создания микросхем, в то время как большинство зарубежных компаний не работает в россии по всей технологиче-ской цепочке. инженерам интересно, когда изделие выходит на рынок, когда с ними работает потребитель, который говорит, что получилось плохо, а что — хорошо. Это очень сильно мотивиру-ет наших сотрудников. кроме того, мы выводим микросхемы на рынок под своим брендом. наша цель, чтобы микросхемы под маркой «миландра» вызывали восхищение у потребителей.

— Какова роль «Миландра» в

Ассоциации производителей электрон-ной аппаратуры и приборов (АПЭАП)?

ры

но

к

11

электронные компоненты №12 2009

— Я принимал участие в создании ассоциации, был одним из ее учредите-лей. Потом мой голос потерялся в общем шуме, и мне стало там неинтересно. мы являемся членами этой ассоциации, но в роли «спящих акционеров».

— Раньше все было понятно: суще-ствовало министерство, подконтроль-ные институты, заводы. Нынешние министерства не знают частных ком-паний или не хотят знать. Кто в целом координирует деятельность?

— наверное, я покажусь ретроградом, отвечая на этот вопрос. к сожалению, в настоящее время в россии для того, чтобы восстановить экономику, надо перейти к советской модели создания ВВт. никакие другие способы уже не помогут. требуется жесткое централизованное управление, чтобы построить костяк. Другой вопрос, как распределить деятельность между частными и государственными предпри-ятиями. необходима экспертная оценка всей деятельности отрасли. Должно быть министерство электронной промышлен-ности, министерство самолетостроения и т.д. Демократия — это хорошо, но мы не доросли до нее. у нас нет фундамента в экономике, на основе которого работали бы частные инициативные молодые ком-пании.

необходимо сформировать меха-низм разделения государственного и частного. мы должны искать изюминку.

— Почему этим не занимается АПЭАП?

— Потому, что она сильно откло-нилась в сторону лоббирования инте-ресов контрактного производства.

на кухне всем кажется, что они могут быть крупными руководителями, лучше построить процесс управления.

когда же они получают возможность это доказать на деле, оказывается, что их интересует совершенствование того, что они лично могут делать, а широкое видение отсутствует. искусство заклю-чается в умении слушать других. По идее, асcоциация могла бы четко рас-ставить все по местам между частными компаниями, контрактными производи-телями и потребителями. Весь вопрос в том, что каждый в этой цепочке дол-жен осознать, что сегодня ему следует платить дороже за отечественные, чем за импортные компоненты, потому что завтра производство станет больше, и стоимость снизится. ассоциация этого не поняла и занялась оптимизацией прибыли контрактников.

Если они добьются отмены пошлины на элементную базу, пройти таможню станет просто. иностранные компании построят у нас склады и вытеснят всех российских дистрибьюторов до одного. Все словно обезумели: сами помога-ют тому, чтобы их скорее уничтожили. Я в этих процессах не участвую. Чем дольше таможенные заборы простоят, тем больше вероятность того, что наша компания разовьется.

— Ваше впечатление о недавно прошедшем форуме российских дис-трибьюторов, участником которого Вы были.

— мне показалось, что когда наши дистрибьюторы начинали свою деятель-ность, они были независимыми и гор-

дыми людьми, а на форуме я увидел рабов, которые рассказывают иностран-цам, как правильно вести себя на нашем рынке, чтобы их прибыль стала больше. как только их научат всем особенностям работы на нашем рынке, история забу-дет о российских дистрибьюторах. нас никто не сможет защитить. те средства, которые так необходимы для развития, россия никогда не получит, если дви-гаться в этом направлении.

— Какие у «Миландра» планы?— мы научились многое делать

по востребованному ассортименту элементной базы. До конца года мы выпустим новые изделия, расширим номенклатуру. В принципе, «миландр» в состоянии обеспечить 80% элемент-ной базы по всем изделиям россий-ских предприятий. Вопрос заключает-ся в переходе на эти новые изделия. Экономика тоже должна расти. к сожа-лению, мы зависим от производства. Поэтому больше, чем элементная база, нас беспокоит сокращающаяся доля производства российских предприя-тий. так происходит потому, что все считают, будто можно добиться успеха без борьбы, без изнуряющего ежеднев-ного труда со школьной скамьи. Всему нашему народу не хватает воли — легче махнуть рукой и ничего не делать, наде-ясь, что как-нибудь вынесет. мы так не хотим. Вся история нашей компании — это борьба за место под солнцем. наша стратегия строится на том, что россию ждет хорошее будущее. мы проклады-ваем к нему дорогу своим трудом и предлагаем другим идти вместе.

События рынка

| Холдинг Kontron приобрел компанию DIGItAL-LoGIC, европейского производителя компактныХ защи-щенныХ встраиваемыХ плат и систем | Международный холдинг Kontron, ведущий мировой поставщик на рынке встраиваемых компьютерных технологий, приобрел контрольный пакет акций швейцарской компании DIGITAL-LOGIC AG.

Компания DIGITAL-LOGICAL, расположенная в швейцарском Солотурне, специализируется на производстве ком-пактных защищенных встраиваемых плат в стандартах PC/104, PC/104-Plus, PCI/104-Express и других, а также систем для жестких условий эксплуатации. Штат компании насчитывает более 100 сотрудников, а годовой доход составляет 15 млн. евро. Компактные защищенные компьютерные системы компании DIGITAL-LOGICAL используются в различных прикладных областях — государственном, транспортном, оборонном, медицинском и других секторах. Клиентами компании DIGITAL-LOGICAL являются известные мировые производители: Thales, NASA, Boeing, Bombardier, Mercedes, BMW и другие.

Малогабаритные решения компании DIGITAL-LOGICAL для жестких условий эксплуатации хорошо дополнят существую-щие продуктовые линейки холдинга Kontron и расширят его продуктовое портфолио. Еще одним результатом приоб-ретения контрольного пакета акций DIGITAL-LOGIC должно стать усиление присутствия Kontron в странах Центральной Европы и увеличение его доли на региональных рынках.

Стратегическим партнером Кontron в России и странах СНГ является компания «РТСофт», которая успешно работает на рынке компьютерной автоматизации с 1992 г. Компания предлагает широкий спектр услуг, от поставки базовых аппарат-ных и программных средств и готовых программно-технических комплексов до консалтинга и реализации проектов под ключ в области автоматизации производственных и технологических процессов.

Основными потребителями продукции и услуг ЗАО «РТСофт» являются системные интеграторы, производители серий-ного оборудования и конечные пользователи, работающие в топливно-энергетическом комплексе, в пищевой, металлур-гической, нефте-химической, авиационной промышленности, в сфере специальных применений, космических исследова-ний, телекоммуникаций и жилищно-коммунального хозяйства.

Приобретение DIGITAL-LOGIC холдингом Kontron «РТСофт» рассматривает как очень важный шаг по расширению имею-щихся продуктовых линий для улучшения взаимодействия с собственными партнерами в СНГ.

www.rtsoft.ru

12

www.elcp.ru

но

Во

Ст

и

| SIMCoM выбрала официального дистрибьютора в россии | Крупнейший мировой производитель коммуникаци-онных модулей — компания SIMCOM — выбрала нового официального дистрибьютора в России — компанию «Макро Групп» (Санкт-Петербург).

Компания SIMCOM входит в группу компаний SIM Technology Group Limited (SIM Technology) — ведущего китайского разработчика и производителя мобильных телефонов, коммуникационных модулей и ЖК-дисплеев. SIMCOM специализируется на разработках мобильных телефонов и беспроводных GSM/GPRS/EDGE-модулей.

Ключевым направлением деятельности «Макро Групп» являются поставки ком-понентов в области беспроводной связи и навигации. Линейка навигационных

продуктов, поставляемых «Макро Групп», включает GSM/GPRS/EDGE-модули Simcom, GPS-приемники Leadtek и Orcam, ГЛОНАСС/GPS-оборудование ОАО «Ижевский Радиозавод» и ЗАО «КБ НАВИС», навигационные антенны от 2J-antennae, прецизионное оборудование американской компании JAVAD Navigation Systems и другую продукцию.

Еще в 2006 г. компания «Макро Групп» начала осуществлять поставки модулей SIMCOM на российский рынок, и истори-чески она является одним из первых дистрибьюторов Simcom в России. В настоящее время «Макро Групп» обеспечивает заказчикам оптимальные условия поставок и технического сопровождения продукции Simcom:

– официальный канал поставки и гарантированное качество модулей; – гарантированные сроки поставки и низкие цены; – постоянно пополняемый складской запас модулей;– техническую поддержку с привлечением специалистов SIMCOM;– информационную поддержку по новым версиям встроенного ПО;– возможность заказа модемов с любой версией встроенного ПО: стандартной или заказной; – поставку модулей в комплексе с аксессуарами: держателями SIM-карт, кабельными переходниками, антеннами.

www.macrogroup.ru

События рынка

| «совтест ате» во второй раз демонстрирует свои разработки на выставке ProDuCtronICA | С 10 по 13 ноября 2009 г. в Мюнхене (Германия) прошла крупнейшая международная выставка Productronica, где «Совтест АТЕ» уже во второй раз представлял свою продукцию.

Productronica — единственная выставка, представляющая мир электронной промышлен-ности во всей его полноте. Демонстрируются все фазы индустриального процесса — от разработки до производства готового изделия. В этом году помимо основных разделов, например «PCB и производство печатных плат», «Тестирование и измерения», «Проверка качества», «Производство и обработка провода», были представлены такие актуальные направления как нанотехнологии, фотовольтаика, EMS и гибридно-составляющее произ-водство.

В этом году выставка привлекла 1126 компаний-участниц, из которых 24 участвовали впервые (в 2007 г. эти показатели составили 1452 и 52, соответственно). Не стало сюрпризом

и уменьшение количества посетителей с 40 тыс. в 2007 г. до 28 тыс. в нынешнем, причиной чему послужило, прежде всего, сокращение командировочных расходов компаний под влиянием неблагоприятной экономической ситуации в мире. С другой стороны, это привело к увеличению доли руководящего состава компаний, т.е. тех, кто непосредственно прини-мает решения (с 88% до 91%). Процентное соотношение топ-менеджмента компаний также возросло с 15 до 19%.

Традиционно выставка демонстрирует все самые инновационные достижения мировой электронной промышленно-сти. К сожалению, в этом году дефицит в бюджетах компаний сказался и на количестве, и на качестве новых разработок. Тем не менее многие участники демонстрировали новые решения.

Компания «Совтест АТЕ» представила на выставке свою новую разработку — тестер проводного монтажа и печатных плат STC-1000 — высокопроизводительный тестер, предназначенный для обнаружения и локализации дефектов собран-ных автомобильных жгутов и проверки их электрических параметров. Кроме того, на стенде компании был продемонстри-рован функциональный тестер FT-17 и хит продаж — локализатор неисправностей на компонентном уровне SFL 3000.

На выставке работали коллективные стенды многих стран, среди которых стенды Германии, Франции, Румынии, Индии, США и др. Минпромторгу РФ стоило бы взять пример с этих стран и организовать на выставке коллективный российский стенд. Это оказало бы куда более прочную поддержку российским производителям, нежели призрачные федеральные целевые программы и всевозможные дотации, т.к. позволило бы привлечь дополнительное внимание к российскому рынку электроники, а также средства инвесторов.

В этом году Россию на собственных стендах смогли представить только две компании — ООО «Совтест АТЕ» (Курск) и ОАО «БНТ Прибой» (Санкт-Петербург). И в качестве субэкспонента на стенде партнера была представлена еще одна рос-сийская компания — ЗАО «Предприятие Остек» (Москва).

Участие в выставке Productronica позволило ООО «Совтест АТЕ» заключить ряд контрактов на поставку локализаторов неисправностей в зарубежные страны. Кроме того, были проведены технические переговоры по тестерам функциональ-ного контроля и тестерам проводного монтажа — по некоторым проектам ожидается подписание контрактов. Интерес к разработкам «Совтест АТЕ» позволил понять, что оборудование, производимое компанией, полностью соответствует меж-дународному уровню, не уступает зарубежным аналогам и реализуется по значительно более низким ценам. Высочайшее качество оборудования достигается обязательным пооперационным тестированием на всех этапах производства и заклю-чительными испытаниями на устойчивость к климатическим и механическим воздействиям.

www.sovtest.ru

раз

раб

от

ка

и к

он

ст

ру

ир

ов

ан

ие

13

электронные компоненты №12 2009

В первой части статьи рассматриваются рабочие характеристики повышающего преобразователя для питания сильноточных белых све-тодиодов и стандартного силового дросселя в условиях высоких темпе-ратур. На этих примерах подробно обсуждаются методы расчета и изме-рения теплового сопротивления и теплоемкости подобных устройств относительно окружающего воздуха.

тепловой расчет устройств силовой электроники. часть 1Владимир КондратьеВ, инженер-разработчик

известно, что даже у высокоэффек-тивных цепей управления питанием имеются свои ограничения: при боль-шей выходной мощности бóльшая мощ-ность рассеивается на источнике тока и соответствующих внешних компонен-тах. в этих условиях требуется правиль-но выбрать компоненты и произвести оптимальное проектирование печат-ной платы, чтобы избежать превыше-ния предельной рабочей температуры кристалла и чрезмерного разогрева компонентов.

импульсный источниК питания и силоВой дроссельрассмотрим рабочие характери-

стики импульсного источника питания и стандартного силового дросселя в условиях высоких температур.

избыточный нагрев от внешней среды или в результате рассеивания мощности внутри самой системы может изменить характеристики электронных компонентов, вызвать остановку и даже сбой в работе системы. устройства по управлению питанием довольно-таки часто сталкиваются с этими проблема-ми, т.к. рассеивание мощности между входом системы и нагрузкой приво-дит к нагреву устройства. это тепло следует отводить от системы либо в сторону платы и расположенных поблизости компонентов, либо в окру-жающую среду. Даже при использова-нии импульсных источников питания с традиционно высоким кпД при про-ектировании печатной платы и выборе внешних компонентов следует учиты-вать температурные условия.

разрабатывая цепь управления питанием, необходимо еще до темпе-ратурного расчета понять в целом, как происходит теплопередача в системе. известны три механизма теплопере-дачи: теплопроводность, конвекция и излучение. в электронных системах тепло от печатных плат, главным обра-зом, передается за счет явления тепло-проводности и в меньшей степени — путем конвекции.

следующая формула описыва-ет количество переданного тепла за счет явления теплопроводности: H = K∙S∙(Tвыс– Tниз)/d, где H — скорость передачи тепла, Дж/с; K — теплопро-водность материала; S — площадь тела; (Tвыс – Tниз) — разница температур; d — расстояние. уравнение для ско-рости переданного тепла можно рас-пространить на электрическую цепь по электротепловой аналогии, в которой источником тепла н выступает источ-ник тока; разности температур между устройствами соответствует падение напряжения, а обратная величина тепло-проводности (K∙S)/d становится термо-сопротивлением, выраженным в °C/вт.

условное обозначение термосопро-тивления — RA-B, где а и в — два устрой-ства, между которыми распространя-ется тепло. по аналогии уравнение теплового потока для электрической цепи выглядит следующим образом: P = (Tвыс – Tниз)/Rвыс-низ.

эту аналогию можно распростра-нить и на описание другого теплового параметра устройства — теплоемко-сти. если тепловое сопротивление упо-добить электрическому сопротивле-нию, то теплоемкости (CT, Дж/°C) можно сопоставить электрическую емкость.

таким образом, полное тепло-вое сопротивление (ZT) определяется параллельно соединенными теплоем-костью и тепловым сопротивлением. упрощенная RC-модель передачи тепла за счет явления теплопроводности показана на рисунке 1.

источник рассеиваемой мощности выступает в роли источника тока, а пол-ное тепловое сопротивление представ-ляет собой параллельно включенные CT и RT. в электрических цепях каждый тепловой интерфейс характеризуется полным тепловым сопротивлением, зависящим от материала, геометрии устройства, его размеров и положения.

в полупроводниковом устройстве суммарное тепловое сопротивление между кристаллом и окружающим воз-духом, или Zк-в, представляет собой

сумму тепловых сопротивлений каждо-го отдельного материала, входящего в состав конструкции.

рассмотрим дискретный Моп-транзистор, установленный на печат-ной плате. полное тепловое сопротив-ление в установившемся режиме (или тепловое сопротивление Rк-в) являет-ся суммой тепловых сопротивлений между кристаллом и корпусом устрой-ства (Rк-к), корпусом и теплоотводом (Rк-т) и теплоотводом и воздухом (Rк-в): Rк-в = Rк-к + Rк-т + Rт-в. кроме того, следу-ет учесть и возможный параллельный тракт распространения тепла от кри-сталла Моп-транзистора через корпус на печатную плату и далее в воздушную среду.

обычно информация о тепловой характеристике перехода кристалл-корпус предоставляется произво-дителем полупроводников. с другой стороны, значения Rк-т и Rт-в, главным образом, зависят от свойств тепло-отвода и печатной платы. Множество факторов влияет на значения тепловых сопротивлений Rк-в или Rк-т, в т.ч. коли-чество слоев пп, количество сквозных отверстий, ведущих на дополнитель-ные уровни, близость к другим устрой-ствам и скорость движения воздушного потока.

зачастую значение Rк-в приводит-ся в списке технического описания устройства, но это значение измеря-ется в определенных условиях тести-рования платы и годится для сравне-ния между устройствами только в том случае, если измерения выполняются в равных условиях. тепловое сопро-тивление Rк-в является важным пара-метром при выборе электронных ком-

Рис. 1. Упрощенная модель полного теплового сопротивления

14

раз

раб

от

ка

и к

он

ст

ру

ир

ов

ан

ие

www.elcp.ru

понентов, т.к. оно является мерой того, насколько большой может оказаться рассеиваемая устройством мощность при определенном состоянии окружа-ющей среды и компоновки пп. Другими словами, это значение позволяет оце-нить рабочую температуру кристалла на основе состояния внешней среды и рассеиваемой мощности.

рассеиВание теплав качестве примера теплового рас-

чета для цепи управления энергопо-треблением рассмотрим схему LM3554 (см. рис. 2).

это устройство является индуктив-ным повышающим преобразователем для высокомощных флэш-светодиодов, используемых в приложениях для мобильных телефонов. ис LM3554 — хорошее средство для тестирова-ния, т.к. оно имеет малые размеры (1,6×1,6×0,6 мм) и обеспечивает выход-ную мощность до 6 вт (при токе 1,2 а и напряжении светодиодов 5 в).

Даже при 85-% кпД относительно высокая выходная мощность и миниа-тюрный SMD-корпус с 16-ю столбико-выми выводами делают это устройство приемлемым для работы при высо-ких температурах. в первую очередь эффекты рассеивания тепла от микро-схемы LM3554 приводят к повышению сопротивления ее ключей в открытом состоянии и изменению порогов сраба-тывания. в случаях, когда температура значительно повышается, может сра-ботать тепловая защита, и устройство отключится.

знание точного значения Rк-в позво-ляет определить температуру кристал-ла устройства, работающего с заданной мощностью, и обеспечить надежное и предсказуемое функционирование цепи в соответствии с требованиями приложения. рассмотрим вероятный сценарий, в котором входное напря-жение устройства и напряжение све-

тодиода составляет 3,6 в, а протекаю-щий через светодиод ток равен 1,2 а. в этом случае преобразователь повы-шает выходное напряжение на 300 мв относительно Vвх. эта разность в 300 мв между двумя параллельными источни-ками тока позволяет регулировать ток светодиода.

общее падение мощности на устрой-стве является суммой падения мощно-сти на синхронных p-, n-Моп-ключах и двух источниках тока. падение мощно-сти на p- и n-Моп-ключах происходит на резистивных компонентах, поэтому для точной оценки мощности необхо-димо использовать среднеквадратич-ное значение тока.

этот ток представляет собой сред-неквадратичный ток дросселя, умно-женный на коэффициент заполнения, когда замкнуты ключи p- и n-Моп. при известном кпД преобразователя коэф-фициент заполнения D = Vвх∙кпД/Vвых.

в нашем случае Vвых = Vсвет + 300 мв, а кпД = 90%. таким образом, коэффи-циент заполнения ключа p-Моп равен (1 – D) = 83%, а n-Моп — 17%. уравнение для вычисления среднеквадратичного значения тока дросселя:

где Iср.др.DC — среднее значение тока дросселя, определяемое по формуле Iср.др.DC = Iсвет/(1 — D); ∆Iдр. — размах тока дросселя, приблизительно равный в данном случае 140 ма.

потеря мощности для ключа n-Моп (RDS(ON) = 125 мом) равна 45 мвт, а для p-Моп (RDS(ON) = 152 мом) — 265 мвт. кроме того, на источниках тока падение мощности составляет 300 мв ∙ 1,2 а = 360 мвт. таким образом, суммарное рассеивание мощности — 668 мвт.

в техническом описании значение Rк-в равно 60°C/вт. оно было получе-но в результате тестового испытания

JEDEC для четырехслойной платы в соответствии со стандартом JESD51-7. используя это значение Rк-в, темпе-ратура кристалла при Tв = 50°C пред-положительно составляет 83,4°C. это значение не является критичным для устройства, т.к. оно ниже порога срабатывания тепловой защиты при 150°C и ниже 125°C — максимальной рабочей температуры кристалла, ука-занной в техническом описании на LM3554.

в другом сценарии для LM3554 можно задать стабилизированное выходное напряжение 5 в во время одного и того же светового импульса. разность между номинальным и макси-мально допустимым значением напря-жения для источника тока с 300 мв увеличивается до 5 в – 3,6 в = 1,4 в, в результате чего мощность рассеивания для него составит 1,68 вт.

считая, что кпД устройства по-прежнему равен 90%, напряже-ние — 5 в при токе 1,2 а, а коэффи-циент заполнения 35,2%, постоянный ток дросселя составляет 1,85 а, а ∆IL — 288 ма. Мощность рассеивания на n-Моп в данном случае равна 151 мвт, а на p-Моп — 338 мвт. при суммар-ном рассеивании внутренней мощно-сти 2,169 вт оценочная температура кристалла (при Tв = 50°C) равна 180°C, что на 30°C выше порога срабатыва-ния тепловой защиты и на 55°C выше максимальной рабочей температуры кристалла.

в действительности, это устрой-ство установят не на тестовую плату 4LJEDEC, а на какую-то другую плату с другими расположенными поблизости компонентами и с иным числом сквоз-ных отверстий, ведущих на нижние слои. все эти переменные параметры, помимо многих других, существенно влияют на значение Rк-в, что, в свою очередь, приводит к снижению точ-ности вычислений температуры кри-сталла.

измерение полного теплоВого сопротиВленияДля реальной цепи требуется знать

точное значение Rк-в. среди различных методов его измерения используется отключение системы при достижении теплового порога, установленного на 150°C.

при измерении Rк-в мы исходим из того, что величина рассеиваемой мощ-ности (ррасс) преобразователя LM3554 известна, а температура окружающего воздуха медленно растет до тех пор, пока устройство не отключится. устройство снабжено флажковым индикатором, порог срабатывания которого устанав-ливается с помощью I2C-совместимого интерфейса. индикатор возвращается в состояние «1» при достижении порога Рис. 2. Тестовая схема драйвера флэш-светодиодов LM3554 компании National Semiconductor

16

раз

раб

от

ка

и к

он

ст

ру

ир

ов

ан

ие

www.elcp.ru

срабатывания тепловой защиты. в этом методе значение Rк-в рассчитывается по формуле Rк-в = (150°с — тв)/ррасс.

во втором методе измеряется зави-симость от температуры значения VF одного из диодов защиты от электро-статического разряда (зэр). эта про-цедура немного сложнее предыдущей, но с ее помощью достигается более точный результат, т.к. устанавливается значение Vвсп во всем температурном диапазоне. Диоды для защиты от элек-тростатического разряда с заземлен-ными анодами имеются на всех выво-дах большинства полупроводниковых устройств. при тестировании LM3554 измеряется малый (<10 мA) ток на выво-де LEDI/NTC в зависимости от меняю-щейся температуры.

Максимально допустимое напря-жение на каждом выводе составля-ет –0,3 в, но это значение определя-ется напряжением Vвсп диода зэр при максимально допустимой температуре кристалла 150°C. если ограничить ток величиной менее 10 ма, устройство не подвергнется саморазогреву и риску разрушения.

результаты измерения на этом выво-де описываются линейной характери-стикой в диапазоне 25…125°C с углом наклона около 1,3 мв/°C. таким образом, можно использовать это устройство при известной мощности рассеивания, измеряя Vвсп отдельного диода. когда диод достигает устойчивого состояния, Rк-в = (Vвсп@тв — Vвсп@ур)/1,3 мв/°C∙ррасс, где Vвсп@тв — напряжение на диоде Vвсп при Tк = Tв, а Vвсп@ур — напряжение Vвсп на диоде зэр в установившемся темпе-ратурном режиме при рассеиваемой мощности ррасс.

наконец, в третьем методе исполь-зуется зависимость сопротивления в открытом состоянии Моп-транзистора от температуры. в этом методе задей-ствуется внутренний ключ p-Моп, пока устройство работает в режиме пропу-скания. в данном режиме устройство прекращает переключаться и включа-ет синхронный ключ p-Моп. так про-исходит, если Vвх начинает превышать Vвых на 150 мв. в этот момент преобра-зователь прекращает повышать Vвых, и p-Моп пропускает Vвх непосредствен-но на выход.

из-за того, что RDS(ON) Моп-транзистора в небольшой степени зависит от тока, необходимо изме-рять сопротивление ключа p-Моп при токе, значение которого приближается к величине тока вспышки. проблема с большими испытательными токами заключается в том, что они разогре-вают устройство. от этого эффекта можно избавиться, установив продол-жительность времени между вспыш-ками минимум на 32 мс и измеряя на осциллографе падение напряжения на p-Моп. при токе вспышки величиной 1,2 а угол наклона кривой составля-ет 0,42 мом/°C в диапазоне 25…125°C. следует заметить, что при этом p-Моп питается от вывода Vвых, и при Vвых = 5 в сопротивление в открытом состоянии меньше, чем при Vвых = 3,9 в.

результаты применения этих трех методов при мощности ррасс = 1,67 вт сле-дующие: в первом методе Rк-в = 45°C/вт; во втором этот параметр равен 42°C/вт; в третьем — 48°C/вт. на рисунке 3 пока-заны кривые RDS(ON) ключа p-Моп и Vвсп диода зэр на выводе LEDI/NTC при тесто-вом токе 0,865 а через флэш-светодиод.

Vвх этого устройства составило 5 в, а время между импульсами — 1,024 мс; Vсвет равнялось 3,18 в, что заставило устройство перейти в режим пропу-скания. в этом режиме рассеивание мощности целиком связано с ключом p-Моп и источником тока. в устойчи-вом режиме Vвсп диода зэр составило –622 мв, что соответствовало темпе-ратуре кристалла в 95,2°C при темпе-ратуре окружающего воздуха 25°C. в установившемся режиме измеренное значение RDS(ON) ключа p-Моп составило 154 мом, что соответствовало темпера-туре кристалла 105°C.

на рисунке 3 также проиллюстриро-вано поведение кривой теплоемкости преобразователя LM3554. зависимость Vвсп и Rp-Моп имеет экспоненциальный вид в соответствии с уравнением T(t) = тв + ррасс∙RT∙[1–e–t/(RT∙CT)].

результирующие теплоемкости равны 0,009 Дж/°C при использо-вании в расчете величины падения напряжения на открытом диоде зэр и 0,0044 Дж/°C — при использовании в расчете сопротивления в открытом состоянии ключа p-Моп. разница в

показаниях объясняется градиента-ми температуры на устройстве. ключ p-Моп, находящийся в непосред-ственной близости от источников тока, демонстрирует бóльшую скорость нарастания температуры и имеет бóльшую температуру, чем диод зэр на выводе LEDI/NTC, расположенный даль-ше от силовых устройств микросхемы.

разница в показаниях температу-ры обусловлена наличием теплового сопротивления и теплоемкости между двумя точками измерения на кристал-ле устройства. кроме того, характе-ристики в обоих случаях имеют при-близительно экспоненциальный вид с общей временнóй константой. на практике показание рассеянной мощ-ности немного другое из-за нагре-вания ключа p-Моп и источников питания, что приводит к небольшому росту ррасс с повышением температу-ры кристалла. Модель полного тепло-вого сопротивления позволяет лучше оценить рабочие параметры импульс-ных устройств, в частности драйве-ров флэш-светодиодов, чем модель теплового сопротивления. например, если ток вспышки равен 1,2 а, Vвх = 5 в и Vсвет = 3,4 в, мощность рассеивания устройства в режиме пропускания составит 2,14 вт.

при Rк-в = 48°C/вт и температуре окружающего воздуха 50°C модель установившегося режима позволя-ет получить температуру кристалла величиной 153°C, что на 28°C выше максимального значения рабочей температуры кристалла. учитывая, что теплоемкость равна 0,0044°C/Дж, а продолжительность импульса вспыш-ки — 200 мс, мы получим лучшую оценку температуры кристалла — около 113°C.

заВисимость сопротиВления обмотКи дросселя от температурырасчеты для преобразовате-

ля LM3554 можно распространить и на силовой дроссель для LM3554. избыточное тепло, рассеиваемое на нем, изменяет характеристики устрой-ства и приводит к непредусмотренному функционированию как дросселя, так и источника питания.

в целом воздействие избыточ-ной температуры на силовой дрос-сель вызывает увеличение сопро-тивления обмотки по постоянному току и снижение предела насыще-ния тока. сопротивление дроссе-ля по постоянному току изменяет-ся с температурой в соответствии с температурным коэффициентом удельного сопротивления катушки дросселя. как правило, катушка дрос-селя сделана из меди, температур-ный коэффициент удельного сопро-

Рис. 3. Кривые RDS(ON) ключа p-МОП и Vвсп диода ЗЭР на выводе LEDI/NTC преобразователя LM3554 при вспышке

раз

раб

от

ка

и к

он

ст

ру

ир

ов

ан

ие

17

электронные компоненты №12 2009

тивления (α) которой равен 3,9 мом/°C. уравнение для сопротивления обмотки выглядит следующим образом: R = ρ∙l/S∙(1 + α∙[T – 25°C]), что эквивалентно 0,39%/°C.

в оценочном комплекте для преобразователя LM3554 указан дроссель FDSE0312-2R2 компании Toko. при Tв = 25°C измеренное значение сопротивления составляет 137 мом. при 85°C сопротивление становится равным 50°C ∙ 0,39%/°C = 19,5% (или 164 мом). при среднеквадратичном значении тока дросселя 2 а и Vвх = 3,6 в изменение сопротивления дросселя приведет к снижению кпД примерно на 1,5%.

насыщение дросселявозможно, самый большой недостаток силового дросселя

при высокой температуре — уменьшение номинального тока насыщения. при больших среднеквадратичных токах внутреннее рассеивание мощности приводит к повышению температуры дросселя, в результате чего снижается его точка насыщения. при насыщении материал сердечника дросселя достигает такого состояния, когда плотность магнитного потока перестает расти пропорционально напряженности магнитного тока и увеличивается лишь незначительно.

на экране осциллографа видно, что угол наклона тока дросселя импульсного стабилизатора растет по мере пере-хода устройства в режим насыщения, что эквивалентно уменьшению индуктивности. рост тока пульсаций приводит к увеличению среднеквадратичного значения тока и потерь дросселя на переключение, что в совокупности вызывает потери мощности на дросселе и снижение кпД. у дросселя может быть скачкообразная характеристика насыщения в определенной точке или плавная характеристика, как в слу-чае с дросселем FDSE0312-2R2.

тем не менее производители дросселей обычно ука-зывают такую точку насыщения, в которой происходит резкое снижение индуктивности при определенном токе и температуре. на рисунке 4 показан пример дросселя, работающего в режиме насыщения.

в этом примере используется дроссель VLS4010-2R2 (2,2 мкГн) компании TDK, значение индуктивности которого резко снижается при насыщении. Данный эффект наблю-дается при работе повышающего преобразователя LM3554 с минимальной продолжительностью вспышек — 32 мс. Малая ширина импульсов способствует ограничению само-разогрева дросселя и позволяет управлять его темпера-турой путем регулирования температуры извне. на диа-грамме в верхнем левом углу рисунка 4 отражена работа дросселя ниже точки насыщения, о чем свидетельствует треугольная форма сигнала.

Рис. 4. Пример использования дросселя VLS4010-2R2 (2,2 мкГн) компании TDK

18

раз

раб

от

ка

и к

он

ст

ру

ир

ов

ан

ие

www.elcp.ru

после 50°C (см. верхний правый угол рисунка 4) угол наклона кривой тока дросселя начинает увеличиваться, достигая значения 1,76 а. это указывает на то, что точка насыщения дросселя сместилась вниз. когда температура достигает значения 70, а затем 85°C, сигнал тока свидетельствует о насыще-нии дросселя.

оценКа температуры дросселявклад в повышение температуры

дросселя вносят различные факто-ры, в т.ч. температура окружающей среды, полное тепловое сопротивле-ние дросселя и рассеивание мощно-сти внутри него. используя эффект изменения сопротивления дросселя по постоянному току, можно с хоро-шей точностью оценить рабочую тем-пературу дросселя. этот метод схож с применением диода зэр или сопро-тивления RDS(ON) ключа p-Моп в том, что дроссель выступает в качестве термометра.

с помощью уравнения, описывающе-го зависимость сопротивления дросселя от температуры, для ∆T получаем сле-дующее соотношение: ∆T = (R2/R1 – 1)/α. пример теста с использованием дроссе-ля VLS4010ST-2R2 в цепи LM3554 при бро-

ске тока 1,65 а DC показан на рисунке 5.сопротивление дросселя при ком-

натной температуре составляет 65 мом. через 30 с устройство достигает уста-новившегося значения 73 мом, соот-ветствующего рабочей температуре около 56°C. по определению, тепловое сопротивление RT = (Tвсп – тв)/(IDC

2∙RД@Tвсп), т.е. рассеивание мощности на дросселе зависит от его сопротивления, которое меняется с температурой.

таким образом, необходимо выпол-нить расчет температуры Tвсп дроссе-ля при заданном RT. подставив урав-нение для RT в формулу зависимости сопротивления дросселя от темпера-туры, получаем для Tвсп = (тв – тв∙α∙k + + k)/(1 – α∙k), где k = IД

2∙R@тв∙ Rт.из рисунка 5 также видно, что экви-

валентный рост температуры дросселя имеет приблизительно экспоненциаль-ную зависимость от времени первого порядка — T(t) = тв + ррасс∙RT∙[1–e–t/(RT∙CT)]. знание величины полного теплового сопротивления дросселя в примере с драйвером для флэш-светодиодов позволяет лучше оценить работу устройства.

поскольку дросселю требуется достаточно большое время для дости-жения установившейся температуры,

по сравнению с продолжительностью вспышки (менее 1 с), оценка рабочей температуры при полном токе вспыш-ки и тепловом сопротивлении в уста-новившемся режиме с большой веро-ятностью оказывается завышенной. возможно, это происходит из-за того, что в таком импульсном устройстве как драйвер флэш-светодиода использует-ся дроссель меньших габаритов, чем в источнике питания в стационарном режиме.

рассмотренные примеры демон-стрируют лишь несколько из многих методов измерения температуры на примере микросхемы и выбора для нее теплового сопротивления. точное зна-ние температуры устройства наряду с величиной рассеиваемой им мощности позволяет произвести верный расчет теплового сопротивления.

после определения теплового сопротивления поэтапное изменение рассеиваемой устройством мощно-сти и отслеживание его температуры позволяет рассчитать теплоемкость устройства и получить более точную оценку изменения его температуры в переходных процессах.

Данные примеры теплового расче-та для сильноточного флэш-драйвера белого светодиода в равной степе-ни пригодны в отношении других устройств по управлению энергопо-треблением — как импульсных, так и тех, которые функционируют в течение более продолжительных периодов вре-мени.

Литература1. Travis Eichhorn. Things to keep in

mind when designing power management circuitry//www.powermanagement-europe.com/showArticle.jhtml;jsessionid=WJGR0ZN3O10O3QE1GHPCKH4ATMY32JVN?articleID=220700246.

Рис. 5. Тепловая характеристика дросселя VLF4010ST-2R2 при броске тока 1,65 А DC

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| дВа года назад Honeywell торжестВенно отпраздноВала 75 лет со дня пояВ-ления легендарной технологии MICRo SwITCH ™ (выключатель мгновенного дей-ствия) | Технология MICRO SWITCH™ была изобретена в 1932 г. и своим появлением сразу же подхлестнула процесс миниатюризации существовавших тогда электронных устройств. До MICRO SWITCH™ ни один из существовавших в то время переключателей не обладал такой высокой надежностью в сочетании в малым весом и габаритами. Современные технологии лишь улучшили применяемые в MICRO SWITCH™ материалы, мало что добавив к идее механи-ческого конструктива. За прошедшие три четверти века MICRO SWITCH™ смело шагнул в сферу высоких технологий, и если первый в истории переключатель MICRO SWITCH™, извест-ный как Large Basic, применялся всего лишь для контроля температуры в инкубаторе на ферме, то в 1975 г. переключатели MICRO SWITCH™ использовались уже в работе автоматиче-ской межпланетной станции Viking, впервые в истории осуществившей посадку на поверх-ность Марса и работавшей на расстоянии в 505 млн миль от Земли. Переключатель MICRO

SWITCH™ использовался тогда на борту Viking в устройстве взятия пробы марсианского грунта для последующего анализа его хими-ческого состава и возможного присутствия в нем микроорганизмов.

В настоящее время Honeywell производит более 120 млн переключателей MICRO SWITCH™ в год для аэрокосмической, оборон-ной, автомобильной и медицинской промышленностей. Современная продуктовая линейка переключателей компании Honeywell, выполненных по этой технологии, включает в себя, среди прочих, такие широко применяемые компоненты как переключатели субминиатюрного и миниатюрного типов, концевые выключатели, тумблеры и переключатели типа «качающаяся кнопка».

В России и СНГ переключатели MICRO SWITCH ™ можно приобрести у дистрибьютора Honeywell, компании «Компэл».

www.honeywell.com/sensing

20

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

www.elcp.ru

В статье рассматриваются факторы, влияющие на энергопотребление, и способы снижения потребляемой мощности. Основное внимание уделя-ется процессору и его окружению, т.к. именно эти компоненты потре-бляют большую часть мощности. Кроме того, обсуждаются вопросы выбора процессора.

ВВедение В проектироВание маломощных схемДэвиД Кац (DaviD Katz), РиК Джентайл (RicK Gentile), техн. специалисты, Analog Devices

ввеДениеразработка встраиваемых систем

считается незаконченной до проведе-ния тщательного анализа энергопотре-бления. Этот этап важен и для систем с питанием от сети, не говоря уже об устройствах с батарейным питанием. Энергопотребление влияет на темпе-ратуру, размеры устройства и на стои-мостные аспекты во всех этих случаях.

прежде всего, следует уточнить, что такое «низкое энергопотребление». Во встраиваемых системах это определе-ние относительно. к малопотребляющим устройствам относятся те, которые рабо-тают, например, от часовой батарейки. на другом конце шкалы — устройства с сетевым питанием, потребляемую мощ-ность которых следует снизить для того, чтобы не применять радиаторы, вентиля-торы, стабилизаторы напряжения и т.д.

современные требования отрасли таковы, что многие, не только портатив-ные устройства, должны иметь весьма ограниченный бюджет энергопотре-бления.

существует множество способов снизить энергопотребление устрой-ства, среди которых следующие:

– динамическое изменение часто-ты процессора и напряжения питания;

– снижение потребления отдель-ных блоков процессора;

– оптимизация кода, направленная на снижение энергопотребления;

– использование режимов понижен-ного энергопотребления процессора;

– учет энергопотребления различ-ных частей системы в целом.

мы рассмотрим два последних метода.

Режимы энеРгопотРебленияВо многих случаях используются раз-

личные режимы энергопотребления процессоров, в зависимости от требуе-мой производительности. рассмотрим, например, датчик со встроенным про-цессором, питающимся от батареи. подключенный к процессору преобра-зователь оцифровывает некий параметр. процессор простаивает до тех пор, пока внешняя периферия не накопит некото-рого количества данных. таким образом, процессор может находиться в спящем

режиме во время сбора данных. как толь-ко периферия накопила достаточно дан-ных, процессор просыпается и переходит в режим максимальной производитель-ности. кроме того, он может переходить в режим ультранизкого энергопотребле-ния, если сбор данных не производится вовсе и их обработка не требуется.

Выход из режима пониженного потребления может осуществляться по различным сигналам: по внешне-му сигналу, поданному на вход, или по внутренним сигналам, например по завершению передачи данных по DMA либо по сигналу таймера.

известны следующие режимы энер-гопотребления:

– режим полной производительно-сти;

– режим ожидания, в котором встроенная память процессора нахо-дится в готовности быстро включиться, а его неиспользуемые узлы отключены;

– режим спячки, в котором внутрен-няя память процессора отключена.

для удобства мы разделим малопо-требляющие встроенные системы на три различные категории.

первая — маломощные встроенные системы, которые постоянно находятся в работающем состоянии. их энергопо-требление зачастую не превышает 1 ма, что ограничивает возможную произво-дительность процессора. примеры таких устройств — наручные часы и импланти-руемые медицинские устройства.

Вторая категория — системы, которые могут находиться в рабочем состоянии или в режиме ожидания. для них важным параметром является и ток в рабочем режиме, и ток в режиме ожидания. ток в активном режиме может составлять десят-ки или сотни миллиампер, в зависимости от приложения. ток в режиме ожидания в типичном случае составляет от микро-ампер до нескольких миллиампер. пример таких устройств — сотовые телефоны или устройства, активируемые голосом.

третья категория — это устройства, которые могут быть полностью вклю-чены или полностью отключены. к ним относятся портативные медиаплееры, навигаторы GPS, цифровые камеры. В таких устройствах продолжительность

жизни батареи полностью определяется энергопотреблением в активном режи-ме. ток в режиме ожидания пренебре-жимо мал (лишь несколько микроампер, которые потребляют часы реального времени). как и во второй категории, энергопотребление в активном режиме может составлять от десятков миллиам-пер до нескольких сотен миллиампер, в зависимости от приложения.

Режим ожиДанияпод режимом ожидания подразуме-

ваются различные малопотребляющие режимы, позволяющие быстро пере-ключиться в активное состояние в слу-чае необходимости. Чем ниже энер-гопотребление, тем большее время требуется для перехода в активный режим. мы используем термин «режим ожидания» для обозначения всех подоб-ных малопотребляющих состояний.

переведя процессор в режим ожида-ния, можно уменьшить энергопотребление и увеличить время жизни батареи. В таких режимах процессор обычно сохраняет все внутренние состояния и содержимое памя-ти, т.к. эти блоки по-прежнему запитаны при значительно сниженном энергопотре-блении всей системы. кроме того, процес-сор может проснуться за микросекунды, что гораздо быстрее, чем обычный запуск процессора из холодного состояния.

Режим спячКи режим спячки (hibernate mode) можно

считать предельным случаем режима ожи-дания. режим спячки позволяет понизить энергопотребление до минимума за счет полного выключения ядра процессора при включенной встроенной памяти. В отличие от других режимов ожидания, в состоянии спячки не сохраняется внутреннее состоя-ние процессора, поэтому вся критичная информация из памяти, регистров и т.д. должна быть сохранена в энергонезависи-мой памяти до перехода в этот режим.

однако режим спячки может обе-спечивать поддержание памяти SDRAM в рабочем состоянии, несмотря на то что ядро процессора выключено. путем перевода памяти SDRAM в режим само-обновления (self-refresh mode) перед отключением ядра и последующего воз-

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

21

электронные компоненты №12 2009

обновления управления памятью после включения становится возможным сохранять параметры системы в DRAM, а не в энергонезависимой флэш-памяти. такой подход гораздо быстрее обеспечи-вает просыпание, чем при загрузке про-цессора из энергонезависимой памяти.

пРеимущества Различных Режимов энеРгопотРеблениярассмотрим еще один характерный

случай, когда режимы энергопотребле-ния позволяют значительно снизить энергопотребление, на примере mp3-плеера, который накапливает данные в буфере, декодирует их в выходной буфер SDRAM и затем переводит процессор в режим ожидания, пока не потребуется следующая порция данных.

для декодирования кода mp3 тре-буется только весьма скромная часть вычислительной мощности процессора. таким образом, процессор может произ-водить декодирование mp3 фрагмента-ми и находиться в состоянии спячки все остальное время. например, процессор может работать в режиме «25% време-ни — декодирование, 75% времени — сон». Во время декодирования процессор как можно быстрее заполняет внешнюю память декодированными данными. как только буфер заполнен, процессор пере-ходит в состояние спячки, до тех пор пока не потребуется новое заполнение буфе-ра. В таком режиме процессор потребля-

ет, например, 30 ма при декодировании и 15 ма — остальное время. другими сло-вами, если непрерывное декодирование mp3 требует, скажем, 75 мгц, можно вме-сто этого значения частоты использовать 300 мгц. Это позволит быстро заполнить буфер данными и отключить процессор. следует заметить, что такой подход целе-сообразен только в системах, где время на сон может понадобиться для других целей. например, этот метод можно при-менять в портативных медиаплеерах, в которых процессор занимается обработ-кой видео. если такой плеер занимается только исключительно декодированием mp3, то используется более медленный процессор (и с меньшим потреблением).

как управлять пробуждением про-цессора? например, декодированные отсчеты могут поступать в двойной буфер. процессор заполняет один буфер, в то время как контроллер DMA опустошает другой. когда буфер опустошен, контрол-лер DMA вырабатывает прерывание, кото-рое запускает процессор на заполнение только что опустошенного буфера новы-ми аудиоданными. как только процессор заполняет этот буфер, он сразу переходит в спящее состояние, и процесс повторяется.

дополнительно отметим, что исполь-зование асинхронной памяти SRAM вме-сто SDRAM в приведенных примерах может дополнительно снизить цену и энергопотребление. В активном режиме SRAM потребляет больше энергии, чем

SDRAM, но для SRAM требуется гораз-до меньше энергии для поддержания данных во время сна процессора. таким образом, SRAM обеспечивает более низ-кое энергопотребление в таких прило-жениях, где устройство большую часть времени находится в спящем режиме.

SRAM не обеспечивает такого быстро-действия, как SDRAM, но для аудиоданных в виде 16- и 32-разрядных слов произ-водительности SRAM хватает, потому что параллельный доступ контроллера DMA, даже если он осуществляется к медлен-ной памяти SRAM, обеспечивает доста-точное быстродействие, чтобы загрузить интерфейс декодированными данными.

если приложение требует наличия SDRAM для обеспечения высокой произ-водительности, может оказаться разумным иметь оба типа памяти, SRAM и SDRAM, в системе. хотя стоимость компонентов несколько увеличится, использование двух видов памяти может способствовать снижению энергопотребления. SDRAM используется в той части, где требуется высокая производительность, и эта память переводится в режим «самообновления», когда процессор спит. Во время активных интервалов работы процессора ток потре-бляется в основном процессором и памя-тью SDRAM. Это происходит потому, что память SRAM хоть и менее эффективна, с точки зрения соотношения милливатт на бит информации, но она присутствует в системе в меньшем объеме.

22

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

www.elcp.ru

оптимизация энеРгопотРебления в маломощных системахПробуждение процессорадля минимизации энергопотребления

недостаточно выбрать самые низкопо-требляющие компоненты. следует также оптимизировать энергопотребление на уровне всей системы. Часто это подразу-мевает совместное использование компо-нентов. из состояния малого энергопотре-бления процессор могут вывести многие компоненты системы. пробуждение ини-циируется через Ethernet, USB, часы реаль-ного времени или путем подачи сигнала на определенный вход.

рассмотрим, например, систему, в кото-рой WiFi-модуль подключен к процессору через последовательный порт. когда про-цессор не используется, он может нахо-диться в отключенном состоянии, а WiFi при этом работать. микроконтроллер в модуле WiFi потребляет очень мало энер-гии в этом режиме, т.к. он только просма-тривает пакеты, связанные с назначенным MAC-адресом. как только пакет принят, WiFi-модуль посылает сигнал на основной процессор, чтобы разбудить его.

Тактовый сигналпроцессоры обычно извне получают

сигнал тактирования. Этот внешний сиг-нал умножается по частоте с помощью петли ФапЧ. Внешний тактовый сигнал поступает от кварца или от генератора. использование кварца обходится дешев-ле, но генератор обладает буфером.

буферирование обеспечивает боль-ше возможностей для использования этого сигнала в разных точках системы. например, генератор на 27 мгц может использоваться не только для тактиро-вания процессора, но и как источник тактового сигнала для декодера или энкодера NTSC. иногда буферизован-ный выход тактового сигнала имеется в самом процессоре, что позволяет обой-тись без специального генератора.

разработчик сталкивается с некото-рыми противоречиями при выборе кри-сталла. Чем выше его частота, тем квар-цевый кристалл компактнее. однако высокочастотные кварцы стоят дороже, т.к. более тонкие и хрупкие. разработчик также должен учитывать электромаг-

нитную совместимость (Эмс). если кри-сталл работает на гармониках, то они могут проникнуть в фильтр или усили-тель аналоговой части.

В некоторых процессорах схема генерации может отключаться, когда процессор переходит в спящий режим, что позволяет сэкономить несколь-ко миллиампер энергопотребления. расплата за это — в увеличении време-ни включения процессора (за счет того, что требуется время для установления тактирования), когда процессор воз-вращается к активной работе.

Часы реального времени (RTC)если в системе необходимо поддер-

живать время, то помимо системного тактового генератора приходится при-менять часы реального времени. их основная функция — поддержание даты и времени в устройстве, но часы исполь-зуются также для управления питанием.

большинство RTC позволяет органи-зовать пробуждение процессора в назна-ченное время. таким образом, процессор может постоянно находиться в режиме ожидания и просыпаться через перио-дические интервалы для мониторинга, слежения за состоянием системы или для определенных пользователем задач.

В качестве примера использования RTC рассмотрим систему навигации GPS, которая пробуждается каждую секунду для отслеживания положения спутни-ков. блок RTC, потребляющий 20 мка, запрограммирован на пробуждение процессора каждую секунду. процессор на короткое время просыпается, чтобы определить текущее положение, затем возвращается в режим ожидания, в котором он потребляет 50 мка. Это обеспечивает рабочий цикл, в котором процессор задействован непродолжи-тельное время, а большую часть време-ни система потребляет около 70 мка.

RTC или являются частью процессо-ра, или представляют собой отдельный модуль, но в любом случае, с точки зре-ния питания, RTC — это отдельная часть, которая продолжает работать, даже если остальная часть системы отключена. Часы обычно работают от отдельной батарей-ки и потребляют микроватты мощности.

Рис. 1. Питание RTC от батареи и от основного источника

очень важно в максимальной степени продлить срок эксплуатации батареи, поэтому разумно сделать так, чтобы RTC питались от основного источника (или от сетевого источника), когда такой источ-ник подключен. на рисунке 1 приведен пример схемы, которую можно исполь-зовать для сохранения заряда батареи, питающей RTC, на то время, пока система получает питание от сети.

Интерфейс USBмногие из современных портативных

устройств имеют интерфейс USB. помимо того что USB является универсальным интерфейсом для подключения к ком-пьютеру, он еще обеспечивает питание внешних устройств. когда устройство подключено к компьютеру, оно может его использовать в качестве источника пита-ния, который позволяет не только сохра-нить заряд батареи, но и зарядить ее.

Устройство, потребляющее энергию от интерфейса USB, должно соответство-вать спецификации USB. спецификации USB 1.1 и USB 2.0 имеют ограничение в 2,5 Вт (0,5 а при напряжении 5 В). для таких устройств как клавиатура или мышь этого более чем достаточно. USB может питать и более мощные устрой-ства с потреблением не более 2,5 Вт. для устройств с более высоким энергопо-треблением, например для принтеров или дисплеев, USB не в состоянии обе-спечить достаточно мощности, и они требуют внешнее питание.

если устройство питается от интер-фейса USB и не используется в течение определенного времени, оно переходит в отключенное состояние. В этом режи-ме ток не должен превышать 500 ма.

Устройства проектируются с уче-том поведения в отключенном режиме. например, можно использовать один из режимов ожидания процессора. контроллер USB программируется так, чтобы состояние линий D+ и D- удержива-лось, пока процессор находится в режиме ожидания. процессор остается в мало-мощном режиме, пока не произойдет изменения состояния на одной из линий USB. Это изменение запускает внешний преобразователь напряжения питания для активации системы. Затем включается процессор, его состояние восстанавлива-ется, и он продолжает работу.

В целом, существует много факто-ров, которые определяют профиль энергопотребления каждой встроен-ной системы как с точки зрения устрой-ства, так и с точки зрения системы в целом. понимая, какие узлы устройства являются основными потребителями мощности, можно значительно снизить энергорасходы любого приложения.

Литература1. David Katz and Rick Gentile, Embedded

Media Processing//Newnes 2005, Chapter 8.

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

23

электронные компоненты №12 2009

Бурное развитие портативных устройств и, в тоже время, рост тре-бований к их производительности и функциональности, ставят перед разработчиками встраиваемых систем задачу повышения энергоэффек-тивности используемых решений. В статье представлен обзор методов оптимизации энергопотребления систем на базе DSP и FPGA, рассмо-трены особенности архитектуры DSP и FPGA с малой потребляемой мощностью, решения на их базе, а также использование программных инструментов для анализа и минимизации энергопотребления встраи-ваемых приложений.

Пути снижения энергоПотребления во встраиваемых Приложениях на базе DSP и FPGAВиктор ЕжоВ, иД «электроника»

усложнение встраиваемых прило-жений требует применения более про-изводительных DSP и FPGA, которые должны отвечать возрастающим тре-бованиям по уменьшению габаритов и потребляемой мощности. Чтобы раз-решить данное противоречие, разра-ботчики должны найти оптимальное решение, с точки зрения обеспечения требуемых характеристик и ограниче-ния энергопотребления. Кроме того, необходимо обеспечить возможность модернизации и перепрограммирова-ния устройства, что особенно важно для телекоммуникационного и сетево-го оборудования.

тенденция к уменьшению энергопо-требления затрагивает самые разные приложения. например, необходи-мо обеспечить энергоэффективность портативного медицинского обору-дования, которое позволяет быстро выполнить анализ и диагностику забо-левания. огромное количество различ-ных встраиваемых устройств оборудо-ваны дисплеями, которые потребляют значительную часть мощности. в про-мышленности системы управления электродвигателями рассматриваются как ключевые элементы для повыше-ния общей энергоэффективности про-изводственных процессов.

Какие решения сегодня предлагают-ся для снижения потребляемой мощ-ности встраиваемых систем на базе DSP и FPGA?

Поиск баланса мЕжду ПроизВодитЕльностью и энЕргоэффЕктиВностью DSPраньше для увеличения производи-

тельности DSP разработчики увеличи-вали тактовую частоту крис талла при переходе на уменьшенные технологи-ческие нормы. это увеличивало эффек-

тивность чипа, так как с уменьшением размеров элементов схемы возрастала скорость ее работы. однако при пере-ходе на топологические нормы менее 90 нм возникла проблема чрезмерного увеличения рассеиваемой мощности. Каждое увеличение тактовой частоты кристалла увеличивает энергопотре-бление и рассеиваемое тепло.

одним из путей решения этой про-блемы стало использование несколь-ких более медленных процессоров в одном устройстве, что привело к появ-лению многоядерных DSP. это снижает потребляемую мощность, однако тре-бует увеличения площади кристалла. тем не менее вычислительная мощ-ность устройства возрастает, так как за счет снижения энергопотребления на кристалле можно разместить большее количество процессорных ядер.

ограничЕния, сВязанныЕ с удЕльной рассЕиВаЕмой мощностьюПри заданных условиях (корпус и

компоновка системы) рассеивания мощности происходит увеличение тепла, генерируемое кристаллом, что приводит к пропорциональному увели-чению температуры кремния. в настоя-щее время высокопроизводительные процессоры уже работают вблизи мак-симальной допустимой температуры перехода. Поэтому для преодоления этих ограничений необходима новая технология корпусирования кристал-лов.

Потребляемая мощность в основном зависит от трех ключевых факторов: рабочей частоты, паразитной емкости и напряжения питания ядра процессо-ра. мощность пропорциональна часто-те, емкости и квадрату напряжения питания.

При технологических нормах менее 90 нм напряжение питания ядра про-цессора может быть снижено лишь на 5% при переходе на каждый новый уровень технологии. в среднем, общее снижение емкости проводников и тран-зисторов при таком уменьшении раз-меров составляет приблизительно 25%. в результате уменьшения длины про-водников и паразитной емкости рабо-чая частота увеличивается в среднем в 1,33 раза при снижении напряжения питания на 5%.

При уменьшении размеров кристал-ла в два раза удельная рассеиваемая мощность, представляющая собой мощность, рассеиваемую на единицу площади кремния, увеличивается в 1,8 раза при переходе на новые тех-нологические нормы менее 90 нм. на рисунке 1 показана нормализованная удельная мощность проекта при раз-личных технологических нормах.

таким образом, когда температура перехода находится близко к макси-мально допустимому значению, отвод тепла, рассеиваемый корпусом и кри-сталлом, следует увеличить примерно в два раза. Чтобы удерживать темпера-туру перехода ниже допустимого уров-ня, дальнейшее увеличение удельной мощности невозможно. единственным выходом было бы снижение тактовой частоты примерно на 25% и соответ-ствующее уменьшение производи-тельности кристалла. следовательно, необходимо решение, которое позво-лило бы улучшить производительность системы без увеличения рассеиваемой мощности.

асинхронныЕ схЕмы — Путь Выхода из кризисавысокоскоростные схемы на базе

DSP требуют громоздкой системы так-

24

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

www.elcp.ru

товых сигналов для синхронизации отдельных блоков системы. мощные буферные каскады этой системы и про-водники межсоединений со значитель-ной емкостью существенно увеличи-вают энергопотребление кристалла. система тактовых сигналов не выполня-ет какие-либо задачи по обработке дан-ных и в то же время потребляет значи-тельную часть мощности. исключение такой системы позволило бы снизить энергопотребление высокоскоростных процессоров на целых 40%.

в архитектуре современных DSP используется огромное количество промежуточных триггеров и регистров, работающих на высокой частоте. они также не участвуют в вычислительном процессе и обработке сигнала.

Кроме того, промежуточные триг-геры имеют свое время установки и удержания, которое следует вычесть из времени цикла в высокоскорост-ных системах. При этом дальнейшее увеличение удельной мощности уже невозможно. следовательно, эти эле-менты должны работать значитель-но быстрее одного цикла тактовой частоты. это вызывает необходимость использования высокоскоростных схем, потребляющих значительную энергию.

не требующие синхронизации, или асинхронные, схемы всегда имели пло-хую репутацию в полупроводниковой отрасли из-за проблемы гонки сигналов. однако некоторые асинхронные чипы все же были реализованы на коммерче-ском рынке. например, компания ARM создала асинхронный процессор с весь-ма малым энергопотреблением. есть также удачные разработки в области микросхем для Ethernet-коммуникации. несмотря на это, считается, что асин-хронные схемы труднореализуемы и ненадежны. разработчики старают-ся избегать асинхронных решений в высокопроизводительных DSP и других сложных схемах.

однако свежий и открытый взгляд на такие решения позволил бы опре-делить строгую и надежную методо-

логию разработки асинхронных схем. Появление соответствующих инстру-ментов проектирования привело бы к возможности создания эффективной и надежной среды разработки асин-хронных схем. в такой среде можно было бы осуществлять моделирование и функциональное проектирование асинхронных схем так же тщательно, как и тактируемых схем.

некоторые из наиболее существен-ных преимуществ асинхронных схем связаны с уменьшением потребляемой мощности и эффективным использова-нием площади кристалла.

в асинхронных схемах нет необходи-мости учитывать жесткие требования по синхронизации отдельных блоков и, следовательно, они могут быть постро-ены на основе менее мощных каскадов, что снижает общее энергопотребление системы и экономит площадь кристал-ла.

Кроме того, из-за уменьшения пло-щади кристалла соединительные про-водники становятся короче, их пара-зитная емкость уменьшается, что также способствует снижению потребляемой мощности. в результате уменьшения площади кристалла уменьшается и конечная стоимость продукта.

интЕгрироВаниЕ DSP-ядра и микроПроцЕссораво встраиваемых системах при-

сутствуют как алгоритмы обработки сигнала, так и управляющие алгорит-мы, которые должны работать вместе, чтобы выполнять необходимые функ-ции. это взаимодействие организуется в различных приложениях по-разному. в таких приложениях как сотовые телефоны и MP3-плееры проблема традиционно решается путем реали-зации алгоритмов управления на RISC-процессоре, а обработки сигналов — на DSP. например, в сотовых телефонах функции обработки сигналов могут включать эхо-подавление или коди-рование/декодирование видео- и аудиоданных. эти алгоритмы эффек-тивно работают на DSP. управляющее

программное обеспечение реализует машину состояний, которая управляет пользовательским интерфейсом, кла-виатурой и другими функциями.

существует несколько проблем, связанных с совместной работой функ-ций обработки сигналов и управле-ния. например, при реализации слож-ного приложения на встраиваемой системе отладка функционирования процессорных ядер в режиме реаль-ного времени и соответствующее разделение кода может быть весьма трудной задачей из-за необходимо-сти синхронизации двух разных ядер. многие сложные приложения, такие как обработка видеосигналов, трудно разделить между ядрами. основной проблемой разделения системного приложения является то, что каждое ядро требует свою внешнюю подси-стему памяти, что увеличивает общее энергопотребление системы. Кроме того, требуется обеспечить управление этими независимыми подсистемами памяти; зачастую каждое ядро долж-но управлять своим набором пери-ферии для того, чтобы обеспечить обмен данными. это также приводит к увеличению энергопотребления и дополнительной загрузки системных коммуникаций.

альтернативный подход заключает-ся в объединении DSP и микропро-цессора в одном устройстве, которое можно осуществить путем добавле-ния DSP-команд к RISC-ядру. это могут быть команды умножения или аккуму-лирования, команды для выполнения специальных видов адресации и др. такой метод объединения ресурсов обеспечивает несколько преимуществ, одним из важнейших из которых явля-ется работа лишь одного приложения в исходном формате под управлени-ем ос, что упрощает проектирова-ние, облегчает интеграцию и ускоряет время разработки.

добаВлЕниЕ DSP-команд В RISC-ядроинтегрирование DSP-блока в RISC-

архитектуру приводит к дополни-тельному параллелизму выполнения команд и более эффективному разде-лению ресурсов, включая периферию и память. Кроме того, DSP-алгоритмы могут выполняться быстрее за счет использования более быстродействую-щей RISC-архитектуры.

однако RISC-архитектура основана на принципе загрузки с запоминани-ем и использует набор команд общего назначения, что может негативно отра-жаться на производительности. Для решения этой задачи система команд RISC-процессоров может быть дополне-на DSP-расширениями для поддержки таких DSP-алгоритмов как умножение

Рис. 1. Зависимость удельной рассеиваемой мощности от технологического уровня изготовления кри-сталла DSP

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

25

электронные компоненты №12 2009

и аккумулирование и специализированными блоками для обработки графики и изображений.

так как один процессор со встроенным RISC/DSP-ядром выполняет работу двух устройств, отпадает необходимость в коммуникации между процессорами. единое ядро позво-ляет осуществлять динамическое распределение DSP-кода и управляющего кода при изменении системных требова-ний или внешних условий. Кроме того, эта модель обеспе-чивает более быстрое контекстное переключение и мень-шее потребление ресурсов из-за отсутствия дублирования периферии или памяти. интеграция большего количества функциональных блоков в одном устройстве позволяет также снизить энергопотребление системы и обеспечивает другие преимущества (стоимость, производительность и размер кристалла)

можно использовать различные подходы для реализа-ции DSP на процессоре общего назначения. разработчики могут добавлять специализированные команды с много-компонентными данными и расширения (например, коман-ды Multi-Media Extension (MMX) в процессоре Pentium) или использовать каналы данных для выборки нескольких операндов, подобных реализованным в DSP с фиксиро-ванной точкой (например, в процессоре Hitachi SH-DSP). DSP-сопроцессор может быть добавлен в процессорное ядро, как реализовано в архитектуре NEON компании ARM. разработчики могут также создать гибридные архитекту-ры, например такие, как в процессоре TriCore компании Infineon.

архитЕктуры ПроцЕссороВ со ВстроЕнными функциями DSPв архитектуре NEON компании ARM SIMD-команды

допускают параллельную обработку до 16 элементов, что увеличивает скорость работы медиа- и DSP-приложений. они тесно связаны с ядром (см. рис. 2), и такая интеграция обеспечивает общий доступ к памяти, которая может быть использована ARM-ядром. это позволяет задействовать единый поток команд, что ускоряет разработку всего при-ложения.

Подобная архитектура хорошо подходит для таких при-ложений как сотовые телефоны стандарта 3G. в этих при-ложениях DSP-подсистема данных могла бы быть исполь-зована для специализированной обработки, например, видеокодирования; ARM-ядро с DSP-расширениями — для аудио- и видеодекодирования, а RISC-подсистема — для пользовательского интерфейса и обработки стека про-токолов.

архитектура TriCore (см. рис. 3) сочетает RISC-архитектуру загрузки с запоминанием с DSP-подобной гарвардской архи-тектурой. в ней используется 32-разрядная адресная шина и 64-разрядные шины памяти программ и данных. само ядро не содержит память, однако может быть переконфи-гурировано разработчиком. суперскалярная архитектура содержит 32-разрядный канал данных с фиксированной точкой, блок загрузки и запоминания и блок программно-го управления. это устройство может выполнять до трех команд за цикл, что требуется для высокопроизводитель-ных DSP-приложений.

эта архитектура поддерживает также следующие режимы DSP-адресации, включая косвенную регистровую адресацию: индексную, циркулярную и адресацию с инвертированием разрядов.

таким образом, ключевыми пре имуществами исполь-зования интегрированного RISC/DSP-процессора для встраиваемых систем реального времени являются сле-дующие.

– единая архитектура объединяет свойства DSP и микроконтроллера без ущерба для производительности процессора.

– быстрое переключение между задачами DSP и микро-контроллера позволяет интегрированному ядру действовать подобно виртуальному процессору.

– более крупные блоки встроенной памяти (RAM, ROM) увеличивают производительность и снижают энергопотре-бление системы.

– интегрированная архитектура обеспечивает непо-средственное управление встроенной периферией без дополнительной логики связи.

исПользоВаниЕ FPGA Во ВстраиВаЕмых ПриложЕниях с малым энЕргоПотрЕблЕниЕммикросхемы программируемой логики — FPGA — с их

гибкостью и возможностью адаптации к изменяющимся условиям играют все более существенную роль во многих встраиваемых приложениях, включая те, для которых клю-чевым требованием является малая потребляемая мощ-ность. однако не все устройства программируемой логи-ки подходят для малопотребляющих систем. некоторые из современных маломощных FPGA потребляют ток до 30 ма, что зачастую на порядок или на два превышает предельные значения для портативных устройств с бата-рейным питанием. в FPGA на базе SRAM наблюдаются всплески потребления энергии при включении питания и при загрузке конфигурации во время системной инициа-лизации. Кроме того, для конфигурирования таких FPGA требуется специальное внешнее устройство (например, загрузочная PROM или микроконтроллер).

FPGA на основе флэш-памяти не требуют внешней памя-ти, в которой была бы записана конфигурация устройства для поддержки при каждом включении питания прибора и при системной загрузке. исключение дополнительных компонентов, которые требуются для FPGA на базе SRAM, не только уменьшает площадь печатной платы и мощ-

26

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

www.elcp.ru

ется, когда устройство находится в активном рабочем режиме. До последнего времени динамическая мощность доминировала в общем энергопотреблении (см. рис. 4). уменьшение технологических разме-ров и, соответственно, переход на более низкое напряжение питания помогало решить проблему роста динамической мощности потребле-ния. однако в настоящее время даль-нейшее масштабирование схем ста-новится затруднительным.

Проблему осложняет то, что при каждом масштабировании техноло-гического процесса увеличивается статическая составляющая мощ-ности потребления FPGA на основе SRAM, что обусловлено явлениями квантового туннелирования и пред-пороговой утечкой. в результате, статическая составляющая мощности потребления становится доминирую-щей.

При проектировании системы на базе SRAM FPGA, кроме статической и динамической мощности, необходи-мо учитывать еще три режима энер-гопотребления: включение питания (запуск), конфигурирование и различ-ные режимы низкого энергопотре-бления. мощность, потребляемая во время запуска и конфигурирования, может быть довольно значительной, и это необходимо принимать во внима-ние при разработке системы питания и выборе емкости батарей. в полно-стью энергонезависимой FPGA на базе флэш-памяти отсутствуют режимы запуска и конфигурирования, что упро-щает задачу проектирования и снижает общее энергопотребление системы (см. рис. 5).

Рис. 4. Рост динамической и статической мощности FPGA в зависимости от технологического уровня

Рис. 5. Мощность, потребляемая SRAM FPGA и флэш-FPGA

Рис. 3. Процессорная архитектура TriCore

Рис. 2. Процессорная архитектура NEON компании ARM

ность, рассеиваемую системой, но также повышает надежность и сни-жает общую стоимость системы на целых 70%, по сравнению с подобны-ми решениями на основе SRAM.

в общем случае, мощность, потребляемая FPGA, состоит из ста-тической и динамической состав-ляющей. статическая мощность определяется токами утечки, когда устройство включено, сконфигуриро-вано и находится в состоянии покоя. Динамическая мощность потребля-

28

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

www.elcp.ru

так как энергонезависимая FPGA на основе флэш-памяти не использует миллионы ячеек SRAM, потребляющих значительную мощность, они имеют значительно меньшую статическую мощность потребления, что делает их идеальными для приложений, критич-ных к рассеиваемой мощности. Кроме того, улучшается быстродействие, и обеспечивается надежность и безопас-ность системы.

одним из важнейших приложений с жесткими требованиями по потре-бляемой мощности является порта-тивное медицинское оборудование. эти приборы должны отвечать высо-ким требованиям по надежности, многофункциональности (встроен-ные возможности), обладать ком-муникационными возможностями и способностью к регистрации дан-ных.

сегодня от современной медицин-ской техники ожидают больше, чем измерения и мониторинга параметров. некоторые из приборов регистриру-ют и анализируют данные и пересы-лают их в медицинские учреждения. например, приборы для измерения уровня инсулина в настоящее время оборудованы коммуникационными портами (иК и беспроводными) для передачи результатов измерений в режиме реального времени на ПК или дозатор инсулина.

на рисунке 6 показана блок-диа-грамма медицинского прибора, на которой представлены функциональ-ные блоки, реализуемые с помощью FPGA (выделены цветом). эти функции могут быть выполнены с помощью индивидуального перепрограмми-руемого устройства либо встроены в более крупную FPGA.

Другим приложением, в котором FPGA с малым энергопотреблением

Рис. 6. Блок-схема портативного медицинского прибора, некоторые функции которого реализованы на FPGA

могут играть существенную роль, являются дисплеи. в портативных приборах LCD-дисплеи могут потре-блять до 50% общей энергии при-ложения, что заставляет искать приемлемое решение по улучше-нию энергоэффективности системы. некоторые FPGA с энергопотребле-нием до 5 мвт позволяют построить контроллер LCD-дисплея, который обеспечивает малую потребляемую мощность, в то же время сохра-няя содержимое системной памяти и регистров данных. в результате, использование FPGA позволяет под-держивать работу LCD-дисплея в дежурном режиме (с отключением подсветки), что сохраняет заряд бата-рей.

Для улучшения энергэффективно-сти многие поставщики FPGA FPGA встраивают микроконтроллерные и микропроцессорные ядра в свои при-боры. некоторые из таких приборов потребляют всего 24 мка в статиче-ском режиме и 3 мка — в дежурном. Компания Actel использует режим Flash Freeze, который обеспечивает быстрое переключение между режи-мами сверхнизкого энергопотре-бления и в то же время сохранение данных в SRAM и регистрах. Данный режим позволяет уменьшить ток покоя устройства до 20 мка. это при-мерно в 200 раз меньше, чем у конку-рирующих приборов.

Подобные преимущества можно получить и в FPGA смешанного сиг-нала. такие микросхемы содержат программируемую логику, RAM, флэш-память и аналоговые блоки на одном кристалле. увеличенная функ-циональность этих устройств позво-ляет исключить с платы такие компо-ненты как флэш-память, некоторые аналоговые микросхемы, источники

тактового сигнала, EEPROM и часы реального времени, что уменьша-ет стоимость, габариты системы и общее энергопотребление.

При проектировании системы важ но выбрать FPGA, которая позво-ляет оптимизировать использова-ние таких ресурсов как RAM, блок ФаПЧ и порты ввода/вывода. При выборе архитектуры FPGA нужно учитывать наличие всех режимов низкого энергопотребления и дру-гих возможностей для экономии энергопотребления таких блоков как ФаПЧ, RC-генераторы и банки ввода/вы вода.

При разработке системы синхро-низации встраиваемого приложения важно точно рассчитать, какие блоки системы нуждаются в быстром такто-вом сигнале, а какие — в более мед-ленном, так как частота переключения влияет на динамическую рассеиваемую мощность.

Динамическая мощность также сильно зависит от топологии и развод-ки кристалла. необходимо по возмож-ности располагать связанные блоки схемы поблизости друг от друга, так как при уменьшении длины провод-ников емкостная нагрузка уменьшает-ся и рассеиваемая мощность падает. современные программные средства разработки FPGA способны оптими-зировать топологию схемы в целях снижения энергопотребления. в зави-симости от количества тактовых сиг-налов и узлов в схеме можно добить-ся снижения энергопотребления до 25%.

Для улучшения энергоэффектив-ности системы используют также выборочное снижение напряжения питания отдельных блоков чипа или определенных микросхем на плате. реализация нескольких шин питающих напряжений, не связанных друг с дру-гом, позволяет осуществлять выбороч-ное отключение определенных блоков FPGA.

Для снижения энергопотребле-ния может быть также использова-на макрооптимизация. некоторые стандартные логические элемен-ты могут предлагаться в различ-ных версиях, оптимизированных для высокой производительности, высокой плотности упаковки или низкой мощности потреб ления. высокопроизводительные версии рассеивают большую мощность, поэ-тому снижение мощности потребле-ния может быть достигнуто при при-менении высокопроизводительных макросов, только когда они требу-ются. например, быстрый сумматор потребляет в 10 раз больше энергии, чем более медленный сумматор со сквозным переносом.

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

29

электронные компоненты №12 2009

инструмЕнты анализа и оПтимизации энЕргоПотрЕблЕнияДля минимизации энергопотребле-

ния FPGA и ускорения цикла проек-тирования разработчики используют программные инструменты, оптими-зирующие рассеиваемую устройством мощность. это могут быть как инстру-менты разработки топологии, так и средства анализа рассеиваемой мощ-ности.

с помощью инструментов разра-ботки топологии можно проверить все межсоединения между функцио-нальными блоками схемы и рассчитать энергопотребление тех узлов, которые имеют большую величину произведе-ния частоты на паразитную емкость. в основном, это касается системы такто-вого сигнала, так как эти цепи обычно имеют наибольшую емкость и рабочую частоту.

обычно в результате моделиро-вания формируется файл VCD (Value Change Dump), используемый в каче-стве исходного для генерации тополо-гии и точного анализа потребляемой мощности. в VCD-файле представлен отчет о параметрах определенного узла схемы во время его работы. Для выполнения оптимизации энергопо-требления схемы необходимо вначале разработать топологию схемы в режи-

ме расчета временных соотношений, выполнить обратное аннотирование, запустить моделирование для генера-ции VCD-файла, импортировать VCD-файл в проект и выполнить проверку топологии в режиме расчета энерго-потребления.

Как было сказано выше, проекти-руемые схемы могут работать в ком-бинированных режимах. некоторые инструменты анализа потребляемой мощности представляют данные о средней потребляемой мощности на основе графика работы устройства, когда инженер задает время работы устройства в определенном режиме энергопотребления. это удобно для выбора подходящей для приложения батареи, так как срок ее службы зна-чительно увеличивается при работе устройства в режиме энергосбереже-ния.

наконец, в некоторых инструмен-тах анализа VCD-файл, полученный в результате моделирования, можно использовать для определения пико-вой мощности в течение тактового цикла или за несколько циклов. эта возможность позволяет точно опреде-лить момент времени или номер так-тового цикла, когда потребляется мак-симальная мощность, что позволяет дополнительно уменьшить энергопо-требление схемы.

заключЕниЕПотребляемая мощность явля-

ется критически важным параме-тром для разработчиков встраивае-мых систем, особенно портативных устройств с батарейным питанием. Правильный выбор архитектуры DSP и FPGA, используемых для построе-ния системы, позволяет уменьшить энергопотребление и улучшить такие характеристики разрабатываемого приложения как гибкость, стоимость и габаритные размеры.

Программные инструменты разра-ботки позволяют оценить потребляе-мую мощность на разных этапах проек-тирования системы и создать схемное и топологическое решение, позволяю-щее минимизировать энергопотребле-ние разрабатываемого приложения.

Литература1. Robert Oshana. Embedded applications

using integrated DSP and microprocessor cores//www.dsp-fpga.com/articles/id/?2546.

2. Doug Morrissey. Power vs. performance: The ultimate DSP design challenge//www.dsp-fpga.com/articles/id/?4048.

3. Christian Plante. The drive to lower power//www.dsp-fpga.com/articles/id/?3951.

4. Fred Wickersham. Design techni ques for FPGA power optimization//www.dsp-fpga.com/articles/id/?4044.

30

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

www.elcp.ru

В статье рассмотрены технологии производства силовых приборов с уменьшенными потерями, что позволяет повысить энергоэффектив-ность преобразователей на их основе. Рассмотрены кремниевые и карбид-кремниевые дискретные силовые компоненты. Приведены табличные и графические экспериментальные и расчетные данные.

Технологии силовой элекТроники для снижения энергопоТребленияИгорь Алексеев, техн. консультант, ид «электроника»

сегодня энергосбережение, навер-ное, самая актуальная тема во многих отраслях техники. в электронике она во многом связана с уменьшением потерь и увеличением эффективности силовых преобразователей. например, известная организация Climate Savers Computing Initiatives (CSCI) выступает с инициативой уменьшить к 2010 г. выброс в атмосфе-ру углекислого газа на 54 млн т за счет уменьшения энергопотребления ком-пьютеров и серверов. известно и много других инициатив со схожей целью.

построение более эффективных преобразователей возможно как за счет улучшения схемотехники силовых каскадов, так и за счет использования более совершенных силовых ключей. первый метод описан, например, в [1]. некоторые аспекты второго мы рассмо-трим в настоящей статье.

Многие эксперты сходятся во мнении, что внедрение прогрессивных техно-логий производства приборов силовой электроники сыграет главную роль в сни-жении энергопотребления. примером таких технологий являются карбид-кремниевые (SiC) приборы, а также усо-вершенствованные кремниевые ключи, например, Super-Junction MOSFET с малой величиной заряда затвора и новей-шее поколение кремниевых приборов deep-trench filling MOSFET со сверхма-

лым сопротивлением канала в открытом состоянии и отличными динамическими характеристиками. их использование в импульсных источниках питания позво-ляет существенно повысить энергоэф-фективность последних.

кремнИевые прИборыпотери в силовых ключах можно раз-

делить на четыре категории: потери на проводимость; коммутационные поте-ри; потери в закрытом ключе из-за токов утечек и потери на управление. во мно-гих приложениях, работающих с боль-шой величиной напряжения, последние два вида потерь относительно малы. коммутационные потери зависят от дли-тельности переходного процесса, во время которого одновременно изменяют-ся значения тока и напряжение на ключе. силовой ключ должен иметь очень малую паразитную емкость, чтобы сократилось время переходного процесса.

Учитывая сказанное, рассмотрим два аспекта, позволяющие сократить потери: сопротивление канала в открытом состо-янии и паразитную емкость. наиболее значимое воздействие на уменьшение сопротивления канала в открытом состо-янии оказывает использование техно-логии Charge Balance. впервые Super-Junction MOSFET с использованием этой технологии был создан 10 лет назад. при этом использовалась колоннообразная структура p-типа, а не хорошо известная планарная технология.

эффект такого решения заключался в том, что электрическое поле сосредота-чивалось в малолегированных областях. благодаря использованию колонно-образной структуры p-типа, сопротивле-ние эпитаксиального n-слоя значительно уменьшилось, по сравнению с общепри-нятой тогда планарной технологией. эта технология позволила также существен-но уменьшить нелинейную паразитную емкость, благодаря чему значительно сократились коммутационные потери.

сегодня большинство Super-Junction MOSFET имеют многослойную колонно-образную структуру p-типа. главными

параметрами, играющими роль в умень-шении сопротивления открытого канала, являются соотношение сторон и расстоя-ние между ячейками. в общем случае для увеличения коэффициента соотношения сторон необходимо увеличить число слоев, однако это повлечет за собой услож-нение процесса и повышение стоимости, а также породит другие сложности [2].

избежать указанных проблем позволи-ла новая Super-Junction-технология, суть которой не в увеличении числа эпитак-сиальных слоев, а в углублении канавок и заполнении их сначала слоями n-, затем p-типа. Таким образом, удалось достичь большей плотности ячеек и упрощения процесса производства. главная пробле-ма — неоднородность заполнения слоев, что приводит к ухудшению электрических параметров кристалла, из-за чего требует-ся весьма тщательный контроль над про-изводственным процессом.

сегодня уже начато производство клю-чей по новой технологии — Supre-MOSTM. они имеют на 40% меньший размер, чем Super-Junction MOSFET, SuperFETTM (см. рис. 1), благодаря чему размещаются в корпусах меньших габаритов и имеют значительно меньшее сопротивление открытого канала.

новая технология позволила суще-ственно сократить заряд затвора и достичь сопротивления открытого канала 190 мом для 600-в MOSFET, что вдвое меньше, по сравнению с ключами предыдущего поколения. Также умень-шилась емкость Миллера и затвор-сток. Уменьшение емкости Миллера позво-лит сократить потери в приложениях с жестким переключением ключей. следовательно, ключи, выполненные по технологии Supre-MOSTM, позволят повысить частоту коммутации.

в выходном конденсаторе источ-ника питания потребуется сохранять меньше энергии, чем раньше, в резуль-тате повышения частоты переключения. сравнительный анализ двух изделий показал, что в преобразователях с клю-чами Supre-MOSTM запасаемая энергия уменьшилось примерно на 30%. в общей

Рис. 1. Вертикальная структура SuperFETTM (слева) и SupreMOSTM (справа)

эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

31

электронные компоненты №12 2009

сложности, удалось сократить потери энергии на 4,5 вт на 600-вт преобразова-телях с рабочей частотой 120 кгц.

Также был проведено сравнение ключей Fairchild — 70-мом SuperFET в корпусе TO-3P и 85-мом SupreMOS в корпусе TO-220. размещенный в боль-шом корпусе 70-мом SuperFET имеет

большую паразитную емкость, и его динамические параметры хуже, чем у нового 85-мом SupreMOS [2]. результаты испытаний 800-вт блока корректора коэффициента мощности показали, что блок с ключами нового поколения имеет лучшую энергетическую эффективность во всем диапазоне нагрузок (см. рис. 2).

Уменьшение потерь на переклю-чение очень важно для приложений с жесткой коммутацией. в случаях, когда переключение происходит мягко — при нулевом напряжении или токе — на первый план выходят потери на прово-димость. в этом случае ключи SupreMOS также имеют преимущества.

кАрбИд-кремнИевые прИборыдругой путь уменьшения потерь состо-

ит в использовании карбид-кремниевых (SiC) приборов. известно, что параметры кремниевых (Si) MOSFET с максимально допустимым напряжением свыше 1000 в резко ухудшаются, и они уступают IGBT-транзисторам. однако последние при-боры характеризуются значительными коммутационными потерями. хорошей альтернативой IGBT служат SiC JFET.

для примера сравним нормально закрытый 1400-в SiC JFET SJEP120R063 с сопротивлением открытого канала 63 мом компании SemiSouth и 1200-в IGBT FGL40N. результаты сравнения, приведен-ные в таблице 1, показывают очевидное превосходство технологии JFET. отметим также, что меньшая входная емкость JFET приводит и к уменьшению потерь по управлению. большее тепловое сопро-тивление JFET не критично, т.к. потери в этом ключе значительно меньше.

Упомянем еще нормально открытый SiC JFET компании Infineon с напря-жением отсечки примерно –15 в. для того чтобы перейти к состоянию «нор-мально закрытый», принятому в боль-шинстве приложений, последователь-но с SiC JFET включен 40-в Si-MOSFET (OptiMOS) — каскодная схема [3].

в первом прототипе силового модуля эти ключи были соединены в мостовую схему. каждый ключ состоял из 6 парал-лельно включенных SiC JFET, при этом сопротивление открытого канала соста-вило 70 мом. на рисунке 3 показаны статические характеристики описанного каскодного ключа, в сравнении с анало-гичными характеристиками Si IGBT.

еще одна возможность применения SiC-приборов — использование SiC-диодов Шоттки в качестве антипарал-лельных диодов совместно с IGBT. на рисунке 4 [3] представлены результаты испытаний всех вариантов. из рисунка очевидны преимущества SiC-приборов. использование SiC JFET позволит повы-сить рабочую частоту до 70 кгц.

ЛитеРатуРа1. Голышев В. Способы повышения эффек-

тивности импульсных преобразователей// Электронные компоненты, 2008, №12.

2. Won-Suk Choi et al. A New Breakthrough in More Efficient Power Conversion//Bodo’s Power Systems, #11, 2009.

3. Zhang Xi et al. Efficiency Improvement with Silicon Carbide-Based Power Modules//Bodo’s Power Systems, #11, 2009.

Таблица 1. Сравнение характеристик IGBT FGL40N и SiC JFET SJEP120R063

Параметр IGBT FGL40N SiC JFET SJEP120R063Входная емкость CISS, пФ 1700 1220Эффективная выходная емкость CO(ER), пФ 260 100Потери энергии при включении EON, мкДж 550 131Потери энергии при выключении EOFF, мкДж 1000 94Общие потери энергии ETOTAL, мкДж 1550 225Тепловое сопротивление RTHJ-C, К/Вт 0,25 0,6

Рис. 2. Эффективность и коммутационные потери в 800-Вт корректоре коэффициента мощности

Рис. 3. Статические характеристики каскодного SiC JFET и IGBT

Рис. 4. Сравнение суммарных потерь IGBT, SiC JFET и IGBT с антипараллельным SiC-диодом при T = 125С°, VDC = 600 В, IRMS = 21,2 А, cosφ = 0,8

32

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

WWW.ELCP.RU

В статье рассмотрена технология аккумуляции энергии, которая позво-ляет отказаться от применения батарей в качестве традиционного элемента питания. Показаны преимущества применения систем аккуму-ляции энергии в приложениях с длительным сроком службы и затрудни-тельным доступом для обслуживания. Рассмотрен пример построения системы сбора энергии для сети беспроводных датчиков с применением микроконтроллера с ультранизким потреблением и РЧ-трансивера ком-пании Texas Instruments. Статья представляет собой перевод [1].

Аккумуляция Энергии без использовАния бАтАрей во встрАивАемых системАхЭдриан ВаленцуЭла (AdriAn VAlenzuelA), менеджер по маркетингу продукта, Texas Instruments

современные микроконтроллеры с ультранизким энергопотреблением достигли такого уровня интеграции и эффективности работы, что для мно-гих приложений более не требуются обычные виды батарей. к таким прило-жениям относятся довольно сложные сети датчиков, которые могут переда-вать данные с помощью беспроводной связи.

собирая весьма малое количество энергии из окружающей среды, эти системы способны работать почти бес-конечно без использования батарей. такая технология не только улучшает свойства приложений из-за исключе-ния их зависимости от времени работы батарей, но также способствует появ-лению совершенно нового класса при-ложений, которые ранее были невоз-можны из-за конечного срока службы источников питания и их значительных размеров.

ВстраиВаемые приложения с ультранизким Энергопотреблениемподобно закону мура, который

утверждает об удвоении числа транзи-сторов в цифровой схеме каждые два года, обратная тенденция происходит с энергопотреблением. примерно каж-дые 1,5 года мощность потребления цифровых систем уменьшается вполо-вину.

прогресс в улучшении энергоэффек-тивности систем уже привел к гран-диозным результатам для небольших микроконтроллеров (мк) с ультраниз-ким энергопотреблением, специаль-но разработанным для приложений с батарейным питанием, и позволил спроектировать устройства, в кото-рых срок службы батареи достигает 10 лет. Для мк с ультранизким потре-блением обычной является величина

тока потребления в дежурном режиме не более 1 мкА, а в активном режи-ме потребление составляет порядка 200 мкА/MIPS. поскольку частота так-тового сигнала этих микроконтролле-ров обычно составляет около 25 мгц и менее, пиковое потребление тока сравнительно невелико, и для питания таких устройств можно использовать простые источники питания.

мощность, потребляемая данным приложением, редко определяется энергопотреблением отдельного мк. Аналоговые схемы преобразования, стабилизаторы питания и коммуника-ционные устройства также являются составными частями системы и потре-бляют энергию, даже когда неактивны. путем интеграции функций каждого устройства в одном кристалле, изго-товленном с помощью технологическо-го процесса с малым потреблением, можно значительно снизить ток утечки всей системы. кроме того, с помощью управления неиспользуемой в текущий момент периферии каждого мк энерго-потребление можно снизить еще боль-ше. отдельное высокоинтегрированное устройство потребляет меньшую мощ-ность, чем решение на основе дискрет-ных компонентов. к тому же, отдельное устройство упрощает проект, а также снижает стоимость и площадь на плате, которая требуется для реализации дан-ной функции.

гибкие требования к системе пита-ния мк с ультранизким энергопотре-блением не только позволяют умень-шить мощность за счет более низкого напряжения питания, по сравнению с обычными встраиваемыми процессо-рами с фиксированным напряжением питания, но и допускают применение разнообразных типов источников энергии. например, некоторые мк с ультранизким энергопотреблени-

ем поддерживают широкий диапа-зон входного напряжения (1,8…3,6 в). работа при более низком напряжении позволяет микроконтроллеру снизить общее энергопотребление системы, а также использовать для питания систе-му сбора энергии.

проблемы батарейного питанияобычные батареи, такие как

литиево-ионные элементы, были стан-дартным источником питания для портативной электроники в течение десятков лет, однако они накладывают серьезные ограничения на удобство в использовании, срок службы и эксплу-атационные расходы. в то время как вычислительная мощность удваивает-ся примерно каждые два года, успехи в области батарейных технологий гораз-до менее заметны. в прошлом емкость батарей удваивалась каждые 10 лет. кроме весьма медленного роста энер-гетической емкости, обычные бата-реи имеют ограничения по общей полезной энергетической плотности. современные литиево-ионные бата-реи, пользующиеся большим спросом благодаря высокому соотношению между емкостью и весов, имеют энер-гетическую плотность 150…200 вт . ч/кг. исследования показали, что можно увеличить их энергетическую плот-ность в 10 раз в течение нескольких лет. Даже если это будет достигнуто, необходимо учитывать вопросы их безопасности. в случае неправильно-го использования, батареи, имеющие чрезвычайно высокую энергетическую плотность, могут стать взрывоопасны-ми устройствами.

Для большинства устройств с бата-рейным питанием стоимость эксплуата-ции редко определяется первоначаль-ной стоимостью при их изготовлении. при длительном сроке службы устрой-

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

33

Электронные компоненты №12 2009

Таблица 1. Характеристики типичных устройств сбора энергии

Источник энергии Особенности КПД, % Собранная энергия

Светнаружный

10…25100 мВт/см2

внутренний 100 мкВт/см2

Теплочеловеческое ~0,1 60 мкВт/см2

промышленное ~3 10 мВт/см2

Вибрация~Гц – от человека

25…504 мкВт/см2

~кГц – от машины 800 мкВт/см2

РадиочастотаGSM 900 МГц

~500,1 мкВт/см2

WiFi 2,4 ГГц 0,001 мкВт/см2

ства замена батарей может суще-ственно влиять на общую стоимость эксплуатации. Это особенно важно в приложениях, где замена батарей затруднительна или сопряжена с высо-кими трудозатратами на обслуживание. возьмем, например, счетчики расхода воды, которые необходимо установить под землей. Чтобы добраться до них, следует раскопать грунт на глубину более 1 м в условиях холодного кли-мата. таким образом, из-за недоступно-сти счетчиков расхода воды стоимость замены батарей в них может составлять 100–200 долл. на один прибор.

миниатюризация устройств стала постоянной тенденцией во многих областях. Для продуктов широкого потребления требования по уменьше-нию габаритных размеров привели к созданию высокоинтегрированных микросхем, которые позволяют обе-спечить максимальную функциональ-ность в условиях ограниченного про-странства.

в то время как все более высокая интеграция на уровне микросхем отве-чает требованиям заказчиков, источни-ки энергии не получают преимуществ от миниатюризации. пространство, необходимое для размещения батарей, становится все более ограниченным, срок службы устройств с батарейным питанием увеличивается, а количество энергии, которое батарея должна обе-спечить, растет.

требования к батареям для совре-менной электроники намного превы-шают те результаты, которые можно достичь. несмотря на проблемы, связанные с обычными батареями, можно обеспечить функционирование устройств с помощью современных перезаряжаемых батарей либо отка-заться от батарей полностью, если обе-спечить питание встраиваемого про-цессора с ультранизким потреблением от источника, который собирает энер-гию из окружающей среды.

ноВый класс приложений?в принципе, аккумуляция энер-

гии известна на протяжении многих тысяч лет. современные ветровые электростанции или батареи солнеч-ных элементов позволяют возвратить часть электрической энергии в сеть. Эти крупномасштабные приложения можно назвать макросистемами сбора энергии.

с другой стороны, микросистемы, на которых мы сосредоточим внимание в этой статье, позволяют небольшим автономным устройствам аккумулиро-вать энергию из окружающей среды и сохранять ее. несмотря на то, что микро- и макросистемы имеют схожие принципы работы, их сферы примене-ния совершенно разные.

системы, предназначенные для сбора энергии, состоят из двух основ-ных частей:

– устройства, которые преобразу-ют энергию из окружающей среды;

– средства хранения энергии для дальнейшего использования приложе-нием.

несмотря на то, что остальные блоки системы могут быть самыми разными и зависят от выполняемого задания, все решения для сбора энергии обычно содержат схожие элементы, которые идеально подходят для датчиковых сетей. мк с ультранизким энергопотре-блением является сердцем такой систе-мы, отвечающим за обработку инфор-мации, измерения и обеспечение связи. мк сопрягается с любым количеством датчиков, осуществляет сбор информа-ции, а также передает или принимает данные через беспроводной приемопе-редатчик. типичная структурная схема такой системы показана на рисунке 1.

источников энергии, которую можно использовать и собрать, весьма много; в настоящее время появляются и довольно сложные системы сбора энергии. однако наиболее распро-страненными источниками энергии являются свет, тепло, радиочастота и вибрация. каждый вид энергии имеет свои преимущества и недостатки, а конкретная технология сбора энер-гии зависит от приложения. ясно, что прибор, оснащенный солнечной пане-лью, бесполезен, если он находится в темном месте весь день. назначение системы аккумуляции энергии заклю-чается в сборе доступной энергии,

которая, в противном случае, была бы потеряна.

выходная мощность устройств акку-муляции энергии в зависимости от использованной технологии, эффектив-ности, размера системы и окружающей среды, в которой они находится, раз-личается на несколько сот порядков. типовые значения выходной мощности для нескольких технологий сбора энер-гии представлены в таблице 1.

типовой мк с ультранизким потре-блением и беспроводной трансивер потребляют в совокупности около 50…100 мвт в условиях передачи дан-ных. Это означает, что для работы при-ложения потребовалось бы весьма крупное устройство сбора энергии и доступ к ее источнику в течение всего времени работы прибора. кроме того, пиковой выходной мощности было бы недостаточно для выполнения заданий, требующих значительной вычислитель-ной мощности.

было бы слишком не практично использовать большое устройство аккумуляции энергии для небольшого приложения; также нереально пред-полагать, что источник энергии будет доступен постоянно. поскольку в боль-шинстве случаев энергия поступает в виде низкого напряжения в течение длительного периода времени, ее следует вначале сохранить и сделать доступной для приложения по необхо-димости. в то время как система нака-пливает энергию, мк, сенсоры и систе-ма связи могут работать в дежурном режиме, который позволяет минимизи-ровать утечки энергии.

Рис. 1. Блок-схема системы, использующей сбор энергии

34

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

WWW.ELCP.RU

компонент, используемый для хра-нения энергии, должен работать как буфер для остальной части приложе-ния. емкость и технические параметры буфера зависят от приложения. если оно затрачивает длительное время для доступа к источнику энергии, требуется довольно мощный буфер, но если при-ложение постоянно находится около источника энергии и редко переходит в активный режим (приложения с малым рабочим циклом), достаточно неболь-шого буфера.

Для наиболее широко используемых приложений идеальный энергетиче-ский буфер должен обладать следую-щими свойствами:

– весьма незначительные утечки (саморазряд);

– неограниченная емкость;– малый объем;– отсутствие необходимости пре-

образования энергии;– эффективность приема и пере-

дачи энергии.к сожалению, идеальных элементов

для хранения энергии не существует. тем не менее существует несколько технологий хранения, обладающих своими преимуществами и недостатка-ми: перезаряжаемые батареи (напри-мер, щелочные, никелево-кадмиевые и литиево-ионные), суперконденсато-ры и тонкопленочные батареи. в то время как перезаряжаемые батареи различного химического состава и суперконденсаторы являются хоро-шо известными устройствами, кото-

рые продолжают совершенствоваться, тонкопленочные батареи, служащие хорошей альтернативой суперконден-саторам, появились на рынке недавно. основные параметры каждого вида технологий хранения энергии пред-ставлены в таблице 2.

Время и место аккумуляции Энергиинесмотря на желание навсегда изба-

виться от используемого в системе комплекта батарей, не для всех при-ложений это возможно. кроме серьез-ных требований, таких как доступность источника для аккумуляции энергии, существуют также практические сооб-ражения, например затраты на установ-ку и наладку. если приложение должно функционировать лишь в течение двух лет и доступ к комплекту батарей не представляет затруднений, а источник питания на основе технологии сбора энергии дороже батарей и занимает больше места, то, вероятнее всего, нецелесообразно переходить на такой источник питания.

кроме доступности источника энер-гии, приложения, для которых плани-руется использовать ее аккумуляцию, должны отвечать следующим услови-ям: затруднения при установке или доступе для обслуживания; слишком высокая стоимость или крупные габа-риты системы кабелей для питания и коммуникации; необходимость обеспе-чения экологичности или весьма дли-тельного срока работы. если одно или

Рис. 2. Профиль потребления энергии беспроводного температурного датчика

1 – измерение температуры с помощью АЦП; 2 – измерение напряжения с помощью АЦП; 3 – блокировка АЦП и обработка данных в МК

Таблица 2. Основные параметры различных видов технологий хранения энергии

Наименование параметра Литиево-ионные батареи

Тонкопленочные батареи Суперконденсаторы

Число циклов перезаряда сотни тысячи миллионы

Саморазряд умеренный весьма незначительный высокий

Время заряда часы минуты секунды…минуты

Физические размеры большие малые средние

Емкость, мкА. ч 0,3…2500 мА. ч 12…1000 10…100

Воздействие на окружающую среду сильное минимальное минимальное

более из этих требований применимо к данному приложению, то оно получит преимущества от применения техноло-гии сбора энергии.

передоВой опыт применения системы аккумуляции Энергиив идеальном случае существующий

источник питания заменяется системой аккумуляции энергии для питания изде-лия. однако в реальности это возможно только в том случае, когда устройство сбора энергии всегда обеспечивает выполнение тех требований приложе-ния по потребляемой мощности, что и при использовании обычного источ-ника питания. на практике, системы накопления энергии ориентированы на работу при сверхнизком потреблении мощности и должны учитывать широ-кие колебания входной энергии, вклю-чая вероятность того, что ее источник становится недоступным на некоторый период времени.

в основе принципов проектирова-ния таких систем должны находиться методы разработки схем с ультранизким энергопотреблением. обязательным требованием является применение в этих системах мк и рЧ-трансивера, оптимизированных для минимального энергопотребления, например 16-раз-рядного микроконтроллера MSP430 и 2,4-ггц трансивера CC2500 компании Texas Instruments. следует оптимально использовать дежурный режим рабо-ты мк, а также минимизировать время работы в активном режиме с высоким энергопотреблением. Для этого требу-ется тщательно изучить график режи-мов работы приложения. на основе графика выбирается соответствующая технология хранения энергии, которая обеспечивает достаточный запас энер-гии во время работы приложения в активном режиме.

в реальных системах в маломощ-ном дежурном режиме комбинация мк MSP430F2274 и трансивера CC2500 потребляет около 1,3 мкА. хотя это незначительная нагрузка, источник питания или элемент хранения энер-гии должен всегда обеспечивать мини-мальный уровень необходимой мощ-ности.

если приложение предназначено для считывания данных с температур-ного датчика и беспроводной переда-чи информации в центральную точку доступа за короткий период времени, источник питания должен поддержи-вать значительную пиковую нагрузку порядка 25 мА, что на несколько поряд-ков превышает величину тока потре-бления в дежурном режиме. Детальный график работы такой системы показан на рисунке 2.

интегрируя площадь под кривой, можно получить общее энергопотре-

Эн

ер

гос

бе

ре

же

ни

е

35

Электронные компоненты №12 2009

бление на уровне около 36 мкА.с в активном режиме и порядка 1,3 мкА.с в дежурном режиме. если бы данное приложение имело рабочий цикл дли-тельностью 1 с, среднее потребление тока составило бы 37 мкА ((36 мкА.с + 1,3 мкА.с)/(1 с)).

если бы система сбора энергии могла поддерживать постоянную токовую нагрузку на уровне 37 мкА все время, энергетического буфера не потребо-валось бы. однако если использовать солнечную панель, причем без гаран-тии того, что эта панель все время будет находиться при прямом солнечном свете, то понадобился бы достаточно мощный элемент хранения энергии для поддержания работоспособности приложения в течение всего времени,

когда система может находиться в тем-ноте.

с другой стороны, если данные с дат-чика не нужны в любой момент време-ни, систему можно спроектировать так, чтобы передавать информацию, только когда имеется легкодоступный источ-ник энергии. таким образом, потребо-вался бы энергетический буфер для хранения энергии, необходимой систе-ме только в дежурном режиме.

Возможность уВеличения срока службы системымикросистемы сбора энергии из раз-

личных источников, таких как свет, дви-жение, тепло или радиочастота позво-ляют инженерам обойти физические ограничения батарей и создавать при-

ложения, для обслуживания которых не нужен непосредственный доступ. недорогие автономные сети датчиков не только смогут улучшить нашу жизнь, предоставляя данные о состоянии окружающей среды, но обеспечат это без необходимости дополнительных затрат или какого-либо нежелательно-го воздействия на окружающую среду. сбор энергии увеличит срок службы существующих продуктов и позволит реализовать решения, которые не были доступны ранее.

ЛитеРатуРа1. Adrian Valenzuela. Batteryless energy

harvesting for embedded designs//www.greensupplyline.com.

События рынка

| еВропейская конференция пользоВателей компании dAssAult systemes | 17—18-го ноября 2009 г. в Париже прошла Европейская конференция пользователей компании Dassault Systemes — European Customer Forum 2009. Компания Dassault Systemes, мировой лидер в области PLM- (Product Lifecycle Management — управление жизненным циклом продукта) и 3D-решений, недавно выпустила новейшую версию своей новой платформы — V6R2010. На конференции крупнейшие компании, работающие в различных отраслях промышленности, в т.ч. в области электроники, представили результаты внедрения PLM-брендов компании DS: CATIA, SIMULIA, DELMIA, ENOVIA и 3DVIA.

В этом году компания начала продвигать свои решения и для российских компаний, занятых в полупроводниковой отрас-ли. В первую очередь, DS Russia в качестве возможных заказчиков рассматривает «Микрон» и «Ангстрем». Для небольших компаний, ограниченных в финансовых средствах в начале реализации своего проекта, DS предлагает программное обе-спечение на условиях аренды.

DS Russia рассчитывает на то, что в 2010 г. появятся первые реальные проекты, в которых будут внедрены решения по управлению жизненным циклом изделий в области электроники.

www.3ds.ru

36

WWW.ELCP.RU

Многие высокоразвитые страны мира, озабоченные неэффективным энергопотреблением, приняли соот-ветствующие стандарты — EuP (Energy Using Product) в Европе; EISA (Energy Independence and Security Act) в США; KEMCO в Южной Корее; MEPS (Minimum Energy Performance Standards) в Австралии и Новой Зеландии. В частности, в директиве EuP речь идет о повышении КПД и снижении энергопотребления таких устройств и систем как освещение зданий, приставки к ТВ-приемникам (set-top-boxes), внешние источники питания, бытовые стиральные и посудомоечные машины, бытовые и про-мышленные холодильники и морозильники, электродви-гатели, водяные насосы, вентиляторы, водонагреватели, телевизоры, кондиционеры, бойлеры, пылесосы и т.д. В ней разработаны принципы энергосбережения, техниче-ские ограничения, установлены сроки внедрения требо-ваний к новому оборудованию.

Энергосберегающие приборы, устройства и системы строятся на основе источников питания, преобразова-

Задача энергосбережения становится все более актуальной в связи с увеличением стоимости получения электроэнергии, ограниченностью природных ресурсов и ростом энергопотребления. Один из вариантов решения этой задачи — увеличивать КПД электронных устройств или выключать неиспользуемые в теку-щий момент блоки и устройства, управляя их электропитанием. Компания Peak Electronics предлагает DC/DC-преобразователи с высоким КПД 97% или модули мощностью 1…75 Вт с функцией дистанционного включе-ния/выключения.

Сергей Кривандин, техн. руководитель группы «Источники питания» андрей КонопельченКо, инженер-консультант, «Компэл»

DC/DC-преобразователи PEAK для экономичных и портативных приборов

Рис. 1. Внешний вид импульсных стабилизаторов PSR

телей напряжения с высоким КПД, низким собственным энергопотреблением и функцией дистанционного включе-ния/выключения.

импульСные Стабилизаторы С выСоКим Кпд 96%DC/DC-преобразователи с высоким КПД востребованы

в портативных электронных приборах, устройствах с пита-нием от батарей, в системах распределенного питания в качестве POL-преобразователей (Point-of-Load — питание в точке нагрузки). Такими свойствами обладают импульс-ные стабилизаторы. Это преобразователи постоянного напряжения с широким и ультрашироким входом, стабили-зированным выходным напряжением, без развязки вход/выход, реализованные в компактном корпусе для монтажа на печатную плату.

Компания Peak Electronics предлагает разработчикам и производителям электронной техники импульсные ста-билизаторы серий PSR-78, PSR1-78 и PSRS-78 с выходным током 0,5 или 1 А в компактных корпусах типов SIP3 или SMD.

Импульсные стабилизаторы серий PSR-78xxLF и PSR1-78xxLF выпускаются в корпусах типа SIP3 (см. рис. 1) и полностью совместимы по расположению и назначению выводов с популярной серией линейных стабилизаторов 78xx: 1 — вход; 2 — общий; 3 — выход.

Основные параметры импульсных стабилизаторов серий PSR-78 и PSR1-78:

– выходной ток 500 мА (PSR-78xxLF) или 1000 мА (PSR1-78xxLF);

– ряд выходных напряжений 3,3…15 В (см. таблицу 1);– широкий диапазон входного напряжения 4,75…32 В;

Таблица 1. Варианты моделей импульсных стабилизаторов PSR-78 и PSR1-78 компании PEAK

Наимено­вание*

Диапазон входного напряжения, В

Выходное напряжение, В

КПД при Uвх мин,%

КПД при Uвх макс,%

Импульсные стабилизаторы с выходным током 0,5 А, в корпусе SIP3 (11,5×10,2×7,6 мм)

PSR-783R3LF 4,75…28 3,3 90 80

PSR-7805LF 6,5…32 5,0 93 84

PSR-786.5LF 8…32 6,5 94 87

PSR-7809LF 11…32 9,0 95 91

PSR-7812LF 15…32 12 95 92

PSR-7815LF 18…32 15 95 93

Импульсные стабилизаторы с выходным током 1 А, в корпусе SIP3 (11,5×17,5×8,9 мм)

PSR1-783R3LF 4,75…28 3,3 90 83

PSR1-7805LF 6,5…32 5,0 93 88

PSR1-786R5LF 9…32 6,5 94 90

PSR1-7809LF 12…32 9 95 92

PSR1-7812LF 16…32 12 96 94

* Суффикс LF (Lead Free) означает бессвинцовое исполнение.

37

электронные компоненты №12 2009

Рис. 2. Типовая схема включения импульсных стабилизаторов PSR-78 и PSR1-78

Серия C1 C2PSR-783R3LF, PSR-7805LF 10 мкФ×50 В 22 мкФ×10 В

Остальные PSR-78 10 мкФ×50 В 10 мкФ×25 ВPSR1-78xxLF 22 мкФ×50 В 100 мкФ×25 В (электролит)

Рис. 3. Схемы включения стабилизатора PSR-78: а) отрицательное напряжение на выходе; б) двуполярное напряжение

а)

б)

– точность установки выходного напряжения ±2% (типовое значение);

– нестабильность выходного напряжения ±0,2% при изменении входного напряжения во всем допустимом диа-пазоне U вх;

– нестабильность выходного напряжения ±0,4% при изменении нагрузки в диапазоне 10—100%;

– высокий КПД 80—95%;– защита от короткого замыкания;– широкий диапазон рабочих температур: –40…85°C.Модели преобразователей серий PSR-78, PSR1-78 отли-

чаются выходным напряжением 3,3; 5; 6,5; 9; 12 или 15 В. Их варианты приведены в таблице 1.

Собственное потребление стабилизатора составляет максимум 7 мА при типовом значении 5 мА. Высокое зна-чение КПД говорит о малых потерях при преобразовании, что позволяет разработчику прибора решить задачу отво-да тепла без применения радиатора.

Преобразователи рассматриваемых серий являются не только экономичными, но и малогабаритными. Размеры корпусов импульсных стабилизаторов PSR-78 и PSR1-78 приведены в таблице 1.

Импульсные стабилизаторы имеют встроенную защиту от короткого замыкания и от перегрева. Цепь защиты от перегрева выключает модуль по достижению температуры 150°С внутри корпуса стабилизатора. Преобразователи этих серий могут выдавать выходной ток 500 или 1000 мА в диапазоне температур окружающей среды –40…71°С, а при повышении температуры от 71 до 85°С выходной ток снижается на 40% до 300 или 600 мА, соответственно.

Типовая схема включения импульсного стабилизато-ра PSR приведена на рисунке 2. Для лучшей фильтрации шумов и помех производитель рекомендует устанавливать керамические или танталовые конденсаторы С1 и С2 на входе и выходе преобразователя. Рекомендуемые параме-тры конденсаторов приведены в таблице на рисунке.

С помощью импульсных стабилизаторов PSR-78 можно получить отрицательное или двуполярное напряжение (см. рис. 3). Номиналы конденсаторов С1 и С2 те же, назна-чение конденсатора C3 аналогично C1, а С4 — C2.

В программе поставок компании Peak Electronics имеют-ся импульсные стабилизаторы в SMD-корпусах, это серия PSRS-78xxLF (см. рис. 4).

Основные параметры преобразователей серии PSRS-78xxLF:

– выходной ток 500 мА;– ряд выходных напряжений 3,3…15 В (см. таблицу 2);– подстройка выходного напряжения;– дистанционное включение/выключение;– широкий вход до 28 В;– точность установки выходного напряжения ±2%

(типовое значение);– нестабильность выходного напряжения ±0,2% при

изменении входного напряжения во всем допустимом диа-пазоне Uвх;

– нестабильность выходного напряжения ±0,3% при изменении нагрузки в диапазоне 10—100%;

Таблица 2. Варианты моделей импульсных стабилизаторов PSRS-78xxLF в SMD-корпусе с выходным током 500 мА

Наимено вание Uвх, В Uвых, В Диапазон подстройки Uвых, В КПД при Uвх макс,%

PSRS-783R3LF 4,5…28 3,3 1,8…5,5 90

PSRS-7805LF 6…28 5 2,5…8,0 94

PSRS-7812LF 14…28 12 4,5…13,5 95

PSRS-7815LF 17…28 15 4,5…15,5 96Рис. 4. Импульсный стабилизатор PSRS-78xxLF в SMD-корпусе

38

WWW.ELCP.RU

Рис. 5. Типовая схема включения импульсного стабилизатора PSRS-78xxLF

Таблица 3. DC/DC-преобразователи PEAK с дистанционным включением/выклю-чением

Серия Pвых, Вт Корпус Варианты Uвх, В Варианты Uвых, В

DC/DC-преобразователи без подстройки выходного напряжения

PC6NG 1

SIP8 4,5…9; 9…18; 18…36; 36…72 3,3; 5; 9; 12; 15; 24PC10NG 2

PC14NG 3

P10RG 2SIP9 9…36; 18…72 3,3; 5; 12; 15

P14RG 3

P44TG-2:112 DIP24

9…18; 18…36; 36…72 2,5; 3,3; 5; 12; 15; ±12; ±15

P44TG-4:19…36; 18…72 3,3; 5,1; 12; 15; ±5; ±12; ±15

P15VG15

1''×1''PK15VG9…18; 18…36; 36…72 3,3; 5,1; 12; 15

PK20VG 20

DC/DC-преобразователи с подстройкой выходного напряжения

P48WG-2:120 2''×1''

9…18, 18…36, 36…723,3; 5; 12; 15; ±12; ±15

P48WG-4:1 9…36, 18…75

PHxxYG 18…30 2''×1,6'' 9…18, 18…36, 36…72

3,3; 5; 12; 15; 24; ±5; ±12; ±15PHxxXG 23…40 2''×2'' 9…18, 18…36, 36…72, 9…36, 18…75PHxxZG 33…75 3''×2,6''

– высокий КПД 90—96%;– защита от короткого замыкания;– широкий диапазон рабочих температур: –40…85°C.Импульсные стабилизаторы PSRS-78xxLF работают в

диапазоне температур –40…71°C без ограничения выход-ной мощности и не требуют дополнительного отвода тепла. Типовая схема включения PSRS-78xxLF приведена на рисунке 5.

Предложенную схему можно применять «как есть». Конденсаторы C1 и C4 выполняют роли входного и выходного фильтров, соответственно. Рекомендуемые параметры С1 = 10 мкФ×50 В, С4 = 22 мкФ×16 В для ста-билизаторов с выходами 3,3 или 5 В и 10 мкФ×25 В для остальных моделей серии. К выводу управления 10 "ON/OFF" необходимо подключить конденсатор С2 = 100 нФ, а к выводу 6 "Vadj" — конденсатор C3 = 470 пФ. При таком номинале С2 включение модуля питания будет осущест-вляться с задержкой 64 мс. Для реализации другого вре-мени задержки следует включить конденсатор соответ-ствующей емкости, значение которой можно рассчитать по формуле

,

где t — время задержки; Iупр = 2,5 мкА; Uупр = 1,25 В.Отличительными особенностями модулей PSRS-78 являют-

ся возможности дистанционного включения/выключения и подстройки выходного напряжения. Пример схемы включе-ния PSRS-7805LF с цепями управления приведен на рисунке 6.

Рис. 6. Пример схемы включения PSRS-78 с цепями управления включением и установки Uвых

Конденсаторы C1 (10 мкФ×50 В) и C2 (22 мкФ×50 В) должны быть керамическими и размещаться на печат-ной плате как можно ближе к соответствующим выводам импульсного стабилизатора. Для лучшей фильтрации шумов рекомендуется включить на выходе LC-фильтр, состоящий из дросселя индуктивностью 10…48 мкГн и конденсатора C3 емкостью 100 мкФ. Цепь R1-R2 задает значение выходного напряжения стабилизатора, формулы для расчета сопротивлений этих резисторов приведены в фирменном описании (data sheet) изделия. Подключение конденсатора C5 = 470 пФ к выводу 6 "Vadj" необходимо в любом случае (см. рис. 5 и 6).

Управление включением/выключением стабилизатора можно выполнить с помощью микроконтроллера: затвор полевого транзистора (драйвера) подключается непо-средственно к выходу микроконтроллера (см. врезку на рис. 6). Стабилизатор включается при подаче на вывод 10 "ON/OFF" напряжения 1,5…6 В и выключается при на- пряжении менее 1 В или соединении с корпусом GND. Потребление по цепи управления составляет 2 мкА. В выключенном состоянии основные цепи преобразовате-ля PSRS-7805LF потребляют из входной цепи постоянного тока 15 мА.

Таким образом, серия PSRS-78 импульсных стабилиза-торов в SMD-корпусах является более «продвинутой» по сравнению с версиями PSR-78 и PSR1-78, поскольку она реализует два энергосберегающих свойства: высокий КПД более 90% и дистанционное выключение питаемых цепей, когда те не работают.

Импульсные стабилизаторы PSR-78, PSR1-78 и PSRS-78 имеют высокий КПД, низкое собственное энергопотребле-ние, не нуждаются в радиаторе, занимают мало места на плате, что определяет их основные области применения:

– устройства с батарейным питанием;– цепи с нестабильным напряжением на шине постоян-

ного тока;– системы распределенного питания;– малогабаритные устройства;– цепи питания микроконтроллеров, микропроцессо-

ров, ПЛИС.

DC/DC-преобразователи С диСтанционным вКлючением/выКлючениемФункция дистанционного включения/выключения

позволяет перевести DC/DC-преобразователь и питаемые им цепи в режим ожидания, что позволяет сохранять элек-трическую энергию тогда, когда эти цепи не работают и не востребованы для функционирования оборудования в текущий момент.

Компания Peak Electronics предлагает широкий выбор DC/DC-преобразователей мощностью 1…75 Вт с дистанци-онным включением/выключением: список серий и основ-ные электрические параметры таких модулей приведены в таблице 3.

Особый интерес представляют популярные изделия мощностью 1, 2 или 3 Вт серий PC6NG, PC10NG и PC14NG

40

WWW.ELCP.RU

Рис. 8. Схема включения мощных DC/DC-преобразователей PEAK с дистанцион-ным включением/выключением и подстройкой выходного напряжения

Рис. 7. Схема включения преобразователей PC6NG, PC10NG, PC14NG с дистанци-онным включением/выключением

соответственно. Эти преобразователи имеют следующие параметры:

– малогабаритный корпус типа SIP8;– широкий вход 4,5…9; 9…18; 18…36 или 36…72 В;– варианты выходного напряжения: 3,3; 5; 9; 12; 15 или

24 В, в зависимости от модели;– электрическая прочность изоляции вход-выход 1 или

3 кВ;– диапазон рабочих температур: –40…85ºС.Особенностью этих маломощных DC/DC-преобразо-

ва те лей является стабилизация выходного напряжения. Обычно у DC/DC-преобразователей мощностью 1…3 Вт нестабильность выходного напряжения составляет 10% от номинального значения, а модули серий PC6NG, PC10NG, PC14NG имеют нестабильность Uвых всего 1%. Это свой-ство позволяет применять данные модули для питания микропроцессорных систем и ПЛИС.

Типовая схема включения преобразователей PC6NG, PC10NG, PC14NG с дистанционным включением/выклю-чением приведена на рисунке 7. Вывод Ctrl предна-значен для дистанционного управления включением/выключением. Модуль включается, если подать на него напряжение в диапазоне 0…0,8 В, и выключается, если установить напряжение 5 В. Потребление тока по управ-ляющему выводу составляет 5 мА. Реализовать схемо-технически эту функцию можно при помощи микрокон-троллера или на трех дискретных элементах: резисторе R1, стабилитроне VD1, оптроне VT1 (показана только приемная часть оптрона). Цепь, состоящая из резистора и стабилитрона, необходима для получения напряжения величиной 5 В. Оптрон — гальванически развязанный ключ, который, в зависимости от своего состояния, либо подает напряжение 5 В на управляющий вывод DC/DC-преобразователя, либо нет. Рекомендуется при-менить в этой цепи популярные стабилитрон 1N4732A и оптрон H11A817A. Номинал резистора R1 можно рассчи-тать по формуле

,

где Uвх — входное напряжение преобразователя; Iстаб — ток стабилизации стабилитрона; Uстаб — напряжение ста-билизации стабилитрона (5 В в нашем случае).

DC/DС-преобразователи серий PC10NG, PC14NG имеют «широкий» вход 2:1, а модули тех же мощностей 2 или 3 Вт серий P10RG, P14RG обладают «ультрашироким» входом 4:1, что более универсально, т.к. их можно применять в аппаратуре с двумя шинами питания: 12 и 24 В или 24 и 48 В постоянного тока. В преобразователях серий P44TG и P(K)15VG, PK20VG достигается достаточно высокая мощ-ность 12, 15 или 20 Вт, соответственно, в стандартных весьма компактных для таких мощностей корпусах DIP24 или 1”×1”. В корпусе 2”×1” реализованы преобразовате-ли мощностью не 15, а 20 Вт: это модули серии P48WG. Изделия PHxxYG, PHxxXG, PHxxZG — самые мощные в линейке поставок компании PEAK. Схемы дистанционного

включения/выключения DC/DC-преобразователей PEAK (см. табл. 3) аналогичны схеме рисунка 7.

Особенностью мощных модулей питания 20…75 Вт (см. табл. 3) является наличие дополнительного выво-да trim (подстройка), который позволяет установить нестандартное значение выходного напряжения пре-образователя. На рисунке 8 приведена типичная схема включения.

На входе мощного модуля питания рекомендуется поставить П-образный LC-фильтр для соответствия тре-бованиям стандартов EN61000-4-4 (устойчивость к поме-хам от быстропротекающих переходных процессов) и EN61000-4-5 (устойчивость к броскам тока). Конкретные номиналы конденсаторов и индуктивности дросселя указаны для каждого типа модулей питания в фирменных описаниях. Резисторы R1 и R2 нужны для подстройки выходного напряжения, если эта функция используется в конкретном изделии.

Сайт CAtAlog.ComPEl.ru — эффеКтивный инСтрумент для выбора DC/DC-преобразователейДля быстрого поиска источников питания и DC/DC-пре-

об разователей по заданным параметрам удобно вос-пользоваться сайтом catalog.compel.ru. На нем пред-ставлено большинство электронных компонентов, поставляемых компанией «Компэл». Для параметриче-ского поиска сначала требуется выбрать тип нужного компонента. Например, для поиска импульсных ста-билизаторов необходим следующий путь (см. в левой части главного окна): Источники питания → DC/DC → Импульс. стабилизаторы. На сайте появится окно с возможностью задания требуемых параметров. Выбрав выходной ток 0,5 А, можно получить список импульсных стабилизаторов именно с таким значением параметра. Щелкнув мышью наименование изделия, можно открыть страницу с его описанием на русском языке, ссылкой на фирменное описание, информацией о наличии на складе и цене компонента, в зависимости от количества. Кроме того, все указанные в статье вспомогательные компоненты можно найти на сайте и складе компании «Компэл».

Для параметрического поиска рекомендуется исполь-зовать программу для просмотра сайтов (обозреватель) Google Chrome. Работа в этом обозревателе ускоряет поиск в несколько раз. Для подробного ознакомления с возможностями поиска на catalog.compel.ru можно нажать кнопку «Помощь» в левой верхней части главной веб-страницы этого сайта.

заКлючениеКомпания Peak Electronics предлагает широкую линейку

импульсных стабилизаторов и DC/DC-преобразователей с высоким КПД и дистанционным включением/выключени-ем, с помощью которых можно реализовать современные электронные приборы с энергосберегающими свойствами в различных областях техники.

42

Да

тч

ик

и

www.elcp.ru

Статья посвящена системам обработки движения. Рассмотрены прин-ципы, лежащие в основе этих систем, и описаны характеристики, досто-инства и недостатки различных типов датчиков и решений. Указаны факторы, которые необходимо учитывать при проектировании систе-мы обработки движения. Даны рекомендации по выбору датчиков.

Выбор и использоВание ДатчикоВ ДВижения на осноВе МЭМсСтив Назири (Steve NaSiri), ДэвиД СакС (DaviD SachS), Михаэль Майа (Michael Maia), компания InvenSense .

обработка движения — новая про-рывная технология, с которой нач-нется волна инноваций в проектиро-вании карманных потребительских устройств, пользовательского интер-фейса и систем управления. Эта тех-нология предполагает детектирование движения в трехмерном пространстве, измерение параметров (скорости, угло-вой скорости, направления, ускорения, момента и т.д.) и передачу данных в процессор. с появлением коммерче-ских устройств инерциального изме-рения (IMU — inertial measurement unit), основанных на МЭМс, развитие обработки движения стало идти еще быстрее. Устройства IMU, оснащенные инструментами обработки движения, обеспечивают более простой пользо-вательский интерфейс (интуитивная навигация) и управление устройством без нагромождения операций и меню. Для начала рассмотрим принцип рас-познавания передвижения.

раСпозНаваНие ДвижеНияВ некоторых современных мобиль-

ных устройствах используются аксе-лерометры, измеряющие параметры движения по трем осям. Этого недоста-точно, поскольку по трем осям можно разложить только поступательное или только вращательное движение. Для полноценной обработки необходимы шесть осей измерения.

Главное звено в системе распозна-вания движения — гироскоп, который традиционно используется для опреде-ления абсолютной скорости вращения. Гироскоп реагирует на изменение пото-ка энергии между двумя резонансными положениями структуры, обусловлен-ное силой кориолиса, которая возни-кает при вращении внутренней рамы и пропорциональна скорости враще-ния (см. рис. 1). Гироскопы измеряют угловую скорость Ω по величине силы кориолиса.

Вибрационные гироскопы стерж-невого типа обычно содержат пару вибрирующих масс, например, в форме стержней (как ветви камертона), кото-рые осциллируют с одинаковой ампли-тудой и в противоположных направ-лениях. когда гироскоп начинает вращаться, возникает сила кориолиса, направленная перпендикулярно век-тору скорости и пропорциональная его модулю. Величина скорости измеряет-ся емкостным способом между зубьями гребенки по периметру вибрирующей структуры и зубьями неподвижной рамки, окружающей стержни. Гироскоп проектируется так, чтобы возникающее в нем ускорение кориолиса было мак-симальным, а трение — минимальным.

Датчики ускорения (акселерометры) позволяют детектировать только про-стое движение, например, определять угол наклона или ориентацию устрой-ства в пространстве. с их помощью можно измерить только сумму поступа-тельного и центробежного ускорений, силу тяжести и колебательную силу, вызывающую вибрацию. Для выде-ления одной компоненты, например, поступательного движения, необхо-димо использовать дополнительный гироскоп, который точно измерит угло-вую скорость вращения. таким обра-зом, для более сложных задач, таких как оптическая стабилизация изобра-жения, акселерометры непригодны.

Для коррекции погрешности изме-рения параметров вращательного движения некоторые производители вместо гироскопов используют магни-

тометры. Эти устройства определяют вращательное движение устройства по отношению к северному магнитному полюсу земли. они обычно применя-ются для переориентации карты на дисплее, чтобы ее положение соответ-ствовало направлению движения поль-зователя.

Магнитометры работают сравни-тельно медленно, поэтому они не под-ходят для использования в системах, вращающихся с частотой более 5 кГц. кроме того, они не защищены от иска-жения данных в присутствии внешних магнитных полей, создаваемых, напри-мер, микрофоном, аудиогарнитурой или металлическим предметами.

Гироскопы — единственные инерци-онные датчики, позволяющие точно и без задержки измерить параметры вра-щательного движения. они не подвер-жены никаким внешним воздействиям, в том числе магнитным и гравитаци-онным. появление кремниевых гиро-скопов на основе МЭМс и снижение их стоимости позволило существенно рас-ширить функциональность мобильных устройств. помимо доступной цены, гироскопы на основе МЭМс имеют дру-гие достоинства: малый размер и высо-кую точность.

выбор ДатчикаДля определения всех параметров

движения необходимо проводить изме-рения по трем осям поступательного и трем осям вращательного движения. среди разработчиков портативных устройств бытует неверное представ-ление, что для системы обработки дви-жения нужно использовать либо гиро-скопы, либо акселерометры. на самом деле, для качественного измерения скорости и направления поступатель-ного и вращательного движения необ-ходимы оба вида датчиков.

Гироскопы в одиночку могут использоваться для измерения вра-щательной компоненты. системы на основе датчиков ускорения могут использоваться в приложениях с неподвижной системой координат, а Рис. 1. Механизм возникновения силы Кориолиса

Да

тч

ик

и

43

электронные компоненты №12 2009

Таблица 1. Классификация гироскопов по назначению

Назначение Чувствительность гироскопа, мВ/dps

Полный диапазон измерений, dps

Стабилизация изображения 20…50 20…43 Навигация 4…15 50…67 3-D удаленное управление 2,0 500

Рис. 3. Структура системы обработки движения с дискретными датчиками

также для измерения угла поворо-та или параметров поступательного движения. Другими словами, они под-ходят только для тех случаев, когда система не совершает свободного вращения. Для одновременного ана-лиза поступательного и вращательно-го движения необходимы и гироскоп, и акселерометр. Датчики ускорения имеют большую точность измерения, когда устройство покоится, а МЭМс-гироскопы — когда оно движется. Для объединения данных, полученных от датчиков, обычно используется алго-ритм обработки данных из разных источников (см. рис. 2).

при выборе способа обработки дви-жения следует проводить тщательный анализ многих факторов, включая пол-ный диапазон работы устройства, чув-ствительность, напряжение смещения, шумовые характеристики, чувствитель-ность между осями, влияние темпера-туры, влажности и механическую проч-ность устройства.

обработка ДвижеНияпри разработке системы детектиро-

вания и обработки движения первое, с чем сталкивается инженер, это выбор модели датчика ускорения, гироскопа или интегрального решения для сво-его приложения. У каждого подхода есть свои достоинства и недостатки. рассмотрим некоторые соображения совместимости, которые следует учи-тывать.

1. Для максимального расширения функциональности в схеме следует предусмотреть несколько приложений, например, навигатор GPS, помощник водителя и интуитивный интерфейс пользователя, управляемый жестами. Для работы всех этих приложений тре-буются различные скорости выборок гироскопа, поэтому необходимо преду-смотреть защитные меры, чтобы дан-ные разных приложений не накладыва-лись друг на друга.

2. Достоверность вычисления угло-вых координат в значительной мере зависит от стабильности тактирования гироскопа.

3. акселерометры и гироскопы должны делать выборки синхронно, чтобы правильно интерпретировать их и определить положение устройства в пространстве.

4. частоты, на которых работают гироскопы, не должны интерфериро-вать друг с другом, а также с другими каналами, использующимися в устрой-стве.

обычно акселерометры и гироско-пы классифицируются по техническим характеристикам, однако во многих случаях их лучше разделять по назна-чению. пример соответствующей клас-сификации приведен в таблице 1. В

последней колон-ке указан полный диапазон работы гироскопа в гра-дусах в секунду (dps — degree per second) и соответ-ствующая чувстви-тельность (мВ/dps). Х а р а к т е р и с т и к и цифровых датчиков ускорения, которые обычно применя-ются в системах обработки движе-ния, выражаются, как правило, доля-ми гравитационного ускорения, а чув-ствительность измеряется в единицах [младший значащий разряд/g].

ФильтроваНиеобычно для обработки движения

требуется гибкая система фильтрова-ния. Шумовые характеристики и поло-са сигнала, как правило, меняются в зависимости от производимого в дан-ный момент действия. существуют два основных метода фильтрования: ана-логовый (фильтр на основе аЦп или RC-цепи) и цифровой (производится в процессоре после аЦп). аналоговый фильтр применяется обязательно для предупреждения наложения данных. Для задач обработки движения, в кото-рых полоса сигнала меняется, опти-мальный выбор — включить програм-

мируемый цифровой фильтр после аналогового.

Мобильные устройства, оснащен-ные функцией обработки движения, имеют дополнительные функции, такие как стабилизация изображения в

Рис. 2. Алгоритм объединения данных

44

Да

тч

ик

и

www.elcp.ru

Рис. 4. Интегральная схема обработки движения

камере, пользовательский интерфейс, навигация. Для них требуются поло-сы частот. например, для получения навигационных сигналов с частотой до 1 Гц частота выборки должна быть 10 Гц, а полоса пропускания фильтра согласно правилу найквиста (отсече-ние всех сигналов, частота которых не меньше половины частоты дискрети-зации) составляет менее 5 Гц. однако этот фильтр может создавать помехи в других приложениях, реализованных в устройстве. В связи с этим необходи-мо использовать такой фильтр, полоса которого покрывает все диапазоны фильтрации, требуемые приложения-ми, и цифровой фильтр, который будет подстраиваться под требования кон-кретного приложения.

если схема обработки движения не интегральная (см. рис. 3), то может потребоваться Мк для осуществления выборок. В полностью интегральных решениях (см. рис. 4) в состав блока аЦп обычно входят фильтры заданных частот. за ними следуют цифровые фильтры, которые используются в слу-чае необходимости.

точНоСть тактироваНияточность тактирования очень важна,

особенно при определении угловых координат гироскопа, которые вычис-

ляются путем перемножения угловой скорости на частоту дискретизации:

α = ω .Δт, (1)

где α — данные, полученные от гиро-скопа; ω — угловая скорость гиро-скопа; Δт — промежуток времени. из выражения (1) видно, что правильность тактирования гироскопа так же важна, как и точность определения угловой скорости.

СиНхроНизация ДаННыхпоскольку современные мобильные

устройства оснащены не одним датчи-ком, то важно синхронизовать получе-ние данных от разных датчиков. самая высокая точность может быть получена тогда, когда данные с акселерометра и гироскопа считываются синхронно. однако, если у них разные требования по тактированию, этот процесс услож-няется.

существуют и другие методики, например, сбор данных с цифрового датчика ускорения через интерфейс I2C. Этот метод не подходит для ана-логового гироскопа. В этом случае преимущество имеют законченные интегральные решения, в которых заведомо гарантируется синхронность сбора данных.

чаСтотНый ДиапазоНразработчик должен проверить,

что частотные спектры в системе не перекрываются. например, гироско-пы, работающие в диапазоне звуковых частот ниже 5 кГц, не следует использо-вать вблизи источников звука — теле-визоров, радио, громкоговорителей и т.д. наушники обычно работают в диапазоне 20 Гц…20 кГц, а оптическая стабилизация изображения — на часто-тах 500 Гц…4 кГц. В системах обработки движения компании InvenSense исполь-зуются более высокие частоты: по оси Х — 24 кГц, по оси Y — 27 кГц, по оси Z — 30 кГц. таким образом, диапазоны работы отдельных блоков не наклады-ваются друг на друга.

заключеНиенесмотря на то, что в настоящее

время датчики движения представлены на рынке в большом разнообразии, с развитием систем обработки движения предпочтение будет отдаваться полнос-тью интегральным решениям.

ЛитеРатУРа1. Steve Nasiri, David Sachs and Michael

Maia. Selection and integration of MEMS-based motion processing devices//www.dspdesignline.com/howto/218401101#.

События рынка

| СеМиНар коМпаНии MeNtor GraphicS | 27-го ноября в Москве состоялcя четвертый семинар компании Mentor Graphics по проектированию и верификации систем на кристалле. Семинар был организован дистрибьютором Mentor Graphics — компа-нией Megratec. Присутствовало около 70-ти человек от 32-х компаний.

На семинаре был представлен весь комплекс средств проектирования и верификации СнК — от концептуального уровня до подготовки производства и пост-производственного тестирования. В первой части семинара с докладами выступили Бенуа Гретер, техн. директор по Европейскому региону; Жан-Мари Сен-Пол, вед. специалист Mentor Graphics; Алексей Рабоволюк, вед. специалист Megratec; Иван Селиванов, Megratec. Вторая часть семинара была посвящена вопросам физиче-ского проектирования и верификации.

В заключительном выступлении Андрей Лохов, директор Megratec, рассказал о текущих успехах и дальнейших планах по продвижению продукции Mentor Graphics на российском рынке.

www.megratec.ru

Да

тч

ик

и

45

электронные компоненты №12 2009

Разработчики сталкиваются с определенными трудностями при реа-лизации термочувствительных функций во встраиваемых системах с помощью термисторов, резистивных датчиков температуры и термо-пар. В статье рассматриваются ключевые критерии разработки каж-дого из таких решений, которые сравниваются с полупроводниковыми датчиками температуры. Обсуждается создание гибких и экономичных систем по термоуправлению, использование встроенных функций, позво-ляющих улучшить характеристики систем.

Реализация функции теРмоДатчика во встРаиваемой системеДжон остин (John Austin), гл. инженер по маркетингу продукции, эзана Хэйл (EzAnA hAilE), ст. инженер по применению, Microchip Technology

наиболее часто для измерения тем-пературы используются термисторы, которые изготовлены на полупрово-дниковых материалах и имеют поло-жительный или отрицательный темпе-ратурный коэффициент (PTC или NTC, соответственно).

сопротивление термистора изменя-ется с температурой — PTC увеличи-вается при повышении температуры, а NTC — уменьшается.

у термисторных решений имеется несколько преимуществ. термисторы обладают высокой чувствительностью к изменению температуры и быстрой тепловой реакцией. их стоимость невы-сока. наиболее существенный недоста-ток этих устройств — нелинейность в широком температурном диапазоне.

на рисунке 1 показана цепь терми-стора с нч-фильтром и усилителем, коэффициент усиления которого равен единице. назначение нч-фильтра, образованного R2 и C1, заключается в фильтрации шума от датчика, а уси-литель используется для управления резистивными или емкостными нагруз-ками.

напряжение на термисторе VTH изменяется пропорционально темпе-ратуре. на графике видно, что эта зави-симость линейна в диапазоне 0…70°с, однако вне этого диапазона характери-стика явно нелинейная. сопротивление зависит от температуры в значитель-но меньшей степени, по сравнению с линейным диапазоном. чтобы повы-сить разрешение измерений при очень высоких и очень низких температурах, сигнал требуется усилить.

термисторы позволяют установить точный контроль над температурой в ограниченном диапазоне. Для того чтобы обеспечить высокую точность контроля в более широком диапазоне, требуется сложная схема с нескольки-

ми каскадами усиления в разных тем-пературных диапазонах и усилителем с программируемым коэффициентом усиления.

общая стоимость системы с высо-коточным решением увеличивается. Для термисторов следует установить ток смещения, который задается рези-стором R1 на рисунке 1. При больших токах разрешение измерений увели-чивается, однако при этом повышает-ся и ошибка, что вызвано саморазо-гревом при рассеивании мощности на термисторе.

Высокоточное решениеРезистивные датчики температуры

(РДт) обеспечивают высокую точность измерения температуры и воспроиз-водимость результатов, а также ста-бильность. высокая точность измере-ний достигается при температурах в несколько сотен градусов цельсия.

Для реализации этих характеристик в соответствии с современными миро-выми стандартами и спецификация-ми требуется тщательная настройка и калибровка РДт. в базовой схеме РДт должен находиться источник стаби-лизированного тока для смещения и измерительное устройство (например, усилитель) для измерения напряжения на РтД.

такое решение может оказаться дорогостоящим из-за цены измери-

тельного усилителя и необходимости выполнения ручных операций, вклю-чая настройку диапазона измерения, калибровку коэффициента усиления и напряжений смещения. выход усили-теля подключается к ацП для оциф-ровки. назначение других цепей состо-ит в преобразовании изменяющегося сопротивления в частоту.

например, на схеме рисунка 2 пока-зана цепь релаксационного генерато-ра с RC-контуром и компаратором, с помощью которой формируется часто-та, пропорциональная изменяющейся температуре.

сигнал с меняющейся частотой поступает непосредственно на микро-контроллер для оцифровки. При разра-ботке схемы РДт следует учесть эффект саморазогрева, вызванный рассеива-нием мощности на резисторе. РДт обе-спечивают высокую степень воспро-изводимости и точность измерений в широком температурном диапазоне. При оптимизации решений с РДт сле-дует учитывать стоимость, сложность проектирования и энергопотребление системы, состоящей из нескольких активных компонентов.

термопарытермопары работают в широком

диапазоне температур: –270…1372°с. «американское общество специалистов по испытаниям и материалам» (American

Рис. 1. Цепь термистора с НЧ-фильтром и усилителем

46

Да

тч

ик

и

www.elcp.ru

Society for Testing and Materials) опреде-лило категории термопар для коммер-ческого применения в соответствии с их рабочими характеристиками.

к типам E, J, K, N и T относятся термо-пары на основе неблагородных метал-лов, используемые для измерения температур в диапазоне –270…1372°с. к типам S, R и B принадлежат термо-пары на основе благородных металлов, используемые для измерения темпера-тур в диапазоне –50…1820°с.

в термопарах применяются два металлических сплава — алюмель и хромель, электрические параметры которых зависят от температуры.

Генерируемое термопарой напряже-ние измеряется на ее свободном конце с помощью вольтметра. величина напряжения изменяется пропорцио-нально температуре. термопары имеют

нелинейные характеристики, и потому для их использования требуются алго-ритмы линеаризации.

сварное соединение термопары называют тепловыделяющим спаем, а свободный конец — теплопоглощаю-щим. температура измеряется путем установления разности между значе-ниями температуры на тепловыде-ляющем и теплопоглощающем спаях. температура на теплопоглощающем спае измеряется с помощью термисто-ров, РДт или полупроводниковых дат-чиков температуры.

Полный диапазон напряжений тер-мопары составляет менее 100 мв, и потому требуется высококачественное устройство формирования аналогово-го сигнала. на рисунке 3 показана типо-вая схема термопары.

в промышленных приложениях тер-мопара подключается к измерительной системе с фильтром электромагнитных помех. выводы термопары подключа-ются к положительному и отрицатель-ному выводам источника питания через резисторы с большим сопротивлением, благодаря чему схема позволяет обна-ружить обрыв цепи.

Для формирования уровня аналого-вого сигнала применяются усилитель с автоустановкой нуля или усилитель постоянного тока с модуляцией и демо-дуляцией сигнала из-за низкого напряже-ния смещения и подавления синфазных помех. схема компенсации температуры

холодного спая реализуется с помощью полупроводникового датчика темпера-туры, размещенного на плате.

полупроВоДникоВые Датчики температурымногие производители полупрово-

дников изготавливают датчики с диапа-зоном рабочих температур –55…150°с. Эти устройства можно разделить на три класса — с логическим выходом, с выходом по напряжению и с выход-ным последовательным интерфейсом. в микросхемы датчиков встроены мно-гие полезные функции, позволяющие удовлетворить требованиям приложе-ния наилучшим образом.

микросхемы датчиков температуры легко устанавливаются в систему, а их встроенные функции позволяют сни-зить ее суммарную стоимость.

Датчики температуры с логиче-ским выходом. Эти устройства, как правило, функционируют как термо-стат, оповещая систему о том, что тем-пература достигла минимального или максимального значений. иногда эти датчики называют переключателями температуры, т.к. с их помощью можно включить вентилятор или зажечь сиг-нальную лампу, например, при дости-жении максимально допустимой тем-пературы. как правило, выводы этих устройств не защелкиваются, и пото-му переключатель выключается при достижении установленной температу-ры. Для большинства датчиков темпе-ратуры с логическим выходом задается петля гистерезиса для предотвращения дребезга выходного сигнала.

у датчиков температуры логический выход переключается либо при повы-шении температуры («горячая» опция), либо при ее уменьшении («холодная» опция) относительно некоторого зна-чения, которое задается петлей гисте-резиса. на рисунке 4 показано несколь-ко цепей, где используются датчики температуры с логическим выходом.

Датчики температуры с выходом по напряжению. выходное напряже-ние этих датчиков пропорционально температуре, причем типичное зна-чение температурного коэффициен-Рис. 3. Типовая цепь термопары

Рис. 4. Типовые приложения с использованием микросхем датчиков температуры с логическим выводом

Рис. 2. Цепь релаксационного генератора с RC-контуром и компаратором для формирования частоты, изменяющейся пропорционально тем-пературе

Да

тч

ик

и

47

электронные компоненты №12 2009

та составляет 6,25; 10 или 19,5 мв/°с. Преобразователи температуры в напря-жение работают в диапазоне –55…150°с и имеют температурное смещение для считывания отрицательных значений в отсутствие отрицательного напряже-ния питания. типичные значения рабо-чего тока составляют десятки мка, что позволяет снизить саморазогрев при рассеивании мощности и увеличить срок службы батарей.

выход устройства, как правило, под-ключен к внешнему ацП или микро-контроллеру со встроенным ацП, как показано на рисунке 5.

Датчики температуры с выход-ным последовательным интерфейсом. обычно в датчиках этого типа исполь-зуются двух- или трехпроводной интер-фейс для работы с главным микро-контроллером. Эти устройства имеют встроенный ацП, который преобразует выходной аналоговый сигнал внутрен-него чувствительного элемента в циф-ровой сигнал. Датчики обеспечивают точность измерения температуры до 0,5°с при разрешающей способности измерительной системы менее 0,1°с.

многие температурные датчики с выходным последовательным интер-фейсом имеют программируемые пользователем функции, например возможность оповещения о превыше-нии температуры, а также встроенную EEPROM-память для хранения дан-ных общего назначения. Эти функции позволяют упростить систему, увели-чить ее гибкость, повысить точность измерения и уменьшить суммарную стоимость решения. функция опове-щения о несоответствии температуры установленной величине работает так же, как в случае с датчиками с логиче-ским выходом.

с помощью последовательного интерфейса главный микроконтрол-лер устанавливает предельные значе-ния температуры во внутреннем реги-стре полупроводникового датчика. При уходе температуры от заданной величины датчик оповещает об этом событии главный контроллер. Данная функция позволяет зажечь световой сигнал оповещения или управлять через последовательный интерфейс вентилятором, освободив микрокон-троллер от необходимости непрерыв-но отслеживать изменения температу-ры. в результате повышается гибкость системы, упрощается разработка для нее программного обеспечения и обо-рудования.

Для многих современных при-ложений требуется, чтобы точность измерения температуры составляла менее 0,5°с в достаточно широком диа-пазоне. Более высокая точность дости-гается при использовании нескольких полупроводниковых датчиков темпе-

ратуры, откалибро-ванных с помощью справочной табли-цы.

к о л и ч е с т в о точек калибровки зависит от темпера-турного диапазона, требуемой точно-сти и неидеальной х а р а к т е р и с т и к и датчика. на рисун-ке 6 представлен график зависимости точности датчика от температуры до и после компенсации этой неидеально-сти.

н е и д е а л ь н а я х а р а к т е р и с т и к а датчика темпера-туры описывается с помощью много-члена второго порядка, коэффи-циенты которого рассчитываются с помощью несколь-ких точек темпера-турного диапазо-на. Это уравнение используется для компенсации ошиб-ки датчика при измерении темпера-туры.

уравнение также используется для составления справочной таблицы, кото-рая может храниться в EEPROM-памяти. некоторые полупроводниковые дат-чики температуры имеют встроенную память EEPROM объемом 256 байт для хранения неидеальных параметров датчика в справочной таблице.

температурные датчики обладают рядом достоинств и недостатков. ни один из типов этих устройств не годит-ся для применения во всех приложе-ниях по измерению температуры. Для выбора наиболее подходящего датчи-ка следует определить специфические требования каждого приложения.

термисторы обеспечивают эконо-мичное решение по измерению тем-пературы для приложений в ограни-ченном температурном диапазоне благодаря нелинейным характеристи-

кам. РДт позволяют выполнять изме-рения с очень высокой точностью в диапазоне нескольких сотен градусов цельсия. Для применения этих датчи-ков требуются высокопроизводитель-ные системы измерения с возможно-стью ручной настройки и калибровки, из-за чего повышается их стоимость.

термопары целесообразнее всего использовать в приложениях, которые функционируют в широких температур-ных диапазонах — менее –200 и более 1000°с. Для этих датчиков требуются высокопроизводительные системы измерения, что приводит к их удорожа-нию. с другой стороны, полупроводни-ковые датчики температуры позволяют упростить проект, обеспечив высо-кую точность измерений в диапазоне –55…150°с. кроме того, они обладают многими встроенными функциями, которые повышают гибкость системы и улучшают ее параметры.

Рис. 6. Зависимость точности ИС от температуры с компенсацией ошибки и без нее

Рис. 5. Выход устройства, как правило, подключен к внешнему АЦП или микроконтроллеру со встро-енным АЦП

48

Да

тч

ик

и

www.elcp.ru

В поисках акселерометра для определенного приложения не только нович-ки, но и опытные пользователи могут прийти в замешательство при изучении каталога производителей акселерометров или веб-сайта. Описанный в данной статье метод позволит разработчику сориенти-роваться в гуще опций и выбрать оптимальный акселерометр для своего приложения. Публикация представляет собой перевод [1].

РекоменДации по выбоРу акселеРометРаБрюс Лент (Bruce Lent), инженер по применению, Endevco Corp.

ВыБор техноЛогиина первом этапе процесса выбора

необходимо определить тип предпо-лагаемых измерений. Для измерения с помощью акселерометра используются три известные технологии.

Пьезоэлектрические акселеромет­ры (ПЭА) — наиболее широко приме-няемые устройства в приложениях по тестированию и измерениям. Эти устройства работают в очень широком диапазоне частот (от нескольких Гц до 30 кГц) и имеют различную чувстви-тельность, вес, размеры и форму. пЭа имеют зарядовый выход или выход по напряжению и применяются для изме-рения вибраций и ударов.

Пьезорезистивные акселерометры (ПРА), как правило, имеют очень низкую чувствительность, поэтому исполь зуются для измерения ударного ускорения и в меньшей степени — при измерении вибраций. их также широко применяют в испытаниях на ударную прочность при столкновении с препятствием. пРа функ-ционируют в широкой полосе частот (от нескольких сотен Гц до более чем 130 кГц), при этом их амплитудно-частотная характеристика (ачХ) может начинаться от 0 Гц (т.н. DC-датчики) или оставаться неизменной, что позволяет измерять сиг-налы большой продолжительности.

Емкостные акселерометры (ЕА) от- носятся к устройствам с применением новейших технологий. как и у пьезорези-стивных акселерометров, их ачХ начина-ется от 0 Гц. такие акселерометры имеют высокую чувствительность, узкую полосу пропускания (15…3000 Гц) и высокую тем-пературную стабильность. погрешность чувствительности в диапазоне рабочих температур до 180°C не превышает 1,5%. еа используются для измерений низко-частотных вибраций, движения и устано-вившегося ускорения.

тип измеряемых параметроВпрежде всего, мы кратко опишем

базовые типы измерений, а далее остано-вимся на них подробнее. мы разделяем измерения на три следующие категории.

Вибрация. объект вибрирует, если он производит колебательные движения относительно положения равновесия.

вибрацию измеряют в транспортной и авиакосмической промышленностях, а также в промышленном производстве.

Ударное ускорение. измеряемый объект может подвергнуться внезап-ному механическому воздействию. ударный импульс поступает от взрыва, молотка или в результате столкнове-ния с другим объектом.

Движение. измерение медленного перемещения в течение долей секунды до нескольких минут, например пере-мещение руки робота или подвески автомобиля.

Сейсмические вибрации. измерение низкочастотных колебаний, приво-дящих к незначительному изменению положения тела. такие измерения тре-буют специализированных малошумя-щих акселерометров с высокой разре-шающей способностью. акселерометры для сейсмических исследований изме-ряют движение мостов, полов, а также сейсмовибрации.

оБщие понятияпрежде чем мы обсудим технологии

и особенности их применения, дадим несколько определений общего харак-тера.

ачХ — это зависимость электри-ческого выходного сигнала акселе-рометра от внешнего механического воздействия в частотном диапазоне с фиксированной амплитудой. Это один из основных параметров, от которого зависит выбор того или иного компо-нента. Диапазон частот обычно опреде-ляется серией экспериментов и указы-вается в спецификации. как правило, этот параметр указывается с точностью до ±5% от опорной частоты (100 Гц).

многие компоненты специфициро-ваны на ±1 дб, а в некоторых случа-ях — на ±3 дб. Эти значения определя-ют точность акселерометра в заданном частотном диапазоне. во многих техни-ческих описаниях представлены типич-ные графики ачХ, которые иллюстриру-ют, как изменяется точность компонента в указанных частотных диапазонах.

Другим важным параметром акселе-рометра является число осей измере-ния. в настоящее время выпускаются

устройства с одной и тремя измеритель-ными осями. в альтернативном вари-анте создания трехосной системы три акселерометра устанавливаются в один измерительный блок. оба метода позво-ляют проводить измерения одновре-менно по трем ортогональным осям.

ВиБрацияпьезоэлектрические акселероме-

тры являются наилучшим выбором при измерении вибраций в большин-стве приложений благодаря широкой частотной характеристике, хорошей чувствительности, высокой разрешаю-щей способности и простоте установки. в зависимости от типа выходного сигна-ла, они подразделяются на устройства с зарядовым выходом и акселерометры со встроенным преобразователем сиг-нала (Internal Electronic Piezoelectric — IEPE) с выходом по напряжению.

последнее время широко использу-ются IEPE-акселерометры, поскольку они удобны в применении. несмотря на раз-нообразие торговых марок и модифика-ций, все производители этих устройств придерживаются единого (но не утверж-денного) промышленного стандарта, и потому акселерометры взаимозаменяе-мы. обычно в состав IEPE-акселерометра входит усилитель заряда, благодаря чему не требуются дополнительные внешние компоненты и используется недорогой кабель. Для подключения акселерометра необходим источник постоянного тока. Для измерения вибраций в известном диапазоне и в пределах рабочих темпе-ратур –55…125°C (до 175°C для высоко-температурных моделей) рекомендуется использовать пьезоэлектрические аксе-лерометры IEPE-типа.

преимущества акселерометров с зарядовым выходом проявляются в возможности работы при высоких температурах и в чрезвычайно широ-ком диапазоне амплитуды, который по большей мере определяется настрой-ками усилителя заряда (акселероме-тры IEPE-типа имеют фиксированный диапазон амплитуды). типичный рабо-чий диапазон температур акселероме-тров с зарядовым выходом составля-ет –55…288°C, а специализированные

Да

тч

ик

и

49

электронные компоненты №12 2009

устройства могут работать в более широком диапазоне: –269…760°C.

в отличие от IEPE-акселерометров, датчики с зарядовым выходом требуют специальных малошумящих кабелей, цена которых значительно превышает цену стандартных коаксиальных кабе-лей. Для подключения датчиков требу-ются усилители заряда или встроенные линейные преобразователи заряда. таким образом, емкостные акселероме-тры предпочтительны для высокотем-пературных (выше 175°C) измерений или в случаях, когда измеряются неиз-вестные заранее высокие ускорения.

в приложениях, где требуется измерять вибрации очень малой частоты, рекомен-дуется использовать емкостные акселе-рометры. их ачХ изменяется в диапазоне 0 Гц…1 кГц, в зависимости от требуемой чувствительности. при проведении изме-рений нч-вибраций емкостной акселеро-метр обеспечивает чувствительность 1 в/г. такие датчики незаменимы в электроги-дравлических шейкерах, в автотранспорт-ных приложениях, в тестовых испытаниях машин и конструкций, в системах подве-ски, железнодорожном транспорте.

Ударные УскоренияДля измерения ударных ускорений

используются две технологии, в зави-симости от силы удара и выходных дан-ных. при выборе типа акселерометра требуется определить значения удар-

ного ускорения в соответствии со сле-дующим списком:

– низкий уровень: <500 г;– столкновение: <2000 г;– дальняя зона: 500…1000 г, датчик

на расстоянии 2 м от точки удара;– ближняя зона: >5000 г, датчик на

расстоянии менее 1 м от точки удара.Для измерения малых ударных ускоре-

ний можно использовать акселерометры общего применения. акселерометр дол-жен иметь линейный диапазон до 500 г и максимально допустимую ударопроч-ность 500 г. обычно для этого использу-ются датчики с выходным сигналом по напряжению, т.к. они менее чувствитель-ны к вибрациям кабеля. Для ослабления резонанса рекомендуется использовать усилитель с фильтром нижних частот.

Для тестовых испытаний автотранспор-та на безопасность обычно используются пРа. Для измерения ударов в дальней зоне применяются специализированные акселерометры со встроенным филь-тром и сдвиговой модой. как правило, к ним относятся IEPE-датчики малого веса с паяными соединениями. Электронный фильтр уменьшает собственную резо-нансную частоту акселерометра, предот-вращая перегрузку оборудования.

Рабочий диапазон акселерометров для измерения в ближней зоне может дости-гать свыше 20000 г. в этом случае исполь-зуются как пЭа, так и пРа, т.к. выбор зави-сит от специфики проводимого теста. как

правило, применяются IEPE-устройства со встроенным механическим фильтром и параметрами, схожими с параметрами акселерометров дальней зоны.

как и при измерении вибрации, частот-ная характеристика является важнейшим параметром датчиков ударного ускоре-ния, которые должны работать в широком диапазоне частот (около 10 кГц).

измерение дВижения, постоянного Ускорения и нЧ-ВиБрацийемкостные акселерометры служат

для измерения малых низкочастотных колебаний, выдавая достаточно большой выходной сигнал. Эти устройства обеспе-чивают высокую стабильность в широ-ком диапазоне рабочих температур.

при положении емкостного акселеро-метра, в котором его ось чувствительности параллельна направлению вектора грави-тации, выходной сигнал равен усилию в 1 г. Это явление носит название «DC-отклик». благодаря такой особенности емкостные акселерометры часто используются для измерения центробежной силы или уско-рения грузоподъемников.

емкостные акселерометры приме-няются для измерения нч-вибраций, сообщая данные о фазе. кроме того, эти датчики с успехом используются для измерения детонаций в автотранспор-те и железнодорожной технике благо-даря хорошим нч-характеристикам.

50

Да

тч

ик

и

www.elcp.ru

УсЛоВия экспЛУатациипосле выбора акселерометра и

вида тестирования следует учесть ряд других факторов. в первую очередь, необходимо обратить внимание на те условия окружающей среды, в которых этот датчик станет использоваться — на рабочую температуру, максималь-ные значения ускорения и влажность. в таблице 1 приведены стандартные значения рабочей температуры разных типов акселерометров.

Диапазон измерений акселеро-метра указывается в спецификации дважды, что может запутать пользова-теля. Действительный диапазон указы-вается в динамических характеристиках. например, IEPE-датчик может функцио-нировать в диапазоне до 500g, но при определенных условиях эксплуатации — до 2000g. 500g — максимальный диапа-зон линейного рабочего режима датчика. параметры в разделе «условия эксплуа-тации» указаны для максимально допу-стимой величины удара или ускорения.

в динамических характеристиках пье-зоэлектрических акселерометров заря-дового типа не указан рабочий диапазон, т.к. он во многом зависит от усилителя заряда. в разделе динамических параме-тров указана линейность амплитудной характеристики. как и в предыдущем слу-чае, максимальный диапазон измерений в определенных условиях эксплуатации характеризует предельную нагрузочную способность акселерометра.

Для работы датчиков в условиях влаж-ной среды применяются разные типы кор-пусов, обеспечивающих герметичность устройств. если акселерометры использу-ются в космических аппаратах, под водой или подвергаются длительному воздей-ствию избыточно влажной среды, реко-мендуется герметичная заделка корпуса. однако непрерывное изменение темпе-ратурных условий может нарушить эпок-сидную изоляцию корпуса датчика.

поскольку современные технологии производства акселерометров исполь-зуют немагнитные материалы, магнит-ная чувствительность редко указывает-ся в спецификации на компоненты.

если датчик предназначен для рабо-ты на гибкой поверхности, необходимо установить параметры изгиба его осно-вания. изгиб поверхности может при-вести к ошибочному срабатыванию дат-чика, поэтому в таких случаях следует

избегать применения компрессионных акселерометров.

Вес аксеЛерометрапри контакте акселерометра с объек-

том измеряемое ускорение изменяется. влияние этого эффекта можно отчасти избежать, если оптимизировать вес дат-чика. в соответствии с эмпирическим правилом следует стремиться к тому, чтобы вес акселерометра превышал вес объекта испытаний не более чем на 10%.

монтажсуществует ряд методов установ-

ки акселерометра на испытываемое устройство. перечислим некоторые из наиболее распространенных.

винтовое крепление датчика к поверхности объекта обеспечива-ет наилучшую возможность пере-дачи данных на высоких частотах, т.к. акселерометр образует единое целое с испытываемым устройством. Характеристику датчика в области высоких частот можно улучшить, кап-нув немного масла между ним и объек-том. при выборе такого метода следует приобретать датчик с возможностью крепления к поверхности.

клеевой монтаж датчика часто выпол-няется на поверхностях с небольшой пло-щадью и на печатных платах. в качестве адгезива предпочтительно использовать цианакриловый клей, поскольку его в слу-чае необходимости легко удалить. многие акселерометры специально предназначе-ны для клеевого монтажа, что указывается в технических данных. Датчик с винтовым креплением также можно установить на поверхность контролируемого объекта с помощью клея, однако следует поза-ботиться о том, чтобы клей не попал в резьбовые отверстия.

заземЛениевопрос о заземлении приобретает

большое значение в тех случаях, когда поверхность измеряемого объекта явля-ется проводящей и имеет нулевой потен-циал. Разность в значениях напряжения земли между электронным оборудова-нием и акселерометром может привести к образованию заземляющего контура и появлению данных с ошибками.

предлагаемые на рынке акселероме-тры имеют развязку по земляной цепи или заземленный корпус. у акселероме-

тров с земляной развязкой, как прави-ло, имеется изолированное монтажное основание и, если это возможно, — изо-лированный крепежный винт. в некото-рых случаях весь корпус акселерометра имеет развязку по земляной цепи.

ЧУВстВитеЛьность и разрешениев случае если в определенном при-

ложении требуются акселерометры с малым выходным сигналом или широ-ким динамическим диапазоном, такие параметры как разрешение и чувстви-тельность становятся решающими.

акселерометр преобразует механиче-скую энергию в электрический сигнал, который выражается в единицах мв/г или в пкл/г (для датчиков с зарядовым выхо-дом). линейка акселерометров представ-лена несколькими моделями с различной чувствительностью, оптимальное значе-ние которой зависит от уровня измеряе-мого сигнала. например, при измерении сильных ударных колебаний применяют-ся датчики с низкой чувствительностью.

при измерении малых сигналов луч-шим решением является использование акселерометра с высокой чувствитель-ностью, выходной сигнал которого выше уровня шума усилителя. например, если уровень вибрации составляет 0,1g, а чувствительность датчика — 10 мв/g, выходное напряжение равно 1 мв, и потребуется акселерометр с более высокой чувствительностью.

Разрешение характеризует мини-мально различимый сигнал акселеро-метра. Этот параметр определяется уровнем собственных шумов акселеро-метра, а в случае IEPE-акселерометра — и уровнем собственных шумов встро-енного преобразователя сигнала — и выражается в grms.

дрУгие параметрыприведенные выше сведения позво-

ляют принять предварительное реше-ние относительно того, какие акселе-рометры способны выполнить ту или иную задачу по измерению. однако существуют и другие не менее важные параметры, которые следует обсудить с поставщиками. к числу этих параме-тров относятся следующие:

– формирование сигнала и элек-тропитание;

– относительная поперечная чув-ствительность;

– температурная характеристика;– тип кабеля.Дальнейшие вопросы, выходящие за

рамки этой статьи, следует обсудить с производителем.

ЛИТЕРАТУРА1. Bruce Lent. Simple Steps to Selecting the

Right Accelerometer//www.sensorsmag.com/sensors/acceleration­vibration/simple­steps­selecting­right­accelerometer­1557.

Таблица 1. Стандартные значения температуры акселерометров

Тип акселерометра Температурный диапазон, °C Примечания

Пьезоэлектрический общего назначения –55…260 Диапазон в некоторых случаях расширяется

Пьезоэлектрический высокотемпературный –55…650 Специализированный тип высокотемпера-турного акселерометра

Пьезоэлектрический низкотемпературный –184…177С выходом по напряжению общего назначения –55…125 С выходом по напряжению высокотемпературный –55…175Пьезорезистивный –55…66

Да

тч

ик

и

51

электронные компоненты №12 2009

В статье на примере изделий компании Microbridge Technologies рассмо-трены основные характеристики датчиков потока воздуха, работаю-щих по принципу термометра-анемометра.

Дифференциальный Датчик Давления и потока возДухаКирилл Тихомиров, научный консультант, «иД Электроника»

канадская компания Microbridge Technologies представила датчики, регистрирующие слабейшие пото-ки воздуха. Датчики работают по принципу термометра-анемометра и фиксируют минимальную разницу давления. особенностью разработ-ки является возможность замены датчиков в устройствах и отсутствие необходимости в проведении инди-видуальной калибровки. кроме того, для их работы требуется минималь-ный набор внешних компонентов, что делает их универсальным и недоро-гим решением для широкого круга задач.

ПринциП рабоТы в основе работы датчика лежит

принцип работы термометра-анемометра, т.е. датчик регистрирует изменение температуры и движение воздушных масс. в датчике имеется канал, по которому проходит воздух (см. рис. 1). расположенный в кана-ле нагревательный элемент нагрева-ет окружающий его объем воздуха. температура воздушной массы повы-шается, вследствие чего на паре термодатчиков, расположенных на противоположных сторонах нагрева-тельного элемента, возникает разница температур.

Скорость воздушного потока в кана-ле рассчитывается исходя из разницы давления на противоположных концах канала и по импедансу потока, кото-рый по определению равен отношению разницы давлений к скорости пере-движения.

Структурная схема датчика приве-дена на рисунке 2. устройство состо-ит из самого датчика со встроенным воздушным каналом и аналоговой схемы с регулируемыми резисторами. резисторы Rejustor (разработка компа-нии Microbridge) — электрически про-граммируемые элементы, сопротив-ление которых настраивается прямо на плате. они применяются для кали-бровки и компенсации в аналоговых схемах.

Схема питается от источника посто-янного напряжения 5 в и имеет ана-

логовый выход, выход регулировки и смещения и выход температуры. в зависимости от требований, коэф-фициент усиления аналоговой схемы можно сделать большим или малень-ким. плавная настройка коэффициента усиления осуществляется с помощью регулируемых резисторов, располо-женных на плате.

чувствительность датчиков имеет нелинейный вид. чем ниже импеданс потока, тем выше чувствительность (см рис. 3). Существуют два режима работы датчика:

Рис. 1. Принцип работы датчика потока воздуха

Рис. 2. Структура устройства

Рис. 3. Зависимость выходного напряжения от разницы давлений

52

Да

тч

ик

и

www.elcp.ru

1. Без усиления или с небольшим усилением. Датчики без усиления используются, например, в медицин-ском оборудовании, когда нужен широ-кий динамический диапазон (около 104) и нелинейная форма выходного сиг-нала (см рис. 3). при большой разнице давлений выходной сигнал ведет себя примерно как квадратный корень из дифференциального давления. в этом режиме выходной сигнал может быть линеаризован с помощью стандартных методов цифровой коррекции.

2. С усилением. в этом режиме сиг-нал усиливается так, чтобы он дости-гал насыщения до того, как появится заметная нелинейность на выходной характеристике датчика (см. рис. 4). Это полезно в схемах, где нужен линейный выход и малый динамический диапазон (порядка 102). Датчики с усилением при-меняются в автомобильной и промыш-

Рис. 4. Зависимость выходного напряжения датчика с усилением от давления

ленной электронике, системах отопле-ния, вентиляции и кондиционирования воздуха и т.д.

ПреимущесТва высоКого имПеданса ПоТоКаимпеданс потока датчиков может

варьироваться в пределах 1…200 кпа/(миль/с). рассмотрим два варианта датчика, имеющих импеданс 25 кпа/(миль/с) (тип а) и 60 кпа/(миль/с) (тип в). Датчики с более высоким импедансом потока имеют следующие преимуще-ства:

– не нужна повторная калибровка датчика при работе с трубопроводами разной длины или диаметра, поскольку импеданс потока определяется только геометрией датчика;

– имеется возможность использо-вания газовых фильтров с переменным импедансом потока;

– в шунтирующих схемах через датчик проходит очень малый поток воздуха, что позволяет защитить канал от загрязнения;

– упрощенные требования к кон-струкции датчика позволяют использо-вать корпуса самых разных конфигура-ций.

внешние КомПоненТыодним из преимуществ рассматри-

ваемых датчиков потока является их универсальность. они содержат прак-тически все необходимые элементы и схемы. в обоих режимах для работы датчика требуется только простая схема смещения и компенсации усиле-ния. коррекция температуры и баро-метрического давления производится с помощью стандартных таблиц соот-ветствия в цифровом блоке посткор-рекции.

характеристики датчиков имеют небольшой разброс от прибора к прибору, поскольку они в основном определяются внешними факторами (температура, давление). на рисунке 4 приведены зависимости выходно-го напряжения от давления для пяти датчиков одного и того же типа. как видно, кривые практически совпада-ют (с погрешностью 0,5%), что гово-рит о высокой стабильности параме-тров. Благодаря высокому импедансу потока, при замене трубопровода или самого датчика не требуется индиви-дуальная калибровка. все это позволя-ет использовать датчики Microbridge в самых разных областях применений.

Литература 1. Micro-flow based differential pressure

sensor//Microbridge Technologies, White paper.

События рынка

| КомПания PLX TechnoLogy анонсируеТ Переход К 40-нм ТехнологичесКому Процессу | Компания PLX Technology — ведущий мировой производитель программно-аппаратных интерфейсных продуктов для промышленных и потребительских рынков, анонсирует переход к новому 40-нм технологическому процессу.

Благодаря этому переходу открываются новые возможности для разработчиков. Как известно, решения PLX Technology традиционно сочетают высокую производительность, малое потребление и широкие возможности про-

граммного обеспечения. В компании намерены активно использовать 40-нм технологию для разработки новых продуктов в ближайшие несколько лет, в том числе для нового поколения микросхем для PCI Express® (PCIe®) Gen 3.

Для производства кристаллов по новому техноло-гическому процессу был выбран завод TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation). По словам Майка Грюбисича (Mike Grubisich), вице-президента PLX Technology, выбор был сделан неслучайно: данное предприятие уже зарекомендовало себя в качестве лидера в области производства кристаллов по 40-нм технологии.

Компания «Макро Групп» — официальный дистри-бьютор PLX Technology в России. Все продукты PLX Technology доступны для заказа в офисах компании.

www.macrogroup.ru

53

электронные компоненты №12 2009

В настоящее время STMicroelectronics — мировой лидер в производстве МЭМС-акселерометров (см. табл. 1). Компания выпускает датчики на базе 200-мм кремниевых пластин, что обеспечивает более низкую себестоимость, по сравнению с конкурентами.

ОснОвные дОстОинства технОлОгии МэМс-датчикОв кОМпании STМалый разброс параметров в пределах изделия.

Изготовление компонентов в едином технологическом цикле позволяет получать практически неотличимые пара-метры у одинаковых компонентов.

Высокая технологичность и повторяемость. При изготовлении МЭМС-устройств в основном применяются хорошо отработанные и управляемые технологические процессы, что позволяет получать изделия с желаемыми характеристиками.

Микроминиатюрность. Применение технологии микросхем позволяет получить микромеханические и оптические узлы значительно меньших размеров, чем это возможно по традиционным технологиям.

Высокая функциональность. Миниатюрность изделия и возможность изготовления датчиков, обрабатывающих схем и исполнительных механизмов в одном устройстве позволяет создавать законченные системы достаточно большой сложности в миниатюрном корпусе.

Улучшенные характеристики функционирования. Электронная часть, а также электрические каналы связи с датчиками и механизмами, выполненные по интеграль-ной технологии и имеющие малые размеры, позволяют улучшить такие характеристики как рабочие частоты, ЭМС, соотношение сигнал/шум и т.д. Высокая точность и повто-ряемость чувствительных элементов и их интегральное исполнение совместно с обрабатывающей схемой позво-ляют значительно повысить точность измерений. Кроме

Большая популярность МЭМС-акселерометров и гироскопов обусловлена их широким потенциалом для использо-вания как в бытовой, так и в промышленной технике. МЭМС-датчики широко применяются и в автомобильной промышленности для управления подушками безопасности, и в охранной сигнализации, в навигационных систе-мах для исчисления пройденного пути или определения маршрута следования. С 2008 г. компания STMicroelectronics занимает лидирующие позиции в производстве МЭМС-датчиков движения для портативной и бытовой электро-ники, охранных, автомобильных и навигационных систем.

джафер Меджахед, менеджер по продукции STMicroelectronics, ЗАО «Компэл»

МэМс-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы

того, повторяемость и точность исполнения механических компонентов улучшает их характеристики.

Высокая надежность и стойкость к внешним воз-действиям. Факторов, приводящих к повышению надеж-ности и стойкости к внешним воздействиям изделий при применении МЭМС, достаточно много, и они зави-сят от конкретного типа изделия и его применения. Механические узлы МЭМС в условиях вибраций и ударов, как правило, работают лучше благодаря малым размерам и массе, а также тому факту, что механические узлы рас-положены в корпусе МЭМС, амортизированном выводами и конструкцией ПП.

Низкая стоимость. Применение МЭМС уменьшает стоимость как механической, так и электронной частей устройства, поскольку обрабатывающая электроника интегрирована в МЭМС-компонент, что позволяет избе-жать дополнительных соединений и, в некоторых случаях, согласующих схем.

ОснОвные сектОры приМенения акселерОМетрОв и гирОскОпОв– Игровые консоли.– Стабилизация изображения в фото- и видеокамерах. – Курсорные указатели для интеллектуальных интер-

фейсов пользователя.– Расширение GPS-решений (системы счисления прой-

денного пути). – Системы управления движением в робототехнике. – Стабилизация платформ промышленного оборудо-

вания.

технОлОгия и кОнструкция МэМс-датчикОв движения STДатчики, выполненные по технологии МЭМС, изготав-

ливаются с помощью тех же технологических приемов, что

Таблица 1. Динамика доходов основных производителей МЭМС продукции для сектора бытовой электроники и мобильных устройств

Производитель Доход с продаж в 2006 г., млн долл.

Доход с продаж в 2007 г., млн долл.

Доход с продаж в 2008 г., млн долл.

Прирост в 2007–2008 гг., % Доминирующий тип МЭМС-продукции

STMicroelectronics 30,6 96,8 221,2 128 Акселерометры, гироскопы

Analog Devices 43,6 74,7 68,9 –8 Акселерометры, гироскопыEpson Toyocom 13,2 35,9 62,2 73 Гироскопы и МЭМС-генераторы

Panasonic 39,3 46,4 49,2 6 МЭМС-гироскопыAvago Technologies 103,9 143,5 210,9 47 Пьезоакустические МЭМС-фильтры

Texas Instruments 457,4 305,0 174,9 –43 Микрозеркальные DLP-модуляторы для проекци-онных телевизоров задней проекции

Knoles 82,8 93,7 119,8 28 МЭМС-микрофоны

54

WWW.ELCP.RU

и интегральные микросхемы. Акселерометр и гироскоп ST состоит из двух ключевых элементов:

– МЭМС-кремниевого микромеханического емкостного сенсора, чувствительного к ускорению или повороту;

– схемы обработки сигнала, преобразующей выходные сигналы этого сенсора в аналоговые или цифровые сигналы.

Для снижения стоимости, повышения надежности, поме-хозащищенности и плотности монтажа компания ST совме-щает оба этих устройства в едином корпусе (см. рис. 1).

принцип рабОты МэМс-сенсОра движенияПринцип работы сенсоров движения (акселероме-

тров и гироскопов) основан на измерении смещения инерционной массы относительно корпуса и преоб-разовании его в пропорциональный электрический сигнал. Емкостной метод преобразования измеренного перемещения является наиболее точным и надежным, поэтому емкостные акселерометры получили широкое распространение. Структура емкостного акселерометра состоит из различных пластин, одни из которых являются стационарными, а другие свободно перемещаются вну-три корпуса. Емкости включены в контур резонансного генератора. Под действием приложенных управляющих электрических сигналов подвешенная масса совершает колебания. Между пластинами образуется конденсатор, величина емкости которого зависит от расстояния между ними. Под влиянием силы ускорения емкость конденса-

тора меняется. На рисунке 2 показана топология МЭМС-сенсора ST.

В конструкции МЭМС-сенсоров для акселерометров и гироскопов используется камертонная система электро-дов. Две подвешенные массы совершают колебания по противоположным осям.

С появлением угловой скорости сила Кориолиса прикладывается в противоположных направлениях. Измеряемая дифференциальная емкостная составляю-щая пропорциональна углу перемещения. При линейном ускорении векторы приложения сил для обеих масс дей-ствуют в одном направлении. При этом дифференциаль-ная разность равна нулю. В МЭМС-сенсорах физическое перемещение массы подвижных электродов преобразу-ется в электрический сигнал за счет емкостного преоб-разования.

сеМействО МэМс-акселерОМетрОв STАкселерометры ST, в зависимости от модели, способны

измерять ускорение или вибрацию в одном или одно-временно двух и трех направлениях. Значение смещения измеряется и в зависимости от типа выходного интерфей-са преобразуется в аналоговый или цифровой выходной сигнал. На рисунках 3 и 4 приведены функциональные схемы и ключевые характеристики двух групп датчиков с аналоговым и цифровым выходом.

В сводной таблице 2 приведены основные характери-стики датчиков акселерометров

Первая цифра в наименовании указывает число осей датчика (2 или 3). Далее следуют две цифры номера раз-работки. Первая буква в суффиксе означает тип выходного интерфейса (D — digital или A — analog).

STAIS226DS, AIS326DQ — двух- и трехосевые акселе-рометры, предназначенные для автомобильной про-мышленности и имеющие рабочий диапазон температур –40…105°C. Полоса пропускания: 640 Гц. Имеется функция самотестирования.

LIS202DL — ультракомпактный двухосевой акселеро-метр с низким потреблением энергии. У него имеются встроенные интеллектуальные функции, в т.ч. распозна-вание одинарного и двойного щелчка. Акселерометр можно запрограммировать на обнаружение простых пользовательских действий, например, связать функцию двойного щелчка с аппаратным прерыванием, благодаря чему звонок мобильного телефона приглушается в карма-не одним движением. Пользователь может выбрать один Рис. 1. Использование вертикальной конструкции для стыковки двух кристаллов

Рис. 2. Топология МЭМС-сенсора ST

55

электронные компоненты №12 2009

из двух стандартных цифровых интерфейсов: SPI или I2C. Встроенные функции самотестирования позволяют про-верять функционирование датчика после подачи напряже-ния на плату.

LIS244AL, LIS344AL — очень компактные двух- и трехосевые акселерометры для измерения небольших величин ускорения. Они объединяют в одном корпусе двухосевой МЭМС-датчик и интерфейсную микросхему, которая вырабатывает в реальном времени два неза-висимых выходных аналоговых напряжения: одно для поперечного, другое — для продольного направлений. Акселерометры обладают очень низким уровнем шумов при минимальном потреблении энергии, что особенно важно для систем с батарейным питанием. Встроенные элементы самотестирования позволяют контролиро-вать механическую и электрическую части устройства. Сенсоры предназначены для широкого спектра аппа-ратуры, критичной к размерам корпуса и потреблению энергии: пользовательские интерфейсы; охранные систе-мы; дистанционное управление объектами; управление потреблением энергии с учетом движения, спортивные и медицинские приборы. Акселерометры LIS244ALH,

LIS344ALH аналогичны сериям LIS244AL и LIS344AL, но имеют два диапазона измерений: ±2 или ±6g.

LIS302DL — многофункциональный датчик ускорения для систем защиты жестких дисков, создания бесконтакт-ных интерфейсов в современных мобильных телефонах и ноутбуках. Акселерометры выпускаются в пластмассовом корпусе с габаритами 3×5×0,9 мм, что значительно эко-номит место и минимизирует вес мобильных аппаратов. Отличительные черты этих приборов — низкое потре-бление энергии (1 мВт) и высокая устойчивость к вибра-ции и ударам с ускорением до 10000g. Для считывания данных выбирается один из двух доступных стандартных интерфейсов — SPI или I2C. Кроме того, имеются два неза-висимых порта для вывода программируемых сигналов прерывания. Два отдельных сигнала прерывания могут формироваться при превышении величины свободного падения или порога, устанавливаемого пользователем. Оба сигнала используются для контроля превышения уста-новленных пользователем порогов для любых значений в диапазоне измеряемых ускорений.

На сегодняшний день трехосный цифровой МЭМС-акселерометр LIS302DLH, обеспечивающий высокую

Рис. 3. Функциональная схема аналогового акселерометра ST

Рис. 4. Функциональная схема цифрового акселерометра ST

Таблица 2. Семейство МЭМС-акселерометров STMicroelectronics

Тип Число осей чувств. UПИТ, В Интерфейс Чувствительность, В/g Диапазон измерения, g Тип корпуса, его размеры, мм AIS326DQ 3

3…3,6 SPI — ±2/±6QFPN-28 7×7×1,9 мм

AIS226DS2

SO-16LLIS202DL 2,16...3,60 I2C/SPI ±2/±8 LGA 3,0×5,0×1,0 LIS244AL 2,40...3,60 Аналоговый 0,42 ±2 LLGA 4,0×4,0×1,5 LIS302DL

3

2,16...3,60 I2C/SPI — ±2/±8 LGA 3,0×5,0×1,0 LIS331AL 3,00...3,60 Аналоговый 0,478 ±2 LLGA 3,0×3,0×1,0

LIS3LV02DL 2,16...3,60 I2C/SPI — ±2/±6

LGA 4,0×7,5×1,0 LIS3LV02DQ QFPN 7,0×7,0×1,9 LIS3L02AL 2,40...3,60 Аналоговый 0,66 ±2 LGA 5,0×5,0×1,6 LIS331DL 2,16...3,60 I2C/SPI — ±2/±8 LLGA 3,0×3,0×1,0

56

WWW.ELCP.RU

точность и стабильность с 16-разрядным преобразова-нием, является самым тонким в мире среди подобных устройств — толщина его корпуса составляет всего 0,75 мм, а площадь основания — 3×5 мм.

Низкое напряжение питания и малое потребление делают его идеальным для использования в приборах с батарейным питанием. Микросхема в состоянии покоя и отсутствия изменений сигнала находится в режиме пони-женного энергопотребления с автоматической активацией при обнаружении движения. Диапазон измерения вход-ных сигналов: ±8 г. Измеряемый сигнал передается через последовательные интерфейсы I2C/SPI в формате, обе-спечивающем непосредственное подключение к систем-ному процессору без использования дополнительных компонентов. Датчик LIS302DLH полностью совместим c другими ранее разработанными трехосевыми акселерато-рами семейства Piccolo, включая LIS302DL и LIS35DE, обе-спечивая тем самым высокий уровень масштабирования продукции (сохранение совместимости при расширении функциональных возможностей). Приложения на базе цифрового акселерометра LIS302DLH включают в себя функции обнаружения движения; тревожной сигнализации о смене ориентации в пространстве; обнаружения состоя-ния свободного падения; мониторинга уровня вибрации.

LIS3LV02DL — трехосевой цифровой линейный акселе-рометр c программируемым 12- или 16-разрядным пред-ставлением данных. Датчик поддерживает два цифровых интерфейса (SPI/I2C), имеет низкую мощность потребления и высокую разрешающую способность. При подаче напря-жения питания сенсор производит процедуру самотести-рования, что позволяет пользователю быть уверенным в исправности устройства. Датчик можно сконфигурировать на генерацию прерывания при обнаружении ускорения свободного падения. Имеется возможность программной установки порога значения ускорения, при превышении которого, по крайней мере в одной из трех осей, устрой-ство выдаст сигнал прерывания. LIS3LV02DL доступен в пластмассовом корпусе LGA16. Рабочий диапазон темпера-тур составляет –40…85°C.

LIS3LV02DQ — трехосевой акселерометр для изме-рения небольших значений ускорения со стандартными цифровыми интерфейсами SPI/I2C. В LIS3LV02DQ полосу пропускания можно гибко задать командой программного обеспечения, позволяя разработчикам эффективно менять условия измерения. Как и в предыдущем устройстве, в данном случае реализована возможность программной установки порога, при превышении которого устройство

формирует прерывание. Эта информация помогает быстро понять, в каком направлении перемещается датчик, пре-жде чем будут произведены какие-либо вычисления.

LIS331AL, LIS331DL — трехосевые, линейные, универ-сальные, экономичные МЭМС- акселерометры класса «нано». Высокофункциональные датчики с низким потре-блением энергии обеспечивают очень высокую устойчи-вость к вибрациям и ударам с ускорениями до 10000g. Нанодатчики движения компании ST предназначены для приложений с небольшими ускорениями для бытовых и промышленных устройств, включая интерфейсы движения пользователя в мобильных и игровых устройствах, обна-ружения свободного падения для защиты данных на жест-ком диске, обнаружения и компенсации вибрации в быто-вой технике. Конструкция датчика включает в себя два стандартных цифровых интерфейса SPI и I2C. Пользователь может выбрать любой из них. Кроме того, имеются встро-енные интеллектуальные функции, включающие рас-познавание одинарного и двойного щелчка, обнаружение выхода из состояния покоя и движения, фильтры верхних частот и две выделенных гибко программируемых линии прерывания. Датчик обеспечивает полную шкалу выходно-го сигнала ±2,0g, высокую температурную стабильность и большую устойчивость к смещению. Встроенные функции самотестирования позволяют проверять датчик после установки на плату. LIS331DLF, LIS331DLM, LIS331DLH — 6-, 8- или 12-разрядные приборы с цифровым выходом, кото-рые являются pin-to-pin- и программно-совместимыми.

Основным назначением инерциальных датчиков явля-ется измерение ускорения, однако на их основе можно измерять наклон, движение объекта, определение поло-жения в пространстве, силу ударов и вибрацию.

сеМействО МэМс-гирОскОпОв STСемейство гироскопов содержит трехосевые датчики

(Yaw, Pitch и Roll). На рисунке 5 показаны направления и названия чувствительных осей датчика по отношению к плоскости корпуса.

Базовым параметром гироскопов является чувствитель-ность — отношение изменения выходного сигнала к изме-нению угла поворота.

Параметр Zero-rate характеризует начальное смеще-ние выходного сигнала при нулевом повороте датчика. Смещение связано с технологией изготовления и может измениться после монтажа микросхемы. Оно имеет сла-бую зависимость от температуры и должно учитываться при обработке и выделении полезного сигнала.

ОснОвные параМетры гирОскОпа LYPR540AH– Напряжение питания: 2,7…3,6 В.– Расширенный температурный диапазон (–40…85°C).– 3 независимых аналоговых канала.– Диапазон полной шкалы: опции ±400 и ±1600 dps.– Высокая ударопрочность.– Встроенное самотестирование.Объединение акселерометра и гироскопа позволяет

создавать интегрированные инерционные системы (Inertial Movement Units, IMU).

функциОнальнО закОнченные датчикиST производит также функционально ориентирован-

ный датчик FC30, который представляет собой датчик 3D-ориентации прибора в пространстве и предназначен для мобильных и портативных устройств, в частности, для использования в электронных фоторамках. Встроенный в портативный прибор датчик обеспечивает слежение за ориентацией плоскости экрана дисплея прибора по отношению к пользователю. При обнаружении поворота плоскости экрана вокруг оси производится и поворот

Рис. 5. Расположение базовых осей чувствительности МЭМС-гироскопа по отно-шению к корпусу

57

электронные компоненты №12 2009

изображения, для того чтобы обеспечить его нормальное положение по отношению к пользователю.

Датчик также позволяет обнаруживать одиночные и двойные щелчки по экрану в процессе навигации в поль-зовательском графическом интерфейсе.

заключениеАктивное развитие мобильных устройств возвело

акселерометры (датчики ускорения, перемещения и ориентации) в разряд базовых массовых компонентов современной продукции. К 2010 г. рост рынка МЭМС-акселерометров составит 14,1%, а с 2011 по 2012 гг. ожидается удвоение этого сегмента. Массовому исполь-зованию датчиков акселерометров способствовало их существенное удешевление — в 2008 г. цена МЭМС-чипа снизилась до 1 долл. и менее. В настоящее время 40% выпускаемых акселерометров находит свое примене-ние в автомобильной промышленности, а в мобильных телефонах и другой потребительской электронике пока используется лишь 22% всего объема этих чипов. При этом доля такого применения будет увеличи-ваться. К 2013 г. рынок акселерометров вырастет до

1,7 млрд долл. Успех Apple iPhone способствовал росту продаж микроэлектромеханических систем. К концу текущего года 10% из всех поставленных мобильных устройств, а таких насчитывается 1,29 млрд, включали МЭМС-акселерометры. Выручка от продаж всех типов МЭМС для мобильных устройств к концу 2012 г. достиг-нет 1,3 млрд долл. Востребованы МЭМС-акселерометры и гироскопы у производителей игровых консолей. В ближайшие годы ожидается рост спроса на МЭМС-устройства для ПК.

Литература1. Александр Райхман. STMicroelectronics — мировой лидер

в производстве датчиков движения//Новости электроники № 2, 2009.

2. Андрей Еманов. Инерциальные датчики STMicroelectronics. 3. Веб-семинар “МEМS Gyroscopes: Their main applications,

internal structure, working principles”.4. Datasheet. LYPR540AH МЭМС motion sensor: 3 axis analog

output gyroscope.5. AN2041 Application note LIS3LV02DQ: 3-axis — ±2g/±6g Digital

Output Low Voltage Linear Accelerometer.

События рынка

| AgiLenT TecHnoLogieS Объявила О завершении сделки пО приОбретению линейки рч-прибОрОв KeiTHLeY inSTRuMenTS | 30-го ноября компании Agilent Technologies и Keithley Instruments объявили о том, что сделка по приобретению компанией Agilent Technologies существенной части линейки радиочастотных приборов Keithley завершена. Как ранее объявила компания Keithley, стороны подписали окон-чательное соглашение о продаже 19-го ноября 2009 г.

«Это приобретение — удачная сделка для Agilent, — заявил Рон Нерсесян, президент департамента электронных измерений компании Agilent. — Мы уверены, что талантливая команда разработчиков и линейка РЧ-приборов, выпускаемая ранее Keithley, станут хорошим дополне-нием для Agilent, что еще в большей степени укрепит позиции нашей компании в сфере РЧ-измерений. Мы будем рады предложить клиентам еще более широкий ассортимент РЧ-приборов».

«Мы рады, что команда разработчиков продолжит работу в Agilent, — сказал Джозеф П. Кейтли, председатель совета директоров компании, президент и генеральный управляющий. — Мы уверены, что их опыт будет способствовать дальнейшему развитию РЧ-разработок в компании Agilent».

www.agilent.ru

58

Се

ти

и и

нт

ер

фе

йС

ы

www.elcp.ru

В заключительной части статьи (начало см. в ЭК10, 11) рассмотрены современные технологии высокоскоростной передачи данных по элек-тросетям, продвигаемые международными и европейскими ассоциация-ми и альянсами (OPERA, UPA, HD-PLC), а также приведена информация о существующих стандартах (ITU, IEEE). И хотя до настоящего времени отсутствует единый стандарт, оборудование, созданное на базе этих передовых PLC-технологий, все шире используется во многих приложениях скоростного обмена информацией.

PLC-технологии.ЧаСть 3

Виктор охрименко, нач. отд., государственный ниЦ прикладной информатики

ВВедениеВ третьей части статьи приведены

основные характеристики современных технологий высокоскоростной пере-дачи данных по электросети. Кроме того, рассмотрены некоторые из суще-ствующих стандартов. Сравнительные характеристики широкополосных тех-нологий передачи данных и области их применения приведены на рисунке 1 [1].

технологии и стандартыHomePlug — далеко не единствен-

ный пакет существующих специфи-каций. Помимо HomePlug имеются и другие — это широкополосная тех-нология, поддерживаемая междуна-родной ассоциацией UPA (Universal Powerline Association), а также техноло-гия с одноименным названием, которая была предложена рядом влиятельных японских кампаний, объединивших-ся в альянс HD-PLC (High-Definition Powerline Communications). Большой вклад в разработку PLC-технологии внес европейский альянс OPERA (Open PLC European Research Alliance) [1-10].

OPERAоткрытый европейский альянс

OPERA был основан ведущими европей-скими компаниями-производителями и университетами в 2004 г. альянс насчитывает более 40 участников и частично финансируется европейским Союзом. Цель альянса — исследова-ния и разработки в области интегри-рованных PLC-сетей для организации широкополосного доступа. на этапе создания альянса предполагалось, что выработанные им рекомендации устранят проблемы технического характера и будут способствовать про-движению PLC-оборудования на евро-пейский рынок.

Первый проект альянса (OPERA Phase 1) с бюджетом 20 млн евро завер- Рис. 1. Сравнительные характеристики высокоскоростных технологий передачи данных

шился в 2006 г. Уже после выхода пер-вой версии стандарта им поспешили воспользоваться многие производите-ли PLC-оборудования. открытый стан-дарт дал мощный толчок развитию всей PLC-индустрии.

С января 2007 г. стартовала вторая фаза проекта (OPERA Phase 2), которая завершилась в декабре 2008 г. Цель проекта — разработка специфика-ций, обеспечивающих возможность работы широкополосных систем с использованием в качестве физиче-ской среды существующей электро-проводки. отсюда и другое назва-ние — BPL (Broadband over Power Line). BPL-технология обеспечивает высоко-скоростную передачу данных (потоко-вое видео, IP-телефония и т.п.), а также организацию домашних локальных сетей. Вторая фаза проекта заверши-лась выработкой проекта специфика-ций [2]. В число участников второй фазы проекта вошли ведущие евро-пейские университеты Swiss Federal Institute of Technology (Швейцария), University of Dresden и University of Karlsruhe (германия) и др., крупные тех-нологические компании-разработчики DS2 (испания) и CTI (Швейцария), а также европейские PLC-операторы EDEV-CPL (франция), ONI (Португалия),

PPC (германия), коммунальные пред-приятия и OEM-производители — всего 26 участников [3].

В основе предложенных альян-сом спецификаций лежит технология, разработанная основанной в 1998 г. испанской компанией DS2, которая первой представила коммерческие микросхемы PLC-модемов, обеспе-чивающие пропускную способность канала связи на физическом уров-не до 200 Мбит/с. В предложенных спецификациях предусматривается передача данных в полосе частот 10, 20 или 30 Мгц. Способ модуляции — OFDM, число поднесущих — 1536. Для модуляции поднесущих использует-ся модуляция типа ADPSK (Amplitude Differential Phase Shift Keying — амплитудно-дифференциальная фазо-вая манипуляция), что обеспечивает передачу до 10 бит на каждой подне-сущей. теоретически достижимая ско-рость передачи данных составляет 205 Мбит/с [2].

UPAБольшую роль в развитии техноло-

гии передачи данных по электрическим сетям играет основанная в мае 2004 г. некоммерческая ассоциация UPA. В ее состав входят ведущие производители

Се

ти

и и

нт

ер

фе

йС

ы

59

электронные компоненты №12 2009

Рис. 2. Спектры OFDM-сигнала с использованием FFT-преобразования (а) и Wavelet-преобразования (б)

а) б)

электронного оборудования и исследовательские центры: Analog Devices, Ambient, Buffalo, Comtrend, Corinex, D-Link, NETGEAR, Korea Electrotechnology Research Institute, Toshiba и др. Цель ассоциация — разработка стандартов и норматив-ных документов, определяющих различные аспекты процес-са передачи данных с целью ускорить развитие PLC-рынка и продвинуть системы передачи данных по электросетям на правительственном и корпоративном уровнях. UPA обеспе-чивает производителей сведениями об открытых стандар-тах. UPA инициировала диалог между другими альянсами и ассоциациями, поддерживающими разные стандарты, цель которого заключалась в продвижении идеи передачи дан-ных по электросети. Как и в других альянсах, в ассоциации UPA установлено несколько уровней членства, отличающих-ся стоимостью годового участия и уровнем влияния на при-нятые спецификации.

один из аспектов выполняемой UPA сертификации — совместная работа оборудования разных стандартов при использовании одной и той же физической среды передачи данных, т.е., к примеру, одновременное использование одной электросети для передачи потоков данных в соот-ветствии со стандартами HomePlug и OPERA. ассоциация UPA поддерживает основные спецификации, предложен-ные альянсом OPERA. Кроме того, на веб-сайте ассоциации можно ознакомиться с полным списком выпущенных спец-ификаций, среди которых: Digital Home Specification «DHS» for High-Speed Powerline networking (2006 г.), Smart Grid Market Requirements (2008 г.), Command & Control Market Requirements (2008 г.) [4].

лидером в производстве и разработке электронных ком-понентов для оборудования, поддерживающего специфика-ции UPA, является компания DS2.

HD-PLCоснователем альянса HD-PLC является японская корпора-

ция Panasonic Corporation, участниками — ведущие электрон-ные компании: AOpen, Advanced Communications Networks, Icron Technologies Corporation, I-O DATA DEVICE. В число участников также входят Analog Devices, APTEL, Audiovox Accessories Corporation, Buffalo, OKI, Kawasaki Microelectronics, OMURON NOHGATA, Murata и др. [5]. Предложенная корпора-цией Panasonic широкополосная технология HD-PLC пред-назначена для организации высокоскоростной передачи и приема данных по электросети и поддерживается альян-сом CEPCA (Consumer Electronics Powerline Communication Alliance) [6]. Этот альянс был образован в 2005 г. влиятель-ными японскими корпорациями Panasonic, Sony, Toshiba, Mitsubishi, Sanyo и Yamaha. одно из направлений деятель-ности CEPCA — объединение усилий по разработке техноло-гии, совместимой с различными стандартами, что потенци-ально позволит объединить сети передачи мультимедийных данных в пределах квартиры или здания. Конкурентами тех-нологии HD-PLC являются технологии, продвигаемые ассо-циациями HomePlug и UPA. отличительной особенностью технологии HD-PLC является предложенный способ синтеза OFDM-сигнала. В отличие от принятого, к примеру, в техно-логии HomePlug AV способа формирования OFDM-сигнала с помощью инверсного быстрого преобразования фурье (FFT), в технологии HD-PLC авторы предложили использовать Wavelet-преобразования.

Wavelet OFDM — широкополосная технология пере-дачи данных с использованием электросети, отличаю-щаяся высокой частотной избирательной способностью (другими словами, спектральной эффективнос тью). В этой технологии для синтеза OFDM-сигнала используются Wavelet-преобразования. При этом теоретически дости-жимая скорость передачи данных составляет 210 Мбит/с [5]. Применение метода Wavelet OFDM позволяет миними-зировать уровень боковых лепестков поднесущих и, как

следствие, улучшает параметры ортогональности как в частотной, так и во временной областях. По сравнению с методом FFT, OFDM-модуляция типа Wavelet OFDM отлича-ется лучшими характеристиками фильтрации и обеспечива-ет более глубокую режекцию сигналов помех. а это, в свою очередь, позволяет легче приспосабливаться к изменяю-щимся условиям передачи и обеспечивает чрезвычайно высокую устойчивость к помехам и искажениям сигнала, вызванным многолучевой интерференцией, а также дру-гими причинами. Возможность, по сути, программировать спектр генерируемого в линию сигнала позволяет не только избавиться от наводимых в линии помех, но и предотвра-щает нежелательные побочные электромагнитные излу-чения проводами линии, например в коротковолновом диапазоне радиолюбительского вещания. Предложенные алгоритмы адаптации к условиям распространения сигнала в электросети, а также к наличию помех, позволяют исходя из соотношения сигнал/помеха выбрать оптимальную ско-рость передачи, чтобы обеспечить наивысшую достовер-ность принятых данных. на рисунке 2 приведены спектры OFDM-сигналов, полученные в результате FFT- и Wavelet-

60

Се

ти

и и

нт

ер

фе

йС

ы

www.elcp.ru

преобразований [5]. Как видно из при-веденного рисунка, при модуляции типа Wavelet OFDM, по сравнению с FFT OFDM, обеспечивается более глу-бокая частотная режекция.

альянсы и стандартыСпецификации, предлагаемые и

продвигаемые различными альянса-ми и ассоциациями, нельзя считать полноценными стандартами в широ-ком смысле. разного рода альянсы — это всего лишь «клубы по интересам». При их создании, в конечном счете, преследуется коммерческая цель — захват рынка и продвижение оборудо-вания, производимого на базе пред-лагаемых спецификаций. Как правило, основными участниками подобных союзов являются крупные произво-дители интегральных микросхем, а в окружении находится свита, состоя-щая из производителей PLC-модемов и другого оборудования. таким обра-зом формируется «некоммерческая» организация, пропагандирующая и продвигающая «независимый от про-изводителей» стандарт.

американская компания Intellon имеет несколько могущественных союзников: Cisco, Intel, LG, Motorola, Texas Instruments. именно они форми-руют ядро альянса Homeplug Powerline Alliance.

Компания DS2 отражает евро-пейское направление в развитии PLC-технологии и поддерживается европейским Союзом в рамках проек-та OPERA. Более двух десятков компа-ний — партнеров DS2 — объединились в ассоциацию UPA, в состав которой входят Buffalo, Corinex, D-Link, Intersil, Netgear, Toshiba и другие компании.

Корпорация Panasonic в своих раз-работках придерживается специфика-ций промышленного альянса CEPCA. на этот же стандарт ориентируются такие компании как Hitachi, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sanyo, Sony и др.

К числу влиятельных международ-ных организаций по стандартизации, несомненно, относятся институт инже-

неров по электротехнике и электро-нике (IEEE) и международный союз электросвязи и стандартизации (ITU). В состав этих организаций входят пред-ставители ведущих компаний многих стран мира.

ITUВ декабре 2008 г. институтом стан-

дартизации ITU-T (международный союз электросвязи, секция телекомму-никаций) был принят международный стандарт на высокоскоростную пере-дачу данных по линиям электросетей, телефонным и коаксиальным кабелям. новый стандарт ITU-T (G.9960), назы-ваемый также G.hn, — это пакет спец-ификаций канального и физического уровней, который унифицирует прин-цип построения проводных домашних сетей.

В основе стандарта ITU-T (G.9960) лежит предложенная ассоциацией UPA широкополосная технология переда-чи данных по электросетям. В конце 2008 г. впервые появился международ-ный стандарт, позволяющий в полной мере использовать потенциал прово-дных сетей. За обеспечением совме-стимости всех сетей, созданных на базе G.hn, будет наблюдать некоммер-ческая организация Home Grid Forum (w w w. h o m e g r i d f o r u m . o r g / h o m e), одним из основателей которой явля-ется компания DS2. Home Grid Forum создана для сертификации и продви-жения стандарта G.9960 (G.hn), приме-нение которого позволит объединять домашние сети, в которых в качестве физической среды передачи данных используются линии электросети, коаксиальный или телефонный кабе-ли [7]. В конце 2008 г. компания DS2 объявила о намерении разработать микросхему PLC-модема, совмести-мую со спецификациями G.hn, UPA и OPERA.

IEEE P1901В июле 2005 г. институт IEEE объявил

о создании рабочей группы, которая будет заниматься подготовкой стан-

дарта Broadband PowerLine. объектом изучения были приняты конкурирую-щие и несовместимые между собой спецификации использования электро-сетей для высокоскоростной передачи данных. Спецификации были представ-лены альянсом HomePlug Powerline Alliance, корпорацией Panasonic и ком-панией DS2. После изучения вопро-са на заседании рабочей группы IEEE P1901, состоявшемся в июле теку-щего года, был одобрен первый проект стандарта: IEEE P1901 Draft Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications [8—10]. Этот стан-дарт под названием IEEE P1901 был одобрен на собрании рабочей груп-пы, проходившем в токио 21—24 июля 2009 г. За принятие проекта проголо-совало 82% присутствовавших.

В проекте стандарта предусма-тривается возможность использо-вания на физическом уровне двух несовместимых между собой спосо-бов модуляции (FFT OFDM и Wavelet OFDM). Первый лежит в основе спец-ификаций, предложенных альянсом HomePlug (спецификации HomePlug AV), второй — HD-PLC. Более того, допускается возможность использо-вания двух несовместимых между собой методов прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction — FEC). один из них базируется на сверточных турбокодах, во вто-ром используются коды LDPC (Low-Density Parity-Check Codes — коды с малой плотностью проверок на чет-ность) [8—10].

В настоящее время турбокоды при-меняются в системах спутниковой и мобильной связи, беспроводного широкополосного доступа и цифрово-го телевидения. Широкий класс турбо-кодов, запатентованных французской компанией France Telecom, в опреде-ленной мере ограничивает возмож-ность их свободного распространения и, вместе с тем, стимулирует поиск и развитие новых методов помехоу-стойчивого кодирования, в т.ч. LDPC. В

Рис. 3. Структурная схема подключения к электросети микросхем DSS9501 и DSS7700

Таблица. 1. Основные параметры микросхемы DSS9501

Скорость передачи данных, Мбит/с 200

Вид модуляции OFDM

Полоса частот, МГц 2…34

Динамический диапа-зон, дБ 85

Стандарт шифрования AES (256 бит)

Интерфейс Ethernet (MII), UART, SPI

Диапазон рабочих тем-ператур, °С –40…85

Се

ти

и и

нт

ер

фе

йС

ы

61

электронные компоненты №12 2009

проекте стандарта отсутствуют ссылки на использование технологии, предло-женной компанией DS2, а принятые за основу два варианта PHY существенно различаются между собой. В результате оборудование с разными видами моду-ляции не сможет взаимодействовать в одной сети, хотя оно и будет соот-ветствовать требованиям стандарта IEEE P1901 [8—10].

ПроизВодителилидером в производстве и разра-

ботке электронных компонентов для PLC-оборудования в соответствии с продвигаемыми ассоциацией UPA спецификациями является испанская компания DS2 (www.ds2.es). она про-изводит функционально полный набор микросхем, позволяющих создавать оборудование для организации широ-кополосного доступа на базе PLC-технологии. Компания DS2 предлагает микросхемы PLC-модемов и приемо-передатчиков — DSS9001/2/3, DSS9010, DSS9101, DSS9501, DSS7700/800 и др. В таблице 1 даны основные параме-тры микросхемы DSS9501, на рисунке 3 приведена структурная схема ее под-ключения к электросети.

заключениена протяжении ряда последних лет

разработками в области PLC-техноло-

гии занимались различные компании. Пробиться на рынок удалось всего трем технологиям. В настоящее время наи-большее распространение получили три пакета спецификаций: HomePlug, UPA и HD-PLC. однако до сих пор не существует единого поддерживаемо-го всеми производителями стандарта. По сути, созданные для продвижения PLC-технологии ассоциации, альянсы и промышленные группы по вполне понятным противоречиям являются основным камнем преткновения для повсеместного внедрения технологии передачи данных по электросети. Битва стандартов продолжается…

В то же время, несмотря на отсутст вие единого стандарта, бла-годаря многим преимуществам PLC-технологии перед другими проводными и беспроводными технологиями, она получает все большее распространение в мире. Подтверждением этому является тот факт, что в настоящее время в мире существует более 100 компа-ний, выпускающих активные и пас-сивные компоненты для PLC-сетей. В их число входят Ambient Corporation, Cisco Systems, Cogency, Corinex, DS2, Echelon, Elcon, Enikia, Ericsson, Ilevo, Intellon, Mitsubishi, Netgear, Northern Telecom, Philips, PowerNet и др. Возможно, уже в недалеком

будущем воплотится в реальность девиз «интернет в каждой розетке». В заключение обзора существующих PLC-технологий еще раз отметим основные преимущества их исполь-зования во многих приложениях:

– высокая пропускная способность (до 200 Мбит/с);

– простота использования;– доступность точек подключения;– надежность;– низкая стоимость.Более полную информацию о воз-

можностях и преимуществах PLC-технологии, а также о существующих стандартах можно найти в [1—10].

ЛИТЕРАТУРА1. White Paper: Comparison of Access Tech­

nologies//OPERA Consortium, 2009, www.ist­opera.org.

2. First Draft of the OPERA Specification Ver­sion 2//OPERA, June 2007//www.ist­opera.org.

3. www.ist­opera.org.4. www.upaplc.org.5. www.hd­plc.org.6. www.cepca.org.7. www.homegridforum.org/home.8. http://grouper.ieee.org/groups/1901.9. How to Save the Home Networking

In dustry//EDN, January 11, 2009.10. How to Kill the Home Networking

In dustry//EDN, May 19, 2008.

62

WWW.ELCP.RU

По мере расширения сфер и объемов применения светодиодных источников света растет потребность и в драйверах светодиодов, которые выпускают десятки фирм, включая таких известных производителей как TI, National Semiconductor, Maxim, IR, STM, Linear Technologies, Analog Devices. Широкую номенклатуру светодиодных драйверов с использованием различных технологий преобразования энергии выпускает и компания ON Semiconductor. Основная линия стратегии фирмы — обеспечение высокой эффектив-ности преобразования энергии при малых размерах изде-лий, их невысокой цене и высокой степени надежности.

Номенклатура драйверов ON Semi постоянно обнов-ляется и расширяется в соответствии с требованиями рынка. За последний год линейка светодиодных драйве-ров была расширена в основном за счет продукции фирмы Catalyst Semiconductor Inc., которая была приобретена ON Semi в октябре 2008 г. Микросхемы драйверов Catalyst Semiconductor Inc. сохранили в названии префикс CAT. В активе этой фирмы разработки линейных светодиодных драйверов, драйверов с емкостным преобразовани-ем энергии, а также индуктивных Step Up/Step Down-драйверов для мощных светодиодов.

В статье сделан обзор драйверов светодиодов компании ON Semiconductror. В первую очередь рассматриваются новые типы продукции, которые появились в номенклатуре светодиодных драйверов ON Semi в этом году.

ИрИна ромадИна, бренд-менеджер по продукции ON Semiconductor, ЗАО «Компэл»

драйверы для светодиодных источников света ON Semiconductor

одноканальный генератор тока NUD4001Микросхема представляет собой управляемый гене-

ратор тока до 0,5 А. Драйвер может управлять цепочкой мощных светодиодов и использоваться в системах с различными напряжениями питания 5,0; 12 или 24 В. С помощью внешнего резистора, подключаемого к выво-дам REXT и VIN, можно задать выходной ток NUD4001 в диапазоне 5…500 мA. При этом максимальное выходное напряжение может достигать 28 В при входном напря-жении 30 В. Внутренние цепи микросхемы поддержи-вают постоянство выходного тока во всем диапазоне температур и входного напряжения. Таким образом удается добиться постоянства светового потока излуче-ния светодиодов во время всего цикла разряда батареи питания.

Особенностью драйвера NUD4001 (см. рис. 1) является наличие вывода Boost, который обеспечивает возмож-ность подключения внешнего силового транзистора для дополнительного увеличения суммарного выходного тока нагрузки. Коммутируя подключение вывода GND драйвера к общей шине, можно осуществлять PWM-регулирование яркости излучения светодиодов. Драйвер производится в корпусе SOIC-8 (NUD4001DR2G) для температурного диа-пазона −40…125°C.

Основное назначение драйвера — электронный бал-ласт для автомобильных светодиодных ламп (габариты, поворотные фонари, стоп-сигналы, освещение салона). Входные цепи питания выдерживают броски напряжения до 60 В. Микросхема может также использоваться в каче-стве источника тока в недорогих зарядных устройствах для мобильной аппаратуры. На рисунке 2 показана схема применения драйвера для питания источника освещения салона в автомобиле. В качестве светодиодов использу-

Рис. 1. Структура драйвера NUD4001

Рис. 2. Схема применения драйвера NUD4001 для питания автомобильной светодиодной лампы освещения салона

63

электронные компоненты №12 2009

ются 1-Вт светодиоды Cree CLN6A-MKW с теплым белым спектром. Прямое падение при номинальном токе (250 мА) составляет на нем около 3,6 В.

СветодИодный лИнейный драйвер CAT4101Микросхема драйвера обеспечивает больший рабочий

ток (до 1 А), а также регулировку яркости за счет использо-вания ШИМ-модуляции. При питании от 12-В аккумулятора драйвер может управлять параллельной цепочкой из 2—3 светодиодов мощностью 1…3 Вт. Драйвер преиму-щественно ориентирован на использование в конструк-ции светодиодных автомобильных ламп (габариты, фары стоп-сигнала, фонари поворота), а также в светодиодных модулях для освещения салона автомобиля. На рисунке 3 показаны светодиодные лампы стоп-сигнала и двунитевые лампы «стоп-сигнал — поворот» мощностью 21 Вт, в кото-рых используются линейные драйверы. В данных вариан-тах конструкции применяются более мощные светодиоды 1…3 Вт и дополнительный радиатор для охлаждения. Схема включения драйвера CAT4101 показана на рисунке 4. Уровень тока задается внешним резистором Rset.

драйвер для прИборных автомобИльных ИндИкаторовМногоканальный драйвер CAT310 ориентирован в

основном на использование в автомобильном секторе. Основное назначение — управление индикаторами, рас-положенными на приборной панели автомобиля (дискрет-ные индикаторы состояния автомобильных систем, графи-ческие полоски расходомеров и т.д.), но может с успехом использоваться для управления кластерными светодиод-ными источниками света в других приложениях. Рабочие токи — до 50 мА. Основные достоинства — работа в широком диапазоне напряжений до 40 В, что обеспечивает защиту от бросков тока в автомобильной сети, и широкий температурный диапазон: –40…125°С.

Допускается последовательное каскадирование микро-схем для загрузки данных. Основная схема использования драйвера CAT310 показана на рисунке 5.

СерИя драйверов CAT 40xx для СветодИодных экрановЭта серия состоит из трех микросхем CAT4004, CAT4008,

CAT4016, различающихся числом управляющих выходов (от 4 до 16). Загрузка данных от источника осуществляется по последовательному синхронному каналу. Диапазон регулирования: 2…100 мА. В выходных цепях драйвера не требуется установки дополнительных токозадающих резисторов. Выходные каскады выполнены по схеме LDO, прямое падение напряжения в них не более 400 мВ. Диапазон питающих напряжений 3…5,5 В. Скорость загруз-ки по последовательному каналу до 25 МГц. Допускается каскадирование микросхем для расширения числа управ-ляемых каналов. Типовая схема включения драйверов CAT4016 показана на рисунке 6. Уровень тока, протекаю-щего через светодиоды, задается одним внешним рези-стором Rset. Микросхема доступна в корпусах SOIC, TSSOP, QSOP и TQFN.

драйверы С емкоСтным преобразованИем (CHARGE PUMP)Драйверы с емкостным умножением напряжения пред-

назначены для использования в аппаратуре с батарейным питанием. Диапазон входных напряжений 2,5…5,5 В. Эффективность преобразования до 93%. Частота преоб-разования — 1 МГц. Основные достоинства драйверов — простота и дешевизна. Малые размеры корпуса QFPN-16 (размер 3×3×0,8мм) позволяют занимать малую площадь на печатной плате. Структура драйверов предполагает

защиту от коротких замыканий и обнаружение обрыва в выходных цепях.

Линейка драйверов CAT 36xx с емкостным преоб-разованием для мобильной аппаратуры представлена в таблице 1. Регулировка выходного тока реализована в микросхемах CAT3612…CAT3648. Ток регулируется с 16-ю градациями с шагом 2 мА через число-импульсный однопроводной интерфейс EZDim. Диаграмма управле-ния яркостью с использованием число-импульсного кода EZDim представлена на рисунке 7. На рисунке 8 показана схема применения четырехканального драйвера CAT3604 без интерфейса регулировки яркости. Величина макси-мального тока устанавливается внешним резистором Rset. Работа на высокой частоте позволяет использовать керамические конденсаторы малого номинала и размера. Размеры корпуса драйвера TQFN-16 составляют 4×4 мм.

Рис. 3. Лампы стоп-сигнала и двунитевые лампы «стоп-сигнал – поворот»

Рис. 4. Схема включения драйвера CAT4101

Рис. 5. Основная схема использования драйвера CAT310

Рис. 6. Типовая схема включения драйверов CAT4016

64

WWW.ELCP.RU

ИндуктИвные драйверы повышающего тИпа (STEP UP, BOOST)Драйверы данного типа обеспечивают повышение

напряжения батарейного питания, используемого в мобильных и портативных устройствах, до уровня напря-жения, достаточного для питания цепочки светодиодов. В большинстве случаев питание мобильных устройств про-изводится от 2—3 батарей типа АА/ААА, «пальчиковых» аккумуляторов или же литиевых батарей с номинальным напряжением 3,6...4,2 В. Портативная аппаратура может также питаться от 6—8 шт. «пальчиковых» аккумуляторов

или от литиевой батареи с номинальным напряжением 14,4 В. Основное назначение этой серии драйверов — управление источниками подсветки в портативной аппа-ратуре (камеры, GPS-навигаторы, электронные игры, ноут-буки, медиаплееры).

Основные параметры индуктивных драйверов повыша-ющего типа приведены в таблице 2. Температурный диа-пазон микросхем: –40...85°С. Имеются встроенные функции автоматического выключения при падении напряжения и защита от короткого замыкания на выходе. Частота преоб-разования около 1 МГц. Низкое собственное потребление логики управления драйвером — около 0,6 мА.

На рисунках 9 и 10 показаны схемы включения драйве-ров с интерфейсом управления яркостью (CAT4106) и без управления (CAT4240).

драйверы мощных СветодИодов понИжающего тИпа (BUCk, STEP DOwN) Драйверы понижающего типа применяются для тех

вариантов питания, когда входное напряжение больше напряжения на линейке светодиодов, подключенных к выходу. Число возможных светодиодов в последова-тельной цепочке определяется диапазоном изменения входного напряжения. Драйверы могут использоваться в системах с аккумуляторным питанием (9…36 В), в том числе в транспортных средствах. Основные параметры

Таблица 1. Линейка драйверов CAT 36xx с емкостным преобразованием для мобильной аппаратуры

Драйвер Число каналов Суммарный ток Назначение Наличие регулировки токаCAT3604 4 20 Подсветка ЖК-дисплеев, полей клавиатуры Нет

CAT3606 6 180 Подсветка основного и дополнительного ЖК-дисплеев в мобильных устройствах Нет

CAT3612 2 300 Проблесковые маячки, фонари Есть, по интерфейсу 1-wire EZDim™CAT3614 4 124

Подсветка ЖК-дисплеев, полей клавиатуры

CAT3616

6

186 CAT3626 192 Есть, по интерфейсу I2СCAT3637

180

Есть, по интерфейсу 1-wire EZDim™CAT3636CAT3644 4

100 CAT3647 3 CAT3648 4

Таблица 2. Основные параметры индуктивных драйверов повышающего типа

Тип Uin, В Макс. Uвых., В Корпус Выходной ток, мА Число светодиодов в цепочке Число каналов

CAT4106 3...24 36 TQFN-16 4×175 10 4 CAT4134 2,8...5,5 16 TDFN-12 2×250 3 2 CAT4139 2,2...5,5 22 TSOT-23 350 5

1CAT4237 2,8...5,5 30 SOT-23

100 8

CAT4238 2...5,538

TSOT-2310

CAT4240 8...16 SOT-23 750 NCP5050 2,7...5,5 20 WDFN-10 1200 5

Рис. 7. Диаграмма управления яркостью с использованием число-импульсного кода EZDim

Рис. 8. Четырехканальный Charge Pump-драйвер CAT3604

65

электронные компоненты №12 2009

Рис. 10. Схема применения драйвера CAT4240

Рис. 9. Типовая схема применения драйвера CAT4106

Рис. 11. Схема включения NCP3066

66

WWW.ELCP.RU

индуктивных драйверов понижающего типа приведены в таблице 3.

драйверы мощных СветодИодов STEPUP/STEPDOwNВ зависимости от соотношения входного напряжения

и числа подключенных светодиодов в цепочке, схема драйвера может работать как в режиме повышения напряжения (StepUp), так и в режиме понижения напря-жения (StepDown). Основные параметры драйверов StepUp/StepDown приведены в таблице 4. Драйверы имеют встроенный силовой транзистор и характеризу-ются возможностью регулировки тока через светодиоды (димминг). Высокая рабочая частота (до 250 кГц) позволя-ет использовать катушки индуктивности малого номина-

Таблица 4. Основные параметры драйверов StepUp\StepDown

Тип Функция Частота, кГц Uin, В Ток, А Корпуса

NCP3063 Импульсный регулятор 150

3…40 1,5

DFN-8PDIP-8SOIC-8

NCP3065 NCV3065

Источник тока для сверхъярких светодиодов

250

DFN-8PDIP-8

NCP3066NCV3066

Источник тока для сверхъярких светодиодов со входом ENABLE

DFN-8PDIP-8

NCP5030 Драйвер для светодиодной фотовспышки, фонаря 700 2,7...5,5 0,9 WDFN-12

(3×3мм)

Таблица 3. Основные параметры индуктивных драйверов понижающего типа

Тип Основное назначение Uin, В Макс. Uвых., В Корпус Выходной ток, мА

Число светодиодов в цепочке Число каналов

CAT4201 Источники света в транспортных средствах 12...24 (40) 36 TSOT-23 350 7 1

ла и размера. Схема включения NCP3066 изображена на рисунке 11.

Драйверы с префиксом NCV предназначены для при-менения в автомобильном секторе (индустриальный температурный диапазон –40…125°С). NCP3063 был раз-работан как импульсный регулятор для применения в DC/DC-преобразователях, но на его основе можно создать генератор тока для питания цепей мощных светодиодов.

Литература1. Лев Чемакин. Компоненты ON Semiconductor для

устройств питания сверхъярких светодиодов и светодиодных матриц//Новости электроники, №10, 2008.

2. Техническое описание продукции On Semiconductor.

События рынка

| компанИя SiMCOM удоСтоена награды за лучшИй вСтраИваемый модуль для Сетей мобИльной СвязИ третьего поколенИя | Ассоциация GSM, некоммерческое объединение по стандартизации, развертыванию и распростра-нению сетей GSM, куда входят более 800 операторов мобильной связи и 200 компаний отрасли, 18-го ноября 2009 г. объявила победителей первого этапа Конкурса встраиваемых приложений (Embedded Mobile Competition). Первый этап конкурса был направлен на выявление лучших в своем классе встраиваемых модулей для применения в 2G- и 3G-сетях, которые уже пред-ставлены или в ближайшее время будут представлены на коммерческом рынке. Победители были объявлены Робом Конвеем (Rob Conway), генеральным директором и членом Ассоциации GSM, во время его выступления на конгрессе Mobile Asia Congress, проходившем в Гонконге в ноябре.

«Мы организовали этот конкурс с целью увеличения числа подключенных мобильных устройств путем поощрения инновационного развития в сфере встраиваемых мобильных модулей и с целью увеличения количества таких модулей, что поможет сделать их более экономически эффективными», — сказал Майкл О'Хара (Michael O'Hara), директор по мар-кетингу Ассоциации GSM. «Интерес к встраиваемым мобильным устройствам и сервисам продолжает расти, что приведет к преодолению барьеров на пути развития данного сегмента рынка и унификации в сфере применения встраиваемых мобильных решений, что, в конечном итоге, выгодно как производителям, так и операторам мобильной связи».

Авторитетная комиссия из девяти судей — представителей мобильных операторов AT&T, KT, Orange, SMART, Softbank, Telecom Italia, Telefónica O2, Telstra and Vodafone — оценила представленные модули по 17-ти критериям, таким как: время выхода на рынок, простота использования, краткосрочная и долгосрочная перспективы, ценовая конкурентоспособ-ность, стратегические обязательства каждой компании в партнерстве с операторами мобильной связи.

В номинации «Лучший узкополосный модуль для сетей мобильной связи третьего поколения (3G)» победителем стала компания Simcom с модулем SIM5215.

Напомним, что модуль SIM5215 разрабатывался в течение 2009 г. на базе уже существующих модулей SIM5210 и SIM5218. Модуль поддерживает скорость загрузки и скачивания данных до 384 Кбит/с и способен работать в стандартах WCDMA 900/2100 МГц и GSM 850/900/1800/1900 МГц. Модуль обладает всеми преимуществами стандарта WCDMA, такими как надежность и высокое качество передачи данных, сохраняя при этом невысокую цену. Образцы модуля станут доступны-ми в России уже в начале 2010 г.

Компания «Макро Групп» — официальный дистрибьютор Simcom на территории России. За дополнительной информа-цией о продукции Simcom и образцами обращайтесь в офисы компании.

www.macrogroup.ruwww.gsmworld.com

Эл

ек

тр

оп

ри

во

д

69

электронные компоненты №12 2009

тяговый Электропривод в гибридных транспортных средствахЧасть 2. идеология проектирования ктЭо 1

СтаниСлав Флоренцев, ген. директор «русэлпром-электропривод», Дмитрий изоСимов, зам. ген. директора по науке, «русэлпром-электропривод»

метоДы Синтеза управления аСинхронным электропривоДом для функционирования системы

привода необходима качественная система управления, частотная или векторная [9]. такая система должна обеспечивать оптимальный по потерям режим работы двигателей во всех диа-пазонах частот вращения, электромаг-нитных моментов, скольжений, индук-ций и т.д. однако для тяговых приводов необходимо также учитывать критерий максимального использования имею-щихся ресурсов, прежде всего макси-мальных напряжения питания и тока, которые ограничиваются установлен-ной мощностью силового преобразо-вателя. требуется, чтобы асинхронный тяговый двигатель мог бы реализовать максимально возможные значения момента, пусть даже и не в режиме максимального кпд, если при данном моменте оптимальный по кпд режим невозможно реализовать при опреде-ленных ограничениях напряжения и тока.

к точности регулирования момента или частоты вращения и к динамике протекания процессов в транспортном приводе жестких требований обычно не предъявляется.

общепринятым описанием, адек-ватно отражающим статические и динамические процессы, является модель асинхронного двигателя (ад) на базе обобщенной электрической машины, разработанная парком. для учета наиболее существенных явле-ний в реальной машине принимается ряд упрощающих предположений, в рамках которых сохраняются основ-ные физические особенности процес-сов: симметричность, равномерность зазора и распределения обмоток, распределения магнитного поля при пренебрежении краевыми эффектами, ненасыщенность магнитного матери-ала и др. Уравнения парка широко

1 Продолжение, начало см. в ЭК 11.

известны [10], и мы не будем приво-дить их в статье.

Заметим, что общепринятой модели электромагнитных процес-сов в ад, в которой учитывалось бы насыщение, гистерезис, вихревые потери и т.д., в настоящее время не существует. насыщенный магнитный материал анизотропен, его поведе-ние при вариациях внешнего поля по направлениям, изменяющим уро-вень насыщения (вдоль поля) и при повороте вектора поля (т.е. без изме-нения его величины, ортогонально полю) имеет качественные различия. следовательно, строго говоря, заве-домо несправедлив принцип супер-позиции, на использовании которого основан переход к эквивалентной обобщенной электрической машине и вывод уравнений парка.

в уравнениях парка присутству-ют значения сопротивлений статора и ротора, индуктивностей статора и ротора и взаимоиндуктивности. Значения этих параметров (пара-метров схемы замещения) считают-ся постоянными. параметры схемы замещения могут определяться раз-работчиками и изготовителями дви-гателей по геометрии активной части, характеристикам материалов и обмо-точным данным по расчетной моде-ли двигателя. однако изготовители двигателей не предоставляют таких сведений. разработчикам регулируе-мых приводов, которым необходима информация о параметрах ад как объекта управления, ничего не оста-ется, как создавать методы экспери-ментальной идентификации параме-тров ад по измерениям напряжения, тока, электромагнитного момента и частоты вращения ротора.

Задача идентификации традицион-но понималась как задача определе-ния по результатам измерений пара-метров схемы замещения. однако показано [11], что такая постанов-

ка несостоятельна: одним и тем же измеряемым значениям напряжений, токов, моментов и частот вращения соответствует не один ад (в смыс-ле конкретных значений параметров схемы замещения), а множество ад с отличающимися значениями индук-тивностей рассеяния и взаимоин-дукции (при сохранении значения обобщенного рассеяния) и значе-ниями сопротивления ротора (при сохранении значения постоянной времени ротора). видимо, именно этим обстоятельством объясняется отсутствие общепринятой методики экспериментальной идентификации параметров ад.

Уравнения парка будут иметь более простой вид, если их запи-сывать относительно формально введенных переменных фиктивных фаз, направляющие орты которых для статора и ротора совпадают (при этом отпадает необходимость учиты-вать взаимное положение обмоток неподвижного статора и вращающе-гося ротора). выбор фиктивных фаз для ад с короткозамкнутым ротором чаще всего ограничивается двумя вариантами:

а) система координат, связанная с фиктивными фазами, неподвижна (система (α,β)). приведенные перемен-ные статора в этом случае совпадают с переменными обобщенной машины, а фазные переменные ротора преобра-зуются к неподвижным осям координат. неподвижная система координат удоб-на при синтезе частотного управления приводом, т.е. при управлении ампли-тудой и частотой питающего напряже-ния.

б) система фиктивных фаз ори-ентирована по вектору потокосце-пления (чаще по направлению пото-косцепления ротора, система (d,q)). использование вращающейся системы координат позволяет в статике опери-ровать постоянными значениями всех

70

Эл

ек

тр

оп

ри

во

д

www.elcp.ru

переменных, что в некоторых случаях помогает указать рациональную про-цедуру синтеза регулятора. система (d,q) используется при синтезе систем векторного управления приводом, при независимом управлении величиной магнитного поля и электромагнитным моментом.

длительность переходных электро-магнитных процессов в ад, как прави-ло, намного меньше, чем длительность переходных процессов режима движе-ния транспортного средства, и даже меньше, чем типовое время изменения тягового момента. Это дает основание для того, чтобы рассматривать ад как статический объект (с соответствую-щими требованиями к системе управ-ления, устанавливающей оптималь-ный статический режим его работы). характеристики статического режима ад при его питании фиксированной амплитудой и частотой хорошо изуче-ны: это т.н. нагрузочная характеристи-ка асинхронного двигателя — зависи-мость момента от частоты вращения ротора.

при частотном управлении ад связи между амплитудой и частотой, с одной стороны, и электромагнит-ным моментом, с другой, существен-но нелинейны, что приводит к слож-ности в обеспечении устойчивости замкнутого контура, особенно в дина-мических процессах. «правильно» организованный привод с частотным управлением позволяет регулиро-вать тяговый и тормозной момент на валу привода во всем диапазоне ско-ростей, реализуя режим, близкий к минимальному по потерям.

при векторном управлении раз-дельно управляют двумя компонен-тами вектора тока: током намагничи-вания и активным током; управление ад при этом в известном смысле аналогично управлению двигателем постоянного тока: возбуждением по току намагничивания и току якоря по активной составляющей тока. векторное управление характери-зуется более сложным алгоритмом регулирования из-за необходимости векторных преобразований перемен-ных (впрочем, для современных про-цессорных контроллеров сложность вычислений не представляет затруд-нения). поскольку каналы регулиро-вания момента и поля при вектор-ном управлении разделены, можно организовывать любую желаемую связь между этими регулируемыми величинами. быстродействие приво-дов с векторным управлением можно реализовать предельным (в отличие от частотного управления) или искус-ственно уменьшить в регуляторе, например, с целью повышения поме-хозащищенности привода. векторное

управление, несомненно, более пер-спективно для любых применений, в т.ч. в тяговом приводе.

принципы синтеза цифрового (про-цессорного) управления тяговым при-водом [9]:

a) использование разностной моде-ли процессов;

б) оценка неизмеряемых непосред-ственно переменных с соответствую-щей фильтрацией;

в) асимптотическое регулирование для снижения влияния шумов в измере-ниях;

г) использование прогнозаторов переменных для компенсации запазды-вания, возникающего из-за конечной скорости вычислений в микропроцес-сорном контроллере;

д) идентификация параметров дви-гателя.

получение информации о значе-ниях параметров ад, как уже отме-чалось, представляет собой опреде-ленную трудность. Чувствительность систем привода к вариациям пара-метров, определение необходимой точности не исследованы в полной мере. в этих условиях разработ-ка методов экспериментальной, а в последующем — автоматической идентификации параметров ад представляется абсолютно необхо-димой. к настоящему времени прак-тически закончены эксперимен-тальные (стендовые) исследования настройки приводов по параметрам ад как с частотной, так и с векторной системами управления. по результа-там экспериментов можно сделать некоторые выводы. выявлено, что параметры ад значительно изме-няются — влияет насыщение стали (изменение параметров до 50% в функции величины поля); потери в стали, особенно частотные (измене-ние параметров до 20% в функции скорости (частоты напряжения пита-ния) и величины тока, в т.ч. активно-го); температура (рабочий диапазон температур электрических машин –40…150° соответствует примерно 50% изменению параметров). в сово-купности диапазон изменения пара-метров составляет более 1:2,5.

данные экспериментов и получен-ные зависимости изменения параме-тров ад от режима работы двигателя (от величины поля, от частоты питания, от температуры и т.д.) использованы в практических системах приводов. ниже (см. рис. 3) приведены данные стендовых испытаний комплекта тягово-энергетического оборудова-ния (ктЭо) трактора Эт-300 Цп-5 на предельных режимах (максимальный момент аЭп 1200 нм, максимальная мощность аЭп 183 квт, максималь-ная мощность Мг 220 квт при момен-те 1200 нм и скорости 1700 об/мин). приведен совокупный кпд системы Мг-сп-сп-ад с векторной системой управления после эксперименталь-ной идентификации параметров и оптимизации режима работы двига-телей. кпд системы определялся от вала двс до вала ад. Максимальный кпд сохраняется в широком диапа-зоне частот вращения, что свидетель-ствует об оптимальной настройке приводов.

Синтез управления комплектным тягово-энергетичеСким оборуДованием (ктэо)комплект электроприводов, двс,

буферный накопитель, трансмиссия как объект управления представля-ет сложную взаимосвязанную нели-нейную динамическую систему [12]. в такой системе должен выполнять-ся ряд ограничений на управления и переменные состояния: ограниче-ние напряжений питания двигателей, токов, моментов, частот вращения, диапазонов изменения напряжения звена постоянного тока. для управ-ления ктЭо, очевидно, необходима разработка специальных алгоритмов, обеспечивающих автономную рабо-ту отдельных устройств и устойчи-вое согласованное управление всеми устройствами ктЭо, включая двс. существенным фактором является неопределенность исходных пара-метров движения: требуемая тяговая мощность заранее не известна, она определяется текущими условия-ми движения и выбором водителя;

Рис. 3. КПД тягового двигателя в функции частоты вращения на предельной характеристике

Эл

ек

тр

оп

ри

во

д

71

электронные компоненты №12 2009

имеющийся резерв мощности также заранее не известен или известен недостаточно точно (максимальная мощность двс зависит от многих фак-торов, таких как качество топлива, атмосферное давление и влажность воздуха, температура, наконец, состо-яние (износ) двс и т.д.). изменяется также уровень потерь и кпд тягово-энергетического оборудования, изме-няется мощность вспомогательных бортовых устройств. в этих условиях следует обеспечить баланс мощно-стей автоматически, не требуя точных данных о состоянии и режиме работы устройств.

Заметим, что необходимо одно-временно управлять аЭп (выполнять команды водителя с учетом текущих условий движения), Мг (стабилизиро-вать напряжение Зпт в системе без буферного накопителя или управ-лять мощностью заряда буферного накопителя при его наличии) и двс (обеспечивать режим максимальной топливной эффективности за счет выбора соответствующего значения скорости вращения двс). при этом следует соблюсти условие баланса мощностей, различные ограничения, в т.ч. исключить перегрузку двс по моменту (отметим, что максимальный момент двс неопределен, что наибо-лее существенно сказывается в зоне

малых частот вращения двс вблизи оборотов холостого хода).

ограничение момента аЭп и Мг осу-ществляется по следующим аргумен-там:

– величина напряжения звена постоянного тока (Зпт);

– скорость вращения NаЭп;– скорость вращения NМг;– отклонение частоты вращения

двс от заданной (при непосредствен-ном соединении валов двс и Мг равной NМг).

Цель ограничения по величи-не напряжения Зпт — не допустить «выхода» напряжения Зпт за опреде-ленные границы рабочего диапазона. средство — при повышении напря-жения Зпт выше допустимого огра-ничиваются генераторные моменты Мг и аЭп, т.е. снижается мощность, «закачиваемая» этими двигателями в Зпт; при снижении ограничиваются двигательные моменты Мг и аЭп, т.е. снижается мощность, потребляемая двигателями из Зпт. Цель ограниче-ния активного тока аЭп по скорости вращения Nтад — не допустить «выхо-да» частоты вращения аЭп за опреде-ленные границы рабочего диапазона. средство — при выходе частоты вра-щения за границы диапазона ограни-чивается двигательный момент аЭп. Цель ограничения активного тока

Мг по скорости вращения NМг — не допустить «выхода» частоты враще-ния двс-Мг за границы рабочего диа-пазона. средство — при превышении частоты вращения за границу диа-пазона ограничивается двигательный момент Мг, при снижении — генера-торный. Цель ограничения момента Мг по отклонению скорости враще-ния NМг от заданной — обеспечить «выход» двс на заданную частоту вра-щения. средство — при превышении отклонения ошибки регулирования скорости двс ограничивается генера-торный (или, соответственно, двига-тельный) момент Мг.

ограничение моментов осущест-вляется с помощью формирования множительных коэффициентов, зна-чения которых выбираются в диапа-зоне [0, 1] пропорционально располо-жению ограничивающего параметра (напряжения Зпт и скорости двига-телей в зоне ограничений: 1 соот-ветствует началу действия ограни-чения, 0 — полному ограничению момента). такая система реализует «мягкое» ограничение момента при приближении к границам рабоче-го диапазона напряжений и частот вращения. «Мягкое» в том смысле, что вследствие инерционности Зпт, тока и частоты вращения значения электромагнитного момента аЭп и

72

Эл

ек

тр

оп

ри

во

д

www.elcp.ru

Мг «плавно» устанавливаются такими, при которых ограничиваемые пере-менные остаются в рабочем диапазо-не. отметим, что при этом аЭп либо выполняет команду водителя, либо потребляет ровно столько мощности, сколько может обеспечить двс-Мг на тягу (за вычетом мощности других потребителей).

Управление потоками мощности в системе без буферного накопите-ля (точнее, без явно выраженного буферного накопителя: в Зпт всегда присутствует фильтрующая емкость, которой, возможно, недостаточно для обеспечения существенного пере-движения транспортного средства) обеспечивается только лишь за счет ограничения двигательного и гене-раторного моментов в Мг и аЭп в функции напряжения звена посто-янного тока; информации о текущем значении этого напряжения оказы-вается вполне достаточно для авто-матического выполнения условия баланса мощностей. отметим, что в системе без буферного накопителя любые изменения мощности аЭп тре-буют немедленной компенсации гене-рируемой мощностью Мг. для этого быстродействие привода Мг (вернее, системы Мг-двс) должно, очевидно, превышать быстродействие тягового привода. достичь этого можно при использовании в приводе Мг век-торного управления. в аЭп можно использовать привод с ограниченной динамикой или при соответствующей фильтрации сигнала задания момен-та (последнее, впрочем, вследствие достаточно большой полосы пропу-скания аЭп практически не сказыва-ется на приемистости тягового при-вода). привод Мг при этом работает в режиме регулятора напряжения Зпт, двс (с контроллером двс) — в режи-ме регулирования частоты вращения по сигналу задания, формируемому в соответствии с оптимальной зави-симостью частот от мощности, потре-бляемой Мг (с учетом мощности вспо-могательных бортовых систем).

В системе с буферным накопите-лем динамика систем двс-Мг и системы аЭп становится независимой, посколь-ку буферный накопитель разделяет эти системы: напряжение буферного нако-пителя не может существенно изме-ниться на малом временном интерва-ле. разумеется, это упрощает синтез управления Мг и аЭп, однако возника-ет вопрос об организации управления системой двс-Мг. принципы организа-ции управления потоками мощности в системе с буферным накопителем сле-дующие.

1. двс должен работать в области рабочих режимов, для которой часто-та и момент двс жестко связаны. Это

позволяет снизить потребление топли-ва и выбросы. обеспечение требуемой зависимости момента от частоты вра-щения обеспечивается за счет задания момента Мг в функции частоты враще-ния.

2. изменение режима работы двс должно происходить квазистатически (достаточно медленно), что дополни-тельно позволит экономить топливо и снизит выбросы. для обеспечения квазистатического изменения режи-мов темп изменения задания частоты вращения на контроллер двс должен ограничиваться. при этом момент двс примерно равен моменту Мг (форми-руемому по рабочей области двс).

регулирование потоков мощности осуществляется контроллером верх-него уровня (квУ). одновременно квУ должен обеспечивать связь с органа-ми управления, индикацию основных параметров движения.

вСпомогательные СиСтемывспомогательные системы непо-

средственно не выполняют основ-ных функций обеспечения движения гибридного транспортного средства, однако без выполняемых ими обеспе-чивающих функций работа основного оборудования невозможна. кроме того, необходимо обеспечить контроль, диа-гностику и поиск неисправностей, по возможности сократив требуемое для восстановления системы время.

к вспомогательным системам ктЭо относятся:

– источники питания электронного оборудования;

– устройства систем охлаждения;– коммутирующие устройства;– информационное табло в кабине

водителя;– сервисная вычислительная систе-

ма.несмотря на вспомогательные

функции, к источникам питания ком-понентов ктЭо предъявляются очень жесткие требования по надежности, эффективности, массо-габаритным показателям, стоимости. не менее сложной является задача создания эффективных, компактных и надеж-ных систем охлаждения компонентов ктЭо — электрических машин, сило-вой электроники.

источникам питания собственных нужд и системам охлаждения элемен-тов ктЭо будет посвящена отдельная статья.

основная функция информационно-го табло — снабжать водителя необхо-димой информацией о режимах управ-ления, режимах движения и состоянии отдельных устройств. такая информа-ция должна быть хорошо организована и строго дозирована: нельзя перегру-жать водителя «лишней» информацией.

в то же время табло должно являться «советчиком» водителя: индицируются рекомендации по состоянию органов управления и рекомендации о необ-ходимых последующих действиях (при автоматическом игнорировании оши-бочных команд).

ктЭо гибридного транспортного средства является сложной системой. при всей сложности ктЭо алгорит-мы управления оборудованием ктЭо, управления движением должны быть направлены на упрощение управле-ния.

для сопровождения, наладки и диа-гностики ошибок в сложной системе оборудования ктЭо необходима спе-циальная сервисная вычислительная система, предназначенная для визуа-лизации параметров рабочих харак-теристик ктЭо; предоставления и обработки графической информации; загрузки, сохранения и отображения в графической и табличной форме пере-менных всех компонентов ктЭо: квУ, Мг, накопителя, двс и аЭп; записи, сохранения и последующего отображе-ния аварийных логов («черный ящик»). сервисная вычислительная система должна в значительной мере упростить процесс наладки и контроля ктЭо, а также ускорить поиск и устранение неисправностей.

вывоДы тяговый электропривод является

одним из основных узлов электро-транспортных средств. его характери-стики во многом определяют харак-теристики транспортного средства в целом. развитие тягового электропри-вода проходит на основе предельно высоких технико-экономических тре-бований. Можно с полным основанием утверждать, что в тяговом электропри-воде в настоящее время реализуется комплекс самых последних достижений в области электромеханики, силовой и управляющей электроники, управле-ния.

обращают на себя внимание сле-дующие факты.

1. Западные фирмы, обладая высо-ким уровнем технологии производства в электротехнической и машинострои-тельной отраслях, часто используют высокоскоростные двигатели, снабжен-ные точными подшипниковыми узлами, сложными многоступенчатыми редук-торами и механическими передачами.

2. довольно большое число приво-дов для малых и средних транспорт-ных средств выполнено на основе син-хронного привода с возбуждением от высокоэффективных редкоземельных постоянных магнитов (на базе сплава ниодим-железо-бор).

3. Многие фирмы применяют инте-грированные узлы, объединяющие

Эл

ек

тр

оп

ри

во

д

73

электронные компоненты №12 2009

двигатели, преобразователи, механические передачи, встро-енные тормозные системы и системы охлаждения, силовые и электронные управляющие устройства — мехатронные модули движения. специалисты видят в них перспективу и основное средство удешевления приводных систем, повы-шения их показателей.

российские организации в состоянии самостоятельно создать и организовать производство электроприводов, не уступающих мировому уровню [13, 14]. основаниями для проведения разработок современных отечественных при-водов являются наличие:

– отечественных методик проектирования электриче-ских двигателей для регулируемого привода, позволяю-щих выявлять их предельные возможности, проектировать активную часть приводов с существенно улучшенными массо-габаритными показателями и высокой эффективно-стью электромеханического преобразования;

– методик идентификации параметров асинхронных двигателей и определения оптимальных режимов работы;

– современной электронной силовой и управляющей элементной базы у отечественных разработчиков, позволяю-щей заниматься проектированием на высоком техническом уровне;

– технологий и производственных мощностей для про-изводства электромеханических и механических элементов привода, т.е. электродвигателей, тормозных, рулевых, охлаж-дающих и т.д. систем.

основными стратегическими положениями при создании и внедрении науко емких компонентов для гибридной техни-ки являются:

– выделение наиболее перспективных направлений работ с учетом мирового опыта;

– концентрация финансовых средств на экономически приоритетных (конкурентоспособных) и стратегических проблемах, по которым российские организации имеют приоритет, а также заделы, превосходящие мировой уро-вень, и технологический потенциал;

– сотрудничество с ведущими инофирмами по органи-зации совместных разработок компонентов, эксплуатации и совместного производства компонентов и транспортной техники;

– комплексный подход, который подразумевает при-влечение специалистов по системному проектированию, управлению, силовой и управляющей электронике, электро-приводу, электромеханике, электрохимии, сертификации, производству, сервису, менеджменту, маркетингу, рекламе, дизайну, безопасности, материаловедению и т.д.

– унификация разрабатываемых компонентов, интегри-рованных систем для техники различного типажа и назначе-ния.

Улучшение качества компонентов и транспортных средств требует разработки четкой программы стандарти-зации [15]. без стандартов невозможно оценивать качество, а без их постоянного развития невозможно улучшать каче-ство. Международные соглашения, такие как «соглашение по торговле и тарифам» (GATT), определяют, что все под-писавшие их страны будут использовать международные стандарты в тех случаях, когда таковые существуют. для того чтобы новые технологии успешно внедрялись, необ-ходимо, чтобы разрабатывались новые стандарты, причем на стадии проведения нир и ниокр по новой технике. в дальнейшем эти стандарты понадобятся для внедрения новых технологий на рынок наиболее эффективным путем. необходима гармонизация отечественных стандартов с международными.

в заключение заметим, что время для организации демонстрационных проектов, доказывающих возмож-ность и целесообразность создания гибридных транс-портных средств, прошло, демонстрировать и доказывать

уже ничего не требуется: в мире уже созданы и находятся не только в опытной, но и в коммерческой эксплуатации многие сотни тысяч гибридных транспортных средств раз-личного назначения. вопрос на сегодняшний день заклю-чается в создании промышленных прототипов и органи-зации промышленного производства таких средств. об опыте создания гибридных транспортных средств и транс-портных средств с электромеханическими трансмиссиями в концерне «русэлпром» читайте в следующих номерах журнала.

Литература9. Д.Б. Изосимов. Новые подходы к синтезу цифрового управле-

ния электроприводом переменного тока//Приводная техника, №4, 1997, стр. 8—14.

10. R. Park, B. Robertson. The reactances of synchronous machines.//Tr. AIEE, 1928,vol. 47.

11. Д.Б. Изосимов, Е.Н. Аболемов. Свойства уравнений обобщен-ного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым рото-ром//Электричество, №4, 2008 г., с. 35—40.

12. Stanislav N. Florentsev. Traction Electric Equipment Set for AC Electric Transmission Various Vehicles//Proceedings of International Exhibition & Conference “Power Electronics, Intelligent Motion”. Power Quality (PCIM-2009). 12– 4 May 2009. Nurenberg. Germany. P. 625—627.

13. И.П. Ксеневич, А.А. Ипатов, Д.Б. Изосимов. Технологии гибрид-ных автомобилей: состояние и пути развития отечественной автомобильной техники с комбинированными энергоустановка-ми//Мобильная техника, №№ 2—3, 2003 г.

14. Stanislav N. Florentsev. From Russia with Automotive. AC electric drive of a hybrid city bus//Power System Design Europe. July/August 2009. P. 50—51.

15. Van den Bossche Peter, CITYLEC. A View On Current Trends In Electric Vehicle Standardization//EVS-15, Brussels, October 1—3, 1998. CD-ROM, Paper No. 316.

74

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

www.elcp.ru

В статье рассмотрены методы оценки джиттера в канале передачи. Отмечены достоинства и недостатки каждого подхода.

МЕТОды ИзМЕРЕнИЯ шуМА в цИфРОвых схЕМАхАлексей ИгнАтов, техн. консультант, «Ид Электроника»

глАзковАя дИАгрАммАГлазковая диаграмма — это суммар-

ный вид всех битовых периодов изме-ряемого сигнала, наложенных друг на друга. Глазковая диаграмма строится путем измерения напряжения в различ-ные моменты времени. на рисунке 1 слева приведены все варианты после-довательностей из трех битов и их ана-логовое представление. накладывая эти сигналы друг на друга, получаем глаз-ковую диаграмму. Глазковая диаграмма позволяет быстро и наглядно оценить качество цифрового сигнала, показывая все варианты последовательностей, в т.ч. длинные передачи логических нулей или единиц, которые часто выявляют слабые места в системе.

Проведем аналогию. Как правило, в приемнике есть компаратор, который по амплитуде принятого сигнала рас-познает его как логический ноль или логическую единицу. Чтобы избежать появления ошибок, амплитуда сигнала анализируется только после установ-ления всех переходных процессов. При анализе глазковой диаграммы приме-няется такой же подход, т.е. пробную точку ставят в середину глазка, где вероятность возникновения ошибки минимальна, особенно при наличии четкой пологой области. По мере при-ближения к точке пересечения вероят-ность появления ошибок растет.

заметим, что глазковая диаграмма показывает только параметры сиг-нала. с помощью нее нельзя обнару-жить логические ошибки в алгоритмах или протоколах, а — только ошибки, вызванные большим уровнем помех или искажений в канале передачи.

Основными параметрами глазковой диаграммы являются время фронта, время спада, коэффициент раскрытия глазка, высота и ширина глазка, относи-тельная ширина места пересечения.

Рис. 1. Принцип построения глазковой диаграммы Рис. 2. Глазковая диаграмма (слева) и гистограмма распределения выборок в области перехода

второй параметр, характеризующий канал связи — это вероятность приня-тия ошибочного бита, которая вычис-ляется как отношение количества ошибочно принятых битов к общему количеству принятых битов (BER — bit error ratio). Этот показатель характери-зует только качество приема информа-ции, по нему невозможно определить причину плохой работы.

Таким образом, ни один из рассмо-тренных способов не дает полного описания цифрового сигнала. у каж-дого подхода есть свои недостатки. Так, для современных быстродейству-ющих устройств глазковая диаграм-ма — слишком поверхностный метод оценки, способный сильно исказить результат. действительно, выборки для глазковой диаграммы делаются с частотой на несколько порядков мень-шей, чем частота передачи. К примеру, осциллограф может делать до 100 тыс. выборок в секунду, однако для сигнала 10 Гбит/с — это очень низкая скорость. Качество передачи сигнала опреде-ляется по очень малой доле данных. следовательно, глазковая диаграмма помогает выявлять в основном систе-матические ошибки, а не одиночные или редкие события. в итоге у сигнала может быть хорошая глазковая диа-грамма, а качество передачи — плохое. Обычно современные системы пере-дачи должны иметь вероятность появ-ления ошибки не ниже 10–12, а часто на уровне 10–15, в то время как глазковая диаграмма отслеживает ошибки только с вероятностью не меньше 10–5.

для устранения этого недостатка существуют два подхода: использовать анализаторы с большей частотой дис-кретизации, например, тестеры BERT, которые делают выборки в среднем на три порядка больше, чем цифро-вые осциллографы. другой вариант —

использовать способность анализа-торов BERT делать выборки сигнала напрямую, на скорости передачи.

недостаток измерения шума по глазковым диаграммам заключается не только в малом количестве анализи-руемых данных, но и в том, что сиг-нал оценивается разными способами. другими словами, результат будет во многом зависеть от типа используемо-го инструмента. на практике для более надежного определения уровня шума пользуются несколькими методами поочередно.

гИстогрАммАдля определения параметра BER

наиболее информативно место пересе-чения глазков. на рисунке 2 изображе-на глазковая диаграмма и гистограмма распределения выборок в точке пере-сечения. Гистограмма представляет собой распределение вероятности появления ошибки. на рисунке 3 пока-зана область перехода на глазковой диаграмме и соответствующая гисто-грамма ошибки временного интервала (TIE — Time Interval Error). на глазко-вой диаграмме прослеживаются две отдельные линии фронтов и спадов, что указывает на присутствие в канале систематического шума. Размытость линий свидетельствует о наличии слу-чайного шума. на гистограмме четко видны две области с максимальной вероятностью неверного распознава-ния бита.

При анализе величины BER с помо-щью гистограммы следует иметь в виду, что результат измерения во многом зависит от длительности тестирова-ния. Так, значение BER, полученное при быстром анализе, будет значительно отличаться от значения, полученного на том же анализаторе, но после несколь-ких часов непрерывного измерения.

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

75

электронные компоненты №12 2009

Рис. 8. Представление структуры контуров BER в трехмерном видеРис. 7. Анализ сигнала с помощью маски

Рис. 6. Построение контура BER

Рис. 5. Распределение BER в двух плоскостях на глазковой диаграмме

в связи с этим в некоторых стандартах требуемый уровень BER приводится с указанием времени измерения.

U-обрАзнАя крИвАя Часто при анализе шума удобно

использовать U-образную кривую. Она представляет собой график зави-симости частоты появления ошибоч-ных битов (BER) от положения пробной точки на единичном интервале (Т). в области пересечения на глазковой диа-грамме BER = 0,5 (равная вероятность правильного и неверного определения бита). в этой области преобладает меха-низм детерминированного джиттера, кривая идет полого (моменты Т = 0 и Т = Тв на рисунке 4). По мере про-движения пробной точки к центру еди-ничного интервала BER стремительно уменьшается, и усиливается влияние случайного шума. Оптимальное поло-жение пробной точки — в центре еди-ничного интервала (глаза).

Помехоустойчивость системы опре-деляется расстоянием между ветвями U-образной кривой. Чем дальше нахо-

Рис. 3. Гистограмма ошибки временного интервала в области перехода на глазковой диаграмме Рис. 4. U-образная кривая

дится левая ветвь кривой от правой при определенном BER, тем больше запас устойчивости к джиттеру.

контур BERЕсли мысленно сделать горизон-

тальный разрез области перехода на глазковой диаграмме, то будет получен профиль распределения битов. второе измерение, которое проводится по глазковой диаграмме, делается относи-тельно вертикального разреза в центре глаза. Полученный профиль позволяет судить о величине шума в канале и оце-нить его влияние на качество связи.

на рисунке 5 показано распределе-ние BER в области перехода на глазко-вой диаграмме и на пологой вершине. Комбинируя эти измерения, можно получить контур вероятности появле-ния ошибки (BER Contour). Многие циф-ровые осциллографы, тестеры и ана-лизаторы шума имеют такую функцию. для построения линии BER пробная точка смещается по всему глазу, делая разрезы под произвольными углами (см. рис. 6).

для быстрой оценки пригодно-сти системы проводится сравнение с маской (mask testing). вместо измере-ния параметров глаза в этом случае определяются ключевые области, в которые передаваемый сигнал не дол-жен попадать (см. рис. 7). в противном случае система признается нерабо-тоспособной. в качестве маски может использоваться контур BER. Анализ занимает несколько секунд, однако он, как и глазковая диаграмма, достаточ-но поверхностный, поэтому позволяет обнаружить только систематические ошибки, а не одиночные события.

BER Contour можно сделать более наглядным, если перевести его в трех-мерный режим с помощью инструмен-та Eye Bowl. на рисунке 8 приведена объемная структура контуров BER. верхние слои в этой структуре обо-значают высокий уровень BER порядка 10–2, а нижние — низкую вероятность появления ошибки (около 10–16).

Литература1. Guy Foster. Anatomy of an Eye Dia­

gram — a Primer.2. Guy Foster. Bridging the Gap Between

BER and Eye Diagrams — A BER Contour Tutorial.

3. Guy Foster. Measurements of Pre­Emphasis on Altera® Stratix® GX with the BERTScope 12500A.

4. Измерение джиттера в цифровых системах//www.unitest.com.

5. Guy Foster. Measurement Brief: Exa min­ing Sampling Scope Jitter Histograms.

76

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

www.elcp.ru

В статье освещены основополагающие принципы построения ВЧ-тракта приемника беспроводной системы связи. Рассмотрены основные функ-циональные блоки приемного тракта и особенности их интегрального исполнения. Обсуждаются преимущества и недостатки основных видов архитектур ВЧ-приемников.

БАзОвыЕ ПРИнцИПы ПОсТРОЕнИЯ вЧ-ТРАКТА ПРИЕмнИКА БЕсПРОвОднОй сИсТЕмы свЯзИВиктор АлексАндроВ, техн. консультант, Ид «Электроника»

в общем случае в вЧ-тракт беспро-водного устройства входят все функ-циональные блоки между антенной и цифровой системой обработки сигна-ла основной частоты (digital baseband system). для приемника беспроводной системы такими блоками являются фильтры, малошумящие усилители и смесители с понижением частоты, кото-рые необходимы для преобразования модулированных сигналов, принятых антенной, в сигналы, предназначен-ные для подачи на вход АцП основной частоты.

Приемник в большинстве случаев представляет собой малошумящий усилитель, который преобразует вход-ной сигнал с понижением частоты. следовательно, особое значение имеет чувствительность и избирательность приемника. в свою очередь, передатчик преобразует выходной сигнал с повы-шением частоты перед его подачей на усилитель мощности. в данном случае первостепенное значение имеет нели-нейность усилителя. При существенных различиях схемы входного тракта при-емника и выходного тракта передатчи-ка используют много общих устройств, например гетеродин. в данной статье основное внимание будет уделено при-емному тракту беспроводной системы.

Благодаря успехам в разработке и производстве интегральных схем, неко-торые традиционные задачи аналого-вой обработки сигнала промежуточ-ной частоты (ПЧ) могут быть решены с помощью цифровых схем. Так, напри-мер, фильтрация и преобразование частоты сигнала могут быть выполнены цифровыми фильтрами и DSP.

вЧ-тракт является наиболее критич-ной частью схемы приемного устрой-ства. входной тракт приемника опреде-ляет оптимальное соотношение между общей производительностью системы, ее энергопотреблением и размерами. в конечном итоге от конфигурации ана-

логового интерфейса зависит достижи-мая величина частоты битовых ошибок и отношения сигнал/шум приемного устройства.

ВЧ-трАкт В интегрАльном исполнении вЧ-тракт, как правило, реализуется

в виде модуля, содержащего несколько интегральных схем, которые могут быть изготовлены с помощью различных технологий, таких как обычная КмОП-технология или усовершенствованная SiGe-технология. Функционально такие многочиповые модули (или системы-в-корпусе) выполняют большинство, если не все, видов аналоговой обработки сигнала — фильтрацию, детектирова-ние, усиление и демодуляцию.

многочиповые модули отража-ют важную тенденцию в развитии вЧ-устройств, а именно — увеличение степени интеграции системы, т.е. воз-можность размещения все больше-го количества функций на кристалле. Причина этого заключается в умень-шении стоимости, снижении потре-бляемой мощности и размеров (осо-бенно в мобильных и портативных устройствах). Однако, независимо от уровня интеграции, базовая архитек-тура вЧ-тракта остается неизменной: фильтрация сигнала, усиление и демо-дуляция. Антенна принимает моду-лированный сигнал, который прохо-дит через вЧ-тракт приемника. После необходимой обработки во входных каскадах приемника модулированная или информационная часть сигнала (в виде сигнала основной частоты) готова для аналого-цифрового пре-образования в дискретный вид. После оцифровки из сигнала извлекается информация в виде аудио-, видео- или данных.

Каждый из функциональных бло-ков, которые должны быть объеди-нены вместе в модуле вЧ-тракта

приемника (вЧ-фильтр, детектор, смеситель-демодулятор и усилитель), независим и разрабатывается отдель-но. Поэтому для того чтобы миними-зировать ослабление, искажение и отражения сигналов из-за разницы в импедансе, эти компоненты должны иметь стандартизованное характери-стическое сопротивление 50 Ом. Такое же сопротивление имеет высокочастот-ное тестовое оборудование.

необходимо обеспечить согласо-вание 50 Ом входного и выходного импедансов функциональных блоков, когда длина соединительных прово-дников между компонентами системы превышает длину несущей волны. в микросхемах и системах-в-корпусе, работающих на ГГц-частоте, линии меж-соединений коротки, поэтому получить сопротивление в 50 Ом между блоками не представляет труда. Основное вни-мание следует уделить согласованию импеданса блоков, расположенных на печатной плате, из-за сравнительно длинных проводников.

ФункционАльные блоки приемного трАктАОсновным назначением вЧ-тракта

является детектирование и обработка радиоволн, переданных на определен-ной частоте или в диапазоне частот и имеющих известный тип модуляции. с помощью модуляции передается полезная информация: голос, аудио-, видео- или другие данные. для детекти-рования радиоволн приемник должен быть настроен в резонанс с частотой или частотами передачи. Эти приня-тые сигналы фильтруются от ненужных сигналов и помех, а затем усиливаются. После усиления происходит процесс демодуляции, во время которого сни-мается полезная информация с радио-сигнала.

Эти три этапа — фильтрация, уси-ление и демодуляция — являются

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

77

электронные компоненты №12 2009

составляющими общего процесса. Однако конкретная реализация этого процесса (т.е. разработка печатной платы вЧ-приемника) зависит от типа, сложности и количества передавае-мых данных. например, проектирова-ние вЧ-тракта для обработки простого сигнала с амплитудной модуляцией требует намного меньше временных и материальных затрат, чем разработ-ка вЧ-тракта мобильного телефона последнего поколения (3G).

способы реализации различных архитектур вЧ-тракта менялись в раз-ные периоды времени. Однако основ-ные требования для вЧ-тракта, такие как частотный диапазон и тип прини-маемого несущего сигнала, энергетиче-ский баланс канала вЧ-связи, потребля-емая мощность, производительность и габариты остаются практически неиз-менными. Рассмотрим основные архи-тектуры радиоприемников.

осноВные типы рАдиоприемникоВ

Детекторный АМ-приемникОдним из базовых типов

вЧ-приемника является детектор-ный приемник с амплитудной моду-ляцией (Ам-приемник) (см. рис. 1). Информация, подобная речи или музыке, может быть преобразована в амплитудно-модулированный сигнал, передаваемый на несущей частоте. Такой вЧ-сигнал может быть демоду-лирован на стороне приемника с помо-щью простого диодного детектора. все, что необходимо для построения базового Ам-приемника — это антен-на, вЧ-фильтр, детектор и (опциональ-но) усилитель для увеличения уровня полезного сигнала.

Антенна, которая является емкост-ной на частотах, используемых для Ам-радиовещания, последовательно согласована с катушкой индуктивности для повышения тока, что увеличива-ет напряжение на вторичной катуш-ке до максимального уровня. можно использовать фильтр на переменной емкости для выбора нужной полосы частот (или канала) и блокировки неже-лательных сигналов, таких как шум. Отфильтрованный сигнал затем преоб-разуется для демодуляции Ам-сигнала и восстановления полезной информа-ции. на рисунке 2 представлена прин-ципиальная схема, соответствующая блок-схеме на рисунке 1.

сердцем Ам-архитектуры является детекторный демодулятор. в качестве детектора используется диод. в случае простого AM-приемника детекторный диод работает как полуволновой выпря-митель, который преобразует (или выпрямляет) принятый переменный сигнал в постоянный путем блокиров-

ки отрицательной или положительной полуволны сигнала (см. рис. 3). Перед детекторным диодом обычно помеща-ют шунтирующую катушку индуктив-ности, которая служит вЧ-дросселем. Катушка индуктивности поддерживает на входе детекторного диода потенци-ал земли и в то же время обеспечивает высокий входной импеданс, что необ-ходимо для работы на вЧ.

в простом детекторном прием-нике несущая AM-частота вызывает резонанс в цепи колебательного кон-тура, состоящего из катушки индук-тивности и переменного конденсато-ра. Колебательный контур действует подобно гетеродину, и в результате на выходе детектора появляется сигнал основной частоты (обычно аналоговый аудиосигнал). сигнал основной часто-ты может быть либо аналоговым, либо цифровым, в зависимости от первона-чального вида информации, использо-ванного для модулирования несущей частоты. Процесс преобразования сигнала к уровню основной частоты является критичной операцией в боль-шинстве современных радиоустройств. Исключением является временная или фазово-импульсная модуляция.

Оконечным каскадом типового детекторного Ам-приеника являет-ся усилитель, который обеспечивает

необходимый уровень сигнала для про-слушивающего устройства, такого как телефонная трубка или громкоговори-тель. Одним из недостатков диодно-го детектора является недостаточная величина коэффициента передачи по мощности из-за ограничений Ам-схем. дело в том, что при приеме сигнала AM-приемник с полуволновым выпрям-лением формирует верхнюю и нижнюю боковые полосы частот [2]. Однако для полной демодуляции принятого сигна-ла нужна только одна боковая поло-са. другая боковая полоса содержит дублированную информацию. Таким образом, недостатки AM-передачи двояки: во-первых, для приема в дан-ной полосе частот нужна удвоенная полоса для передачи информации и, во-вторых, теряется мощность, необ-ходимая для передачи неиспользуемой боковой полосы (обычно до 50% общей мощности передачи).

Конечно, есть и другие способы демодулирования сигнала детек-торным приемником. замена диод-ного детектора другим типом детек-тора позволяет обнаруживать частотно-модулированные или фазово-модулированные сигналы (последние применяются при передаче цифровых данных). например, многие современ-ные телекоммуникационные приемни-

Рис. 1. Блок-схема простейшего АМ-приемника

Рис. 2. Принципиальная схема АМ-приемника

Рис. 3. Схема полуволнового выпрямителя

78

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

www.elcp.ru

ки используют фазовое манипулирова-ние (phase shift keying — PSK), которое является разновидностью фазовой (угловой) модуляции.

возможности детекторных схем по различению соседних полос частот или каналов ограничены. Эта способность является показателем избиратель-ности приемника и, в свою очередь, определяется способностью входного вЧ-фильтра не пропускать нежелатель-ные сигналы. Избирательность свя-зана с показателем качества (или Q) вЧ-фильтра. высокое значение Q озна-чает, что схема обеспечивает резкую фильтрацию и хорошее разделение между каналами — необходимое каче-ство современных коммуникационных систем. следует отметить, что избира-тельность и чувствительность детек-торного Ам-приемника невысока.

Приемник прямого усиленияБолее сложную архитектуру имеет

приемник прямого усиления, состоя-щий из нескольких вЧ-каскадов, кото-рые одновременно настраиваются на принимаемую частоту перед детек-тированием, и усилителя (см. рис. 4). Каждый каскад состоит из полосового фильтра, в качестве которого могут выступать LC-контур, ПАв-фильтр или диэлектрический резонаторный фильтр, а также усилителя сигнала.

Оконечным каскадом схемы явля-ется комбинация диодного выпрями-теля и аудиоусилителя, известная как сеточный детектор. в отличие от других архитектур, в данной схеме нет пре-образования частоты входных сигна-лов, и они не смешиваются с сигналами гетеродинов. Исходный входной сигнал демодулируется на детекторном каска-де. с другой стороны, в этой простой архитектуре не генерируются сигналы зеркального канала, обычные для дру-гих видов приемников, которые исполь-зуют частотные смесители, например, супергетеродинных приемников.

добавление каждого каскада LC-фильтра — усилителя в приемнике прямого усиления увеличивает общую избирательность. Отрицательная сто-рона — то, что каждый такой каскад должен быть индивидуально настро-ен на нужную частоту. Это не только трудно реализовать, но также означа-ет, что полоса приема увеличивается с частотой. например, если показатель Q схемы равен 50 на нижней грани-це AM-диапазона, скажем 550 кГц, то полоса пропускания приемника будет 550/50, или 11 кГц, т.е. это вполне при-емлемое значение. Однако на верх-ней границе AM-спектра, например, 1650 кГц, полоса пропускания увеличи-вается до 1650/50, или 33 кГц.

в результате избирательность при-емника прямого усиления не явля-

ется постоянной величиной: на низ-ких частотах она выше, а на высоких частотах — ниже. Такие отклонения избирательности могут вызывать нежелательные осцилляции и режимы в настроенных каскадах. Кроме того, усиление не является постоянным в полосе настройки. Из-за этих недо-статков на практике, в частности, во многих современных беспроводных устройствах более широко применяют-ся другие схемы приемников, такие как приемники прямого преобразования (Direct Conversion Receiver — DCR) и супергетеродинные приемники.

Приемник прямого преобразованияспособом преодоления необхо-

димости индивидуальной настройки нескольких вЧ-фильтров в приемнике прямого усиления является прямое преобразование частоты исходного сигнала в намного более низкую основ-ную частоту. в схеме приемника пря-мого преобразования высокая входная частота сигнала, несущего модулиро-ванную информацию, преобразуется в более низкую частоту, которая содер-жит модуляцию, но которую легче детектировать и демодулировать. Такое преобразование частоты дости-гается путем смешивания входного вЧ-сигнала с опорным сигналом иден-тичной или почти идентичной частоты (см. рис. 5). нелинейное смешивание двух сигналов дает сигнал основной частоты, который затем детектируется и демодулируется приемником.

Опорный сигнал генерируется гете-родином. Когда входной вЧ-сигнал смешивается в нелинейном устройстве (диодном смесителе или смесителе на полевом транзисторе) с сигналом гете-родина, то в результате формируется

сигнал ПЧ, который является суммой или разностью вЧ-сигнала и сигнала гетеродина. Когда частота гетероди-на выбирается одинаковой с частотой входного вЧ-сигнала, то говорят, что приемник имеет гомодинную архитек-туру (синхронную) или это приемник с нулевой ПЧ. в противном случае, когда частота опорного сигнала отличается от частоты, которую нужно детектиро-вать, приемник называется гетеродин-ным. Термины «супергетеродинный» и «гетеродинный» являются синонимами («супер» означает «выше» или «сверх», а не «лучше»).

Как в гомодинной, так и в гетеродин-ной схемах новые частоты генерируются путем смешивания двух или более сиг-налов в нелинейном устройстве (тран-зисторном или диодном смесителе). смешивание двух тщательно выбран-ных частот приводит к созданию двух новых частот, одна из которых явля-ется суммой двух частот, а другая — разностью двух смешиваемых сигна-лов. Более низкая частота называется частотой биений, т.к. при смешивании двух близких частот образуется зву-ковая частота. например, если смеши-вать частоту 2000 Гц и 2100 Гц будет сгенерирована звуковая частота 100 Гц. в результате частота сдвигается от более высокой к более низкой, в случае вЧ-приемника — к основной частоте.

Приемники прямого преобразова-ния, или гомодинные (с нулевой ПЧ) приемники, используют гетеродины, точно синхронизированные с часто-той несущего сигнала для того, чтобы прямо преобразовывать входной сигнал в основные частоты. в теории этот простой метод исключает необ-ходимость использования каскадов с понижением частоты вместе с филь-

Рис. 4. Блок-схема приемника прямого усиления

Рис. 5. Блок-схема приемника прямого преобразования

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

79

электронные компоненты №12 2009

трами, смесителями и гетеродинами. Это означает, что после антенны может быть включен вЧ-фильтр с фиксированной частотой вместо нескольких настраиваемых фильтров, как в случае приемника прямого усиления. следовательно, можно спроектировать вЧ-фильтр с более высоким показателем Q.

в схеме с прямым преобразованием нужный сигнал выде-ляется путем настройки гетеродина на желаемую частоту. нежелательные частоты, которые появляются после преоб-разования частоты, остаются в полосе более высоких частот и могут быть отфильтрованы фильтром низких частот, вклю-ченным после смесителя.

Если входной сигнал имеет цифровую кодировку, вЧ-приемник использует для демодуляции цифровые филь-тры в составе DSP. необходимо использовать два смесителя, чтобы сохранить амплитуду и фазу исходного модулирован-ного сигнала: один для синфазного (in-phase — I), а другой для квадратурного (quadrature — Q) выхода основной часто-ты. Квадратурное преобразование с понижением частоты необходимо, т.к. обычно формируются две боковые полосы около несущей частоты. Как мы уже видели, частоты этих боковых полос различны. Таким образом, использование единственного смесителя для сигнала с цифровой кодиров-кой привело бы к потере одной из боковых полос. вот поче-му обычно используется I/Q-демодулятор для извлечения информации, содержащейся в I- и Q-компонентах сигнала.

К сожалению, многие приемники прямого преобразова-ния чувствительны к паразитным утечкам гетеродина, т.к. энергия гетеродина передается в I/Q-демодулятор через антенну или другим путем. Любые сигналы утечки гетеро-дина могут быть смешаны с основным сигналом гетеродина и, таким образом, может быть сформировано постоянное смещение, которое вносит ощутимую погрешность в сигнал основной частоты. Поэтому необходимо обеспечить хоро-шую изоляцию между гетеродином смесителя и вЧ-портами для минимизации утечек гетеродина.

возможно, самым большим недостатком приемников прямого преобразования является их восприимчивость к различным источникам шума при постоянном токе, что при-водит к формированию постоянного смещения. Причиной возникновения нежелательных сигналов обычно является рассогласование импеданса усилителя и смесителя. Жесткий контроль технологических процессов изготовления инте-гральных микросхем позволяет смягчить многие проблемы, связанные с возникновением постоянного смещения из-за возможного рассогласования импеданса. другие способы решения проблемы постоянного смещения освещены в [2].

Супергетеродинные приемникив отличие от сравнительно простой схемы приемника

прямого преобразования, супергетеродинный приемник, как правило, содержит несколько каскадов преобразования частоты, которые, в свою очередь, содержат фильтры, усили-тели, смесители и гетеродины (см. рис. 6). Такая архитектура приемника обеспечивает превосходную избирательность и чувствительность. в отличие от приемника прямого преоб-разования, в котором частоты гетеродина синхронизирова-ны с частотой входного вЧ-сигнала, супергетеродинный при-емник использует частоту гетеродина, которая смещена на фиксированную величину относительно частоты полезного сигнала. Такое смещение частоты позволяет получить про-межуточную частоту, сгенерированную путем смешивания сигнала гетеродина с вЧ-сигналом с помощью нелинейного устройства — диодного или FET-смесителя.

в качестве гетеродина часто используется синхронный генератор, управляемый напряжением (ГУн), работающий в диапазоне частот преобразования входного вЧ-сигнала в сигнал ПЧ. в последнее время для генерирования сигналов гетеродина в беспроводных приемниках используется и ряд других методов стабилизации частоты, включая пря-

мой цифровой синтез (direct-digital-synthesis — DDS), а также применение аналоговых синтезаторов с дробным (fractional-N) и целочисленным (integer-N) коэффициентом деления. Любой метод построения гетеродина должен обе-спечивать необходимый частотный диапазон сигналов с возможностью ступенчатого повышения частоты в поло-се частот системных каналов. например, для системы с 25-кГц каналами не подходит гетеродин, который можно настраивать лишь с минимальным шагом 1 мГц. Кроме того, гетеродин должен обеспечивать приемлемый уровень однополосного фазового шума, специ фицированный на частоте смещения, которая совпадает с частотным интер-валом между системными каналами. смещение частоты на 1 мГц от несущей не обеспечит достаточной информацией об уровне фазового шума, близкого к несущей частоте. Фазовый шум, близкий к несущей, обычно специ фицируется на частоте смещения не более 1 кГц.

Гетеродин должен обеспечивать достаточную мощность сигнала, подаваемого на смеситель. в некоторых случаях на выходе гетеродина включают буферный усилитель, который обеспечивает уровень выходного сигнала, достаточный для компенсации потерь на преобразование в смесителе. При разработке портативных устройств следует тщательно выби-рать источник питания и учитывать потребляемую мощность гетеродина.

смесителисмесители являются интегральной частью вЧ-тракта

любого современного приемника. Частотные смесители могут быть основаны на различных нелинейных устрой-ствах, таких как диоды и полевые транзисторы. Из-за про-стоты и возможности работы без постоянного смещения диодные смесители превалируют во многих беспроводных системах. существует несколько топологий смесителей,

80

ТЕ

ОР

ИЯ

И П

РАК

ТИ

КА

www.elcp.ru

включая несимметричный смеситель, балансный смеситель и кольцевой балансный смеситель. возможны и другие варианты этих конфигураций, например, смесители с подавлением зеркального сигнала и смесители на гармонике гетеродина, которые обыч-но используются на более высоких частотах, часто в миллиметровом диа-пазоне длин волн.

Простейшим диодным смесителем является несимметричный смеситель, который может состоять из входно-го трансформатора с согласованием импеданса, единственного диода, вЧ-дросселя и фильтра низких частот. вносимые потери такого смесителя состоят из потерь на преобразование, диодных потерь и потерь в трансфор-маторе. номинальные потери на пре-образование боковой полосы равны 3 дБ, потери в трансформаторе около 0,75 дБ на каждую сторону. Кроме того, есть диодные потери из-за наличия последовательного сопротивления диода.

несимметричный смеситель являет-ся простым решением, которое часто

Рис. 7. Схема кольцевого балансного смесителя

используется в недорогих детекторах, таких как детекторы движения. входной трансформатор для согласования импеданса должен обладать хорошей избирательностью, чтобы исключить излучение сигнала гетеродина обратно в вЧ-терминал и в антенну.

Балансный смеситель использу-ет два встречно-включенных диода. в такой конфигурации шумовые ком-поненты от гетеродина или вЧ-порта, которые поступают в диод, генериру-ются в противоположном направле-нии в другом диоде и почти полностью компенсируются на выходе ПЧ.

Кольцевой балансный смеситель обычно строится на основе четырех диодов, включенных, как показано на рисунке 7. Такая конфигурация обе-спечивает прекрасное подавление случайных помех и хорошую изоля-цию между всеми портами. Из-за сим-метричного включения напряжение гетеродина изолировано от вЧ-входа, что предотвращает появление напря-жения вЧ на выходе гетеродина. Потери на преобразование кольце-вого балансного смесителя близки к

потерям на преобразование баланс-ного смесителя, хотя динамический диапазон кольцевого балансного сме-сителя намного больше из-за увеличе-ния точки перехвата.

Путем объединения полевого или биполярного транзистора с монолит-ной микросхемой смесителя можно создать активный смеситель с усилени-ем при преобразовании, а не с потеря-ми. в общем случае этот тип смесителей может функционировать с меньшим уровнем возбуждения гетеродина, чем пассивные смесители на основе поле-вых транзисторов или диодов, хотя в активных смесителях также могут воз-никнуть искажения при чрезмерных уровнях возбуждения.

в вЧ-трактах, беспроводных при-емниках или полных приемопере-датчиках, изготовленных с исполь-зованием монолитных Ис, часто применяется активный смеситель, известный как «ячейка Гилберта». Такой тип смесителя сочетает малую потре-бляемую мощность, высокий коэффи-циент усиления и широкую полосу про-пускания. Т.к. этот смеситель требует дифференциальных сигналов, он обыч-но реализуется с использованием вход-ных и выходных трансформаторов, как в кольцевом балансном смесителе.

ЛитеРатуРа1. Janine Sullivan Love. RF Front-End:

World Class Designs. Chapter 9//www.rfdesignline.com.

2. Christopher Bowick. RF Circuit Design. Chapter 8//www.rfdesignline.com.

3. Dake Liu, Anders Nilsson. Multimode: How to design a programmable baseband device for multiple wireless standards// www.dspdesignline.com.

4. Kelly Maas. Suppressing and containing? Try spread spectrum clocking to reduce EMI//www.wirelessnetdesignline.com.

5. B. Keith Woodard. Tutorial: Tuning the baseband-to-radio connection for wireless basestations//www.commsdesign.com.

6. Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Skold, Per Beming. Wireless data rates, part 2: High-order and multi-carrier modulation//www.dspdesignline.com.

7. Rakesh Soni, Eric Newman. Direct conversion receiver designs enable multi-standard/multi-band operation//www.rfdesignline.com.

Рис. 6. Блок-схема супергетеродинного приемника

82

по

сл

е р

аб

от

ы

www.elcp.ru

Прогресс не стоит на месте, и схемы постоянно совершенствуются. Сегодня мы продолжим тему усилителей класса D и остановимся на спо-собах улучшения их качества.

Улучшение характеристик усилителей класса DТейс Бэкерс (Thijs Beckers), инженер, Elektor

благодаря высокому КпД усилители класса D отлично подходят для порта-тивных устройств. проходя через уси-литель, сигнал модулируется в блоке широтно-импульсного модулятора (ШИМ), поэтому на выходе его необ-ходимо восстанавливать (см. рис. 1). обычно это делается с помощью око-нечного ФНЧ. однако фильтр неизбеж-но вносит помехи и дополнительное искажение сигнала. Кроме того, увели-чивается размер и стоимость устрой-ства.

К счастью, существует несколько подходов, не требующих использова-ния ФНЧ. рассмотрим один из них на

Рис. 1. Обобщенная схема усилителя класса D

Рис. 2. Усовершенствованная схема усилителя, не требующая выходного ФНЧ

примере усилителя MAX9700 (Maxim), упрощенная схема которого приведе-на на рисунке 2. Усилитель содержит два независимых выходных канала с компараторами. На вход компарато-ров поступает дифференциальный звуковой сигнал и сигнал с генерато-ра пилообразного напряжения. Когда на выходах компараторов устанавли-ваются сигналы с низким уровнем, оба выхода усилителя переключаются в активное (высокий уровень) состоя-ние. Выход элемента ИлИ-Не также имеет высокий уровень, однако он устанавливается с задержкой, которая задается цепью RONCON. Когда сигнал с

выхода элемента ИлИ-Не преодолева-ет пороговое значение, ключи S1 и S2 закрываются. соответственно, выхо-ды OUT+ и OUT– переходят на низкий уровень до следующего такта. таким образом, оба выхода схемы находят-ся в активном состоянии только в течение короткого интервала tON(min), который определяется номиналами RON и CON.

если на входе усилителя присутству-ет нулевой сигнал, то выходные сиг-налы OUT+ и OUT– находятся точно в фазе, и ширина импульса равна tON(min). при изменении амплитуды входного сигнала компараторы переключаются в разные моменты времени, поэтому ширина импульсов на выходах уси-лителя перестает совпадать. средняя величина каждого выходного сигнала представляет собой выпрямленный исходный звуковой сигнал. разность этих средних значений дает полный аудиосигнал.

поскольку выходы синфазны, когда на входе ноль, то дифференциальный сигнал в нагрузке отсутствует, а мощ-ность потребления минимальна. таким образом, мы избавились от необходи-мости использовать ФНЧ.

У этой схемы есть еще одно досто-инство. Импеданс динамика имеет две составляющих: активную (Re) и индуктивную (Le) (индекс е указывает на принадлежность к электронному компоненту). Вместе они образуют ФНЧ первого порядка с частотой среза

fc = 1/(2πLe/Re) [Гц].

Для большинства динамиков ФНЧ первого порядка вполне достаточно для восстановления звукового сиг-нала и предотвращения излишнего рассеяния энергии. следует обратить внимание, что индуктивные характери-стики динамика должны сохраняться на частоте переключения усилителя, чтобы номинальная мощность была максимальна.

МеТоды УМеньшения поМехКак правило, усилители класса D

рассеивают значительное количество

по

сл

е р

аб

от

ы

83

электронные компоненты №12 2009

НовиНки компаНии «мастер кит»

энергии в виде электромагнитных помех. поскольку выходной импульс имеет прямоугольную форму, то их сложно уменьшить до допустимого стандартом уровня без применения выходного фильтра.

одно из решений данной пробле-мы — расширение спектра частоты переключения. рассмотрим пример. пусть частота переключения усили-теля меняется случайным образом в пределах некоторого диапазона, скажем, ±10%. Хотя при этом и уве-личивается полоса частот, на кото-рых усилитель излучает посторонние ВЧ-сигналы, зато пиковые значения сигналов на этой полосе существенно уменьшаются и не превышают допу-стимые уровни. Необходимо следить, чтобы рабочий цикл модулированно-го сигнала не менялся, иначе исхо-дный звуковой сигнал или его часть будут потеряны.

таким образом, суммарная мощ-ность в выходном спектре остается постоянной, но распределяется по более широкому диапазону частот. пиковые значения ВЧ-сигналов умень-шаются, и излучение от проводов ста-новится слабее.

Данный метод модуляции с рас-ширенным спектром позволяет суще-

ственно снизить электромагнитные помехи, однако у него есть один важный недостаток: длина кабелей, соединяющих динамик со схемой, ограничена. Чем больше длина про-водов, тем больше мощности они рас-сеивают. если излучение превышает допустимое значение, а длину кабелей уменьшить не удается, то необходимо использовать фильтр. Во многих случа-ях для этого достаточно использовать ферритовую шайбу.

рассмотрим другой способ умень-шения электромагнитных помех. он называется методом регулирования наклона фронтов (ERC — edge rate control). В большей степени помехи, генерируемые усилителями класса D, обусловлены резкими краями выход-ных импульсов. Чем меньше время фронта или спада импульса, тем боль-ше электромагнитных помех он созда-ет. если же эти времена увеличить, то края импульса перестанут быть рез-кими, и излучение ослабеет. однако при этом изменяется форма импульса, что приводит к увеличению нелиней-ных искажений, появлению шумов и ухудшению характеристик усилителя. так, чем дольше выходной каскад будет находиться в промежуточном положе-нии между полностью включенным и

полностью выключенным состояниями, тем больше мощности будет рассеи-ваться в виде тепла.

Несмотря на этот недостаток, метод регулирования фронтов является довольно распространенным среди разработчиков. при аккуратном рас-чете и проектировании схемы потери по мощности и нелинейные искажения можно свести к минимуму. Часто для уменьшения электромагнитных помех достаточно замедлить только часть фронта или спада. при этом модулиро-ванный сигнал корректируется вклю-чением дополнительных внутренних обратных связей.

На практике для уменьшения элек-тромагнитных помех важно соблюдать изоляцию сигнальных каналов и рас-полагать аналоговые входы как можно дальше от всех элементов, работающих в ключевом режиме.

По вопросам приобретения образцов или сотрудничества с Elektor обращай-тесь к Антону Денисову: anton@elcp.ru, тел.: (495) 741-77-01.

Оформить бесплатную еженедель-ную подписку на новостную рассылку от издания Elektor можно на сайте www.elektor.com.

Обзор журнала Elektor №9, 2009Тема ноябрьского номера Elektor — микроконтроллеры. Поскольку

устройства на основе МК пользуются большим спросом и просты в изготовле-нии, то им всегда уделяется особое внимание в каждом номере Elektor. Многие проекты совершенствуются и дополняются возможностями, что приводит к созданию новых устройств.

Тематическая рубрика включает несколько больших и средних проектов. Наиболее заметные среди представленных идей — это сетевой модуль (веб-сервер на одной плате) для выхода в интернет на основе микроконтроллера R32C,

переходник USB-PS/2, миниатюрные электронные шахматы, контроллер энергии для паяльной станции и несколько новогодних игровых устройств, например, эмулятор первых компьютерных игр на основе ядра ATM18 или оригинальное устройство на основе голубых светодиодов, предназначенное для нейтрализации зимней депрессии.

В рубрике «В лаборатории Elektor» инженеры делятся впечатлениями о про-граммном обеспечении Altium и оценивают его работу на различных типах МК.

Также в номере можно найти обзор ПЛИС Actel семейства IGLOO, советы по улучшению качества звука аудиоусилителей и обширную статью, посвященную методам поиска и заказа электронных компонентов через интернет.

| Цифровая рУчка MT6080 | Пишите от руки в память компьютера! Для тех, кто конспектирует лекции, уроки, ведет заметки от руки, записывает протоколы перегово-ров и т.д. Записанный на бумагу текст автоматически пере-водится в текстовый файл или сохраняется в виде файла jpg. Работает также в он-лайн режиме.

| свеТодиодная фиТолаМпа для подсвеТки расТе-ний MT5070 | Предназначена для освещения комнатных растений. Обеспечивает оптимальный для роста и разви-тия растения спектр излучения, не нагревается при рабо-те, экономична (потребляемая мощность — 9 Вт), имеет длительный срок службы (более 10000 ч работы).

| ГиБкая видеокаМера MT1010 | Выполнена в виде «зонда» длиной около 60 см, на его конце расположена видеокамера и подсветка. С помощью двухметрового про-вода с USB-разъемом подключается к компьютеру: все, что «видит» электронный глаз на гибком зонде, отражается на мониторе компьютера. При нажатии кнопки можно выполнить фото- или видеосъемку, которые сохраняют-ся в памяти ПК.

| Беспроводная сисТеМа БезопасносТи с полно-фУнкЦиональныМ GsM-ТелефоноМ MT3050 | Сис-тема сообщит о взломе, задымлении или утечке газа в доме в виде голосового сообщения или sms на Ваш мобильный телефон. Устанавливается за час, не требуя профессиональных навыков. В составе — стационар-ный GSM-телефон, два беспроводных охранных датчика: движения и открывания двери, а также два пульта ДУ и тревожная кнопка. Работает с беспроводными датчиками задымленности и газа (по выбору).

| деТекТор УТечки Газов MT8055 | Применяется на кухнях жилых домов для защиты людей и помещений от утечки бытового газа. Индикация: световая и звуковая (85 дБ). Питается от сети 220 В.

| авТоМаТическая защиТа коМпьюТера оТ люБо-пыТных коллеГ MT8030 | Защитит ваш компьютер от любопытных: в Ваше отсутствие компьютер автоматически блокируется. При вашем появлении блокировка выключа-ется. Возможен контроль безопасности нескольких ком-пьютеров.

84

по

сл

е р

аб

от

ы

www.elcp.ru

В данной статье на конкретном примере показано развитие современ-ных энергосберегающих технологий, и разобраны причины, по которым эти технологии самостоятельно, без помощи государства или междуна-родных фондов, находят свое место на современном рынке.

Светодиодные лампы как альтернатива галогеннымЮрий Садиков, менеджер по продвижению продукции, «Мастер Кит»

Мы давно привыкли к разнообразию осветительных устройств, доступных на рынке: лампы накаливания, электро-люминесцентные лампы, галогенные, натриевые и уж совсем экзотические — индукционные лампы. тем не менее за кажущимся многообразием скрывает-ся технически и экономически обосно-ванное разделение рынка. так, в быту обычно применяются лампы накалива-ния и электролюминесцентные лампы, для офисного освещения — в основ-ном электролюминесцентные, для освещения торговых залов и подсветки витрин — галогенные, а для уличного освещения — натриевые лампы. однако появление еще одного источника света, сверхъярких светодиодов, стремитель-но изменило состояние рынка.

Новый класс светодиодных ламп, представленный под торговой маркой «Мастер Кит», предназначен для заме-ны 12-В галогенных ламп MR16 мощно-стью 35 Вт (BM6031) и 50 Вт (BM6032), а также ламп накаливания 220 В/40 Вт со стандартным резьбовым цоколем (BM6033). Внешний вид указанных ламп приведен на рисунках 1 и 2.

ПреимущеСтва Светодиодных иСточников СветаМощность потребления ламп

BM6031 и BM6032 составляет, соответ-ственно 3 Вт и 6 Вт. таким образом, по сравнению с галогенными аналогами они позволяют существенно сократить расход электроэнергии.

Во-вторых, источник света в гало-генных лампах имеет сравнительно

небольшой разброс времени жизни 200…4000 ч, в то время как светодиоды работают до 50 тыс. ч. при этом важно заметить, что срок жизни галогенных ламп определяется до момента, после которого 50% ламп выйдет из строя, а у светодиодов срок жизни определяется моментом, после которого интенсив-ность света снизится на 30%. Другими словами, время работы светодиода может превосходить заявленное зна-чение, но излучаемый свет будет посте-пенно тускнеть.

Эффективность современных свето-диодных ламп составляет около 20%, а галогенных — 2—3%. Кроме того, све-тодиодные источники характеризуются неограниченным количеством циклов включения и выключения. ресурс пере-ключения галогенных ламп не превы-шает 1000 раз.

один из недостатков галогенных светильников заключается в большой рассеиваемой мощности. Нагрев при-водит не только к дискомфорту людей, находящихся рядом, но и к потенциаль-ной угрозе: в закрытом пространстве галогенная лампа может взорваться. Для сравнения, светодиодные источни-ки излучают в 10 раз меньше тепловой энергии.

Кроме того, светодиодные лампы могут работать от аккумуляторных батарей. Например, нескольких акку-муляторов от мобильных телефонов будет достаточно для питания 10 све-тодиодных ламп BM6032 в течение 10 ч. подобные системы бесперебойного питания уже запланированы к серий-

ному производству. они будут наибо-лее востребованы в таких областях как системы аварийного освещения.

Наконец, нельзя не упомянуть о такой характеристике световых источ-ников как распределение света. любая галогенная лампа имеет в своей кон-струкции отражатель, поэтому осве-щенность в центре светового пятна всегда значительно выше, чем у кон-тура. У светодиодной лампы световое пятно однородно по всему рисунку и практически не изменяется от центра к контуру.

Цветовая температура галогенной лампы находится в теплом диапазо-не, комфортном для человеческого глаза, но едва подходящем для систем подсветки, где приветствуются более холодные тона. светодиодные лампы имеют широкий диапазон цветовых температур, что делает их более при-годными для систем подсветки.

DMX-контроллер для уПравления Светодиодными ламПами В ассортименте «Мастер Кит» поя-

вился DMX-контроллер BM9230 для дистанционного управления светоди-одными лампами 12 В от персонально-го компьютера (см. рис. 3). благодаря имеющемуся в контроллере программ-ному обеспечению, у продвинутого пользователя есть возможность управ-ления освещением по трем каналам. Устройство питается от источника постоянного напряжения 12…24 В.

В состав BM9230 входят следующие модули: стабилизаторы тока светоди-одных модулей, источник питания и микропроцессорный блок, осущест-вляющий прием и обработку сигна-лов протокола DMX-512, управление драйверами и индикацию режимов работы.

Более подробную информацию о новинке можно узнать на сайте произ-водителя www.masterkit.ru.

чем ламПы «маСтер кит» отличаЮтСя от Продукции азиатСких Производителей?1. В лампах «Мастер Кит» исполь-

зуются светодиоды исключительно Рис. 1. Светодиодная лампа BM6031/BM6032 Рис. 2. Светодиодная лампа BM6033

по

сл

е р

аб

от

ы

85

электронные компоненты №12 2009

Рис. 3. Органы управления DMX-контроллера BM9230

ведущих мировых производителей, что гарантирует соответствие реальных световых характеристик заявленным в документации.

2. радиатор светодиодной лампы «Мастер Кит» разработан в соответ-ствии с тепловым расчетом и обе-спечивает требуемое охлаждение кристалла. таким образом, перегрев исключен, а время жизни лампы мак-симально.

3. Источник питания лампы «Мастер Кит» изготавливается из электронных компонентов ведущих производите-лей, при этом специалисты контро-лируют качество поставляемых ком-понентов и процесс их установки на собственном предприятии.

4. Цоколь лампы «Мастер Кит» изго-товлен из стеклонаполненного полиа-мида, устойчивого к высоким темпе-ратурам и обладающего высокими электроизоляционными свойствами. У большинства азиатских производи-телей цоколь изготавливается из ABS-пластика, имеющего худшие электрои-золяционные свойства.

Полное описание светодиодных ламп «Мастер Кит», а также других светодиодных источников приведено на сайте www.masterkit.ru/main/bycat.php?num=39.

86

WWW.ELCP.RU

Новые компоненты на российском рынке

АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Микросхемы для расши-ренного температурного диапазона до 150°C от Microchip

Компания Microchip анонсировала самую широ-кую в отрасли линейку микросхем, рассчитанных

на расширенный температурный диапазон до 150°C, включая 8- и 16-разрядные PIC® микроконтроллеры и контроллеры цифровой обработки сигналов dsPIC®, последовательную память EEPROM и различные аналоговые микросхемы. Вся линейка проверена на полное соответствие требованиям стандарта AEC-Q100 Grade 0 и оптимизирована для автомобильных приложений, находящих-ся в непосредственной близости от двигателя; экстремальных промышленных применений, таких как буровые установки и осветительное оборудование; ответственных медицинских при-ложений, таких как автоклавы и т.п. Микросхемы с расширенным диапазоном рабочих температур открывают новые возможности для инженеров, разрабатывающих электронную начинку для устройств, эксплуатирующихся в экстремальных условиях.

Выход верхней границы рабочих температур за ставшие при-вычными 125°C продиктован постоянно растущими требованиями рынка, и компания Microchip старается идти в ногу со временем.

Возможность установки микросхем непосредственно в зону повышенных температур позволяет использовать бесщеточные электродвигатели (BLDC) вместо электродвигателей с ременным приводом для водяных насосов, охлаждающих вентиляторов двигателей, перепускных клапанов турбокомпрессоров, управле-ния дросселем и т.п. Это улучшает эффективность использования топлива и уменьшает выбросы за счет более разумного исполь-зования передовых технологий. Теперь датчики могут быть установлены непосредственно в КПП автомобиля или в систему охлаждения. В линейке микроконтроллеров для расширенного температурного диапазона есть компактные контроллеры с CAN- и LIN-интерфейсами. Отсутствие потребности в тепловой защите позволяет снизить стоимость и упростить конечное устройство.

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

АЦП/ЦАП

Быстродействующий 16-канальный 24-разрядный АЦП от Analog Devices

Компания Analog Devices предлагает микросхему AD7194 — малошумящий входной тракт для систем, требовательных к высо-кой точности преобразований. Она содержит сигма-дельта АЦП высокой точности (24 разряда), мультиплексор (16 каналов) и уси-литель с программируемым коэффициентом усиления (1—128).

На входы устройства можно подавать 8 дифференциальных или 16 псевдодифференциальных сигналов. Имеется встроенный генератор тактовых сигналов на 4,92 МГц, но можно использовать внешний тактовый генератор или кварцевый резонатор. Скорость вывода данных на выходе варьируется от 4,7 Гц до 4,8 кГц. Вместе с АЦП работает цифровой фильтр с малым временем установления.

Новая микросхема AD7194 предназначена для работы в систе-мах сбора данных, программируемых промышленных компью-терах, датчиках расхода и температуры, медицинских приборах, научном оборудовании, датчиках давления, весах, портативном измерительном оборудовании.

Миниатюрный корпус 32-LFCSP поможет сэкономить место на печатной плате, уменьшить габариты устройства. Интерфейс управления и данных SPI упрощает сопряжение микросхемы с микроконтроллером или процессором.

Краткие технические характеристики:– широкий диапазон рабочих напряжений питания 3,0…5,25 В;– номинальный потребляемый ток 4,65 мА;– номинальный уровень шума 11 нВ эфф. (при Ку = 128,

Fд = 4,7 Гц);– эффективное число разрядов преобразования: 22 при

Ку = 1, и 15,5 при Ку = 128;– дрейф смещения ±5 нВ/°С;– дрейф усиления 1 ppm/°С;– диапазон рабочих температур –40…105°С.Analog Devices Inc.www.analog.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ

Новые ГЛОНАСС/GPS-приемники от ЗАО «КБ Навис»

Компания «Макро Групп» представляет новые модули производства ЗАО «КБ Навис» NV08C-NV08C-MCM-M и NV08C-CSM-R.

Семейства модулей нового поколения работают по сигналам ГЛОНАСС/GPS/GALILEO/COMPASS и их функциональным дополне-ниям.

Новые разработки «КБ Навис» примечательны тем, что все необходимые для работы компоненты, кроме антенн, имеются внутри модуля. От предыдущего поколения приемников эту серию отличают меньшие габариты, повышенная чувствитель-ность приемников. Все модули нового семейства имеют 32 кана-ла приема навигационных сигналов на частоте L1.

NV08C-MCM-M изготавливается по технологии многокри-стального модуля на кристаллах NV08CD и NV08CA методом flip-chip. Максимальная потребляемая мощность при работе от двух навигационных систем 150 мВт, а в режиме однократных опреде-лений по двум навигационным системам — 20 мВт. Размер — 9×11×2,5 мм. Модуль выполнен в корпусе BGA.

NV08C-CSM-R — это навигационный ОЕМ-модуль на основе СБИС NV08CD и NV08CA. Его основные отличия от NV08C-MCM-M в том, что он имеет расширенные возможности по вне-дрению в различные приложения за счет использования встро-енной в приемник перепрограммируемой ROM (флэш). Модуль проектировался с учетом потребностей автомобильного рынка, поэтому при изготовлении модуля были соблюдены все требо-вания стандарта Automotive.

Максимальная потребляемая приемником мощность при работе по сигналам ГЛОНАСС/GPS 180 мВт, в режиме однократ-ных определений по двум навигационным системам — 30 мВт. Размер модуля в корпусе под SMT-монтаж — 18×24×3 мм.

NV08С-CSM-R не требует дополнительной элементной базы для встраивания его в пользовательскую навигационную систе-му, что снижает время вывода на рынок аппаратуры с использо-ванием данного модуля.

ЗАО «КБ Навис»www.navis.ruДополнительная информация:см. «Макро Групп», ЗАО

87

Электронные компоненты №12 2009

«Компьютер-на-модуле» c про-цессором Intel Atom и энергосбе-регающей функцией S5 Eco от Kontron

«Компьютер-на-модуле» microETXexpress-DC холдинга Kontron базируется на процессоре Intel Atom N270 с частотой 1,6 ГГц, поддерживающем технологию Hyper-Threading, и чипсете Intel

945GSE. Наличие мощной 3D-графики, возможность подключения двух дисплеев, необходимые интерфейсы и низкое энергопо-требление позволяют применять microETXex press-DC в широком спектре встраиваемых приложений (медицинское и контрольно-измерительное оборудование, транспорт, промышленная автома-тизация, энергетика, решения Digital Signage для информацион-ных и кассовых терминалов).

Новинка поддерживает напряжение питания 8,5…18 В, что избавляет разработчиков от необходимости устанавливать на базовые платы дорогие преобразователи постоянного тока. Кроме того, это первый продукт холдинга Kontron с новой высо-коэффективной энергосберегающей функцией S5 Eco, способ-ной заменить режим S5. В состоянии S5 Eco потребляемый ток составляет менее 1 мА, что как минимум в 200 раз меньше, чем в стандартном режиме S5.

«Компьютер-на-модуле» имеет 533-МГц системную шину и может нести до 2 Гбайт памяти DDR2 533. Сигналы SVDO для интерфейсов VGA и DVI передаются по шине PCI Express Graphics (PEG). MicroETXexpress-DC оснащен также выходом ТV-out. Два 18-разрядных канала LVDS и поддержка до 224 Мбайт графи-ческой памяти позволяют осуществлять вывод графики на два цифровых или аналоговых дисплея в разрешениях до 1600×1200 (UXGA) и до 2048×1536 (QXGA), соответственно.

Несмотря на малые габариты (95×95 мм), устройство является полноценным компьютером с интерфейсами 1×Gigabit Ethernet, 2×Serial ATA, 1×Parallel ATA, 8×USB 2.0, 3×PCI Express×1 и 1×PCI 2.3, которые выведены в разъем COM Express Type 2.

Модуль обладает повышенной устойчивостью к воздействию ударно-вибрационных нагрузок и соответствует стандарту IEC 60068-2-6.

Kontronwww.kontron.comДополнительная информация:см. «РТСофт», ЗАО

Две новые версии расширений реального времени (RTX) для Windows от IntervalZero

Компания IntervalZero Inc., один из ведущих разработчиков программных решений, официальным представителем которой в России является ЗАО «РТСофт», объявляет о выпуске двух новых версий расширений RTX для Windows — RTX 2009 и RTX 2009 SMP. Новые программные средства для реализации «жесткого» реального времени в среде Windows с детерминистическими характеристиками и поддержкой симметричной мультипроцесс-ной обработки значительно расширяют возможности производи-телей прикладных систем. Они позволяют разрабатывать более компактные системы, повышать объемы, темпы и качество про-изводства при одновременном снижении его себестоимости.

Благодаря реализованной в передовой архитектуре Soft-Control Architecture поддержки мультипроцессной обработки в многопроцессорных архитектурах и тесной интеграции со сре-дой Windows, ее применение позволяет отказаться от специали-зированных аппаратных средств оперативного регулирования на основе ПЛК или других устройств управления. Программные средства, разработанные с использованием открытых стандар-тов и стандартных коммуникационных архитектур (USB, Real-Time Ethernet), могут исполняться обычными многоядерными процес-сорами типа х86.

Новые версии расширения IntervalZero RTX 2009 различаются поддержкой многопроцессной обработки:

– RTX 2009 поддерживает выполнение операций реального времени в одном общем либо выделенном RTX-процессоре в одно- или многопроцессорной системе.

– RTX 2009 SMP поддерживает использование для выполне-ния операций реального времени либо одного общего, либо до семи выделенных RTX-процессоров (в многоядерных/многопро-цессорных системах).

Расширения RTX 2009 и RTX 2009 SMP поддерживаются опе-рационными системами Microsoft Vista, Windows XP и Windows Embedded Standard 2009, а также Visual Studio 2008. После офи-циального выхода Windows 7 и Windows Embedded Standard 2011 в RTX будет добавлена поддержка и этих операционных систем.

IntervalZero Inc.www.intervalzero.comДополнительная информация:см. «РТСофт», ЗАО

ДАТЧИКИ

Новые датчики влажности с пониженным энергопотребле-нием компании Honeywell

Новые датчики влажности серии HIH-5030/5031 созданы с использованием КМОП-технологии и имеют аналоговый выход но напряжению. Низкое напряжение питания (менее 2,7 В) и низкий ток потребления позволяют использо-вать их в системах с батарейным

питанием. Кроме того, они обладают большей точностью во всем измеряемом интервале относительной влажности 0…100%, по сравнению с ранее выпускавшимися этой фирмой датчиками этой серии HIH-4030/4031. Многослойная конструкция чувстви-тельного элемента позволяет датчикам работать в агрессивной среде с повышенным содержанием конденсата, пыли, загрязне-ний, масла и различных химикатов. Датчик HIH-5030 представля-ет собой микросхему в корпусе, защищающем чувствительный элемент от попадания влаги, а датчик HIH-5031 снабжен к тому же специальным гидрофобным фильтром.

Серия HIH-5030/5031 предназначена для применения в про-мышленности и медицине в самых различных видах оборудова-ния: компрессорном, сушильном, морозильном, обрабатывающем, метеорологическом, а также в системах с батарейным питанием, в климатическом оборудовании, во встраиваемых приложениях, в больницах, в камерах для доращивания младенцев и в дыхатель-ных аппаратах. Кроме того, датчики, встроенные в аппаратуру, позволяют контролировать уровень влажности аппаратуры, что позволяет увеличить срок службы всего изделия и получить, таким образом, ощутимую экономию вложенных средств.

Датчики влажности серии HIH-5030/5031 предназначены для поверхностного монтажа (имеют SMD-корпус), что позволяет применять современные технологии пайки, и поставляются в ленте на катушках по 1000 шт.

Honeywell International Inc.www.honeywell.comДополнительная информация:см. «Компэл»», ЗАО

Омниполярные цифровые дат-чики положения на эффекте Холла компании Honeywell

Компания Honeywell предста-вила на рынок омниполярные циф-ровые датчики положения, исполь-зующие эффект Холла — SS351AT и SS451A.

Все cвои датчики положения, использующие эффект Холла, компания Honeywell условно делит на датчики первого уровня сложности (1st Level Hall-Effect Position Sensors), которые выпускаются в виде микросхем; датчи-ки второго уровня сложности (2nd Level Value Added Hall-Effect Position Sensors), которые, как правило, имеют стальной корпус; датчики скорости и направления различных типов.

Среди цифровых датчиков положения Холла первого уровня в линейке этого производителя ранее присутствовали только бипо-лярные и униполярные модели. Теперь появились и омниполярные.

Омниполярными (всеполярными) этот тип датчиков назы-вается потому, что они включаются как полем положительной полярности, так и полем отрицательной полярности, что делает установку таких датчиков проще и дешевле, потому что не нужно тратить время и усилия на определение полярности внешнего

88

WWW.ELCP.RU

поля. Именно это обстоятельство должно, по мнению произво-дителя, заинтересовать разработчиков.

В целом, SS351AT и SS451A являются продолжением вышедших ранее на рынок других цифровых датчиков Холла из этой же линей-ки SSxx: SS311PT, SS411P, SS30AT, SS361RT, SS461R, SS340RT, SS440R.

Микросхемы SS351AT и SS451A обладают уменьшенными габа-ритами, что позволяет снизить их стоимость, и предназначены для недорогих систем, отслеживающих перемещение объектов, а также закрытие крышек и клапанов. Это определяет предпо-лагаемые сферы применения этих датчиков: климатическое обо-рудование, промышленность (в том числе робототехнические системы) и медицинское оборудование.

Honeywell International Inc.www.honeywell.comДополнительная информация:см. «Компэл»», ООО

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Новые модули фильтрации и защиты от компании «Александер Электрик ИЭП»

ООО «Александер Элек-трик Источники Элект ро пи-тания» завершило разработку модулей фильтрации и защиты питающих цепей постоянного тока серий МРМ, МРО.

Модули фильтрации и защиты предназначены для

работы в сетях постоянного тока 27 и 60 В, имеют коэффициент ослабления помех 30…60 дБ и защиту от выбросов напряжения до 1000 В.

Модули удовлетворяют требованиям к воздействиям механи-ческих, климатических и биологических факторов со значениями характеристик, соответствующими группе унифицированного исполнения 4У по ГОСТ РВ 20.39.414.2-97, а также требованиям ГОСТ РВ 20.39.414.2-98 по стойкости к воздействию специальных факторов 7.И и 7.С для группы 5Ус и факторов 7.К для группы 1К.

Диапазон рабочих температур –60…85°С.Технические условия БКЮС.468240.003-01 ТУ утверждены

Управлением развития электронной компонентной базы.Предприятием направлены предложения по включению

модулей в перечень МОП 44001.18-2009.ООО «Александер Электрик ИЭП»www.aeip.ruДополнительная информация:см. «Александер Электрик Источники Электропитания», ООО

Новые AC/DC-преобразователи на 30 и 40 Вт от Aimtec

Компания Aimtec Inc. расширила свою линейку AC/DC-источников питания новыми сериями AMExx30-MAZ(30W) и AMExx40-MAZ(40W). Новые источники питания имеют три варианта исполнения: закрытый, в кожухе и открытый.

Источники питания рассчитаны на входное напряжение 90…260 В AC, 47…440 Гц или 120…370 В DC, работают в температурном диапазоне –40…85°C, обеспечивают изоляцию 4000 В AC (ток утечки 150 мкA), имеют одиночный или двуполярный выход 3,3…24 В DC с уровнем пульсаций 50 мВ и нестабильностью выходного напряжения 0,5%.

Все AC/DC-источники питания компании Aimtec соответствуют стандартам EN60601-1-2, EN55011 class B, IEC/EN 61000-3-2, -3-2, IEC 61000-4-2,-4-1,-4-5,-4-6,-4-8,-4-11 и идеально подходят для про-мышленного, медицинского и измерительного оборудования.

Aimtec Inc.www.aimtec.comДополнительная информация:см. «МТ-Систем», ООО

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Новые компактные драй-веры MOSFET и линейные стабилизаторы от Microchip

Компания Microchip анонсировала новую линей-

ку решений для «экоэлектроники». Драйверы MOSFET для син-хронных понижающих преобразователей MCP14628 и MCP14700, а также линейные LDO-стабилизаторы напряжения MCP1804 обеспечивают максимальную эффективность при минимальных габаритах корпусов.

Новые драйверы MOSFET для синхронных понижающих преобразователей управляют двумя n-канальными MOSFET и предназначены для создания неизолированной топологии пре-образователей. Оба драйвера обеспечивают надежную защиту от защелкивания, а MCP14628 имеет дополнительный режим эффек-тивной работы на неполную нагрузку. Драйвер MCP14700 с двумя входами отлично подходит для 3,0-В ТТЛ/КМОП-контроллеров, так как позволяет непосредственно управлять и верхним, и ниж-ним плечами и имеет возможность управления времени задерж-ки включения для возможности работы с различными типами MOSFET.

Стабилизаторы MCP1804 имеют входное напряжение до 28 В и выходное напряжение 1,8…18 В при выходном токе до 150 мА. При токе покоя 50 мкА стабилизатор также имеет специальный энергосберегающий режим, когда выходы отключены, и ток покоя составляет не более 0,01 мкА. Также следует отметить, что из внешних компонентов для LDO-стабилизатора требуется только миниатюрный и недорогой керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ на входе и выходе.

MOSFET-драйверы MCP14628 и MCP14700 доступны в сле-дующих видах корпусов: 8-выводный SOIC и 3×3 мм DFN. Стабилизаторы MCP1804 предлагаются в 3- и 5-выводных кор-пусах типа SOT23, а также в теплоотводящих корпусах SOT-89 и SOT-223.

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

МК И DSP

Новое семейство 32-раз-рядных микроконтролле-ров PIC32 от Microchip

Компания Microchip расширяет номенкла-туру 8-МГц 32-разряд-

ных микроконтроллеров PIC32 тремя новыми семействами. Новые семейства PIC32MX5/6/7 разработаны специально для информационно-емких приложений на базе распространенных коммуникационных протоколов, предоставляемых в бесплат-ных программных стеках Microchip. Это позволяет упростить и ускорить разработку сложного устройства.

Микроконтроллеры PIC32 обладают лучшей в своем клас-се производительностью согласно последнему тесту EEMBC CoreMark и широко известному тесту Dhrystone. Новые микроконтроллеры PIC32 с повышенной производительно-стью содержат до 128 Кбайт ОЗУ и расширенную периферию, включая 10/100 Мбит/с Ethernet, 2×CAN2.0b, USB Host, Device и OTG, 6×UART, 5×I2C и 4×SPI. Интегрированный 100 Мбит/с Ethernet MAC использует стандартизованный в промышлен-ности интерфейс RMII/MIII для подключения недорогих чипов физического уровня (PHY), при этом CAN- и USB-модули имеют встроенный DMA для достижения максимальной пропускной способности.

Компания Microchip предлагает бесплатные TCP/IP- и USB-стеки протоколов с открытым исходным кодом, что позволяет

89

Электронные компоненты №12 2009

ускорить разработку ПО. Доступное ПО включает наиболее вос-требованные протоколы TCP/IP, протоколы USB Host и Device, AES-шифрование, различные файловые системы, графические и звуковые библиотеки и многое другое.

Как и прежде, компания Microchip обеспечивает простую миграцию в рамках различных семейств PIC-контроллеров, что обуславливается едиными средствами отладки, общими стеками протоколов USB и TCP/IP. Также микроконтроллеры PIC32MX5/6/7 совместимы по выводам с предыдущим семей-ством PIC32 и семейством 16-разрядных PIC24F с USB.

Для ускорения освоения разработчиками нового семейства микроконтроллеров предлагаются отладочные демонстрацион-ные платы PIC32 Ethernet Starter Kit (DM320004) и PIC32 USB Starter Kit II (DM320003-2). Также доступны колодки для популярной отладочной платы разработчика Explorer 16 Development Board (MA320003).

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

МОБИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Новый аудиоусилитель клас-са D для портативных прило-жений от On Semiconductor

Компания On Semiconductor анонсировала новую микросхе-му аудиоусилителя класса D со встроенной схемой вольтдобав-ки — NCP2830.

Усилитель обеспечивает выходную мощность до 1,2 Вт на нагрузке 8 Ом с коэффициентом гармонических искажений менее 1%. Микросхема NCP2830 рабо-тает при напряжении питания 2,7…5,5 В, имеет быстрое время запуска (200 мкс), КПД достигает 89%, отношение сигнал/шум на выходе составляет 100 дБ.

NCP2830 поставляется в миниатюрном корпусе UQFN-20 раз-мером 3×3 мм, имеет минимальное количество внешних компо-нентов, что позволяет значительно сократить площадь монтажа. При этом у разработчика появляются дополнительные возмож-ности:

– дистанционное отключение (Shutdown Input);– дистанционное отключение вольтдобавки (Wire Mode);– дистанционное переключение входного импенданса (Gain

Select Input).ON Semiconductorwww.onsemi.comДополнительная информация:см. «МТ-Систем», ООО

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

SMD-светодиоды с высоким световым потоком и энерго-сбережением от Everlight Electonics

Компания Everlight Electonics представляет два новых SMD-светодиода: 99-51 с боковым свечением и 62-127 с верхним свечением. Вариант с боковым свечением имеет световой поток 2200 мкд и узкий корпус для использования в подсветке малых LCD-дисплеев (с диагональю до 10 дюймов), которые обычно устанавливают в ноутбуках, мобильных телефонах и т.п.

Светодиод 62-127 с верхним свечением имеет больший свето-вой поток — 7200 мкд. Он специально разработан для использо-вания в подсветке больших ЖК-дисплеев мониторов и телевизо-ров, а также для использования в световых трубках, индикаторах или в интерьерной подсветке.

Everlight Electonicswww.everlight-electronics.ruДополнительная информация:см. «Политекс», ООО

Новая серия светодиодов Shuen от Everlight Electonics

Компания Everlight Electonics расширила ассортимент мощ-ных светодиодов новой серией Shuen, в которую входят наи-более яркие светодиоды в ком-пактном керамическом корпусе.

Корпус светодиодов серии Shuen состоит из керами-

ческой основы и линзы, что обеспечивает высокую яркость при небольших размерах, подходящих для самого широкого спектра приложений, таких как системы основного освещения, фотовспышки, системы точечной подсветки, сигнальные при-боры, промышленное освещение и другие приборы освещения. Серия имеет изолированный теплоотвод и улучшенные темпе-ратурные и электрические параметры.

Светодиоды серии Shuen отвечают всем требованиям для систем светодиодного освещения, которые обеспечивают эколо-гичность, энергосбережение, надежность и долгий срок службы. Светодиоды Shuen демонстрируют отличные выходные характе-ристики, в том числе высокий световой поток. При рабочем токе до 350 мА светодиоды через 65000 ч эксплуатации сохраняют 70% первоначальной яркости. Кроме того, эти светодиоды способны работать при допустимом значении тока 700 мА.

Everlight Electonicswww.everlight-electronics.ruДополнительная информация:см. «Политекс», ООО

Новая серия светодиодов Phenix от Prolight Opto

Тайваньская компания Prolight Opto выпустила новую серию мощных свето-диодов на миниатюрной керамической подложке, предназначенную, в первую очередь, для освещения. Серия Phenix создана на основе собственных разрабо-ток компании Prolight, с использованием

подложки из меди, имеющей высочайшую теплопровод ность.Светодиоды Phenix производятся в соответствии со стандар-

том JEDEC 1 MSL и предназначены для технологии поверхностно-го монтажа. Пайка светодиодов осуществляется по бессвинцовой технологии в полном соответствии с Европейской Директивой о запрете вредных веществ (RoHS).

Светодиоды Phenix имеют 100-% взаимозаменяемость со све-тодиодами LUXEON Rebel производства Philips Lumileds.

Кристалл, линза и корпус, используемые в светодиодах Phenix, производятся по запатентованной технологии с соблюдением законодательства об авторских правах.

Светодиоды Phenix обеспечивают световой поток поряд-ка 100 лм при токе 350 мА (бин U1: 87,4…99,6 лм; бин U2: 99,6…113,6 лм).

Prolight Optowww.prolightopto.comДополнительная информация:см. «Политекс», ООО

Новое оптореле с изоляцией 5000 В для измерительной и медицинской техники от Clare

Компания Clare, входящая в состав корпорации IXYS, анонсировала выпуск 4-выводного оптореле с барьером изоля-ции 5000 В в конфигурации 1-Form-A (одна группа, нормально разомкнутая). Оптореле

CPC1394G обеспечивает величину блокирующего напряжения 600 В и максимальный ток 120 мА при сопротивлении в открытом состоянии 35 Ом. Новое 4-выводное реле доступно в корпусах типа DIP и для поверхностного монтажа.

CPC1394 ориентировано на применение в измерительной и медицинской технике, где предъявляются высокие требования к надежности и к большему времени эксплуатации оборудования, что обеспечивается технологическими преимуществами и опы-том производства компании Clare. Кроме того, данное реле реко-мендуется для применения в зарядных устройствах и источниках питания мощностью до 5 Вт для отключения выпрямленного

90

WWW.ELCP.RU

высокого напряжения и сокращения тока потребления в режиме ожидания.

Clare Inc.www.clare.comДополнительная информация:см. «МТ-Cистем», ООО

СВЧ

Новый CВЧ-делитель частоты в диапазоне 4…18 ГГц от Analog Devices

Компания Analog Devices представила новый СВЧ-делитель частоты. Микросхема ADF5001 представляет собой малошумящий СВЧ-делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления 4 в диапазоне рабочих частот от 4 до 18 ГГц. На входе делите-ля имеется разделительный конденсатор 3 пФ и согласующий резистор 50 Ом. Микросхема имеет дифференциальный выход с нагрузочными резисторами 100 Ом и разделительными конденса-торами 1 пФ. Это позволяет подключать его к дифференциальным входам синтезатора с ФАПЧ, например ADF4156 или ADF4106. Напряжение питания составляет 3,3 В, а ток потребления 26 мА.

Микросхема предназначена для работы в качестве пред-делителя частоты с синтезаторами ФАПЧ в измерительном и РЧ-оборудовании.

Краткие технические характеристики:– напряжение питания 3,3 В;– номинальный потребляемый ток 26 мА;– диапазон входных частот 4…18 ГГц;– коэффициент деления частоты 4 (фиксированный);– номинальная входная мощность сигнала –10…10 дБм;– номинальная выходная мощность сигнала –5 дБм (на

нагрузку 100 Ом);– фазовый шум –150 дБн/Гц;– диапазон рабочих температур –40…105°С;– тип корпуса 16-LFCSP.Analog Devices Inc.www.analog.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

Сверхширокополосные усилите-ли серии SDA от RF Microdevices

Компания RF Microdevices офи-циально объявляет о начале серий-ного производства сверхшироко-полосных GaAs-усилителей серии

SDA-X0000. Микросхемы поставляются в виде бескорпусных кри-сталлов размером 3,1×1,45 мм. Выпуск усилителей SDA положил начало производству целой серии распределенных усилителей (усилителей бегущей волны), которую в компании RF Microdevices намерены развивать в ближайшие годы.

Основным аргументом, побудившим RFMD начать разработку данных устройств, послужило не только наличие аналогичных предложений на рынке от других производителей, но и тенден-ция увеличения спроса на усилители с частотным диапазоном от DC до 40…50 ГГц.

Основные характеристики микросхем SDA приведены в таблице.

Наим

енов

ание

ми

крос

хемы

Част

отны

й ди

а-па

зон

Коэф

фици

ент

усил

ения

(на

цент

р. ч

асто

те),

дБ

IP3 (

на ц

ентр

. ча

стот

е), д

Б

P1 (н

а цен

тр.

част

оте)

, дБ

Коэф

фици

ент

шум

а (на

це

нтр.

час

тоте

), дБ

Рабо

чий

ток,

мА

Напр

яжен

ие

пита

ния,

В

SDA-1000 DC…20 ГГц 17 36 24 3,5 300 8

SDA-2000 DC…22 ГГц 12 38 26 5 400 8

SDA-3000 DC…24 ГГц 17,1 34 21 2,1 160 8

SDA-4000 DC…26 ГГц 15 30 20 3 160 5

SDA-5000 DC…35 ГГц 12 27 17 3 80 6,5

SDA-6000 DC…50 ГГц 8,5 25 15 3,7 65 5

SDA-7000 DC…40 ГГц 12 36 22 5 200 6,5

Рекомендуемые применения:– радарная техника;– широкополосная связь «точка-точка»;– метрологическое оборудование и измерительная техника;– космическая техника связи.

RF Microdeviceswww.rfmd.comДополнительная информация:см. «Макро Групп», ЗАО

«Александер Электрик ИсточникиЭлектропитания», ООО

129226, Москва, пр-т Мира, д.125Тел.: +7 (499) 181-26-04 , 181-19-20Факс: +7 (499) 181-05-22, 950-87-53alecsan@aeip.ruwww.aeip.ru

«Компэл»», ЗАО115114, Москва, ул. Дербеневская, д.1,под. 28, офис 202Тел.: +7 (495) 995-09-01Факс: +7 (495) 995-09-02msk@compel.ru www.compel.ru

«Макро Групп», ЗАО196105, С.-Петербург, ул. Свеаборгская, 12Тел.: +7 (812) 370-6070Факс: +7 (812) 370-5030sales@macrogroup.ru,support@macrogroup.ruwww.macrogroup.ru

«МТ-систем», ООО198099, С.-Петербург, ул. Калинина, д. 13Тел.: +7 (812) 325-36-85, 786-98-70 Факс: +7 (812) 786-85-79 micro@mtgroup.ruwww.mt-system.ru

«Политекс», ООО123308, Москва, Хорошевское ш., 43-ВТел./факс: 8-800-333-01-73box@radiodetali.comwww.radiodetali.com

«РТСофт», ЗАО105037, Москва, ул. Никитинская, д. 3Тел.: +7 (495) 742-68-28, 967-15-05Факс: +7 (495) 742-68-29rtsoft@rtsoft.ruwww.rtsoft.ru

«Элтех», ООО198035, С.- Петербург,ул. Двинская, 10, к. 6АТел.: +7 (812) 635-50-60Факс: +7 (812) 635-50-70info@eltech.spb.ruwww.eltech.spb.ru

Microchip TechnologyТел.: +7 (812) 325-5115sale@gamma.spb.ruwww.microchip.com

91

электронные компоненты №12 2009

со

де

рж

ан

ие

жу

рн

ал

а з

а 2

00

9 г

.

Содержание журнала «электронные компоненты» за 2009 г.

Рынок

№1, с. 8 Дистрибьюторы о кризисе

№2, с. 8 о рыночных трендах, и не только…

№3, с. 8 новая электроника России

№4, с. 9 Форум «новая электроника России»

№4, с. 10 ARM-технология: опережать конкурентов

№5, с. 8 Супермаркет фаундри-услуг

№5, с. 9 новый год для отрасли

№6, с. 8 Время ответить на вызов

№7, с. 8 Процессоры TI: несколько штрихов к портрету

№8, с. 8 Выжить и сохранить коллектив

№9, с. 8 Возможности роста рынка силовой электроники в ближайшем будущем

№10, с. 7 RFMD. Приоритеты в России

№10, с. 8 Силовая электроника — ключевая технология российской промышленности

№11, с. 8 нет кТЭо в своем отечестве…

№12, с. 8 найти изюминку

РАЗРАБоТкА и конСТРУиРоВАниЕ

№3, с. 11 Джон Галлахер, Фусюэ Дзинь Бусинковый дроссель для регуляции напряжения питания процессора

№4, с. 14 Жан-Клод Крыницкий калибровочные центры повышают доверие к точности измерительного оборудования

№4, с. 20 Шкафы компании Schroff для уличной установки обеспечивают надежную защиту и кондиционирование

№5, с. 12 Кирби Крил Расчет трансформатора обратноходового преобразователя

№8, с. 12 Геннадий Денисов Электромагнитные помехи

№10, с. 11 Игорь Алексеев некоторые методы ослабления шумов и электромагнитных помех

№12, с. 13 Владимир Кондратьев Тепловой расчет устройств силовой электроники

АнАЛоГоВыЕ коМПонЕнТы

№3, с. 32 Геннадий Денисов измерение слаботочных сигналов

№3, с. 37 Вальтер Бачаровский Вопросы применения прецизионного компаратора

№3, с. 41 Евгений Звонарев Микросхемы Texas Instruments для нормализации и усиления сигналов датчиков

№8, с. 52 Олег Дворников, Виталий Гришков, Тимофей Натаров Проектирование аналоговых микросхем на МоП-транзисторах. Часть 1. Малосигнальная модель МОП-транзистора с источниками шумов

№9, с. 53 Олег Дворников, Виталий Гришков, Тимофей Натаров Проектирование аналоговых микросхем на МоП-транзисторах. Часть 2. Выбор режима работы и размеров МОП-транзисторов

№10, с. 50 Анатолий Белоус, Виталий Солодуха, Виталий Сокол, Валентин Сякерский Методы защиты от эффекта Миллера при схемотехническом проектировании биполярных микросхем

№11, с. 57 Константин Староверов компоненты Maxim для сигнальных цепей

АЦП и ЦАП

№2, с. 12 Маитил Паччигар Методы сопряжения быстродействующих оУ с АЦП

№2, с. 17 Пол Маккормак как спроектировать высококачественную систему сбора данных с помощью быстродействующих АЦП

№2, с. 21 Валерий Скляр, Владимир Горохов, Юрий Борисов, Денис Горбунов, Сергей Битюцких Быстродействующие 14-разрядные ЦАП с токовым выходом серии 1273

№2, с. 26 Дэфид Роше Зачем нужен более современный ЦАП?

№4, с. 39 Бонни Бейкер Время задержки аналого-цифрового преобразователя

92

WWW.ELCP.RU

со

де

рж

ан

ие

жу

рн

ал

а з

а 2

00

9 г

.

БЕСПРоВоДныЕ ТЕХноЛоГии

№2, с. 44 Янина Витакре FDMA с одной несущей — новый восходящий канал LTE

№2, с. 50 Владимир Нестеров Применение расширителей дальности CC2590-91 от компании Texas Instruments

№3, с. 68 Александр Губа, Артур Керимов Цифровая шкала радиоприемного устройства с амплитудной модуляцией

№10, с. 14 Галина Гайкович о возможностях использования беспроводных высокоскоростных сверхширокополосных аппаратно-программных систем для промышленной автоматики

№10, с. 20 Рик Нельсон Выбор радиочастотного ключа — нелегкая задача

№10, с. 24 Джим Дэвис надежность и энергопотребление встраиваемых беспроводных приложений

№10, с. 27 Ю Уилки Влияние канальных эффектов на характеристики систем MIMо

№10, с. 31 Стив Петтис, Пит Зайсел Воспроизводимое измерение искажений, связанных с нелинейными свойствами широкополосных систем связи

№10, с. 34 Екатерина Самкова как снизить потребление сети беспроводных датчиков

№10, с. 36 Питер Фур отслеживание ресурсов на предприятии

ВСТРАиВАЕМыЕ СиСТЕМы

№5, с. 16 Фози Беман Тенденции развития встраиваемых многоядерных Снк следующего поколения

№5, с. 22 Виктор Ежов Построение промышленных систем управления на базе процессора Intel Atom

№5, с. 28 Вэл Попеску, Гэри Гибсон Программная технология снижения потребляемой мощности встраиваемой системы

№5, с. 32 Барри Дэгэн Гибридные теплоотводы для оптимального охлаждения во встраиваемых системах

№11, с. 77 Арнольд Эстеп Проблемы совместимости — последнее препятствие на пути СоМ

№11, с. 80 Джозеф Бехаммер Философия COMsistent: с технологией COM Express — в будущее!

ГЕнЕРАТоРы и СинТЕЗАТоРы СиГнАЛоВ

№6, с. 51 Юрий Никитин, Сергей Дмитриев новый радиочастотный синтезатор частот с дробным коэффициентом деления ADF4193

ДАТЧики

№2, с. 65 Андрей Мамруков Микросхемы-датчики прикосновения OMRON BxTS

№8, с. 76 Олег Вайнилович, Петр Гардей, Василий Кунцевич, Андрей Чернов Микросхема мультиплексора IZ320ROIC для тепловизионных камер

№12, с. 42 Стив Назири, Дэвид Сакс, Михаэль Майа Выбор и использование датчиков движения на основе МЭМС

№12, с. 45 Джон Остин, Эзана Хэйл Реализация функции термодатчика во встраиваемой системе

№12, с. 48 Брюс Лент Рекомендации по выбору акселерометра

№12, с. 51 Кирилл Тихомиров Дифференциальный датчик давления и потока воздуха

№12, с. 53 Джафер Меджахед МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы

ДиСкРЕТныЕ СиЛоВыЕ ПРиБоРы

№9, с. 43 Майкл Бриер Силовые транзисторы на базе GaN: новая платформа для преобразователей напряжения

№9, с. 49 Сампат Шекхават, Боб Броквэй Специфика применения IGBT-транзисторов в различных приложениях

ДиСПЛЕи

№1, с. 67 Алексей Власенко контроллеры сенсорных экранов от Analog Devices

№11, с. 38 Александр Самарин Перспективные дисплейные технологии

№11, с. 46 Ольга Костина, Виктор Белецкий Рекомендации при выборе дисплеев для мобильной аппаратуры

иЗМЕРиТЕЛЬ ныЕ ПРиБоРы и СиСТЕМы

№2, с. 71 Том Хилл измерения характеристик современных РЛС с ЛЧМ

№6, с. 57 Хелен Бёрни, Дж. О’Риордан Сканер импеданса для контроля свертывания крови

93

электронные компоненты №12 2009

со

де

рж

ан

ие

жу

рн

ал

а з

а 2

00

9 г

.

№8, с. 80 Колм Слеттери Высококачественный мониторинг линий электропередач с помощью многоканальных АЦП

№12, с. 74 Алексей Игнатов Методы измерения шума в цифровых схемах

иСТоЧники ПиТАниЯ

№8, с. 17 Том Ньютон Стандарт для силовых преобразователей задает направление развития поставщикам и OEM-производителям

№8, с. 19 Александр Ишурин, Александр Кук Резонансный DC/DC-преобразователь большой мощности с широким диапазоном изменения нагрузки

№8, с. 22 Джошуа Манделкорн Выбор входного конденсатора понижающего преобразователя

№8, с. 24 Аджи Хари Пушпульный преобразователь. Еще один взгляд

№8, с. 28 Сергей Кривандин, Евгений Звонарев источники питания Mean Well: энергосбережение во время спада экономики 2009 г.

№8, с. 33 Геннадий Сорокин, Иван Кузин, Михаил Кастров Транзисторные инверторы для электропитания средств связи

№8, с. 37 Алексей Власенко Analog Devices: новые компоненты для цепей питания

№8, с. 40 Олег Сергеев Светодиодные источники питания Mean Well

№8, с. 44 Игорь Твердов, Сергей Затулин Модули защиты от помех

№8, с. 47 Александр Райхман обзор понижающих DC/DC-преобразователей компании STMicroelectronics

№8, 49 Евгений Рабинович TDK-Lambda: особенности работы и применения источников питания HWS/HD

№2, с. 56 Валерий Климов Характеристики современных иБП с двойным преобразованием. Часть 4

№10, с. 72 Евгений Силкин Автономные инверторы напряжения с квазирезонансной коммутацией для систем промышленной автоматики, электротехнологий и связи

МикРоконТРоЛЛЕРы и DSP

№1, с. 55 Павел Осипенко Эволюция и современное состояние архитектуры MIPS

№3, с. 49 Кентон Уиллистон Виды тестов и их использование в разработке приложений

№3, с. 56 Джек Гэнссл Многоядерность: миф или реальность?

№5, с. 34 Александр Квашин STM32F105/107 — новые линейки микроконтроллеров компании STMicroelectronics

№6, с. 40 Технология nanoWatt компании Microchip

№8, с. 62 Сергей Шумилин Характеристики производительности микроконтроллеров на базе ядра ARM Cortex-M3

№8, с. 65 Владимир Фомичев 16- и 32-разрядные Мк: за и против

№8, с. 67 Алеша Вранчич, Джеф Мейзел Выполнение высокопроизводительных вычислений на многоядерных процессорах в режиме реального времени

№8, с. 70 Большие частоты не означают более высокую производительность

№7, с. 12 Павел Осипенко одиночные сбои — вызов для современных процессоров

№7, с. 16 Константин Бочаров Микропроцессор или DSP? А может, и тот, и другой?

№7, с. 22 Игорь Шагурин ColdFire: перспективные решения для встраиваемых приложений

№7, с. 29 Владимир Егоров Многоядерные интегрированные сетевые процессоры высокой пропускной способности

№7, с. 35 Виктор Охрименко Процессоры ввода/вывода для систем хранения данных

№7, с. 43 Константин Староверов Территория Cortex-M3: экспресс-портреты микроконтроллеров от разных производителей

№7 с. 48 Семейства микроконтроллеров с ядром ARM (таблица)

№7, с. 56 Александр Самарин новое поколение 8-разрядных микроконтроллеров STM

№7, с. 63 Владимир Бродин, Игорь Булатов, Александр Гурин, Петр Перевозчиков Микроконтроллерные модули с развитым интерфейсом «человек-машина»

№9, с. 57 Леон Адамс, Эдриан Валенцуэла, Джефф Фэлин как понизить энергопотребление процессорных систем

№9, с. 61 Владимир Бродин отечественные модули на микроконтроллерах PiccoloTM и DelfinoTM компании Texas Instruments

№10, с. 63 Макс Домейка оценка производительности многоядерных процессоров. Часть 1

№10, с. 67 Алексей Бумагин, Алексей Гондарь, Михаил Куляс, Александр Руткевич, Владимир Стешенко, Аль-Мехди Тайлеб, Григорий Шишкин обзор современных самосинхронных микропроцессоров

94

WWW.ELCP.RU

со

де

рж

ан

ие

жу

рн

ал

а з

а 2

00

9 г

.

№10, с. 70 Виктор Ежов Cortex-A9 MPCore: производительность настольного компьютера, энергопотребление мобильного устройства

№11, с. 72 Макс Домейка оценка производительности многоядерных процессоров. Часть 2

№11, с. 75 Роджер Ричи Управление 8- и 16-разрядными Мк посредством интернета

МикРоСХЕМы СиЛоВоЙ ЭЛЕкТРоники

№2, с. 64 Дэвид Моррисон Микросхемы цифрового управления преобразованием энергии

№5, с. 36 Андрей Агеноров, Валерий Ячменников компоненты и решения «компэл» для приложений силовой электроники и управления питанием

№5, с. 38 Ирина Ромадина компания On Semiconductor: откуда, куда, зачем

№6, с. 11 Андрей Колпаков MiniSKiiP® IPM — новая архитектура интеллектуальных модулей средней мощности

№6, с. 15 оптопары для поддержки мощных импульсных преобразователей с высокой скоростью переключения

№6, с. 17 Пол Гринлэнд Разработка системы питания устройства с использованием POL-преобразователей

№6, с. 20 Мэтью Рено, Ивз Ганьон импульсные бездроссельные стабилизаторы избавляют от необходимости использовать дорогостоящие внешние компоненты

№6, с. 25 Джон Беттен накачка и сброс — больше энергии, чем вы ожидали!

№6, с. 28 Цезаре Боккиола оптимизация схемы повышающего преобразователя с коррекцией коэффициента мощности

№6, с. 32 Арефин Мохаммед Развитая логика управления повышает эффективность возобновляемых источников энергии

№6, с. 35 Владимир Бродин, Игорь Булатов Модуль TE-STM32F103 — встраиваемое решение на основе микроконтроллера с ядром Cortex-M3

№7, с. 68 Владимир Голышев однокристальный POL-преобразователь TPS54620 для телекоммуникационных и вычислительных систем

№8, с. 56 Ирина Ромадина новые универсальные LDO-стабилизаторы компании ON Semiconductor

№10, с. 77 Эффективный режим ЧиМ для 6-МГц импульсного понижающего преобразователя TPS62620

№11, с. 67 Андрей Никитин Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов International Rectifier

МоБиЛЬныЕ УСТРоЙСТВА

№2, с. 31 Екатерина Самкова Умные вещи

№2, с. 33 Владимир Голышев некоторые особенности выбора и эксплуатации аккумуляторных батарей

№2, с. 38 Нарасимхан Венкатеш Передача голоса по сети Wi-Fi с помощью технологии Single Stream 802.11n

МУЛЬТиМЕДиА и ТЕЛЕкоМ

№1, с. 59 Майкл Финнеран Вопросы качественной передачи голоса по IP-сетям: сжатие, задержка и эхо. Часть 2

№2, с. 53 Тим Симерли Транскодирование аудио- и видеоданных для бытовой электроники

№4, с. 22 Ник Гагвани Введение в видеоанализ

№4, с. 27 Екатерина Самкова обработка видеосигнала высокой четкости

№4, с. 30 Стефан Янцзы Проблемы проектирования телевизионных приемников

№4, с. 34 Владимир Фомичев Зачем аудиосистемам нужны стандарты

ПАССиВныЕ коМПонЕнТы

№9, с. 69 Александр Райхман Приборы защиты от перенапряжения компании STMicroelectronics

ПЛиС и СБиС

№1, с. 14 Владимир Стешенко, Александр Руткевич, Екатерина Гладкова, Григорий Шишкин, Дмитрий Воронков Проектирование СБиС типа «система на кристалле». Маршрут проектирования. Синтез схемы. Часть 1

№1, с. 22 Игорь Шагурин, Владимир Канышев, Андрей Родионов Применение IP-библиотек для проектирования Снк

№1, с. 26 Сергей Крутчинский Современная микросхемотехника и конкурентоспособность отечественных аналоговых иС и смешанных СФ-блоков

95

электронные компоненты №12 2009

со

де

рж

ан

ие

жу

рн

ал

а з

а 2

00

9 г

.

№1, с. 33 Александр Мальцев, Роман Масленников, Алексей Хоряев, Артем Ломаев, Алексей Севастьянов Разработка блоков Снк для современных систем беспроводной связи

№1, с. 37 Игорь Шагурин Системы на кристалле — особенности реализации и перспективы применения

№1, с. 40 Сейи Верма как объективно оценить параметры FPGA разных производителей?

№1, с. 45 как снизить потребляемую мощность при разработке высокопроизводительных ASIC и Снк?

№3, с. 61 Владимир Стешенко, Александр Руткевич, Екатерина Гладкова, Григорий Шишкин, Алексей Бумагин, Алексей Гондарь Проектирование СБиС типа Снк. Маршрут проектирования. Топологическое проектирование. Синхронизация и тактовые деревья. Часть 2

№8, с. 73 Екатерина Самкова Stratix IV против Virtex-5. Точка не поставлена

№9, с. 65 Алексей Бумагин, Алексей Гондарь, Михаил Куляс, Александр Руткевич, Владимир Стешенко, Али-Мехди Тайлеб, Григорий Шишкин Самосинхронные схемы. Принципы построения и элементная база

ПоСЛЕ РАБоТы

№9, с. 73 от редакции

№9, с. 74 Александр Квашин GSM-интеллектуальное управляющее охранное устройство ВМ8039

№9, с. 76 Кристиан Тавернье Десульфатация пластин аккумулятора

№10, с. 86 Семен Галкин Двухканальный усилитель мощности звуковых частот класса D

№10, с. 88 Юрген Штанидер нетускнеющий светодиодный фонарь

№11, с. 88 Александр Каменский Двухдиапазонный частотомер

№11, с. 91 Тон Гисбертс карманный усилитель звука

№12, с. 82 Тейс Бэкерс Улучшение характеристик усилителей класса D

№12, с. 84 Юрий Садиков Светодиодные лампы как альтернатива галогенным лампам

СВЕТоТЕХникА и оПТоЭЛЕкТРоникА

№3, с. 15 Михаил Гладштейн интеллектуальные системы управления электрическим освещением

№3, с. 22 Шон Трэн, Бен Кропф Проектирование светодиодных систем белого и цветного освещения

№3, с. 29 Дэвид Кэри Белый свет в «зеленом» мире

№5, с. 41 Генрих Сарычев, Евгений Мудрак, Илья Рахманчик Перспективы развития световых приборов на базе светоизлучательных диодов

№6, с. 42 Виктор Ежов Стандартизация и расчет тепловых характеристик мощных светодиодов

№6, с. 49 Иван Сыроваткин Мощные светодиоды High Power Lighting

№7, с. 75 Максим Селиванов Светодиодные драйверы ADDtek

№10, с. 40 Александр Григорьев Решения компании NXP для энергосберегающих систем освещения

№10, с. 45 Антон Булдыгин Мощные светодиодные приборы

№12, с. 68 Ирина Ромадина Драйверы для светодиодных источников света от компании ON Semiconductor

СВЧ

№8, с. 75 Валентин Кулешов оптоэлектронные СВЧ-генераторы с рекордно низкими фазовыми шумами

СЕТи и инТЕРФЕЙСы

№1, с. 48 Галина Гайкович Стандартизация в области промышленных сетей. Развитие беспроводных стандартов для АСУ ТП

№3, с. 71 Ник ван Дирдонк Сетевые стандарты беспроводных систем с малым энергопотреблением

№4, с. 36 Виктор Ежов Mobile IP: эффективное решение для мобильного интернета

№7, с. 71 Ирина Ромадина Модем для передачи данных по силовым линиям AMIS-49587

№9, с. 11 Виктор Ежов интерфейсы HDMI и DisplayPort: вопросы проектирования и тестирования. Часть 1

№9, с. 17 Мори Вуд JEDEC JESD204A: передача нескольких потоков по одной линии связи

96

WWW.ELCP.RU

со

де

рж

ан

ие

жу

рн

ал

а з

а 2

00

9 г

.

№9, с. 21 Екатерина Самкова Способы сохранения целостности сигнала на высоких частотах

№9, с. 25 Слободан Мильевич Технология синхронизации Ethernet-сети

№9, с. 30 Кларк Киннэйрд Выбор оптимального соотношения между скоростью передачи сигнала по CAN-протоколу и длиной кабеля

№9, с. 34 Джеко Уилбринк Реализация High-speed USB на ядре Cortex-M3

№9, с. 37 Тимоти Канг как повысить скорость обмена по High-speed USB

№9, с. 39 Альфредо Сааб, Шаста Томас изолированный цифровой интерфейс для приемников и передатчиков токовой петли 4...20 мА

№10, с. 54 Виктор Ежов интерфейсы HDMI и DisplayPort: вопросы проектирования и тестирования. Часть 2

№10, с. 58 Виктор Охрименко PLC-технологии. Часть 1

№11, с. 50 Виктор Охрименко PLC-технологии. Часть 2

№11, с. 54 Кристофер Гобок Усовершенствованный стандарт электропитания через Ethernet — PoE+

№12, с. 58 Виктор Охрименко PLC-технологии. Часть 3

СиЛоВыЕ ДиСкРЕТныЕ коМПонЕнТы

№11, с. 63 Абдус Саттар, Кен-Вук Сёк новое семейство силовых P-канальных МоП-транзисторов

СТАнДАРТныЕ ЦиФРоВыЕ МикРоСХЕМы и ПАМЯТЬ

№2, с. 68 Виджай Девадига NAND или NOR… какую флэш-память выбрать для проекта?

№11, с. 83 Джафер Меджахед Микросхемы NVRAM серий TimeKeeper и ZeroPower компании STMicroelectronics

ТЕоРиЯ и ПРАкТикА

№3, с. 84 Иван Самков основы теории демодулирующих логарифмических усилителей

№6, с. 59 Екатерина Самкова Увеличение ресурсов сети

№8, с. 83 Стивен Смит Форматы сжатия данных

№10, с. 81 Майк Пенг Ли Джиттер, шум и целостность сигнала в высокоскоростных системах коммуникации

№12, с. 76 Виктор Александров Базовые принципы построения ВЧ-тракта приемника беспроводной системы связи

ЭЛЕкТРоПРиВоД

№11, с. 13 Станислав Флоренцев, Дмитрий Изосимов Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах. Часть 1. Идеология проектирования КТЭО

№11, с. 19 Кедар Годбоул Управление ориентацией поля в электроприводах

№11, с. 23 Виктор Александров кПД электродвигателя и коррекция коэффициента мощности

№11, с. 28 Виктор Ежов Применение FPGA в промышленных системах управления электроприводом

№11, с. 32 Ирина Ромадина Семейство драйверов шаговых двигателей AMIS-30xxx от ON Semiconductor

№12, с. 64 Станислав Флоренцев, Дмитрий Изосимов Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах. идеология проектирования кТЭо. Часть 2

ЭнЕРГоСБЕРЕЖниЕ

№1, с. 63 Джон Диксон Выбор процессора с низким энергопотреблением

№3, с. 74 Дэвид Кац, Рик Джентайл Введение в проектирование систем с пониженным энергопотреблением

№3, с. 78 Трэвор Смит измерения и анализ характеристик источников питания с помощью осциллографов Tektronix серий MSO/DPO

№12, с. 20 Дэвид Кац, Рик Джентайл Введение в проектирование маломощных схем

№12, с. 23 Виктор Ежов Пути снижения энергопотребления во встраиваемых приложениях на базе DSP и FPGA

№12, с. 30 Игорь Алексеев Технологии силовой электроники для снижения энергопотребления

№12, с. 32 Эдриан Валенцуэла Аккумуляция энергии без использования батарей во встраиваемых системах

№12, с. 36 Сергей Кривандин, Андрей Конопельченко DC/DC-преобразователи PEAK для экономичных портативных приборов