92

Электронные компоненты №4/2010

Embed Size (px)

DESCRIPTION

В номере: Основы по строения аудио сетей AoIP Новый подход к тестированию конверторов со встроенным гетеродином Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах

Citation preview

Page 1: Электронные компоненты №4/2010
Page 2: Электронные компоненты №4/2010
Page 3: Электронные компоненты №4/2010

РЫНОК6 «Контракт Электроника» — продолжение

знакомства

10 Выставки «ЭкспоЭлектроника» и

«ЭлектронТехЭкспо» празднуют успех!

11 Электроника-Транспорт 2010» — подведем

итоги!

ОБСУДИМ?13 Сергей Осипов

Особенности применения отечественных микро-

схем

РАЗРАБОТКА И КОНСТРУИРОВАНИЕ16 Алексей Иванов

Ключевые моменты тестопригодной разработки

19 Николай Клюквин

Современный подход к организации контроля

полупроводниковых устройств

МУЛЬТИМЕДИА И ТЕЛЕКОМ23 Александр Пронин

Основы построения аудиосетей AoIP

27 Валерий Никифоров

3D-технологии

31 Роберт Боутрайт

Новые стандарты IEEE 802.1: единая сеть для всех

типов данных

35 Антон Жуковский

Мультимедийные возможности процессора

Samsung S3C6410

40 Валерий Жижин

Перспективы использования электромагнитного

оружия в информационной борьбе и методы защи-

ты от него

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ46 Галина Гайкович

Беспроводные технологии и их применение в про-

мышленности

журн

ал дл

я раз

рабо

тчи

ков

Элек

трон

ные

ком

поне

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

редакторы: Елизавета Воронина; Виктор Ежов; Екатерина Самкова; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; редакционная коллегия: Валерий Григорьев;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 35тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; эл. почта: [email protected], www.elcp.ru

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

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

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

Подписано в печать 14.05.2010 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

№4/2010

www. elcp.ru

Page 4: Электронные компоненты №4/2010

4

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

WWW. ELCP.RU

54 Сергей Игнатов

CC430 — лучшее из двух миров

СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ58 Дзянь У, Роберт Пелокуин

Временная синхронизация нескольких устройств

по стандарту IEEE1588 при помощи процессоров

Blackfi n

65 Виктор Охрименко

Узкополосная PLC-технология. Часть 2

ЭЛЕКТРОПРИВОД69 Станислав Флоренцев, Дмитрий Изосимов,

Лев Макаров, Андрей Зайцев, Дмитрий Гаронин

Тяговый электропривод в гибридных транспортных

средствах. Часть 4. Разработка КТЭО для гибридных

транспортных средств в Концерне «РУСЭЛПРОМ»

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ73 Тива Буссараконс

DC/DC-преобразователи для работы в условиях

высоких температур и жестких вибраций

СТАНДАРТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ И ПАМЯТЬ

77 Леонид Авгуль, Борис Иванов, Виктор Кряжев, Сергей

Курносенко, Сергей Терешко

Микросхема быстродействующего параллельно-

го ЭСППЗУ со встроенным секвенсором адреса

5861РР1Т

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА И СИСТЕМЫ80 Дэвид Балло

Новый подход к тестированию конверторов со

встроенным гетеродином

ПОСЛЕ РАБОТЫ85 Юрий Колоколов, Андрей Щедрин

Универсальный импульсный микропроцессорный

металлоискатель ВМ8044-КОЩЕЙ 5ИМ

87 Дэниэл Госс

Эффективный преобразователь напряжения 5 В

89 НОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ

Page 5: Электронные компоненты №4/2010

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

5

Электронные компоненты №4 2010

contents # 4 / 2 0 1 0

E LEC TRO N I C COM PO N E NT S #4 2010

MARKET69 Continuing Acquaintance with Contract Electronica

10 ExpoElectronics and ElectronTechExpo Celebrate

Success

11 Resume of Electronica-Transport 2010

LET’S DISCUSS?13 Sergey Osipov

Some Features of Applying Domestic ICs

DESIGN AND DEVELOPMENT16 Alexey Ivanov

Basic Aspects of Design for Testability

19 Nikolay Klukvin

Modern Approach to Verifying Semiconductor Devices

MULTIMEDIA AND TELECOM23 Alexander Pronin

Design Principles of AoIP Networks

27 Valery Nikiforov

3D Technologies

31 Robert Boatright

Understanding IEEE's New Audio Video Bridging

Standards

35 Anton Zhukovsky

Multimedia Features of Samsung S3C6410 Processor

40 Valery Zhizhin

Using Electromagnetic Weapon in Information

Struggle and Protection Methods

WIRELESS46 Galina Gaykovich

Applying Wireless Technologies in Industry

54 Sergey Ignatov

SS430 — the Best of Two Worlds

NETWORKS AND INTERFACES58 Jiang Wu, Robert Peloquin

Synchronizing Device Clocks Using IEEE 1588 and

Blackfi n Embedded Processors

65 Victor Okhrimenko

Narrowband PLC Technology. Part 2

DRIVES69 Stanislav Florentsev, Dmitry Izosimov, Lev Makarov,

Andrey Zaitsev and Dmitry Garonin

Traction Motor in Hybrid Vehicles.

Part 4. Designing Drive Engineering Package

for Hybrid Vehicles in Ruselprom

POWER ICs73 Tiva Bussarakons

Military Satellites Pose Engineering Challenges

in DC/DC Converter Development

STANDARD DIGITAL ICS AND MEMORY77 Leonid Avgul, Boris Ivanov, Victor Kryazhev,

Sergey Kurnosenko and Sergey Tereshko

High-Performance Parallel EEPROM with Integrated

Sequencer

TEST AND MEASUREMENT80 David Ballo

A New Approach to Testing Embedded-LO Converters

AT LEISURE85 Yury Kolokolov and Andrey Schedrin

KOSCHEY, General-Purpose Pulse Microprocessor

Metal Finder VM8044

87 Daniel Goss

5V Power Controller

89 NEW COMPONENTS IN THE RUSSIAN MARKET

Page 6: Электронные компоненты №4/2010

6

РЫ

НО

К

WWW.ELCP.RU

В прошлом номере мы напечатали статью «Знакомьтесь — производ-ственный альянс «Контракт Электроника». В этом номере мы решили продолжить разговор о компаниях-производителях и побеседовали с директором «Контракт Электроники» Андреем Смагиным. Подобный, кажущийся чрезмерным интерес к одной компании, объясняется тем, что за последние 4—5 лет в России стремительно вырос рынок контрактно-го производства. Сегодня, практически не пересекаясь, существуют две бизнес-модели производства электроники: прежняя, когда весь производ-ственный цикл от разработки до упаковки происходил в рамках одного-двух предприятий, и новая — контрактное производство. О последнем мы и решили рассказать очень подробно на примере фаблесс-компании — лидере в своем сегменте рынка.

«КОНТРАКТ ЭЛЕКТРОНИКА» —

ПРОДОЛЖЕНИЕ ЗНАКОМСТВА

– Расскажите, пожалуйста, о «Кон-

тракт Электронике»: история ком-

пании, структура, численность.

– Компания образовалась в 2004 г.,

на сегодняшний день штат компании

состоит из 28 человек, включая филиал

в Санкт-Петербурге. В этом году мы

планируем открыть такой же филиал в

Киеве. История нашей компании нача-

лась с продажи электронных компо-

нентов контрактным производителям,

тогда же мы увидели интересный для

нас пласт заказчиков — OEM-компании.

У них не было производственных мощ-

ностей и они пользовались услугами

контрактников. Для работы с OEM-

заказчиками мы организовали два

отдела: закупок и производственного

сопровождения, который подбирал

для OEM-компании требуемое кон-

трактное производство — к тому вре-

мени мы хорошо изучили этот рынок.

Собственный отдел закупок понадо-

бился для того, чтобы полностью уком-

плектовать спецификацию заказчика.

Наверное, мы первые на рынке стали

оказывать такую услугу.

Примерно в 2005 г. мы открыли для

себя ODM-компании. У них не было ни

производства, ни собственных разра-

боток, но им требовался продукт под

собственным брендом, для своих сбы-

товых структур. Для работы с ними был

создан дизайн-центр, в котором сегодня

ведутся разработки в области беспро-

водных технологий и полупроводни-

ковой светотехники. Такая структура:

отдел продаж, отдел производственно-

го сопровождения, отдел снабжения и

дизайн-центр существует по сей день.

– «Контракт Электроника» —

фаблесс-компания. Почему выбрана

именно такая бизнес-модель, насколь-

ко велика конкуренция в этом сегмен-

те рынка?

– Мы начинали с продаж элек-

тронных компонентов, затем нашли

новый пласт заказчиков и стали рабо-

тать с ними, добавили новые функции.

Развитие идет поэтапно, сегодняшнее

наше положение — логическое след-

ствие предыдущих шагов.

На рынке все время появляются ком-

пании, к которым заказчики периодиче-

ски уходят, потом возвращаются к нам.

Это нормальное явление. Пожалуй, мы

сегодня являемся лидерами в своем

сегменте рынка. Успех той или иной

компании зависит от стратегического

ресурса. Наш ресурс — электронные

компоненты плюс знания в области

производства и разработки, которыми

мы обладаем.

– Какие услуги «Контракт Элек-

тро ника» предлагает заказчику?

– Проектирование и изготовление

печатных плат, разработка корпусных

изделий из металла и пластика, дизайн

электронных устройств, все виды испы-

таний, которым изделия могут под-

вергаться; если потребуется — и на

радиационную стойкость. И, конечно,

поставка электронных компонентов.

Фактически наши услуги могут быть

востребованы на любой стадии раз-

работки и производства изделия: от

начальной идеи до упаковки и доставки

потребителю готовой продукции.

– Компания выпускает продукцию

под своим брендом?

– Нет. Если мы начнем выпускать

продукцию под своим брендом, то

неизбежно возникнет конкуренция с

нашими клиентами, и они уйдут от нас.

Это будет уже совсем другая бизнес-

модель. В этом случае «Контракт

Электроника» станет производителем

собственной продукции, но потеряет

целый пласт заказчиков: ОЕМ- и ODM-

компании. Мы потеряем больше, чем

приобретем.

Даже в случаях, когда у нас появляет-

ся собственная удачная разработка, мы

не станем производить ее под своим

брендом. Например, мы разрабатываем

светильники, затем показываем их на

выставке и, если находим заказчика,

начинаем производить светильники

под его брендом.

– Расскажите вкратце о дизайн-

центре компании.

– Он сфокусирован на разработках

в области полупроводниковой свето-

техники и беспроводных технологий.

В последнем случае мы ограничились

GSM/GPRS-технологиями. Есть у нас

свои интересные светильники для сель-

ского хозяйства — это наша разработка

от начала и до конца, но, как я уже

говорил, выпускать ее под своим брен-

дом мы не станем, а найдем партнера и

будем продвигать на рынке светильни-

ки под его брендом.

Наши разработчики изрядно загру-

жены, иногда приходится прибегать

к аутсорсингу, однако если увидим в

предложении заказчика перспективу в

родственных приложениях, например

WiMAX, то, скорее всего, возьмемся за

разработку. Но работать в приложени-

ях, где нет опыта, например, в силовой

электронике, не станем — нет специа-

листов, нет связей.

– Чем заканчивается работа

«Контракт Электроники» с заказчиком?

– Мы сдаем заказчику опытные и

серийные образцы. Совместно с ним

проводим все виды испытаний, кото-

рые предусмотрены в документации,

в том числе и на радиационную стой-

кость, если это необходимо. Далее

контрактный производитель начинает

для заказчика серийное производство.

Установкой изделий, коммуникация-

ми, гарантийным и постгарантийным

обслуживанием и другими схожими

вопросами занимается системный

интегратор. Подобное разделение

труда много выгоднее, нежели когда

одна компания занимается всем: от раз-

работки до эксплуатации и гарантийно-

го обслуживания.

Page 7: Электронные компоненты №4/2010
Page 8: Электронные компоненты №4/2010

8

РЫ

НО

К

WWW.ELCP.RU

Однако не всегда испытания выяв-

ляют все ошибки — особенно это

характерно для программного обеспе-

чения, поэтому если в процессе про-

изводства обнаружатся наши ошибки,

мы, конечно, исправим их без допол-

нительной оплаты.

– Как компания пережила кризис,

каковы были антикризисные меры:

сокращение штатов, уменьшение зар-

платы?

– У нас снизились обороты на 23%,

но начиная с IV кв. прошлого года рост

составил примерно 40%, т.е. сейчас наш

оборот выше, чем в 2008 г. Зарплату мы

не уменьшали, а вот с наименее эффек-

тивными сотрудниками пришлось рас-

статься.

Даже в кризис, когда в целом рынок

падает или не растет, есть сегменты, в

которых наблюдается рост. Например, в

прошлом году на фоне общего падения

продолжался рост полупроводниковой

светотехники. Если понимать тенден-

ции развития рынка, то потери можно

компенсировать.

– Часто можно услышать рассу-

ждения о российской электронике.

Что такое, на Ваш взгляд, «российская

электроника»?

– Думаю, российская электро-

ника — это разработки российских

инженеров, созданные в России.

Производить эти изделия можно и в

другой стране, продавать — тоже не в

России, но все равно это будет россий-

ская электроника. А вот предприятия,

занимающиеся отверточной сборкой,

например, телевизоров Samsung, я не

причисляю к российской электронике.

– Сегодня много говорят о госу-

дарственной поддержке россий-

ской электроники. Как Вы думаете,

насколько эффективна такая под-

держка — или более действенны

частные инициативы?

– Мне кажется, сегодня госчинов-

ники не понимают, что такое россий-

ская электроника. О промышленном

аутсорсинге вообще тяжело с кем-либо

разговаривать. Это отчетливо показала

конференция «Контрактное производ-

ство» в 2009 г. Присутствующие там

представители Минпромторга просто

не понимали, о чем речь!

Иной раз господдержка выливает-

ся в закупку оборудования для про-

изводства и считается, что так можно

решить все проблемы. Это неверно!

Конечно, надо поддерживать оборон-

ную отрасль, но для этого достаточно

нескольких заводов с определенной

номенклатурой, которую мы можем

выпускать.

Остальное производство будет

определяться рынком. Когда наш рынок

сможет потреблять электронные ком-

поненты на 3—5 млрд долл., тогда, с

точки зрения логистики, будет выгодно

производить компоненты в России.

– На российский рынок постепен-

но приходят, планируют придти круп-

ные контрактные производители.

Ваше мнение по этому поводу.

– Мировые контрактные произво-

дители в основном производят массо-

вую электронику для потребительского

рынка. Насколько мне известно, россий-

ских компаний-производителей аналогич-

ной продукции нет. Сегодня российский

контрактный производитель занят произ-

водством изделий для ОЕМ-заказчиков —

это, собственно говоря, и есть российская

электроника. Поэтому мировые контракт-

ные производители не конкурируют с

российскими коллегами. И ничего плохо-

го в их приходе на наш рынок я не вижу.

Материал подготовил

Леонид Чанов

НОВОСТИ ДАТАКОМА

| ОБНАРОДОВАНА СПЕЦИФИКАЦИЯ СТАНДАРТА БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ WIGIG | На днях альянс WiGig (Wireless Gigabit)

опубликовал окончательную версию спецификации одноименного стандарта беспроводной связи ближнего радиуса дей-

ствия.

Спецификация WiGig предполагает использование нелицензируемого частотного диапазона 60 ГГц. Скорость пере-

дачи данных может достигать 7 Гбит/с, что примерно в 10 раз выше пропускной способности сетей, использующих техно-

логию Wi-Fi (IEEE 802.11n). При этом WiGig-оборудование будет обратно совместимо с Wi-Fi-устройствами.

Предполагается, что технология WiGig найдет применение в персональных компьютерах, мобильных устройствах,

потребительской электронике, домашнем сетевом оборудовании и т.д. Устройства с поддержкой WiGig смогут функцио-

нировать как в диапазоне 60 ГГц, так и на частотах 2,4 и 5 ГГц.

Альянс WiGig уже инициировал программу адаптации нового стандарта. Ожидается, что коммерчески доступные изде-

лия с поддержкой WiGig появятся в конце этого или начале следующего года.

Группа WiGig была образована около года назад. В ее состав входят Broadcom, Dell, Intel, LG Electronics, Microsoft, NEC,

Nokia, Panasonic, Samsung и др. компании.

www.russianelectronics.ru

НОВОСТИ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

| ЮНЕСКО СОЗДАЛА КОМИССИЮ ПО ШИРОКОПОЛОСНОЙ СВЯЗИ | Международный союз электросвязи и ЮНЕСКО (ООН по

вопросам образования, науки и культуры) объявили об учреждении комиссии, задача которой — ускорение распростране-

ния высокоскоростного широкополосного веб-доступа по всему миру ради улучшения таких социальных услуг как здраво-

охранение и образование.

Комиссией по развитию цифровых технологий (Broadband Commission for Digital Development) будут управлять два

председателя — мексиканский телекоммуникационный магнат Карлос Слим Элу (считается самым богатым человеком

планеты) и президент Руанды Поль Кагаме.

В состав комиссии вошли представители 30 предприятий и организаций. Учреждение будет искать пути для ускорения

глобального развертывания широкополосных сетей, а также новые эффективные способы использования таких сетей для

улучшения социальных услуг.

«Очень важно, чтобы широкополосный интернет был высококачественной универсальной услугой по низким ценам», —

отметил Карлос Слим Элу. По его мнению, правительства во всем мире обязаны сделать широкополосный доступ высшим

приоритетом: «Широкополосная Сеть должна быть не пропастью, а мостом между развитыми и развивающимися страна-

ми, обеспечивая доступ ко всем услугам современного общества в целях всеобщего благоденствия».

www.russianelectronics.ru

Page 9: Электронные компоненты №4/2010
Page 10: Электронные компоненты №4/2010

10

WWW.ELCP.RU

Открыл выставки этого года круглый стол на тему «Госу-

дарст венная поддержка российских производителей элек-

троники: новые задачи — новые возможности», организован-

ный ООО «Примэкспо» и российской Ассоциацией произво-

дителей электронной аппаратуры и приборов (АПЭАП).

Мероприятие вызвало большой интерес среди посе-

тителей форума. Главной темой обсуждений стало отсут-

ствие приемлемых условий для развития отечественного

рынка радиоэлектроники и необходимость государствен-

ной поддержки российских производителей. В рамках дис-

куссии участники круглого стола предлагали конкретные

шаги, реализация которых, по их мнению, позволит выве-

сти предприятия российской электронной промышленно-

сти на конкурентоспособный уровень.

Круглый стол показал актуальность государственной

поддержки отечественной электронной промышленности:

назрело много вопросов, требующих решения.

Также в рамках круглого стола было подписано согла-

шение о создании производственного альянса между веду-

щими российскими компаниями в области контрактного

производства электроники. Предприятия «Альтоника» и

Вязниковский завод радиоэлектронной техники (ВЗРТ)

объединяют свои производственные ресурсы в рамках кон-

сорциума «Производственный альянс «Альтоника ВЗРТ».

Завершил деловую программу выставок семинар

«Российский рынок электронных компонентов», который

состоялся 22 апреля в конференц-центре «Крокус-Экспо».

На семинаре были представлены результаты исследования

российского рынка электронных компонентов и анализ

изменений в таможенной логистике отрасли, ожидаемых

в связи с созданием Таможенного союза. Обзор рынка

электронных компонентов представил Иван Покровский,

генеральный директор Информационно-аналитического

Центра Современной Электроники. Согласно его оценкам,

российский рынок электронных компонентов в 2009 г. сокра-

тился на 35% в долларовом исчислении и составил 1,1 млрд.

долларов. Кроме отраслевого среза, в докладе было пред-

ставлено региональное распределение рынка потребителей

компонентов и обзор подведомственных сегментов рынка.

Анализ таможенной логистики представили экспер-

ты компании DLA Piper: Марина Лякишева, советник по

С 20 по 22 апреля в московском МВЦ «Крокус-Экспо» прошли крупнейшие выставки электронной промышленности в России и Восточной Европе –«ЭкспоЭлектроника» и «ЭлектронТехЭкспо», которые собрали в своих стенах компа-нии из 22 стран мира. Выставки превзошли ожидания большинства участников рынка, отметивших возросший интерес посетителей к предлагаемой продукции.

Выставки «ЭкспоЭлектроника» и «ЭлектронТехЭкспо» празднуют успех!

вопросам таможенного права, и Алексей Аронов, руко-

водитель московской таможенной практики. В докладах

были подробно разобраны новые таможенные и налого-

вые риски для зарубежных экспортеров, импортеров, дис-

трибьюторов и конечных потребителей электронных ком-

понентов, а также даны рекомендации по минимизации

рисков и переходу на упрощенные процедуры импорта

для уполномоченных импортеров.

Несмотря на непростую экономическую ситуацию,

выставки прошли на самом высоком уровне и стали глав-

ным событием электронной отрасли, отражающим тен-

денции развития производства электроники как в мире в

целом, так и в нашей стране. Компании из 22 стран мира

представили посетителям свои предложения по постав-

ке оборудования и комплектующих для производства

электронной продукции, а также новейшие разработ-

ки, услуги и технологические решения. Страны-лидеры

электронной отрасли, такие как Корея, Тайвань, Германия,

Китай и Гонконг были представлены на выставках кол-

лективными стендами. Кроме того, с коллективной экс-

позицией «Радиоэлектронный Комплекс России» участие

принял Департамент радиоэлектронной промышленности

Министерства промышленности и торговли РФ.

На стендах компаний можно было увидеть много инте-

ресных новшеств. Например, на стенде «РТСофт» посетите-

ли могли познакомиться с новыми аппаратными средства-

ми международного холдинга Kontron — стратегического

партнера компании в России и СНГ. Встраиваемое про-

граммное обеспечение было представлено расширением

реального времени RTX для Windows и операционными

системами реального времени компании LynuxWorks,

предназначенными для использования в составе ответ-

ственных систем. Также были представлены защищенные

платы и системы компании Kontron Compact Computers —

KCC (ранее Digital-Logic), одного из мировых поставщиков

компактных защищенных встраиваемых плат и систем для

жестких условий эксплуатации. Инновационные решения

KCC на основе популярной архитектуры x86 в форматах

PC/104, PC/104-Plus, PCI/104-Express обладают высокой

вибро- и ударопрочностью и способны безотказно рабо-

тать в расширенном температурном диапазоне.

Организаторы проектов — компании «Примэкспо» и

ITE Group plc, — делают все возможное, чтобы выставки

развивались, а сопутствующие мероприятия были макси-

мально насыщенными и интересными как для посетителей,

так и для участников. Всего в рамках деловой программы

прошло более 20 бизнес-мероприятий, организован-

ных как крупнейшими отраслевыми структурами, так и

ведущими компаниями — ключевыми игроками рынка.

Впервые в этом году на выставке «ЭкспоЭлектроника» был

представлен раздел «Полупроводниковая светотехника»,

посвященный перспективному и быстроразвивающемуся

направлению светотехники — светодиодам.

Оценивая результаты прошедшей выставки, оргкомитет

уже сейчас начал подготовку к следующему форуму электро-

ники, который пройдет 19—21 апреля 2011 г. в «Крокус-Экспо».

Page 11: Электронные компоненты №4/2010

11

Электронные компоненты №4 2010

5—7 апреля в Москве на ВВЦ состоялась четвертая российская специализированная выставка электроники, автоматики и информационных технологий для транс-порта и транспортных коммуникаций «Электроника-Транспорт 2010». Выставка прошла при поддержке и участии Минтранса РФ, Департамента транспорта и связи Москвы, Общероссийского общественного объединения работодателей «Городской электротранспорт» и Союза предприятий электротранспорта. В ней приняли участие 68 отечественных и зарубежных компаний. Рекламно-информационную поддержку выставке оказали более 50 изданий.

В рамках выставки прошли конференции «Информационные технологии на пассажирском транспор-те», «Модернизация тяговых подстанций электротранспор-та», круглые столы «Использование современных средств связи и информационно-навигационных систем для повы-шения эффективности работы таксомоторных парков» и «Решение проблемы единого времени для электронных систем на транспорте». Завершили программу семинар «Компонентная база для применения в транспортном при-боростроении» и совещание сисадминов служб метропо-литенов.

На выставке были представлены компоненты и моду-ли электронной аппаратуры, системы оплаты проезда, решения в области электроснабжения, навигации, диспет-черизации и управления, информационные системы для пассажиров.

Компания «Платан-Компонентс», помимо экспозиции электронных компонентов, представила уникальное устройство Luxlift для подъема осветительных приборов на высоту до 25 м. Группа компаний «Симметрон» показа-ла силовые приборы Infi neon, Mitsubishi Electric, IR, пассив-ные силовые компоненты Epcos, Vishay, Hitano, драйверы IGBT и MOSFET компании CT-Concept. НПП «Элим» пред-ложило устройства электропитания, зарядные устройства, ИБП, а также эксклюзивную разработку — управляе-мые железнодорожные источники питания EL-A и EL-T. Специализированные электрические соединители предло-жила компания «Хартинг». Ее визиткой карточкой является высокое качество продукции и скорость поставки. Новое направление — комплексная разработка и оптимизация систем и блоков под требования заказчика.

Испанская компания FQ Ingenieria Electronica впер-вые в СНГ выставляла компоненты для валидаторов, электронных билетов, АСКП, бортовых систем управления городским транспортом. В этом сегменте рынка выступает и давно адаптировавшаяся на российском рынке компа-ния NXP Semiconductors. Она демонстрировала защи-щенные микросхемы MIFARE Plus, MIFARE DESFire, MIFARE Ultralight C, а также возможности технологии Near Field Communication (NFC).

Широко были представлены модули и блоки электрон-ной аппаратуры для транспортных систем. Компании Advantech (Тайвань) и «Элепром.ру» (Москва) демонстри-ровали панельные компьютеры, встраиваемые вычис-лительные модули. ГНПО «АГАТ» предложило дорожный контроллер, контроллер зонального центра, тренажерный комплекс для машиниста метрополитена.

Технологии автоматизированной оплаты проезда и кон-троля пассажиропотока — одна из основных тем экспози-ции этого года. Компания PayPractic продемонстрировала вандалостойкие уличные терминалы для продажи биле-тов, пополнения транспортных карт и других операций,

«Электроника-Транспорт 2010» — подведем итоги!

например, оплаты коммунальных платежей. Свой подход к решению оплаты проезда представила компания «Золотая корона». За три года ее система была внедрена и успешно работает в восьми городах России. Компания «Удобный маршрут» представила запущенную еще в 2004 г. техноло-гию учета оплаты проезда на общественном транспорте. Этот проект — один из старейших в России. Компания «Штрих-М» не ограничилась стендом. В павильоне был показан рейсовый автобус из Липецка, оборудованный АСКП с инфракрасными счетчиками пассажиров и аппара-том продажи проездных билетов.

Широко был представлен и электротранспорт. В экспо-зиции НПО «Энергия» были выставлены все компоненты подстанций для троллейбусов и трамваев. Специалисты компании «Гранит-Микро» представили на конференции телемеханические комплексы управления тяговыми под-станциями. А Московский энергомеханический завод предложил аппаратуру управления городским осве-щением. Оснастку тяговых подстанций показало и ЗАО «Плутон» (Запорожье), располагающее современными линиями для производства, сборки и тестирования элек-тротехнического оборудования.

Ни одна выставка, затрагивающая транспорт, не может обойти вниманием железные дороги. Так, постоянный участник выставки «Электроника-Транспорт» — харьков-ская компания «Желдоравтоматика» продемонстрирова-ла в этом году микропроцессорные системы управления движением поездов, а компания «АВП Технология» — системы управления и безопасности для железных дорог. ВНИИЖТ (Москва) представил не имеющую мировых ана-логов микропроцессорную систему оптимизации работы путевых машин, способную выправить ЖД-путь с точно-стью, позволяющей поездам разгоняться до 350…400 км/ч.

Российская компания «Рост-Электро» представила как серийные, так и заказные табло для остановок обществен-ного транспорта, внутрисалонные табло, информационные табло для вокзалов. Разработчик и производитель свето-диодных табло «Треком» выставил табло для вокзалов, автомобильных дорог и городского транспорта.

Компания «Инком» показала свои контроллеры МОБИС-Т и ВИП-МК, обеспечивающие сбор навигационной информации GPS/Глонасс и обмен данными с диспет-черскими центрами по радио-, сотовым и спутниковым каналам. Компания «М2М телематика» предложила закон-ченные решения и услуги на рынке транспортной теле-матики и спутниковой навигации. Московская компания «Болид» представила системы регистрации и оптимизации маршрутов следования транспортных средств «ОРМА-2» и «ОРМА-3», которые позволяют пресекать нецелевое использование автотранспорта, контролировать расход топлива и загрузку машины.

Прошедшая выставка оказалась весьма актуальной для профессионалов всех видов наземного транспорта и метро. Очередная выставка состоится в апреле 2012 г. А в начале осеннего делового сезона, 6—8 сентября, Международный союз общественного транспорта при под-держке крупнейших транспортных предприятий России — ГУП «Московский метрополитен» и ГУП «Мосгортранс», проведет в МВЦ «Крокус-Экспо» первый Евразийский конгресс и выставку «ЭкспоСитиТранс-2010» под девизом «Общественный транспорт — движущая сила эконо-мического развития городов». Российскую экспозицию формирует Фонд развития социальных программ (премия «Золотая Колесница») и компания «Русгортранс».

Page 12: Электронные компоненты №4/2010

12

WWW.ELCP.RU

СО

БЫ

ТИ

Я Р

ЫН

КА

НОВОСТИ СВЕТОТЕХНИКИ

| ЖИДКИЙ ЛЮМИНОФОР: НОВЫЙ ПОДХОД К ТВЕРДОТЕЛЬНЫМ СИСТЕМАМ ОСВЕЩЕНИЯ | На международной выставке

архитектурного и коммерческого освещения Lightfair 2010 компания Renaissance Lighting продемонстрирует ряд светодиод-

ных светильников, однако демонстрация нового подхода к технологии твердотельных систем освещения с использованием

жидкого люминофора, которая еще не внедрена в производство, может вызвать гораздо больший интерес.

В компании Renaissance Lighting утверждают, что эта технология может обеспечить преимущества в эффективности,

цветовой температуре и коэффициенте цветопередачи. На самом деле, люминофор обеспечивает желаемую цветовую

температуру в зависимости от своего химического состава. При этом коэффициент цветопередачи может быть таким же

высоким, как у лампы накаливания, и достигать 100.

Следует иметь в виду, что заявленные компанией параметры относятся лишь к опытным образцам, которые будут

продемонстрированы на выставке Lightfair 2010. Однако величина эффективности светильников, которую планируется

достичь на базе данной технологии, впечатляет. По сравнению с обычными светильниками, у которых эффективность

составляет 50…60%, этот метод позволит достичь значений 80…90% и выше.

В технологии компании Renaissance используется жидкий люминофор, который поставляется американской корпора-

цией NNCrystal. В таком приборе в оптике из пустотелого стекла, которая расположена между светодиодным источником

и линзами, содержится люминофор. До настоящего времени компания Renaissance не сообщает о точном химическом

составе люминофора.

Ожидается, что светоотдача конечных изделий с помощью этого подхода достигнет 100 лм/Вт.

www.russianelectronics.ru

НОВОСТИ ДАТАКОМА

| В ПИКУ GOOGLE DOCS: В РОССИИ ПОЯВИТСЯ ЕДИНАЯ ГОССИСТЕМА РАБОТЫ С ЭЛЕКТРОННЫМИ ДОКУМЕНТАМИ | Мин-

ком связи России собирается создать единую государственную систему для дистанционной работы с электронной документа-

цией. Об этом рассказал советник министра связи Илья Массух. В первую очередь, такая система позволит государственному

аппарату работать эффективнее и сократить издержки, считают в Министерстве. При работе над таким проектом планируется

использовать свободное программное обеспечение, сообщил Массух. К тому же, ПО будет российской разработки.

Обсудить данный вопрос Комиссия по внедрению информационных технологий в органах государственной власти

планирует в течение ближайших нескольких недель. Но для того, чтобы начать работу, нужно профинансировать проект

из бюджетных средств и объявить конкурс для поиска исполнителя работ.

Подобная система совместной удаленной работы с документацией уже имеется — это Google Docs, но, по словам

советника министра, российская разработка будет обладать более широкими возможностями. Она будет совмещать не

только текстовый редактор и электронные таблицы, но и ряд других приложений вроде бухгалтерских и систем докумен-

тооборота.

www.russianelectronics.ru

НОВОСТИ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

| ПРЕЕМНИК ПРОЦЕССОРА INTEL NEHALEM-EX ВЫЙДЕТ В 2011 г. | На прошлой неделе вице-президент Intel Стивен Смит

(Stephen Smith) раскрыл некоторые делали относительно планов компании по выпуску процессора, который станет пре-

емником восьмиядерного процессора Xeon (Nehalem-EX). По сравнению со своим предшественником, новый серверный

процессор будет иметь больше ядер и работать на более высоких частотах.

Сейчас эта разработка известна под условным названием Westmere-EX. Процессоры Westmere-EX будут предназначены

для серверов с четырьмя и более процессорными гнездами. Важными различием между Nehalem-EX и Westmere-EX станет

переход в производстве от норм 45 к нормам 32 нм. Это позволит сохранить энергопотребление процессоров с большим

числом ядер и более высокой тактовой частотой на прежнем уровне.

Первые 32-нм процессоры Intel для серверов и рабочих станций (Westmere-EP) были выпущены в марте и вошли в

серию Xeon 5600. Они имеют до шести ядер и могут работать в одно- и двухпроцессорных системах. Максимальная часто-

та самой быстрой шестиядерной модели Xeon X5680 равна 3,33 ГГц.

Данных о тактовых частотах Westmere-EX пока нет. Срок появления новых процессоров пока тоже очерчен очень рас-

плывчато — «в будущем году», не назван даже квартал. Известно лишь, что новые процессоры сохранят совместимость на

уровне процессорного разъема с Nehalem-EX.

По мнению Натана Бруквуда (Nathan Brookwood), старшего аналитика Insight 64, Westmere-EX получит до 12 ядер.

Напомним, в арсенале AMD уже есть серверные процессоры с 12 ядрами — это представленные в марте модели серии

AMD Opteron 6000, ранее известные под условным обозначением Magny-Cours. В будущем году AMD планирует выпустить

32-нм процессоры Interlagos с 16 ядрами, построенные на микроархитектуре Bulldozer.

www.russianelectronics.ru

Page 13: Электронные компоненты №4/2010

ОБ

СУ

ДИ

М?

13

Электронные компоненты №4 2010

Вечная проблема большинства околовоенных КБ и НИИ — требование использовать отечественную элементную базу. Вечная головная боль инженеров этих КБ и НИИ — заставить эту самую элементную базу рабо-тать правильно и делать то, что надо, а не то, что заблагорассудится этому непослушному куску кремния. Все ли так печально, или есть надеж-да на светлое будущее?

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МИКРОСХЕМСЕРГЕЙ ОСИПОВ, инженер-программист

КОРНИ ЗЛАДля начала скажем, откуда взялось

требование использовать отечествен-

ную элементную базу. Тому есть две

причины: во-первых, военные опаса-

ются неких «закладок» от коварных

заграничных разработчиков. В общем-

то, опасение не лишено смысла — если

рванет что-нибудь мегатонное не в

точке назначения, а в точке запуска —

очень будет обидно.

Вторая причина — не продают нам

коварные заграничные разработчи-

ки свои микросхемы в исполнении

Military, а продают только в исполне-

нии Industrial. И все бы хорошо, но не

дотягивает это их Industrial до требова-

ний, предъявляемых военными. В част-

ности, по температурному диапазону.

Конечно, потом все равно испытывают

изделие целиком во всех мыслимых

условиях, но как-то спокойнее ответ-

ственным лицам, когда и каждый эле-

мент изделия в этих условиях испытан

отдельно.

Вот и мучаются инженеры.

Иностранную элементную базу «про-

бить» — семь пар железных сапог

истопчешь по инстанциям, российскую

элементную базу использовать — в раз-

работке намучаешься. А почему, соб-

ственно, намучаешься? Или перевелись

в России талантливые микроэлектрон-

щики?

СКОРО СКАЗКА СКАЗЫВАЕТСЯ, ДА НЕ СКОРО ДЕЛО ДЕЛАЕТСЯРазработчики микроэлектроники у

нас талантливые, но уж очень их давят

со всех сторон. Как бывает оно обычно?

Приходят к отечественному разработ-

чику военные и говорят: нужен нам

процессор пятиядерный, о семи гигаф-

лопсах, да чтоб потреблял не более 3

ватт, да чтоб в BGA-корпусе, и перифе-

рии поболее, каналы sRIO не забудь и

спецстойкость нам крайне нужна, но

попозже чуть. Начинает разработчик

думать, сможет ли, да сколько време-

ни займет это. Но руководство фирмы

сразу военным говорит: легко, мол,

за год макетные образцы сделаем, за

два — рабочие, за три — спецстойкие,

а ежели финансирование увеличите —

еще и откат дадим. И то сказать: назо-

ви сроки реальные — плюнут на тебя

военные, бросят твой НПЦ «Альфа» и

уйдут с тем заказом в НТЦ «Омега». А с

ними и деньги уйдут. Да и разработчи-

ков своих кормить надо. Вот и соглаша-

ется руководство.

На следующий день маркетологи

пресс-релиз пишут, что, дескать, через

полгода будет у нас свой TigerSHARC,

да такой, что заграничный TigerSHARC

вдвое-втрое превзойдет. Разработчики

те пресс-релизы читают, воодушевля-

ются, в очередь на новый процессор

становятся.

И вот проходит год. Только полу-

чили первые образцы, убедились, что

они кое-как дышат, багов толком не

выловили, а уже кому-то обещанные

первые образцы отдавать надо. И отда-

ют, а куда деться? А следом претензии

от счастливых обладателей: «Вы ж обе-

щали, 3 ватта, 7 гигафлопс, периферия

разнообразная. А тут потребление —

хоть плитку с подогревом делай, чтоб

7 гигафлопс получить — месяц в ассем-

блере копайся, а из периферии только

UART работает, и тот кое-как».

Конечно, кое-как. А вы думали, у

Analog Devices контроллер TS201 сразу

такой замечательный получился? Вся

и разница в том, что у них раньше про

найденные ошибки сообщают. А вот

почему у нас так плохо с этим?

ВРЕМЯ — ДЕНЬГИВот тут-то мы и подошли к главной

проблеме нашей элементной базы.

Дело-то все в том, что продавать у нас

кидаются, толком не отладив и не отте-

стировав. Но это не потому, что разра-

ботчики слабые, а менеджеры неком-

петентные. Это оттого, что к моменту

получения первых образцов руковод-

ство еще десяток заказов наберет — и

всем по ватту потребление, по гига-

герцу частоты и –50°С. А куда деваться,

чтобы остаться на месте, надо очень

быстро бежать, такое вот кремниевое

зазеркалье.

А на месте остается фирма, хоть

и бежит — значит, штат работников

прежний. Разработчикам тотально

времени не хватает — надо уже новые

микросхемы рисовать, а тут старые не

оттестированы. А тестировщики без

разработчиков тоже не многое смогут.

А значит — извещений об изменени-

ях нет, своевременного оповещения

нет, документацию писать некому. Дай

бог, к следующему запуску этих самых

«наших TigerSHARC» найденные баги

устранить. И начинаются звонки в тех-

поддержку:

– Здравствуйте, у меня не работает

ваша микросхема!

– А как именно не работает?

– Вы знаете, я данные из внешнего

устройства получаю с помощью DMA,

у меня почему-то инструкция портится

где-то во внутреннем ОЗУ.

– А вы можете прислать проект и

описание проблемы? Надо, чтобы раз-

работчики изучили вопрос и сказали,

где проблема.

– Ах, вы не хотите мне отвечать! Я ж

ясно сказал, данные из DMA принимаю,

инструкция портится, что тут непонят-

ного? Дайте вашего самого главного

разработчика, я его сейчас бледным

сделаю!

И не понимает пользователь, что

бледным-то он разработчика сделает,

но смысла в этом никакого нет — не

появится от этого решения проблемы

из воздуха. А написать на почту его

просят не для того чтобы отделаться,

а чтоб разработчики могли описание

проблемы получить, не искаженное

инженером техподдержки, который,

хоть и классный парень, но все знать не

может, и памятью идеальной не облада-

ет — может и исказить информацию.

Нет, у нас ассоциации четкие: не

отвечает — темнит; контакты разра-

ботчика не дает — сволочь; просит на

электронную почту написать — посы-

лает попросту. А разработчика тре-

бовать к телефону — и вовсе дрему-

Page 14: Электронные компоненты №4/2010

14

ОБ

СУ

ДИ

М?

WWW.ELCP.RU

чее советское наследие. Это ж вопрос

не политический, а технический, тут

голосом не решить. Но все равно. А

зачастую ведь и пользователь непра-

вильно делает, ну и документация

местами, конечно, тоже подводит. Тут,

кстати, всплывает еще один важный

аспект.

Из-за сложившейся в стране ситу-

ации сейчас государственные КБ и

НИИ — основные потребители рос-

сийской элементной базы — зачастую

попросту не могут обеспечить достой-

ный уровень зарплат, сравнимый с

уровнем коммерческих фирм. А опыт-

ный и все умеющий разработчик, как

правило, уже не мальчик, да и семья у

него обычно есть. Разумеется, пойдет

он скорее в коммерческую организа-

цию, где про отечественные микро-

схемы и знать не знают, и ведать не

ведают. А в государственных струк-

турах в основном либо люди старой

закалки — с огромным опытом и зна-

нием, но зачастую далекие от совре-

менных технологий, например, слабо

разбирающиеся в программировании,

либо совсем молодые студенты, для

которых работа в этой организации —

первые шаги на ниве программирова-

ния/схемотехники 1.

И те, и другие относятся к отече-

ственным микросхемам с очень боль-

шим скепсисом. Первые — потому

что помнят, как намучались с микро-

схемами, к которым не прилагалось

документации кроме листочка с

назначением выводов (кстати, дале-

ко не у всех российских разработчи-

ков микросхем документация лежит

в открытом доступе, что минус).

Вторые — потому что по юношескому

своему нигилизму просто скептичны

ко всему российскому.

А в процессе разработки рано или

поздно настает такой момент, когда что-

то пошло не так. Можно даже сказать,

что вся разработка электроники на 80%

состоит из таких моментов. И вот тут-то

проявляется скепсис по отношению к

российским компонентам. Вместо вдум-

чивого изучения документации сразу в

ход идет звонок/письмо в техподдерж-

ку (если она есть). Или, как вариант,

документация пролистывается в три

секунды, чтобы очистить совесть (ну

вот, я так и знал, конечно, здесь ничего

про это нет). Нередки случаи, когда

в документации действительно ничего

нет по этому поводу, но бывает и так,

что из описания было прочтено лишь

несколько первых строчек, а остальные

почему-то прошли мимо сознания скеп-

тичного пользователя.

В итоге разработчики свое дра-

гоценное время тратят не только на

проектирование и поиск своих багов

в кремнии, а еще и на поиск того, что

именно неправильно сделал пользова-

тель, чтоб ему об этом сообщить. И все

бы ничего, но вот времени не всегда

на это хватает, да и отношение поль-

зователя зачастую не очень на подви-

ги толкает (ну что, сделали хреновую

микросхему, теперь давайте, ищите мне

решение).

Радует то, что такие случаи все же

реже, чем нормальные спокойные пои-

ски проблемы с последующим решени-

ем. Так что же в результате?

ПОДВЕДЕМ ИТОГИВ результате становится понят-

но, что основные проблемы в нашей

микроэлектронике те же самые, что

и в остальных областях — нехват-

ка денег, а также тотальная спеш-

ка и цейтнот. К сожалению, вряд ли

можно прогнозировать существен-

ный прогресс в этой отрасли в бли-

жайшее время. С другой стороны,

все больше фирм уделяет внимание

разработке качественной документа-

ции и заботе о своих пользователях.

Действительно, давайте будем наде-

яться на лучшее. Рано или поздно,

но вопрос с соответствием наших

микросхем общемировым стандар-

там решится.

1 Ни в коем случае не стоит рассматривать эти слова как оскорбление. Разумеется, разные люди есть. Но к сожалению, ситуация чаще

всего именно такова.

К идее создания новой рубрики «Обсудим?» нас подтолкнула опубликованная выше статья. Речь в ней идет не об использовании тех или иных компонентов, но о российских компаниях-производителях этих самых компонентов. На наш взгляд, едва ли правильно говорить вообще о российской элементной базе, равно как и не совсем верно рассуждать о российских компаниях-производителях конечных изделий, не учиты-вая их формы собственности.

Между продукцией частных компаний и ФГУП подчас лежит дистанция огромного размера. Нам известны компоненты, производимые частными предприятиями, которые по соотношению цена/качество не уступают импортным аналогам, правда, таких немного. И мировая, и российская практика показывает, что частный бизнес, как правило, эффективнее.

Однако российская специфика такова, что большую часть рынка (по нашим приблизительным оценкам, 50—70%) занимает госзаказ. И ни для кого не секрет, что значительная его часть поступает во ФГУПы, являясь, по сути, завуалированной формой их финансирования. Таким образом, популярный лозунг о поддержке российской электроники, по существу, сводится к финансированию ФГУП.

Мы не во всем согласны с автором статьи. Отдаем себе отчет в том, что и в наших кратких комментариях, а они сознательно написаны несколько провокационно, специалисты найдут изъян. Но идея новой рубрики в том и состоит, чтобы как можно полнее обсудить проблему и высказать разные мнения.

Мы надеемся получить отклики на опубликованную статью, а также ждем от вас спорных и интересных материалов для обсуждения в этой новой рубрике.

ОТ РЕДАКЦИИ

НОВОСТИ ДАТАКОМА

| МИНКОМСВЯЗИ ГОТОВИТ КОНВЕРСИЮ | Минкомсвязи планирует к концу года разработать план конверсии частот в диапа-

зоне 790…862 МГц, относящихся к «цифровому дивиденду». На расчистку спектра, по предварительным оценкам министерства,

потребуется около 2 млрд долл. в течение 3—4 лет. Регулятор предлагает провести расчистку за счет операторов при условии,

что затем они получат освободившиеся частоты.

В конце 2009 г. президент Дмитрий Медведев поручил Минкомсвязи и Минобороны решить проблему с нехваткой частот

для развития сетей 3G и 4G. Министерства в ответ предложили в качестве приоритетных мер определить для развития 4G

полосы 790…862 МГц и 2500…2690 МГц. К концу мая ведомства должны провести технический аудит радиочастотного спектра,

разработать план работ по его расчистке и схему финансирования этих работ. Министр связи и массовых коммуникаций Игорь

Щеголев уже в апреле пообещал, что на ближайшем заседании ГКРЧ (запланировано на 28 мая) решение будет принято.

www.russianelectronics.ru

Page 15: Электронные компоненты №4/2010
Page 16: Электронные компоненты №4/2010

16

РА

ЗР

АБ

ОТ

КА

И К

ОН

СТ

РУ

ИР

ОВ

АН

ИЕ

WWW.ELCP.RU

В этой статье идет речь о принципах тестопригодной разработки (DFT — Design-For-Testability) с учетом технологии периферийного (гра-ничного) сканирования для последующего производственного и опытного тестирования плат. До сих пор многие разработчики воспринимают JTAG как метод локальной верификации соединений или способ програм-мирования ПЗУ и ПЛИС, а не как полноценный тестовый метод для выяв-ления разнообразных дефектов. Между тем, JTAG давно уже «вырос» из примитивного подручного средства «прозвонки» и позволяет проверять цепи устройств памяти, связующей логики, разъемов, интерфейсных устройств. Статья знакомит читателя с «классическим» набором пра-вил тестопригодной разработки, проиллюстрированных практически-ми примерами и пояснениями.

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ

ТЕСТОПРИГОДНОЙ РАЗРАБОТКИАЛЕКСЕЙ ИВАНОВ, техн. консультант, JTAG Technologies

ВЫБОР КОМПОНЕНТОВНа первый взгляд, все просто: выби-

рать следует компоненты с поддерж-

кой JTAG. Однако на практике быва-

ет, что производители микросхем

указывают в спецификации (datasheet)

наличие JTAG-порта, но если изучить

документацию более детально, оказы-

вается, что он реализован только для

целей отладки, просто как интерфейс

(чаще всего это указывается пример-

но как “JTAG-port (only) for debugging

purposes”). Такой компонент, имея в

своем составе JTAG-интерфейс, не под-

держивает стандарт IEEE 1149.1. Этот

стандарт обязывает микросхему содер-

жать несколько регистров, необходи-

мых для тестирования плат, в том числе

регистр периферийного сканирования,

подключенный к внешним выводам

микросхемы. При этом информация о

соответствии стандарту в специфика-

циях (datasheet) может иметь различ-

ный вид — от одной строчки до целого

раздела. Ключевыми словами, указыва-

ющими на то, что у микросхемы имеет-

ся полноценная тестовая логика, могут

быть: “IEEE 1149.1”, “boundary-scan”,

“JTAG for board testing” и т.п. Однако

бывает и так, что микросхема полно-

стью поддерживает тестирование по

IEEE 1149.1, хотя в datasheet указывается

лишь “JTAG-interface”, и ничего более.

Но это скорее исключение из правил,

и встречается у отдельных произво-

дителей в сокращенных datasheet. В

подробных руководствах указание на

соответствие стандарту все-таки при-

сутствует.

Одним из верных признаков того,

что микросхема полностью поддержи-

вает стандарт IEEE 1149.1, является нали-

чие BSDL-файла, который описывает

структуру необходимых регистров и, в

частности, функции ячеек периферий-

ного сканирования для тестирования

платы (вход, выход, управление). Файлы

BSDL вместе со списками соединений

из САПР составляют основу при автома-

тической генерации всех тестов и при-

ложений. В большинстве случаев эти

файлы можно загрузить с сайтов произ-

водителей микросхем. Правда, отдель-

ные производители закрывают доступ

к данной информации и поставляют

BSDL только напрямую пользователям

своих продуктов.

BSDL-файл бывает полезен при

тестопригодном проектировании, так

как многие производители компонен-

тов с поддержкой стандарта IEEE 1149.1

добавляют в него полезные коммента-

рии. Такие комментарии могут, напри-

мер, содержать информацию о тре-

буемых состояниях на определенных

выводах для поддержания устройства в

тестовом режиме во время тестирова-

ния. Изучение BSDL-файла при выборе

компонентов также может указать на

качество тестового покрытия будущей

разработки. Ниже приведен отрывок

из BSDL-файла, в котором описывается

функциональность выводов устройства

в режиме сканирования:

TINOUT0 : inout bit;

CLKR0 : inout bit;

FSR0 : inout bit;

DR0 : in bit;

CLKX0 : inout bit;

FSX0 : inout bit;

DX0 : out bit;

RTCINX1 : linkage bit;

Здесь linkage bit означает вывод без

поддержки сканирования, in (или out)

bit говорит о том, что вывод во время

тестирования будет однонаправлен-

ным, inout bit — двунаправленным.

Чем больше у микросхемы выводов с

атрибутом inout bit, тем большим будет

покрытие возможных неисправностей

на плате; in и out лучше, чем ничего,

однако возможностей уже не так много,

поскольку вывод во время тестирова-

ния будет выполнять только роль выхо-

да или входа. Следует заметить, что раз-

работчики устройств на ПЛИС должны

беспокоиться здесь меньше всего, так

как у подавляющего большинства ПЛИС

все цифровые выводы всегда имеют

атрибут inout bit.

РАЗБИВКА КАНАЛОВ СКАНИРОВАНИЯНе существует однозначного ответа,

выводить ли несколько каналов ска-

нирования или объединять все компо-

ненты с поддержкой периферийного

сканирования в одну цепочку. Тем не

менее, приведем несколько соображе-

ний, которые могут помочь разработ-

чику разобраться в данном вопросе.

При этом у нас найдутся доводы как

в пользу объединения, так и против

него.

Некоторые разработчики считают

объединение TAP-сигналов в единую

последовательную цепочку (см. рис. 1)

лучшим и единственным решением,

за исключением устройств с разными

уровнями TAP-сигналов или случаев,

когда средства отладки не восприни-

мают «чужие» им устройства и требуют

отдельного JTAG-канала. Такое объеди-

нение бывает не всегда необходимым и

полезным, даже если на плате исполь-

зуются микросхемы одного произво-

дителя.

Разделение JTAG-компонентов в

разные цепочки сканирования наи-

более полезно с точки зрения сокра-

щения длины тестовых векторов. Дело

в том, что при создании тестов JTAG

средствами проектирования на основе

Page 17: Электронные компоненты №4/2010

РА

ЗР

АБ

ОТ

КА

И К

ОН

СТ

РУ

ИР

ОВ

АН

ИЕ

17

Электронные компоненты №4 2010

анализа схематики генерируются так

называемые векторы. Эти векторы (или

паттерны) последовательно вдвига-

ются в ячейки регистров периферий-

ного сканирования JTAG-микросхем и

выставляются во внешние цепи. Затем

результирующие последовательно-

сти, считанные с платы, выдвигаются

обратно в тестовый контроллер. Таких

векторов может быть от нескольких

десятков при тестировании межком-

понентных соединений до нескольких

тысяч при тестировании памяти типа

DDR. С учетом того, что длина регистра

периферийного сканирования совре-

менной ПЛИС может достигать 2—3

тысяч ячеек, можно представить длину

общей последовательности для платы,

содержащей несколько таких ПЛИС.

И хотя без разделения каналов даже

при тестировании DDR-памяти время

не будет астрономически велико, одна-

ко когда дело доходит до програм-

мирования флэш-ПЗУ, длина вектора

становится важным фактором в уско-

рении процесса «прожига». Ведь такие

устройства, как флэш-память, требуют

значительно большего количества век-

торов; при этом все они так же подчиня-

ются операции сдвига. Таким образом,

разделение каналов важно не только

для обеспечения работы «родных»

отладочных средств устройств, но и,

например, для обеспечения скорост-

ного «прожига» ЭСПЗУ на тестируемой

плате. При этом следует заметить: сред-

ства JTAG-тестирования чаще всего

допускают включение в одну цепочку

микросхем разных производителей.

Противоположный подход — когда

разработчик выводит порт каждой

JTAG-микросхемы в отдельный канал

со своим разъемом. При этом, пре-

жде всего, увеличиваются габариты

платы. Между тем многие современ-

ные JTAG-тестеры позволяют работать

одновременно с несколькими TAP-

портами, а в случае необходимости

можно использовать платы расшире-

ния, которые мультиплексируют JTAG-

каналы. Это помогло бы уменьшить

число разъемов, однако разработчи-

ки зачастую вообще отказываются от

применения JTAG для тестирования,

используя интерфейс только на тех

устройствах, где требуется конфигу-

рирование, «прошивка» или отлад-

ка, замыкая JTAG-порты остальных

микросхем на «землю», и тем самым

значительно сокращая возможности

тестового покрытия изделия в целом.

При этом вне тестового покрытия

оказываются такие компоненты, у кото-

рых JTAG предназначен только для

тестирования цепей платы, на которую

они устанавливаются: например, интер-

фейсные микросхемы Ethernet, PCI,

некоторые микросхемы оперативной

памяти (в принципе, память при JTAG-

тестировании не должна соответство-

вать стандарту IEEE 1149.1, так как для

проверки связей с ОЗУ используются

окружающие микросхемы, поддержи-

вающие периферийное сканирование.

Впрочем, некоторые производители

чипов памяти военного и космического

назначения встраивают тестовую логи-

ку JTAG для повышения надежности

теста ответственных изделий).

Чтобы не снижать качество тести-

рования, можно объединить такие

устройства в одну JTAG-цепочку, или

даже включить их в каналы сканиро-

вания других устройств. Тогда на плату

не нужно выводить много разъемов.

При использовании средств отладки, не

приемлющих «посторонних» устройств

в цепочке, можно исключить их при

помощи, например, джамперов или

нулевых резисторов.

Итак, необходимо найти некий

«баланс» при разбиении каналов скани-

рования, причем каждый конкретный

проект нуждается в индивидуальном

подходе в зависимости от требований

к процессу тестирования, габаритов

платы и других факторов. В идеале на

сложных платах, содержащих большое

количество JTAG-микросхем, должна

быть проведена их логическая разгруп-

пировка по нескольким каналам скани-

рования.

КОНТРОЛЬ КОМПОНЕНТОВ БЕЗ ПОДДЕРЖКИ IEEE 1149.1Одним из немаловажных аспектов

тестопригодной разработки является

контроль активных компонентов в про-

цессе JTAG-тестирования. Речь идет о

компонентах без поддержки перифе-

рийного сканирования или, как их еще

называют, «кластерах». В роли таких

«кластеров» могут выступать любые

компоненты: память, логика, интер-

фейсные устройства, ЦАП и АЦП.

Предположим, что у нас есть схема,

приведенная на рисунке 2. Для того

чтобы в процессе тестирования полу-

чить наибольшее тестовое покрытие,

нам требуется проверить цепи между

процессором и ПЛИС, а также соедине-

ния каждого из них с третьим компо-

нентом, который является «кластером».

Поэтому тестирование данной схемы

будет разбито на два этапа (из таких эта-

пов затем создаются производственные

тестовые последовательности).

Первый этап — это тестиро-

вание соединений между JTAG-

компонентами: ПЛИС и процессором.

Несмотря на то, что на данном этапе

кроме проверки связей этих двух

микросхем могут выявляться также

некоторые дефекты и третьей (напри-

мер, КЗ), требуется более тщательное

тестирование цепей, идущих от JTAG-

компонентов к «кластеру». Поэтому на

втором этапе будет использоваться

модель функционирования «класте-

Рис. 1. Объединение компонентов с JTAG в одну цепочку сканирования

Рис. 2. Управление отключением активных компонентов во время теста

Page 18: Электронные компоненты №4/2010

18

РА

ЗР

АБ

ОТ

КА

И К

ОН

СТ

РУ

ИР

ОВ

АН

ИЕ

WWW.ELCP.RU

ра», на основе которой будут гене-

рироваться тестовые последователь-

ности, выставляемые как c одной,

так и с другой JTAG-микросхемы, а

также словари для диагностирования

дефектов. Но для выполнения перво-

го этапа нам требуется, чтобы третий

компонент был в пассивном состоя-

нии и желательно, чтобы его выводы,

которые волею случая оказались на

общей шине, в это время находились в

состоянии высокого импеданса.

Практика показывает, что распро-

страненным является случай, когда

подобный «кластер» имеет такую воз-

можность перевода в третье состояние,

однако разработчик жестко заводит

сигнал управления (в нашем приме-

ре — OE) на определенный уровень без

возможности манипуляций с ним. При

этом, скажем, у той же ПЛИС присут-

ствует большое количество неисполь-

зованных выводов. Неподключенные

выводы JTAG-компонентов реко-

мендуется использовать для контро-

ля остальной «периферии» на плате.

Следует отметить, что при использо-

вании сканирования тестовые векторы

будут автоматически удерживать сиг-

налы управления, а соответствующие

Рис. 3. Контроль над синхронизацией со стороны тестовых векторов

биты для контрольных цепей будут

содержаться в каждом из них.

Вторая проблема с отсутствием кон-

троля — это «неуправляемость» квар-

цевых резонаторов, используемых в

тестируемой схеме. Сигнал от одного

такого резонатора может распреде-

ляться по многим блокам схемы, и, если

не обеспечить его отключение, можно

потерять часть тестового покрытия

платы. Во-первых, цепи сигналов син-

хронизации будут исключены из теста,

и мы не сможем локализовать неко-

торые потенциальные неисправности

на них (короткие замыкания, обрывы

и т.д.). Во-вторых, некоторые «класте-

ры» управляются тактовыми сигналами:

это могут быть устройства динамиче-

ской памяти или определенные виды

ло гики.

Важно помнить, что для тестиро-

вания таких устройств при помощи

периферийного сканирования необхо-

димо обеспечить их контроль со сто-

роны JTAG-компонентов; это касается

и тактовых сигналов, которые будут

«подменяться» при помощи тестовых

векторов. Таким образом, управление

отключением резонатора на практике

может увеличить тестовое покрытие

платы на 10—20% благодаря включе-

нию в тест «кластеров», требующих для

симуляции своей работы тактовых сиг-

налов.

Вариантов реализации такой «под-

мены» может быть много, и, навер-

ное, это тема отдельного разговора.

На рисунке 3 показан один возможных

способов. Данная схема позволяет во

время тестирования одновременно

отключать генератор и управлять син-

хронизацией, к примеру, блока дина-

мической памяти, хотя ситуация могла

быть неподконтрольной при соедине-

нии сигнала OE генератора только с

цепью питания. Заметим, что существу-

ют распределители с ФАПЧ, где нижняя

частота пропускаемых синхросигналов

ограничена. Для периферийного скани-

рования, во время которого тактовые

импульсы симулируются с помощью

операций сдвига, такая граница может

быть зачастую недостижима. Поэтому

также рекомендуется выбирать рас-

пределители с возможностью отключе-

ния порога пропускания.

Автор надеется, что на нескольких

приведенных примерах ему удалось не

только осветить некоторые наиболее

важные аспекты тестопригодного про-

ектирования, но и ответить на вопрос о

том, что дает в итоге выполнение таких

рекомендаций.

ЛИТЕРАТУРА1. Руководство по разработке тесто-

пригодных печатных плат//www.jtag-

technologies.ru.

2. Иванов А.В. Тестопригодность элек-

тронных изделий как залог успеха пред-

приятия//Поверхностный монтаж, 2009,

№4, с. 22–23.

3. Городецкий А., Курилан Л. Тесто при-

годное проектирование схем для гранично-

го сканирования//Производство электро-

ники, 2008, №1.

НОВОСТИ СВЕТОТЕХНИКИ

| КОНФЕРЕНЦИЯ STRATEGIES IN LIGHT 2010 ОЗНАМЕНОВАЛА НАЧАЛО НОВОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ РЫНКА СВЕТОДИО-ДОВ | Последняя, 11-я, конференция и выставка Strategies in Light 2010 была полна оптимизма в отношении прогнозируе-

мого устойчивого роста рынка в ближайшие годы. После года резкого спада и последующего восстановления, в результате

которого рост чистой выручки на рынке светодиодов высокой яркости в 2009 г. составил 5%, в настоящее время этот рынок

переходит в новую фазу своего развития. Ожидается, что под влиянием возрастающего спроса со стороны таких приложе-

ний как подсветка ЖК-дисплеев и светодиодное освещение, рынок светодиодов вырастет в 2010 г. на более чем 50%. Эти

позитивные данные были представлены участниками конференции.

11-я ежегодная конференция Strategies in Light 2010 проводилась в Санта-Клара (Калифорния) и включала две парал-

лельные секции, на одной из которых обсуждался рынок светодиодов высокой яркости, а на другой — светодиодные

системы освещения. В этом году новым на конференции стало проведение форума инвесторов по твердотельным систе-

мам освещения, во время которого свои технологии представили 12 компаний.

Регламент конференции включал проведение четырех семинаров и двух занятий. В работе конференции присутство-

вали 90 экспонентов и около 3000 зарегистрированных участников. Другим важным событием этого мероприятия стало

объявление результатов конкурса по выбору лучшего светильника следующего поколения (Next Generation Luminaires).

www.russianelectronics.ru

Page 19: Электронные компоненты №4/2010

19

Электронные компоненты №4 2010

Не секрет, что микроэлектронная промышленность

в нашей стране существенно отстает по темпам раз-

вития от других областей как в вопросах обеспечения

потребности отечественных изготовителей приборов

современной элементной базой, так и по качественным

показателям компонентов: функциональным возможно-

стям, техническим характеристикам, качеству и надёж-

ности. Применение импортных комплектующих является

вынужденной, но необходимой мерой, попыткой не

допустить отставания хотя бы в оборонной области, обе-

спечивая вывод на рынок конкурентоспособных видов

вооружения.

Но обратной стороной становится зависимость нашей

электронной промышленности от зарубежных производи-

телей и поставщиков. Кроме того, не всегда и зарубежные

комплектующие удовлетворяют заявленным требованиям

по качеству и надёжности. В последнее время наблю-

дается также увеличение контрафактной продукции.

Выявление несоответствующих компонентов является

непростой задачей на стадии входного контроля, а при его

отсутствии попытки диагностики и локализации дефектов

указанного типа на собранных печатных узлах и приборах

связаны с высокими затратами и не всегда прогнозируе-

мым результатом. К сожалению, сходные проблемы суще-

ствуют и в отношении небольшого ассортимента изделий

микроэлектроники, который предлагают отечественные

производители.

Доверие к качеству и надёжности отечественной

микроэлектронной промышленности сильно подорвано,

т.к. всем известно реальное положение дел в данной

отрасли. При этом даже продукция с военной прием-

кой не всегда соответствует своему предназначению,

вызывая массу претензий и нареканий к поставщикам и

производителям. Бывает, что компоненты 20-летней дав-

ности оказываются лучшего качества, чем выпущенные в

последние годы. Поэтому перед отечественными произ-

водителями микроэлектронных компонентов и их потре-

бителями, изготовителями готовых электронных изделий,

стоит проблема объективного контроля: от элементарной

проверки компонентов на работоспособность до отбора

изделий по критериям качества и надёжности для особых

применений.

В настоящий момент для обеспечения качества и

надёжности выпускаемой электронной техники, как

Изделия микроэлектроники все глубже проникают в нашу жизнь, предоставляя новые возможности в различных областях: телекоммуникациях, компьютерах, системах управления и обеспечивая более комфортные условия жизни. Микроэлектронные изделия, применяемые в системах управления, сопряженных с источниками повы-шенной опасности (транспорт, экология, энергетика), а также в системах оборонного назначения, должны удо-влетворять повышенным требованиям к качеству и надёжности. Ведь проблемы с копеечным чипом могут обер-нуться многомиллионными убытками или поставить под угрозу человеческую жизнь. К сожалению, за примерами далеко ходить не надо… Вопросам организации эффективного электрического контроля изделий микроэлектро-ники у их изготовителей и на этапе входного контроля у потребителей посвящена данная статья.

НИКОЛАЙ КЛЮКВИН, гл. специалист отд. электрического контроля,

направление производства РЭА, ЗАО Предприятие Остек, [email protected]

Современный подход к организации контроля полупроводниковых устройств

правило, проводится контроль для выявления «отказов

нулевого часа» и испытания на уровне готовых прибо-

ров с применением электротермотренировки. При этом

изделие помещается в климатическую камеру, к нему

подключается питание, имитируются входные сигналы и

нагрузки. При возникновении отказов приходится решать

сложную задачу, связанную с поиском и локализацией

дефектного компонента. При сложном дефекте и недо-

статочной опытности наладчика (а часто и при наличии

большого опыта) нередки случаи, когда изделие и вовсе

отбраковывается из-за невозможности локализовать

сбойный компонент. Бывает и так, что ремонт такого

изделия, связанный с перепайкой микросхемы с большим

количеством выводов и малым шагом, не обеспечивает

необходимого уровня качества и надёжности, вызывая

вторичный брак. Стоимость затраченных при этом ресур-

сов и времени могут превосходить стоимость самого

изделия.

Все перечисленные проблемы вызывают естественное

желание организовать технологический процесс серьёзно-

го входного контроля элементной базы. Однако существу-

ют только единицы предприятий, на которых этот процесс

реализован. В большинстве случаев входной контроль

компонентов обычно проводится в очень упрощённом

виде с использованием методов исключительно визуаль-

ного контроля и, значительно реже, путём проведения

выборочных испытаний. Ну, а сплошной контроль — уже

из области фантастики. Сложность организации такого

процесса понятна каждому. Проверка на работоспособ-

ность, а тем более на надёжность упакованного, например,

в ленту, сложного миниатюрного компонента в условиях

сборочного производства представляется сложнейшей

задачей, связанной с решением множества проблем:

– необходимостью обеспечения сохранности компо-

нентов при распаковке/упаковке и тестировании;

– необходимостью в прецизионных контактирующих

устройствах, обеспечивающих для компонента как меха-

ническую (легко повредить выводы), так и электростатиче-

скую безопасность;

– необходимостью в специальном тестовом оборудова-

нии;

– необходимостью в проходной камере, генераторе

тепла/холода, азотном оборудовании для проведения кли-

матических испытаний;

Page 20: Электронные компоненты №4/2010

20

WWW.ELCP.RU

– минимизацией (если не с исключением) влияния

человеческого фактора при отсутствии специалистов соот-

ветствующей квалификации.

Можно все же попытаться решить все эти вопросы и

найти соответствующее оборудование на современном

рынке, но при этом возникнут новые проблемы, которые

связаны с тем, что:

– все компоненты и оборудование для оснащения

технологического процесса поставляются разными произ-

водителями, каждый из которых ограничивает зону своей

ответственности и не отвечает за эффективность техноло-

гического процесса контроля в целом, с учётом специфи-

ческих требований конкретного заказчика;

– никто не сможет гарантировать достижения конеч-

ного результата, если заказчик решит делать всё самостоя-

тельно;

– не каждый поставщик возьмётся за комплексное

решение такой задачи «под ключ». Проще говоря, все

готовы продать «железо» и, в лучшем и исключительном

случае, часть технологии, но не полностью законченный

технологический процесс контроля и испытаний.

Решение подобных задач под силу не просто про-

изводителю тестового оборудования, каких немало, а

именно профессионалу в своей области. Он должен быть

готов поставить весь технологический процесс контроля

качества компонентов, обеспечив их испытание в разных

климатических условиях и при физических воздействиях

на базе собственной линейки оборудования и реализовав

при этом полную автоматизацию процесса.

Работая много лет с компанией SPEA, мы убедились, что

именно таким профессионалом она является. SPEA уже

более 30 лет успешно работает на рынке тестового обо-

рудования, занимая в Европе передовые позиции в своей

области. Она производит тестовое оборудование для

двух смежных областей: микроэлектроники и сборочных

электронных производств. В России компания SPEA извест-

на уникальными системами электрического контроля с

летающими пробниками. Хорошо понимая проблемы как

производителей элементной базы, так и производителей

готовой электроники, SPEA последовательно развивает и

совершенствует свои линейки оборудования, что позво-

лило ей выйти на качественно новый технологический

уровень, предоставив потребителям технологически

законченные решения в области контроля качества совре-

менной элементной базы, включая популярные на сегод-

няшний день микроэлектромеханические системы (МЭМС).

Одно из возможных решений испытательного комплек-

са функционально представлено на рисунке 1.

Основные компоненты комплекса:

– манипулятор SPEA H3560 предназначен для автома-

тической загрузки/выгрузки компонентов, обеспечения

их контакта через электрический интерфейс с тестовой

системой, выполнения климатических и физических усло-

вий испытаний компонентов, проведения последующей

разбраковки по результатам испытаний;

– тестовая система SPEA Comptest 460 выполняет

тестовые программы электрического контроля компонен-

тов, в т.ч. при климатических воздействиях;

– генератор тепла/холода обеспечивает заданные

климатические условия испытаний;

– упаковщик RSL200 выполняет упаковку разбракован-

ных компонентов в ленту.

Всё оборудование работает под единым программным

управлением, обеспечивая автоматический режим работы

и исключая влияние человеческого фактора на всех стади-

ях работы с компонентами.

Внешний вид комплекса показан на рисунке 2. Тестовая

система располагается на заднем плане.

Рассмотрим подробно работу комплекса.

МАНИПУЛЯТОР Работа манипулятора включает следующие этапы:

– тестируемые компоненты в паллетах загружаются в

магазин, после чего оператор запускает процесс контроля.

Первая паллета с компонентами автоматически подаётся

в зону загрузки. Оптическая система, расположенная на

головке манипулятора, проводит контроль соответствия

маркировки компонента и определяет положение «ключа».

Производится захват компонента головкой манипулятора

с вакуумным захватом. При необходимости выполняется

разворот компонента в необходимое положение.

– компонент проносится над камерой высокого раз-

решения, которая проверяет его выводы на отсутствие

повреждений и деформации, вычисляет координаты гео-

метрического центра положения компонента для точного

совмещения его с контактирующим устройством (розет-

кой) на загрузочной плате;

– далее устройство перемещения устанавливает ком-

понент в контактирующее устройство, где производится

его фиксация. Тестовая система запускает соответствую-

щую программу контроля. По окончании теста произво-

дится извлечение компонента из розетки. В соответствии с

результатами контроля манипулятор переносит компонент

для укладки в соответствующую паллету — проводится

разбраковка.

Механизм перемещения компонентов построен на

базе линейных приводов, имеющих неоспоримые преиму-

щества перед шаровинтовыми парами. Это позволило

сделать его компактным, обеспечить плавные кривые раз-

гона и ускорения при перемещении компонентов, исклю-

чив возможность смещения компонента с вакуумной

насадки. Предотвращается возможность неправильного

позиционирования компонента при его загрузке в контак-

тирующее устройство и последующее его повреждение,

Рис. 1. Функциональная схема испытательного комплексаРис. 2. Тестовый комплекс для проведения испытаний и контроля параметров микроэлектронных изделий

Page 21: Электронные компоненты №4/2010

21

Электронные компоненты №4 2010

возможность потери компонента в процессе перемеще-

ния. Вакуумная головка захвата компонентов позволяет, в

зависимости от модификации, одновременно захватывать

до 6 или 12 компонентов, что обеспечивает необходимый

уровень производительности.

В используемых линейных приводах нет трущихся

частей, а роль подшипников выполняет воздух — соот-

ветственно, полностью отсутствует смазка. По опыту экс-

плуатации других систем компании SPEA, в которых также

используются линейные приводы, их техническое обслу-

живание минимально, а уровень надёжности очень высок.

Участие человека в процессе сводится только к загрузке

паллет с компонентами в магазины и выгрузку паллет с

разбракованными компонентами из них.

Устройство контактирования представляет собой загру-

зочную плату (см. рис. 3), на которой смонтировано необ-

ходимое количество розеток.

Она изготавливается в соответствии с требованиями

заказчика под необходимые типы корпусов микросхем

и может быть рассчитана на одновременную работу с

32 компонентами. Количество одновременно контроли-

руемых компонентов определяется количеством кана-

лов тестовой системы и числом выводов компонента.

Конструкция съемная и обеспечивает быстрый переход

с одной загрузочной платы на другую. В зависимости от

требуемой производительности и пожеланий возможно

изготовление загрузочной платы одновременно под

разные типы корпусов, что очень актуально в условиях

многономенклатурных и мелкосерийных производств.

Важно, что заказчику не придётся самому решать вопро-

сы изготовления загрузочных плат под стандартные и

нестандартные корпуса. Компания SPEA все вопросы

возьмет на себя, предоставив готовую систему кон-

тактирования высочайшего качества. При этом SPEA

располагает целым пакетом ноу-хау в данной области.

Загрузочная плата устанавливается непосредственно

на тестовой голове системы электрического контроля,

которая располагается в рабочей зоне манипулятора. Тем

самым отпадает необходимость в кабельных соедине-

ниях, длина измерительных цепей сводится к минимуму,

обеспечивая необходимое качество передачи сигналов, в

т.ч. высокочастотного диапазона.

Дополнительно рабочая зона манипулятора оснащается

ионизационными модулями, предназначенными для сня-

тия статического электричества с внутренних поверхно-

стей установки, а также самих тестируемых компонентов.

Возможности манипулятора существенно повышаются

при оснащении его климатической системой испытаний

тестируемых компонентов. Климатическая система вклю-

чает в себя непосредственно климатическую установку

(генератор холода) и термоинтерфейс, обеспечивающий

передачу тепла/холода тестируемым компонентам.

На практике задача по нагреву/охлаждению тестируе-

мого компонента не так проста, как может показаться с

первого взгляда. Имеется множество ограничений.

Обычно такие задачи решаются с помощью камеры,

имеющей термоизоляцию, шланги подвода и т.д. Одной из

проблем, которые возникают при быстром нагреве/охлаж-

дении, является образование росы и инея. Не стоит забы-

вать, что при этом на компонент подаётся питание и раз-

личные электрические сигналы. Кроме того, необходимо

учитывать, что корпуса современных компонентов имеют

способность к впитыванию влаги, что в дальнейшем, в

условиях пайки в печи, повышает вероятность их повреж-

дения. Поэтому после испытаний требуется хорошо «про-

сушить» компоненты. И это только часть проблем, которые

необходимо решить при испытаниях такого рода.

Другой круг проблем связан с тем, что необходимо

обеспечить быстрое охлаждение до низких температур. У

большинства подобных установок процесс реализуется с

использованием сжиженного азота, что накладывает огра-

ничения и на саму организацию процесса. Требуются спе-

циально оборудованные помещения для работы с азотом,

их аттестация и допуск персонала к работам с азотными

установками.

Компания SPEA принципиально отказалась от идеи

использования азота и пошла своим, принципиально иным

путем. В данной установке понятие термокамеры в при-

вычном понимании этого слова отсутствует. Отсутствует

и замкнутый объем с толстым слоем термоизоляции, куда

помещаются тестируемые компоненты и в котором созда-

ются необходимые климатические условия. Разработанная

конструкция называется термоинтерфейсом. Собственно,

в этом термоинтерфейсе и состоит ноу-хау компании SPEA.

Этот метод обеспечивает условия испытаний в диапазоне

–60…150°С. Компактность термоинтерфейса позволила

снизить инерционность и увеличить градиент изменения

температуры. Устранены такие последствия резкого изме-

нения температуры как образование инея и выпадение

росы. При этом удалось добиться минимальной инерцион-

ности термосистемы, хорошей равномерности распреде-

ления температуры между тестируемыми компонентами.

Контроль температуры может проводиться для каждого

компонента в отдельности.

ТЕСТОВАЯ СИСТЕМАТестовая система является важнейшим элементом

комплекса. Её конфигурация выбирается в зависимости

от типов корпусов, числа выводов, необходимой произ-

водительности (количества одновременного тестируемых

компонентов). У компании SPEA существует целая линейка

таких систем, позволяющая решить любые задачи по обе-

спечению качественного контроля полупроводниковых

компонентов различных типов: низковольтных, высоко-

вольтных и сильноточных.

Основные возможности функциональных модулей

представлены ниже:

– количество каналов: до 2048 (аналоговых, цифровых

или смешанного типа);

– до 16 источников питания средней мощности V/I

(±120 В; ±2 A);

– до 4 источников большого тока V/I (±100 В; 400 A); до

8 источников высокого напряжения V/I (±2500 В);

– прецизионный AC генератор (16 bit, 20 bit Audio BW);

– 4-проводный высокопрецизионный измеритель;

– RF генератор до 3 ГГц;

– другие функциональные модули и возможность

использовать модули сторонних производителей с интер-

фейсом PXI.

УПАКОВЩИК КОМПОНЕНТОВ В ЛЕНТУИспытательный комплекс может оснащаться упаков-

щиком компонентов в ленту RSU. При этом одновре-

Рис. 3. Загрузочная плата (зеленого цвета) с четырьмя розетками под тести-руемые компоненты

Page 22: Электронные компоненты №4/2010

22

WWW.ELCP.RU

менно возможна упаковка компонентов в две ленты: в

соответствии с результатами тестирования (сортировка/

разбраковка) или для обеспечения повышенной произво-

дительности. Встроенные средства оптической инспекции

позволяют контролировать процесс упаковки по наличию

компонента в ячейке ленты и его ориентации. Типовая

ширина лент под упаковку составляет 8…24 мм.

RTA — ПОВОРОТНО-ВРАЩАЮЩИЙСЯ СТОЛ СТАТИЧЕСКО-ГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯВ условиях действия государственной программы

развития нанотехнологий и планов создания МЭМС-

компонентов различного назначения становятся акту-

альными вопросы обеспечения контроля их качества.

Например, при контроле датчика срабатывания авто-

мобильной подушки безопасности необходимо соз-

дать соответствующие физические воздействия в виде

заданного вектора ускорения и необходимой величины

его изменения для срабатывания датчика, определить

реальные диаграммы углов срабатывания. Как это

выполнить в условиях массового или мелкосерийного

производства? Компания SPEA представила свое уни-

кальное решение.

Поворотно-вращающийся стол (RTA) напоминает гиро-

скопический подвес (см. рис. 4), в котором установленный

на загрузочную плату компонент может подвергаться

радиальным воздействиям с различными значениями в

трех плоскостях. Этот стол может работать как в составе

рассмотренного автоматизированного комплекса (см.

рис. 5), так и в виде отдельного компонента совместно

с тестовой системой в условиях мелкосерийного про-

изводства или лаборатории. В последнем случае смена

МЭМС-компонентов проводится вручную. Дополнительной

функцией стола является возможность проведения вибра-

ционных воздействий на компоненты.

Говоря о возможностях рассмотренного испытательно-

го комплекса, можно выделить следующие основные его

конфигурации в зависимости от назначения.

Испытание полупроводниковых устройств:

– манипулятор + тестовая система;

– манипулятор + тестовая система + климатическая

система.

При необходимости в состав системы включается упа-

ковщик компонентов в ленту.

Испытание МЭМС-компонентов:

– манипулятор + тестовая система + RTA;

– манипулятор + тестовая система + RTA + климатиче-

ская система;

– тестовая система + RTA.

Модульность конструкции комплекса позволяет соби-

рать требуемую конфигурацию комплекса при переходе от

испытаний одного типа изделий к другому за минимальное

время.

В ближайшее время компания SPEA планирует дополни-

тельно добавить в состав комплекса камеру давления до

20 бар с возможностью создания и измерения относитель-

ного и дифференциального давлений. При этом возмож-

ность параллельного воздействия на компонент теплом/

холодом сохранится.

Обосновывая целесообразность и экономическую

сторону внедрения такого оборудования, необходимо

провести анализ состояния качества выпускаемой про-

дукции, текущих трудовых и финансовых затрат, привле-

ченных для обеспечения требуемого качества, степени

ответственности предприятия за отказ конечного обо-

рудования у потребителя и связанных с этим последствий.

Предприятие Остек совместно с партнерами сделает всё

необходимое для реализации планов заказчика в вопросах

достижения высокого качества выпускаемой продукции и

обеспечения высокого уровня её конкурентоспособности.

Рис. 4. Поворотно-вращающий стол RTA. Одновременный тест 16 МЭМС-компонентов

Рис. 5. Поворотно-вращающийся стол в составе манипулятора. Видна загру-зочная плата (зеленого цвета) на 8 тестируемых компонентов

НОВОСТИ МУЛЬТИМЕДИА И ТЕЛЕКОМ

| ЗАВЕРШЕНА РАЗРАБОТКА СТАНДАРТОВ DECT ДЛЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ IP-СЕТЕЙ | Ассоциация DECT Forum, Европейский

институт стандартов по телекоммуникациям (European Telecommunications Standards Institute — ETSI) и некоммерческая

организация Home Gateway Initiative (HGI) завершили разработку и утвердили техническую спецификацию ETSI, которая обе-

спечивает полную совместимость устройств различных вендоров, что является ключевым требованием сетевых операторов,

которых представляет HGI.

Разработка технической спецификации TS 102 527-3 ETSI завершает процесс создания стандартов CAT-iq 2.0 — следую-

щего поколения технологии беспроводной связи DECT — и интеграции DECT в широкополосные IP-сети.

Это означает, что продукты, сертифицированные по CAT-iq, могут использовать IP-связь для широкополосной телефо-

нии и реализовывать приложения с управлением данными на рынке цифровых беспроводных телефонов. Данная специ-

фикация ETSI (а также опубликованные ранее документы) позволяет вендорам и системным интеграторам разрабатывать

продукты, сертифицированные по CAT-iq, на основе стандартов ETSI.

Ассоциация DECT Forum утвердила программу сертификации по CAT-iq 2.0 в целях обеспечения обязательного уровня

качества и совместимости конечных продуктов.

www.russianelectronics.ru

Page 23: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

23

Электронные компоненты №4 2010

В статье изложены основные принципы передачи звукового потока по локальной сети. Подробно рассмотрены протоколы и методы повыше-ния качества передачи.

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ

АУДИОСЕТЕЙ AoIP

АЛЕКСАНДР ПРОНИН, техн. консультант

ВВЕДЕНИЕСистемы передачи звукового потока

по сети (AoIP — Audio over IP) строятся

на стандартных компонентах, поэтому

принципы организации аудиосетей и

обычных локальных сетей (ЛС) раз-

личаются мало. Для определенности

будем рассматривать сети Ethernet,

поскольку они наиболее распростра-

нены. Если звуковые данные покидают

сеть, то они уже не относятся к разря-

ду AoIP, а становятся мультимедийным

потоком.

МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ В ETHERNETПересылка пакетов в сети Ethernet

происходит через коммутаторы.

Анализируя адреса устройств, отправ-

ляющих пакет, коммутатор строит

таблицу соответствия между портами

и адресами (MAC или IP) и направля-

ет данные в порт, соответствующий

адресату. Если необходимого адреса

в таблице нет, то происходит широко-

вещательная передача. Таким образом,

за счет использования коммутаторов

исключаются коллизии, а абоненты

получают доступ к полной полосе про-

пускания.

Сети Ethernet поддерживают три

вида рассылки пакетов:

– «точка-точка» (индивидуаль-

ная) — наиболее часто используемый

способ передачи данных от одного або-

нента другому;

– широковещательная — принятый

пакет рассылается всем абонентам сети

без исключения;

– многоадресная (групповая) —

пакет могут получить сразу несколько

абонентов, подписавшихся на рассыл-

ку.

Разница между широковещательной

и групповой передачей заключается в

том, что при групповой передаче дан-

ные направляются не всем абонентам, а

только тем, которые хотят их получить.

Широковещательная рассылка имеет

тот недостаток, что каждому абоненту

приходится обрабатывать пакет неза-

висимо от того, нужен он или нет. В

больших сетях это может привести к

резкому снижению быстродействия и

увеличению трафика. Для предотвра-

щения подобных ситуаций большие

сети разбиваются на изолированные

широковещательные домены, либо ЛВС

разделяется на виртуальные сети VLAN,

объединенные IP-роутером. Такое раз-

деление не заметно для пользователя.

Наиболее подходящим способом

пересылки данных для аудиосетей

является многоадресная передача.

Данные один раз запускаются в эфир

и затем могут приниматься любым чис-

лом устройств. При этом перегрузки

сети не возникает, поскольку комму-

татор направляет поток только в те

порты, которые подписались на рас-

сылку. Ниже мы рассмотрим этот про-

цесс более подробно.

ЗНАЧЕНИЕ TCP ДЛЯ ЗВУКОВЫХ СЕТЕЙПротокол TCP изначально был раз-

работан для интернета и широко при-

меняется в сетях, где полоса пропуска-

ния, доступная пользователю, имеет

переменную ширину. Однако некото-

рые механизмы TCP применяются и в

ЛВС, поскольку часто происходит так,

что несколько быстродействующих

компьютеров, одновременно отсыла-

ющих пакеты, могут занять всю полосу

и не давать доступ более медленным

устройствам. Для разрешения таких

конфликтов удобно использовать тот

же принцип управления скоростью

передачи, что и в TCP. Вторая функция

из набора TCP, необходимая в аудиосе-

тях — это обнаружение и исправление

ошибок (обеспечение качественной

передачи данных). Хотя вероятность

потери пакета мала, она не равна нулю.

Еще одним важным свойством про-

токола является гарантия соблюде-

ния очередности пакетов. Все пакеты

нумеруются по мере поступления и

направляются по адресам назначения

в строгом порядке. При этом гаранти-

руется корректная передача данных,

но могут возникать задержки, если

какой-либо пакет был передан с ошиб-

кой. В этом случае передача других

пакетов приостанавливается до тех

пор, пока пакет не будет принят або-

нентом корректно.

Поскольку задержки в аудиосетях

недопустимы, необходимо преду-

смотреть защиту звукового потока.

Во-первых, данным AoIP следует назна-

чить более высокий приоритет, чем

информационным или служебным.

Однако при этом незвуковые данные,

пересылаемые по ТСР, могут теряться.

Чтобы избежать этого эффекта, прото-

кол ТСР автоматически должен снизить

скорость передачи незвуковых данных

настолько, чтобы оставшейся полосы

ГЛОССАРИЙ

VoIP (Voice over IP) — передача голоса по IP-сети (в частности, интернету). Сигнал передается в цифровом сжатом виде.

AoIP (Аudio over IP) — передача аудиопотока по IP. Может использоваться как вещательными компаниями для передачи программ, так и внутри офиса для совместного прослушивания музыки, инструкций, семинаров и т.п. Главное преимущество данного протокола заключается в том, что аудиопоток не сжимается, поэтому качество звука остается высоким. Данные AoIP обычно передаются внутри локальной сети (LAN, ЛС), а VoIP — через интернет. Поскольку большинство ЛС основаны на Ethernet, то часто отдельно выделяют AoE (Аudio over Ethernet).

TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей) — это транспортный механизм передачи потока данных с предварительным установлением соединения с приемником. Гарантирует получение пакетов без потерь в той же последовательности, в которой они отправлялись источником.

UDP (User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — это транспортный протокол для передачи данных в сетях IP без установления соединения. Передача данных производится быстрее, чем в TCP, однако возможны дублирование или потеря пакетов.

RTP (Real-time Transport Protocol) — транспортный протокол передачи данных в режиме реального времени. Протокол RTP переносит в своем заголовке данные, необходимые для восстановления голоса или видеоизо-бражения в приемном узле, а также данные о типе кодирования информации. В заголовке данного протокола, в частности, передаются временная метка и номер пакета. Эти параметры позволяют при минимальных задержках определить порядок и момент декодирования каждого пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. В качестве нижележащего протокола транспортного уровня, как правило, используется протокол UDP.

Page 24: Электронные компоненты №4/2010

24

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

пропускания хватало на качественную

передачу.

Второй способ обеспечить каче-

ственную передачу аудиопотока —

это установка на компьютере двух

сетевых карт: одной для аудио, дру-

гой — для всех остальных типов дан-

ных. В этом случае оба потока имеют

доступ к полной полосе пропускания

сети. Кроме того, появляется возмож-

ность организовать две независимые

сети, что повысит быстродействие и

безопасность.

ВИРТУАЛЬНЫЕ СЕТИ VLANВиртуальные сети появились в

Ethernet вместе с технологией комму-

тирования. Сеть VLAN — это виртуаль-

ное разделение одной физической сети

на несколько ЛС. Широковещательные

пакеты рассылаются всем абонентам,

что может привести к резкому увеличе-

нию трафика, если их слишком много.

Виртуальные сети помогают ограни-

чить широковещательные рассылки

внутри сегмента. Также они повышают

безопасность сети. Если аудиопоток

передается по одной сети, а доступ

к интернету осуществляться через

другую, то злоумышленник не сможет

получить доступ к аудиоданным через

глобальную сеть.

В сетях, где происходит обмен как

информационными (общими), так и зву-

ковыми данными, разделение на вир-

туальные сети помогает избавиться от

проблем с программным обеспечением

или интерфейсной платой. Коммутатор

можно настроить так, чтобы порты, к

которым подключены компьютеры,

отправляющие общие данные, не имели

права направлять пакеты за пределы

своей виртуальной сети. Таким обра-

зом, их пакеты никогда не попадут в

аудиосеть.

Наконец, виртуальные сети обеспе-

чивают защиту от широковещательных

рассылок в случае, если коммутатор не

может определить адресата и начинает

опрашивать все устройства сети.

Для обмена данными между вирту-

альными сетями используется марш-

рутизатор.

МНОГОАДРЕСНАЯ РАССЫЛКАПротокол AoIP является групповым

(multicast), поскольку один источ-

ник данных должен быть доступен

нескольким абонентам. Такой же прин-

цип применяется в классических зву-

ковых усилителях-распределителях и

системах маршрутизации аудиодан-

ных.

Устройство, вещающее в сеть,

направляет поток в ближайший

коммутатор, адресуя его на заре-

зервированные для многоадресной

передачи адреса. Это «виртуаль-

ные» адреса, они не соответствуют

какому-либо физическому устрой-

ству. Абоненты могут прослушивать

эти данные, отправляя запрос в

коммутатор по протоколу IGMP (об

этом ниже). Получив запрос, ком-

мутатор направляет аудиопоток по

адресу отправителя. Если запросов

на прослушивание нет, то аудиопо-

ток задерживается в коммутаторе и

ресурсы сети не тратятся.

Для обозначения многоадресной

передачи в старшем бите 48-разряд-

ного адреса ставится единица. Таким

образом, половина адресов Ethernet

отведена для групповой передачи.

IGMPДля того чтобы объявить о жела-

нии принимать аудиопоток, абонент

должен отправить запрос в коммута-

тор по протоколу IGMP (Internet Group

Management Protocol).

Существует три типа служебных

сообщений:

– запрос (Query) — сообщение,

которое коммутатор рассылает всем

абонентам группы, чтобы проверить,

хочет ли кто-нибудь из них принимать

поток;

– отчет (Report/Join) — сообщение,

которое отсылает устройство, чтобы

вступить в группу подписчиков или

обозначить, что оно уже находится в

составе группы;

– выход из группы (Leave group) —

сообщение, которое посылается або-

нентом в коммутатор для выхода из

группы.

Опрос устройств в группе (рас-

сылка запросов) производится для

того, чтобы обнаружить отключенные

устройства и остановить трансляцию

на их адреса.

Интересно, что ответ от устройства

(отчет) должен прийти в течение опре-

деленного промежутка времени. Для

каждого устройства этот промежуток

выбирается индивидуально, чтобы не

было всплеска трафика сразу после

опроса. Как правило, коммутаторы

имеют не очень быстродействующий

процессор, поэтому не способны обра-

ботать все сообщения одновременно.

По умолчанию время отклика не долж-

но превышать 10 мин. Этого вполне

достаточно, чтобы все устройства успе-

ли заявить о своем членстве в группе

подписки.

ARPЕсли устройства, входящие в сеть

Ethernet, подключены к интернету,

то у них имеется два адреса: IP и

MAC. Соответственно, может воз-

никнуть ситуация, когда требуется

передавать данные между сетями

IP и Ethernet или серверу известен

только IP-адрес устройства. На этот

случай у каждого IP-устройства есть

встроенный модуль ARP (Address

Resolution Protocol), который по вну-

тренней таблице соответствий гене-

рирует кадр Ethernet, вставляя в поле

MAC-адреса адрес IP. Если встреча-

ется адрес, которого нет в таблице

ARP, то модуль производит широко-

вещательный опрос устройств в ЛС,

посылая им пакет-запрос ARP. В ответ

обладатель данного IP высылает свой

MAC-адрес. Если ответа нет, то пакет,

скорее всего, был получен ошибочно

и перенаправляется обратно межсе-

тевому маршрутизатору.

RPT/UDPНа транспортном уровне переда-

ча по AoIP реализуется с помощью

протоколов UDP, поскольку в кри-

тических ко времени приложени-

ях лучше потерять данные, нежели

ждать задержавшийся пакет (как это

происходит в TCP). Протоколы UDP

позволяют быстро передавать дан-

ные, минуя процедуру установления

связи с приемником. Обнаружение

и исправление ошибок также не

предусмотрены в протоколе. Таким

образом, протоколы UDP максималь-

но упрощены для обеспечения мак-

симальной скорости передачи. Они

отлично подходят для групповых

рассылок в IP-сетях.

Протоколы TCP для групповых рас-

сылок не применяются, поскольку

ситуация, когда один абонент из груп-

пы потерял пакет, может привести к

приостановке передачи всем устрой-

ствам на некоторое время. Кроме того,

TCP имеет много полезных, но ненуж-

ных или избыточных для локальных

аудиосетей возможностей: функции

управления скоростью, механизмы

восстановления данных (если сеть

спроектирована правильно, пакеты

не теряются), службы восстановления

(аудиопоток достаточно устойчив к

ошибкам). Кроме того, ТСР устанавли-

вает связь типа «точка-точка». Таким

образом, использование его для пере-

дачи звуковых потоков возможно, но

не оправдано.

В качестве надстройки над UDP

обычно используются протоколы

реального времени RTP. Они лишены

изъянов ТСР и обеспечивают только

необходимый минимум требуемых для

AoIP функций: установка временных

отметок, нумерация пакетов, иденти-

фикация методов кодирования.

QOSМы уже вскользь затрагивали

вопрос о качестве передачи звуково-

го потока. Если ЛС используется не

только для передачи аудиопотока, то

необходимо принять меры, чтобы зву-

ковые данные передавались без пре-

рывания.

Page 25: Электронные компоненты №4/2010
Page 26: Электронные компоненты №4/2010

26

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

Эти меры охватывают все уровни

системы и состоят из следующих ком-

понентов:

– коммутаторы Ethernet, позволя-

ющие каждому абоненту сети иметь

доступ ко всей полосе пропускания.

Они разделяют трафик между портами

и управляют передачей;

– полнодуплексные соединения,

обеспечивающие всю ширину полосы

в обоих направлениях. Они позволяют

предотвратить возникновение колли-

зий без применения соответствующих

механизмов Ethernet;

– система приоритетов. Аудио-

поток всегда должен иметь самый

высокий приоритет, чтобы он не пре-

рывался;

– протоколы IGMP, гарантирующие,

что поток AoIP транслируется только

на те порты, на которых есть абоненты,

входящие в группу подписчиков. Это

позволяет избежать передачи лишнего

трафика;

– ограничение количества потоков

в соединении. Устройства управляют

как передаваемыми, так и принимае-

мыми аудиопотоками. Таким образом,

им всегда известно общее количество

потоков и они могут ограничивать его,

чтобы избежать перегрузки линии.

Все эти факторы позволяют достиг-

нуть высочайшего качества обслужива-

ния аудиопотока и в то же время пре-

доставляют возможность использовать

ресурсы ЛС для совместной передачи

всех типов данных.

VoIPИнтернет, в отличие от ЛС, — это

открытая расширяемая сеть. Преи му-

щество глобальной сети заключается

в ее повсеместном распространении, а

недостаток — в ненадежности.

Передача потоковых данных, в том

числе звуковых и голосовых, через

интернет или другие IP-сети проис-

ходит по тому же принципу, что и по

локальным сетям, но с использованием

других протоколов.

Любое устройство, подключен-

ное к интернету, использует систему

имен DNS (Domain name system —

система доменных имен). Она преоб-

разует текстовые названия доменов

в IP-адреса. В системе DNS функции

распределения и присвоения домен-

ных имен и привязки этих имен к

IP-адресам выполняются не одним

устройством, а разделены между

большим числом серверов. Каждому

ответственному (authoritative) сер-

веру приписывается ограниченный

набор доменов. В свою очередь,

ответственные серверы могут назна-

чать другие серверы имен для суб-

доменов. Такое построение делает

систему отказоустойчивой.

Чтобы запросы не проходили весь

путь от пользователя до ответствен-

ного или корневого сервера, все уда-

ленные DNS-серверы, встречающиеся

на пути, кэшируют проходящие через

них запросы. Это позволяет разгрузить

сервер и снизить сетевой трафик.

Кроме своей основной задачи —

нахождения доменов в интернете —

DNS-серверы способны идентифи-

цировать машины внутри локальной

сети. Это может потребоваться в том

случае, когда внешнему пользовате-

лю, не прописанному в сети, требу-

ется найти определенного абонента

ЛС.

ПРОТОКОЛЫ ДЛЯ IP-СЕТЕЙПротокол DHCP (Dynamic Host Con-

fi guration Protocol) позволяет IP-уст-

ройствам получить конфигурацию от

сервера автоматически без введения

пользователем IP-адреса, шлюза, маски

подсети и адреса DNS. При подключе-

нии клиентское устройство рассылает

по своей подсети запрос, в ответ на

который сервер присваивает ему адрес

и высылает сообщение, содержащее

MAC-адрес (физический) устройства,

присвоенный сервером IP-адрес, маску

подсети, срок обслуживания и IP-адрес

DHCP-сервера.

Как и в сети Ethernet, в IP-сетях

поддерживается три варианта пере-

сылок: индивидуальные, групповые и

широковещательные. Для инициирова-

ния широковещательной IP-рассылки

устройство должно направить пакет на

адрес 255.255.255.255 (адрес, зарезер-

вированный в подсети для широкове-

щательной рассылки). Для групповых

передач существует свой зарезерви-

рованный адрес. Подписка на много-

абонентскую рассылку в IP-сетях про-

изводится таким же образом, как и

в локальных, через протокол IGMP.

Запрос от абонента направляется в

ближайший IP-маршрутизатор, кото-

рый производит все необходимые про-

цедуры формирования соединения с

другими IP-маршрутизаторами. При

этом протокол IGMP используется толь-

ко между устройством и ближайшим

маршрутизатором, а между роутерами

дерево передачи строится по протоко-

лам PIM (Protocol Independent Multicast)

или DVMRP (Distance Vector Multicast

Routing Protocol).

Как ни странно, групповые

IP-рассылки до сих пор не получили

широкого распространения в интер-

нете из-за сложностей взаимодействия

между провайдерами. В частности, это

объясняется финансовыми причинами:

когда потоковые данные передаются

индивидуально, объем трафика (соот-

ветственно, плата за услуги) увеличи-

вается.

Для защиты сети от нежелательного

или вредоносного трафика использу-

ются межсетевые экраны (брандмауэр,

Firewall), которые могут представлять

собой как отдельное устройство, так

и встраиваемый в маршрутизатор

модуль. Самые современные межсете-

вые экраны обеспечивают фильтрацию

на уровне приложений, то есть они

способны распознать определенные

нежелательные программы и протоко-

лы, которые проникли в сеть.

Для объединения различных

типов сетей (ЛС, беспроводная,

интернет) применяется транслятор

сетевых адресов (NAT — network

address translator). Он содержит в

себе IP-маршрутизатор, коммутатор

Ethernet и приемопередатчик Wi-Fi.

С помощью такого устройства можно

подключить к интернету под одним

IP-адресом несколько машин, неви-

димых для злоумышленника. Кроме

того, трансляторы NAT являются очень

хорошими межсетевыми экранами,

что значительно повышает защищен-

ность данных.

ЛИТЕРАТУРА1. Введение в Livewire//www.axiaaudio.

com.

2. Church, Pizzi. Network Engineering for

Audio Engineers//www.audiodesignline.com/

howto/222600129.

Page 27: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

27

Электронные компоненты №4 2010

В статье кратко описаны основные походы к созданию и воспроизведению трехмерного видео. Выделены достоинства и недостатки каждой техно-логии. Рассмотрены стандарты передачи цифрового 3D-сигнала.

3D-ТЕХНОЛОГИИВАЛЕРИЙ НИКИФОРОВ, техн. консультант, «ИД Электроника»

Хотя идея появилась давно, до сих

пор не существует полноценной тех-

нологии создания и воспроизведения

3D-видео. Разработки, существующие

на сегодняшний день, остаются слиш-

ком дорогими для массового рынка.

В связи с этим основным средством

просмотра 3D-контента в ближайшее

десятилетие будут привычные 2D

ЖК-дисплеи либо 3D-дисплеи с воспро-

изведением в режиме 2D.

В основе всех технологий создания

объемного эффекта лежит одна и та

же исходная предпосылка: для каждого

глаза создается свое, скорректирован-

ное в перспективе изображение. Эти

изображения воспроизводятся либо

одновременно, либо поочередно так,

чтобы это было незаметно для глаза, а

мозг сам соединил их в один кадр.

3D-ОЧКИНа заре трехмерного видео про-

смотр 3D-фильма был невозможен без

специальных очков или шлема. Из-за

громоздкости шлемы в настоящее

время не используются, а технологии

изготовления очков продолжают раз-

виваться, несмотря на то, что актив-

но ведутся разработки 3D-дисплеев,

в которых трехмерное изображение

создается без использования дополни-

тельных устройств.

Существует несколько видов очков

для просмотра трехмерного видео (см.

рис. 1).

Анаглиф, или красно-голубые очки.

Трехмерный эффект создается за счет

использования красных и синих филь-

тров, которые позволяют мозгу прово-

дить различие между изображениями

для правого и левого глаза в пределах

одного кадра. Достоинства: низкая сто-

имость. Недостатки: цветовые фильтры

существенно уменьшают количество

света, достигающего глаз зрителей,

и ухудшают цветовую гамму изобра-

жения. Кроме того, эта технология не

позволяет абсолютно изолировать изо-

бражения, в результате чего каждый

глаз видит часть изображения, пред-

назначенного для другого глаза. Это

вызывает головную боль и утомление.

Очки с пассивной поляризацией.

Изображения для каждого глаза имеют

разную поляризацию. Соответственно,

линзы очков пропускают только «свое»

изображение. Качество получаемой

картинки зависит от того, насколько

прямо и неподвижно зрители держат

голову. Эти очки также уменьшают

количество света, который попадает в

глаза, однако они не искажают цвет-

ность изображения.

Очки с ЖК-затвором. Изображения

для левого и правого глаз воспроизводят-

ся на экране поочередно. При этом затво-

ры на стеклах очков закрывают то правый,

то левый глаз, чтобы в каждый момент

мозг воспринимал только одно изображе-

ние, а потом складывал их в трехмерную

картину. Среди технологий, основанных

на применении очков, наиболее перспек-

тивной считается именно эта.

Синхронизация работы затворов и

дисплея осуществляется посредством

ИК-сигнала, который передается одно-

временно с видео. Вместо ИК может

использоваться радиочастотный сиг-

нал, интерфейс Bluetooth или прово-

дное соединение. Недостатком очков с

затвором является то, что они работа-

ют от аккумулятора, который придется

постоянно подзаряжать. С другой сто-

роны, аккумулятор мал (как батарейка

для часов) и почти не утяжеляет кон-

струкцию. Преимущества же техноло-

гии огромны, поскольку активные очки

позволяют смотреть видео высокой

четкости с полноценной прогрессив-

ной разверткой 1080p, в то время как

пассивные очки с поляризацией при

прочих равных условиях позволили бы

смотреть видео с вдвое меньшим раз-

решением (1080i).

У всех очков есть общие недостат-

ки: они индивидуальны и, кроме того,

имеют стандартные размеры и могут

не подойти конкретному человеку по

какому-либо параметру (межзрачковое

расстояние, расстояние до экрана, угол

обзора и пр.).

Преобразование информации из 2D

в 3D может проводиться программно

методами математической графики

или в режиме реального времени на

процессоре, который прилагается в

виде небольшого устройства в ком-

плекте с очками. Более традиционные

схемы захвата видеоизображения

требуют установки двойных объек-

тивов и двойных устройств хранения

данных.

3D-ДИСПЛЕИДисплеи для просмотра трехмерно-

го видео делятся на две большие груп-

пы: требующие и не требующие допол-

нительных устройств (очков, шлемов).

Некоторые ЖК-дисплеи имеют

встроенные поляризованные филь-

тры, расположенные в начале каждой

строки дисплея. Этот фильтр вырезает

строки, предназначенные для одно-

го из глаз. Главный недостаток такого

подхода заключается в том, что верти-

кальное разрешение экрана уменьша-

ется вдвое. Однако этот эффект можно

отключить, и мы получим 2D или 3D,

переведенное в 2D.

3D-дисплеи, не требующие очков,

условно можно подразделить на

3 группы:

1. Стереоэкраны.

2. Голографические.

3. Волюметрические.

Стереоэкраны. Работа стереоди-

сплеев основана на создании так назы-

ваемого параллаксного барьера. Как

известно, воспринимаемая человеком

объемная картина формируется моз-

Рис. 1. Очки для просмотра трехмерного видео

Page 28: Электронные компоненты №4/2010

28

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

гом путем наложения изображений,

видимых каждым глазом. Этот эффект

называется параллаксом.

В стереоэкране все пикселы поде-

лены на «левые» (четные) и «правые»

(нечетные). С помощью специальной

маски на каждый глаз выводятся только

предназначенные для него пикселы.

Параллаксный барьер — это не

линия на экране, а воображаемая пло-

скость, проходящая перпендикулярно

его центру. Таким образом, если глаз

начинает видеть соседнюю область,

эффект исчезает. Стоит наклонить голо-

ву, чуть подвинуться в сторону, как

объемное изображение становится

плоским. В некоторых случаях возни-

кает головная боль, если правый глаз

начинает видеть картинку для левого.

Можно принять меры по улавливанию

движения зрителя, но пока они мало-

эффективны, зато вдвое увеличивают

и без того слишком высокую стоимость

дисплея. Второй недостаток стерео-

дисплеев — уменьшение разрешения.

Достоинством же технологии является

то, что она позволяет воспроизводить

двухмерный контент.

Несмотря на очевидные недоработки,

стереодисплеи становятся все популяр-

нее. Так, компании NEC, Samsung и Sharp

разрабатывают мобильные телефоны и

ноутбуки со стереодисплеями, которые

пользуются стабильным спросом.

Автостереоскопические дисплеи

(см. рис. 2). Принцип их работы основан

на применении лентикулярных растро-

вых линз, представляющих собой лист

бесцветного экструдированного пласти-

ка, на одной стороне которого вытисне-

но микрорифление (лентикулы). Другая

сторона, на которую проецируется изо-

бражение, остается гладкой. Наложение

этих линз на плоскую картинку позволяет

глазу одновременно видеть перемежаю-

щиеся части составного изображения.

Практически все серийно выпускае-

мые сегодня 3D-мониторы относятся к

категории стереодисплеев. Некоторые

компании, например 4D-Vision, пытают-

ся создать даже мультидисплеи, которые

имеют не один, а несколько параллакс-

ных барьеров. В этом случае фильм могут

одновременно просматривать несколько

человек. Перемещаясь по горизонтали,

зритель должен видеть все более уда-

ленные от центральной точки ракурсы.

Эффект трехмерности гораздо более ста-

билен, к тому же появляется возможность

«оглядывания» объекта. Однако при дан-

ном подходе разрешение уменьшается

еще сильнее. Если разделить экран с

горизонтальным разрешением 1024 пик-

села на 5 частей (меньше не имеет смыс-

ла), то каждое изображение будет иметь

ширину только 209 пикселов.

Эту проблему успешно решили с

помощью голографических оптиче-

ских элементов (Holographic Optical

Elements — HOE), каждый из которых

закрывает 1 пиксел и направляет про-

ходящий свет в одном из заданных

направлений. Элементы, формирую-

щие столько различных направлений,

сколько нужно ракурсов, объединяют-

ся в паттерн, повторяющийся по всей

поверхности экрана. Для получения

четырех ракурсов достаточно группы

2×2 пиксела, для 9 ракурсов — 3×3.

Однако преодолев один барьер, раз-

работчики тут же уперлись в два дру-

гих. Во-первых, монитор с HOE при-

годен только для вывода трехмерного

видео и графики; отключить элемен-

ты нельзя. Второе и более серьезное

препятствие — создание контента.

Действительно, снять 9-ракурсный

видеофильм — задача нетривиальная.

Кроме того, необходимое для этого

оборудование будет стоить баснослов-

но дорого, не говоря уже о произво-

дительности, которую должны будут

иметь процессоры для обработки

видеопотока.

Голографические дисплеи. Идеаль-

ным методом получения реалистич-

ного 3D-изображения считается пол-

ная амплитудно-фазовая голограмма.

Однако на нынешнем уровне развития

электроники этот путь безумно сложен

и дорог. Тем не менее, разработки в

области создания голографических дис-

плеев продолжаются. Одно из наиболее

интересных направлений — киноформ-

ная оптика, или фазовые голограммы.

Киноформ — тонкая фазовая синте-

зированная голограмма, которая несет

однозначную информацию о фазо-

вой составляющей объектной волны

и позволяет восстанавливать ее при

освещении опорной волной. В отличие

от обычных оптических линз, оптиче-

ская толщина киноформа соизмерима с

длиной волны света, что позволяет соз-

давать практически плоские элементы.

На практике фазовые диаграммы

можно получить с помощью жидких

кристаллов с вертикально выращен-

ными углеродными нанотрубками.

Многослойные углеродные нанотрубки

(MWCNT — multi-wall carbon nanotube)

играют роль трехмерной электродной

структуры. Другой подход — получе-

ние голографического изображения с

помощью проекционных ЖК-матриц,

которые используются в современных

видеопроекторах.

Предпринимаются также попытки

создать дисплей, на котором голограм-

ма формируется с помощью луча лазера,

проходящего через кристалл. На кристалл

подаются интерференционная картинка

и акустические колебания, заставляющие

проецируемое изображение «поворачи-

ваться» последовательно всеми гранями к

плоскости фокусирующей линзы. Пройдя

через систему вращающихся зеркал, луч

попадает на выходной каскад, состоящий

из линз и рассеивающих экранов, и дости-

гает глаз зрителя.

Несмотря на успехи в развитии голо-

графических дисплеев, их выход на

рынок произойдет не скоро. Во-первых,

этому мешают их огромная стоимость

и сложность изготовления. Во-вторых,

даже при воспроизведении статичного

изображения процессор должен обра-

батывать несколько гигабайт в секунду.

Полноценное движущееся изображение

потребует на порядок большего объема

вычислений, что пока недостижимо.

Волюметрические дисплеи. Свое

название этот тип дисплея получил от

воксела — светящейся в пространстве

точки, в отличие от пиксела — светя-

щейся точки на плоскости.

Все рассмотренные до этого вари-

анты рассчитаны на «обман» глаз и

мозга. На плоской поверхности про-

рисовывается изображение, воспри-

нимаемое зрителем как объемное.

Волюметрические дисплеи в общем

случае представляют собой стеклян-

ную сферу на подставке, внутри кото-

рой создается реальная 3D-картина.

Она может формироваться двумя мето-

дами — проекции и засветки.

В первом способе внутри стеклян-

ной сферы располагается светодиодный

экран сложной формы. Вращаясь с боль-

шой скоростью вокруг своей оси и зажи-

гая в нужных местах вокселы, он создает

изображение, как в «волшебном шаре».

В случае использования второго

метода экраном служит непрозрачный

вращающийся элемент или зеркало,

вокселы на котором засвечиваются

трехцветным (RGB) лазером. Сложность

заключается в создании такого экра-

на, на который можно спроецировать

точку в любом месте сферы. В боль-

шинстве случаев используется что-то

наподобие сегмента конусообразного

сверла или витка спирали. Подобный

монитор разработан, например, в рам-

ках проекта FELIX 3D.

В каждый момент формируется изо-

бражение только 1 воксела, а всего за

один оборот — около 10 000 вокселов

(при скорости вращения экрана 20 с–1).

Компания Actuality Systems использу-

ет в модели Perspecta плоский 10-дюй-

мовый экран, вращающийся вместе с

системой зеркал для проецирования изо-

бражения размером 768×768 пикселов.

При максимальном разрешении изобра-

Рис. 2. 3D-дисплеи

Page 29: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

29

Электронные компоненты №4 2010

жение рисуется в 8 цветах (3 бита). Для

формирования картинки используется

сигнальный процессор Texas Instruments

производительностью 1600 MIPS. Объем

встроенного буфера, предназначенного

для хранения двух кадров — 6 Гбит.

На сегодняшний день только волю-

метрические дисплеи получили реаль-

ное воплощение. Они применяются в

аэропортах и диспетчерских службах,

позволяя без искажений видеть реаль-

ную картину с углом обзора 360° по

горизонтали и 250...270° по вертикали.

Наконец, нельзя не упомянуть пер-

спективную 3D-технологию на активно-

матричных органических светодиодах

AMOLED (Active-matrix Organic Light

Emitting Diode). В них каждый пиксел

является активным источником света,

так что ему не требуется дополнительная

подсветка. Кроме того, AMOLED-дисплеи

обладают широким охватом цветовой

гаммы и экономичны. К сожалению, пока

такие дисплеи слишком дороги и имеют

короткий срок службы, и до коммерциа-

лизации этой технологии пока далеко.

ЭФФЕКТ ПУЛЬФРИХАВсе рассмотренные нами подходы

основывались на создании разных изо-

бражений для правого и левого глаз.

Однако трехмерное изображение

можно получить и с помощью одно-

го изображения, использовав эффект

Пульфриха. Это оптическая иллюзия,

основанная на том, что мозг распозна-

ет темные оптические раздражители

дольше, чем светлые.

Одно стекло в очках затемнено. Хотя

оба глаза видят одну и ту же картинку,

затемненное изображение поступает в

мозг немного позже. В результате мозг

«придумывает» информацию о глубине,

которой на самом деле нет. К сожале-

нию, данный эффект работает только

для движущихся объектов. С другой

стороны, достоинство подхода заклю-

чается в том, что видеоконтент можно

просматривать как с очками, так и без

них — в обоих случаях зритель видит

нормальную картинку, только она будет

либо плоской, либо трехмерной.

РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙПри передаче двух изображений по

каналу, рассчитанному на 2D-сигнал,

всегда приходится поступаться раз-

решением изображения, скоростью

смены кадров или глубиной цвета пик-

села.

Один из подходов предполагает

поочередное воспроизведение кадров

для левого и правого глаз. Для просмо-

тра потребуются очки с затвором, кото-

рый синхронно закрывает то правый,

то левый глаз.

Второй, более распространенный

подход — одновременная переда-

ча двух изображений в одном кадре.

Изображения располагаются рядом друг

с другом по горизонтали или вертикали,

чересстрочной разверткой или блоками

в шахматном порядке. Воспринимаемая

зрителем картина при этом имеет вдвое

меньшее разрешение по горизонтали

или вертикали. Кроме того, ПО, установ-

ленное на принимающем устройстве,

должно поддерживать выбранный фор-

мат представления кадра.

СТАНДАРТ HDMIHigh-Defi nition Multimedia Interface

(HDMI) — стандарт передачи много-

канальных цифровых аудиосигналов

и цифровых видеосигналов с высоким

разрешением. Поддержка 3D-видео

появилась в HDMI начиная с версии 1.4.

В марте текущего года была одобрена

версия HDMI 1.4а с расширенной под-

держкой 3D-изображения. Стандартом

HDMI 1.4а определены следующие

3D-форматы:

Одно изображение в кадре:

– 720p с частотой 50 или 60 Гц;

– 1080p с частотой 24 Гц.

Два изображения в кадре:

– 1080i с частотой 50 или 60 Гц

(горизонтальная развертка);

– 720p с частотой 50 или 60 Гц (вер-

тикальная развертка);

– 1080p с частотой 24 Гц.

Заметим, что несмотря на отсутствие

полноценной поддержки 3D в некото-

рых случаях интерфейс HDMI 1.3 может

использоваться для передачи трех-

Page 30: Электронные компоненты №4/2010

30

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

мерного видеоконтента. Стандартом

предусмотрены два типа кабелей: кате-

гории 1 и категории 2. Первый спосо-

бен передавать данные со скоростью

от 2,25 Гбит/с, то есть нельзя заранее

утверждать, что его пропускной спо-

собности не хватит. Кабель категории 2

поддерживает скорость передачи до

10,2 Гбит/с. Этого вполне достаточно

для воспроизведения без сбоев.

Стандартом HDMI 1.4 предусмотре-

ны опциональные возможности, такие

как канал возврата аудиосигнала или

подключение к Ethernet.

Основными разработчиками и про-

изводителями решений с поддержкой

HDMI являются компании Intel, AMD,

nVidia, Panasonic, Analog Devices, Texas

Instruments, Broadcom, Silicon Image,

STMicroelectronics, NXP Semiconductors,

Analogix Semiconductor, Gennum, MStar

Semiconductor, Parade Technologies,

RedMere Technology, TranSwitch и Zoran.

СТАНДАРТ FULL HD 3DДля передачи несжатого сигнала

Full High Defi nition 3D (FHD3D) необхо-

дим плеер 3D Blu-ray, подключенный

через интерфейс HDMI к телевизору.

Сигнал FHD3D передается со скоростью

6,75Гбит/с. Напомним, что максималь-

ная скорость передачи, разрешен-

ная стандартом HDMI 1.4, составляет

10,2 Гбит/с, как и в HDMI 1.3.

Как показано на рисунке 3, сдво-

енный кадр FHD3D имеет разрешение

1920×2205 пикселов. Это два располо-

женных друг под другом стандартных

кадра 1920×1080 для левого и правого

Таблица 1. Рынок 3D-дисплеев и телевизоров в США (прогноз DisplaySearch)

Год 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Дисплеи, млн. шт. 0,75 2,4 7,5 19,1 35,6 58,2 84,8 112,6 144,9 195,9

Телевизоры, млн. шт. 0,2 1,2 4,1 9,1 16,0 25,4 36,2 45,8 53,7 64,0

Дисплеи, млн. долл. 346 920 2565 4844 7564 11020 14584 17296 19349 22034

Телевизоры, млн. долл. 292 778 2129 3977 6223 9136 12108 14179 15423 16925

глаз, разделенные полосой гашения,

содержащей 1920×45 пикселов.

Преимущество стандарта FHD3D в

том, что он первый и пока единственный

совместим с дисплеями, не поддержи-

вающими FHD3D. Это важно, поскольку

многие убеждены, что существующие

ЖК-дисплеи с частотой развертки 120

или 240 Гц необходимо дорабатывать,

чтобы они смогли отображать видео

формата Blu-ray FHD3D. На самом деле

для этого достаточно просто поставить

преобразователь, хотя разрешение

кадра ухудшится до 960×1080 пикселов

для каждого изображения. По планам

Mitsubishi, такие адаптеры появятся в

продаже уже этой весной.

Все плееры 3D Blu-ray воспроиз-

водят FHD3D-контент со скоростью

24 кадра/с. В ЖК CCFL-дисплеях с задней

подстветкой сигнал FH3D HDTV преоб-

разуется в два кадра (левый и правый),

который попеременно отображаются

с частотой 240 Гц (синхронно с затво-

ром очков, который дает 120 изобра-

жений в секунду для каждого глаза). Во

всех существующих плазменных дис-

плеях сигнал 3D Blu-ray преобразует-

ся из двойного вертикального кадра в

последовательные с частотой 120 Гц, по

60 изображений для каждого глаза.

Вместе с развитием аппаратных

средств воспроизведения разрабаты-

ваются стандарты 3D-кодирования.

Уже используется расширение

Multiview Video Coding (MVC) к стан-

дарту MPEG-4 H.264 AVC, который при-

нят Ассоциацией Blu-ray disc в каче-

стве рабочего 3D-формата благодаря

полноценной обратной совместимости

с традиционными 2D плеерами Blu-ray.

MVC кодирует два синхронных потока

видео высокого разрешения, которые

предназначены для просмотра пра-

вым или левым глазом соответственно.

Синхронизация этих двух потоков осу-

ществляется с помощью стереоскопи-

ческих очков.

Для обеспечения работы стандарта

3D HDTV в настоящее время ведется

разработка расширения кодека MVC,

называемого MVD (Multiview Video

Depth) или 3DV. В MVD предусмотрено

кодирование 12 дополнительных слоев,

обеспечивающих создание многоуров-

невого трехмерного изображения.

РЫНОКЧто касается перспектив развития

мирового рынка 3D-телевизоров, мар-

кетинговая компания DisplaySearch

дает на этот счет такой прогноз: в 2010 г.

количество моделей с маркировкой

«3D ready TV» вырастет до 1,2 млн с

200 тыс. штук в 2009 г. В таблице 1 при-

веден прогноз DisplaySearch отдельно

для рынка США.

Ведущие производители телевизо-

ров, такие как Samsung Electronics, LG

Electronics, Sony и Panasonic, уже всту-

пили в борьбу за долю рынка трех-

мерного видео. Так, одной из первых

компаний, уже объявивших о начале

серийного производства панелей

для 3D-телевизоров, стала Samsung

Electronics. Во второй половине января

компания обнародовала пресс-релиз, в

котором было объявлено о подготов-

ке к массовым поставкам трехмерных

ЖК-телевизоров как с традиционной,

так и со светодиодной подсветкой.

Первоначально компания планирует

выйти на рынок с 3D Full-HD панелями

диагональю 40, 46 и 55 дюймов. Для

просмотра 3D-контента потребуются

активные 3D-очки с затвором.

ЛИТЕРАТУРА 1. Dipert, Brian. «Balancing in three

dimensions»//EDN, 27 апреля 2000 г., стр. 54.

2. Fremer, Michael. «3D HDTV and HDMI

explained»//HD Guru, 22 февраля 2010 г.

3. www.hdmi.org

4. Dipert, Brian. «Coming soon: 3-D TV»//

EDN, 8 апреля 2010 г.

5. Кириллов К. «Дисплеи XXI века. 3D —

экраны».

6. Романченко В. «IT-Байки: будущее

3D видео — за жидкими кристаллами»//

www.3dnews.ru/editorial/it_3d_liquid.Рис. 3. Сдвоенный кадр FHD3D

Page 31: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

31

Электронные компоненты №4 2010

В статье описаны протоколы передачи аудио- и видеопотоков по линиям Ethernet.

НОВЫЕ СТАНДАРТЫ IEEE 802.1:

ЕДИНАЯ СЕТЬ ДЛЯ ВСЕХ ТИПОВ

ДАННЫХ РОБЕРТ БОУТРАЙТ, инженер

Разработка стандарта IEEE 802.1 по

реализации мостов для аудио- и видео-

потоков (ABV — audio/video bridging)

близится к завершению. Протоколы

IEEE 802.1 базируются на технологии

Ethernet, но отличаются рядом усо-

вершенствований, позволяющих

передавать синхронизованные по

времени потоковые данные с малыми

задержками. Сети Ethernet использу-

ются повсеместно, поэтому их удобно

использовать для передачи аудио- и

видеосигналов в режиме реального

времени.

Транспортный протокол IEEE 1722

(AVBTP — AVB Transport Protocol), пред-

назначенный для сетей Ethernet AVB,

основан на стандарте IEEE 1394 и под-

держивает полный набор медиаформа-

тов и механизмов шифрования и син-

хронизации, определенных в IEEE 1394.

Устройства, поддерживающие

интерфейсы AVB и AVBTP, в настоящее

время активно выходят на рынок.

СТАНДАРТЫ IEEE 802.1Рассмотрим более подробно основ-

ные стандарты IEEE 802.1 AVB.

IEEE 802.1AS Precision Time Protocol

(PTP) — протокол установки точного

времени. Разработан на основе стан-

дарта синхронизации IEEE 1588:2002.2.

Устройства PTP обмениваются стан-

дартными сообщениями Ethernet,

чтобы синхронизировать работу всех

узлов сети и привязать их к общей

шкале времени. В протоколе определе-

ны алгоритмы выбора главных (master)

часов, порядок обмена сообщениями,

механизмы измерения и компенсации

задержки на линии, методы коррекции

скорости.

Изначально протокол PTP создавал-

ся как упрощенная версия IEEE 1588.

Принципиальная разница между ними

заключается в том, что протокол PTP

относится к уровню 2 модели OSI, это не

IP-протокол. Как и IEEE 1588, PTP опре-

деляет автоматический метод ведения

переговоров главных часов сети и алго-

ритм выбора лучших ведущих часов

(BMCA — best master clock algorithm).

По качеству тактирования узлам PTP

можно назначить один из восьми уров-

ней приоритетности. Алгоритм BMCA

определяет основные механизмы пере-

говоров, в процессе которых выявляет-

ся эталонное синхронизующее устрой-

ство сети — AVB LAN Grandmaster. Как

только оно будет выбрано, процесс син-

хронизации начнется автоматически.

Вкратце процедура выглядит сле-

дующим образом. Пока сообщение РТР

обрабатывается узлом 802.1AS, прото-

кол PTP Ethertype запускает процесс

выборки значения локального счетчи-

ка, работающего в режиме реального

времени (RTC). Подчиненные узлы (slave)

сравнивают показания своего времени

и эталонного. Учитывая задержку на

линии, они корректируют показания.

После того как все устройства настроят

счетчики, производится регулировка

скорости передачи. Для этого перио-

дически высылаются сообщения SYNC

и FOLLOW_UP.

Таким образом, все PTP-узлы синхро-

низованы с эталонными часами (Wall

Clock, «настенные часы») с точностью

1 мкс на отрезке, содержащем не более

семи сегментов сети.

IEEE 802.1Qat Stream Reservation

Protocol (SRP) — протокол резервиро-

вания ресурсов. Стандарты Ethernet не

предусматривают детерминированную

и приоритетную передачу критичных

ко времени потоков. Для обеспечения

гарантированного качества обслужи-

вания протокол SRP предоставляет

сквозную доступность полосы пропу-

скания для передачи аудио- или видео-

данных. Для других данных канал оста-

ется заблокированным до тех пор, пока

не будет явно или неявно освобожден

от потоковых данных. В стандарте SRP

для передачи запросов описания пото-

ка, запросов резервирования канала

и ответных сообщений используется

протокол обмена IEEE 802.1ak Multiple

Registration Protocol.

Протоколы SRP могут резервиро-

вать и защищать до 75% имеющихся

ресурсов выбранного канала сети в т.н.

защитном облаке (Defended Cloud).

IEEE 802.1Qav Queuing and Forwarding

Protocol (Qav) — протокол установки

очередности. Он следит за тем, чтобы

наследственный асинхронный трафик

не попадал в потоковые данные AVB.

Большая часть протокола реализует-

ся внутри коммутаторов Ethernet, но

некоторые требования предъявляются

и к источникам медиаданных.

Для наглядности рассмотрим устрой-

ство, посылающее аудиопоток в сеть. В

процессе обработки (захват, оцифров-

ка и отправка в сеть) аналоговый зву-

ковой сигнал делится на изохронные

блоки. Такие сигналы удовлетворяют

всем требованиям стандарта 802.1Qav и

подходят для передачи по сети AVB.

Проблемы возникают при работе с

неизохронными потоками. Например,

по каналу Gigabit Ethernet невозможно

осуществлять передачу со скоростью,

превышающей 1 Гбит/с. В связи с этим

в сетях AVB гарантируется пересылка

потоков со скоростью до 750 Мбит/с, а

оставшиеся 250 Мбит/с предназначе-

ны для асинхронных данных. Протокол

802.1Qav определяет соотношение, в

котором должен быть поделен канал

между потоковыми и асинхронны-

ми данными, а также приоритетность

каждого типа данных в коммутаторах

Ethernet AVB. Ранее это выполнялось

с помощью буферов для сглаживания

скачков трафика, однако это очень

затратный путь. Стандарты AVB сни-

жают стоимость сети как раз за счет

отказа от буферной памяти, гарантируя

задержку не более 2 мс на участке в

семь сегментов сети.

Более строгое определение стандар-

та 802.1Qav дано на сайте организации

IEEE: «Этот стандарт позволяет мостам

гарантировать передачу чувствитель-

ного ко времени и потерям аудио- или

видеопотока в режиме реального вре-

мени. Он устанавливает приоритет-

ность входных потоков и очередность

обработки критических ко времени

данных, а также отвечает за восста-

новление приоритетов. Этот стандарт

использует ту же шкалу времени, что

и IEEE 802.1AS. Для разделения управ-

Page 32: Электронные компоненты №4/2010

32

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

ляемых и неуправляемых очередей

используются метки VLAN, содержащие

значение приоритета. Это позволяет

одновременно работать как с аудио- и

видеотрафиком, так и создавать мосты

для других типов данных по прово-

дным или беспроводным каналам».

ПРОТОКОЛЫ AVBTP Назначение протоколов AVBTP — обе-

спечить логическое соединение, пусть

и с задержкой, физически удаленных

друг от друга кодеков. В более широком

смысле стандарт AVBTP разделяет кана-

лы передачи, чтобы создать виртуальное

соединение распределенных аудио- и

видеокодеков по каналам Ethernet.

Рассмотрим стек AVBTP. Как показа-

но на рисунке 1, протоколы AVBTP нахо-

дятся между стандартом IEEE 802.1 AVB

и уровнем приложений. Они выступа-

ют в качестве посредника между MAC-

устройствами Ethernet и потоковыми

приложениями.

Набор поддерживаемых медиа-

форматов включает в себя как необ-

работанные, так и сжатые аудио- и

видеоданные, в т.ч. I2S, IEC 60958 SPDIF,

MPEG2/4, H.264, Bt.601/656 (несжатый)

и т.д. По сути, с помощью протоколов

AVBTP медиапотоки преобразуются в

пакеты IEEE 1722 Ethernet и обратно.

При использовании устройств раз-

личных производителей необходимо

удостовериться в их совместимости.

Обычно сравнивается список поддер-

живаемых медиаформатов, а также

структура размещения медиаданных в

кадре AVBTP Ethernet.

СТРУКТУРА ПАКЕТА На рисунке 2 показан принцип запи-

си несжатых аудиоданных IEC 61883-6

AM824 в кадр Ethernet. Поле Ethertype

служит для уникальной идентификации

кадра Ethernet AVBTP. По значению поля

Payload Info определяется тип содержи-

мого пакета.

Первоначальный вариант протоко-

ла поддерживает только стандарт IEC

61883, однако в AVBTP предусмотрена

возможность расширения и поддержки

других, в т.ч. пока не существующих

стандартов.

ПОДДЕРЖИВАЕМЫЕ ТИПЫ МЕДИАНОСИТЕЛЕЙПротоколы AVBTP используют фор-

маты и механизмы синхронизации, ука-

занные в стандарте IEC 61883 и пред-

назначенные для устройств IEEE 1394

FireWire.

Перечислим форматы IEC 618837

(части 1—8):

– 61883-2 SD-DVCR;

– сжатое видео 61883-4 MPEG2-TS;

– несжатое аудио 61883-6;

– спутниковое ТВ MPEG 61883-7;

– видео 61883-8 Bt.601/656;

– несжатый формат для техниче-

ской съемки IIDC.

Благодаря тому, что стандарт AVBTP

основан IEC 61883, у него появляется

значительное преимущество — лег-

кость, с которой шлюзы FireWire встраи-

ваются в сети АVВ.

СИНХРОНИЗАЦИЯ Процесс синхронизации в сети АVВ

осуществляется с помощью протоко-

ла PTP, который отвечает за настройку

хода всех локальных часов в соответ-

ствии с эталоном, но не за синхрониза-

цию локальных часов между собой.

Важным преимуществом такого

подхода является то, что в сети может

одновременно существовать несколь-

ких независимых временных доменов,

а значит, и несвязанных аудио- и видео-

потоков.

ВРЕМЕННЫЕ МЕТКИ AVBTP предполагает, что локальные

часы узлов тактируются самовозбужда-

ющимися осцилляторами. Кроме того,

предполагается, что внутренние часы

идут в такт с эталонными. Внутренние

часы узлов сети вставляют свои вре-

менные метки AVBTP Presentation

Рис. 1. Стек протоколов AVBTP

Рис. 2. Структура пакета IEEE 1722

Page 33: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

33

Электронные компоненты №4 2010

Timestamps в пакет P1722 (см. рис. 2). На рисунке 3 показана

взаимосвязь между эталонным временем PTP и временными

метками.

Метки вставляются не во все пакеты. Частота генерации

меток определяется значением поля DBC (счетчик блоков

данных) в заголовке AVBTP. Обычно каждая восьмая выборка

медиаданных преобразуется в 32-разрядное значение (в тече-

ние нескольких нс) и суммируется с нормированным значени-

ем задержки. Мы рассмотрим этот процесс позже.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ СИНХРОНИЗАЦИИ При восстановлении синхронизации используется та же

процедура, но она выполняется в обратном порядке.

Значение поля DBC в заголовке пакета P1722 задает часто-

ту, с какой подчиненные устройства AVB должны восстанав-

ливать фронт синхроимпульса.

Механизм восстановления схематично показан на рисун-

ке 4. Один из возможных способов реализации распределен-

ной схемы синхронизации приведен на рисунке 5.

НОРМИРОВАНИЕ ЗАДЕРЖКИ У временных меток помимо основного — восстановления

синхронизации, есть и еще одно назначение. По ним прием-

ники медиапотока определяют, когда (по системе времени

PTP) они должны выслать полученные аудио- или видео-

данные. Этот простой, но эффективный механизм позволяет

производить синхронизацию медиапотоков между несколь-

кими узлами.

Стандарт AVBTP устанавливает, что конечные точки AVB

могут буферизовать до 2 мс медиаданных с целью нормиро-

вания задержки (см. рис. 6). При необходимости эта величина

уменьшается на прикладном уровне.

ЗАЩИЩЕННОЕ ОБЛАКО

Рис. 3. Выставление временных меток Рис. 4. Восстановление синхронизации

Рис. 5. Схема синхронизации AVBTP

Page 34: Электронные компоненты №4/2010

34

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

Как мы уже говорили, качество пере-

дачи потоковых данных (QoS) гарантиру-

ется внутри т.н. «защищенного облака» —

объединенной локальной медиасети с

поддержкой основных протоколов AVB:

IEEE 802.1AS Precision Time Protocol (PTP),

IEEE 802.1Qat SRP и IEEE 802.1Qav.

Для установки защищенного облака

сначала выбираются эталонные часы

PTP. Далее с помощью протокола РТР

производится синхронизация локаль-

ных часов AVB-устройств внутри обла-

ка. Вещающие устройства объявляют,

какие аудио- и видеопотоки они могут

передавать. В ответ принимающие

устройства резервируют полосу. На

этом этапе передача потоковых дан-

ных уже гарантирована. Для потоково-

го трафика внутри облака может быть

зарезервировано до 75% любого кана-

ла связи. По меньшей мере, пропускная

способность сети остается свободной

для наследственного трафика на 25%.

После установки и синхронизации

(погрешность менее 1 мкс) защищен-

ного облака гарантируется, что поток

будет доставлен с задержкой менее

2 мс (на длине в семь сегментов сети).

Наследственные устройства могут

обмениваться данными через защи-

щенное облако по любому стандартно-

му протоколу Ethernet, однако они всег-

да имеют самый низкий приоритет (см.

рис.7). Доставка данных по таким про-

токолам как TCP/IP останется гаранти-

рованной, но, возможно, займет гораз-

до больше времени. Тем не менее сеть

AVB будет на 100% обратно совместима

с существующими сетями Ethernet.

ЕДИНАЯ ИНФРАСТРУКТУРАПо экономическим соображениям,

в медиасетях будущего широкое рас-

пространение получит только одна тех-

нология, скорее всего Ethernet. Во всем

мире тысячи разработчиков активно

работают над усовершенствованием

инфраструктуры Ethernet, в т.ч. над про-

водными и беспроводными устройства-

ми физического слоя, контроллерами

МАС, коммутаторами, схемами резер-

вирования, системами диагностики и

Рис. 6. Нормирование задержки

Рис. 7. Обмен через защищенное облако

т.д. Рабочие группы IEEE уже активно

трудятся над расширением стандартов

AVB на беспроводные сети Ethernet.

Ведется работа по внедрению меди-

атехнологий Ethernet в потребитель-

ские, профессиональные и автомобиль-

ные аудио- и видеосети.

Для потребителей сети AVB позволят

объединять медиаданные между всеми

бытовыми устройствами в квартире или

доме. Цифровые видеомагнитофоны

(DVR), медиасерверы, сетевые устрой-

ства хранения (NAS), радиоприемники

AM/FM-диапазонов, а также приемники

спутниковых сигналов и т.д. будут рас-

полагаться централизованно в одном

аппаратном блоке, обслуживающем все

медиапотоки. Похожие системы уже

довольно хорошо развиты (например,

UPnP/DLNA). Использование в них транс-

портных протоколов AVB позволит рас-

ширить сферу применения и сделать их

более доступными. Все устройства будут

иметь один и тот же разъем RJ45.

Профессиональные аудио- и видео-

системы также выиграют от перехода

на единую сеть, обслуживающую все

три типа информации. Во-первых,

существенно снизятся затраты на орга-

низацию и эксплуатацию сети. Кроме

того, появится централизованное

управление, схемы резервирования и

диагностики.

В автомобильных системах примене-

ние Ethernet AVB позволило бы расши-

рить пропускную способность и повы-

сить гибкость. В настоящее время идет

разработка автомобильных систем,

совмещающих в себе развлекательные

и информационные (помощники води-

теля и пр.) приложения с использова-

нием стандарта.

ЛИТЕРАТУРА1. R. Boatright. Understanding IEEE's

new audio video bridging standards//wcww.

embedded.com/217201257?pgno=1.

НОВОСТИ ДАТАКОМА

| РЫНОК ОБОРУДОВАНИЯ ETHERNET К 2013 ГОДУ ДОСТИГНЕТ 34 МЛРД ДОЛЛ. | По мнению экспертов, мировой рынок Ethernet операторского класса — скромной технологии офисных сетей, используемой сегодня в основных телекоммуникационных сетях, — переживает настоящий бум. По оценкам консалтинговой компании в сфере телекоммуникаций Infonetics Research, мировой рынок оборудования Ethernet операторского класса вырос с 19 млрд долл. в 2008 г. до почти 23 млрд долл. в 2009 г., а к 2013 г. может достичь 34 млрд долл.

По данным компании ACG Research, в 2009 г. Cisco принадлежали почти 57% мирового рынка маршрутизаторов и комму-таторов для Ethernet операторского класса. Как бы широко ни распространился Ethernet, по мнению аналитиков, все еще впереди.

www.russianelectronics.ru

Page 35: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

35

Электронные компоненты №4 2010

Насыщенный рынок электроники диктует жесткие условия производите-лям комплектующих и компонентов, потому в лидеры удается выбиться лишь избранным, тем, кто наряду с современными технологиями может предложить приемлемое по стоимости решение. Одним из таких реше-ний является процессор S3C6410 от компании Samsung. Его высокая произ-водительность, богатая периферия, набор интерфейсов и контроллеров памяти позволяют разработчикам создавать целый спектр электрон-ных устройств с расширенными мультимедийными возможностями. В размах данной статьи мы рассмотрим характеристики процессора S3C6410 и попробуем разобраться, в каких электронных устройствах он может занять свое достойное место.

МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

ПРОЦЕССОРА SAMSUNG S3C6410Статья публикуется в рамках совместного проекта компании Promwad

и медиагруппы «Электроника»

АНТОН ЖУКОВСКИЙ, инженер-программист, специалист по применению мобильных платформ,

компания Promwad

Семейство процессоров Samsung

S3C64xx относится к среднему цено-

вому сегменту и ориентировано на

мобильные устройства и «продвинутые»

мультимедийные приложения, которые

активно используют аппаратные 2D- и

3D-ускорители. Процессор S3C6410 —

базовая модель этого семейства.

Итак, S3C6410 аппаратно поддержи-

вает:

– MFC (Multi Format Codec);

– JPEG;

– ускорение 2D- и 3D-графики;

– вывод телевизионного сигнала в

форматах PAL и NTSC;

– интерфейс цифровой камеры;

– постобработку изображений и

видео, полученных из файлов и каме-

ры;

– покадровое вращение и масшта-

бирование;

– контроллер LCD — встроенный

модуль.

Как показано на рисунке 1, для

работы с мультимедиа используются

встроенные аппаратные блоки. Для

ядра процессора эти блоки являются

внешними устройствами, и при работе

в ОС требуют поддержки на уровне

драйверов.

ПОСТПРОЦЕССОР S3C6410Постпроцессор представляет собой

специализированный блок для обра-

ботки «сырых» графических данных.

Как правило, он является промежуточ-

ным звеном между источником данных

и кадровым буфером. Постпроцессор

предназначен для выполнения таких

операций над кадрами изображения,

как масштабирование, преобразование

цветовых моделей и видеоформатов.

Особенности постпроцессора

S3C6410:

– форматы входных и выходных

данных — YCbCr420, YCbCr422, RGB565

или RGB888;

– работа в режимах DMA (обрабо-

танный кадр помещается в память) или

FIFO (обработанный кадр помещается

сразу в контроллер LCD);

– возможность задавать раз-

меры входного изображения до

4096×4096 пикселей, а выходного — до

2048×2048 пикселей;

– программируемый коэффициент

масштабирования;

– возможность преобразования

цветовых пространств YUV в RGB и

обратно.

В режиме FIFO изображение

передается в буфер контроллера

LCD напрямую, минуя операции с

системной памятью. Выходные дан-

ные могут быть представлены как

формате YCbCr444, так и в формате

30-битного RGB. В этом режиме воз-

можен вывод видеоданных как в про-

грессивной, так и в чересстрочной

развертке.

В режиме DMA изображение пере-

дается из постпроцессора в контрол-

Рис. 1. Структура процессора Samsung S3C6410

Page 36: Электронные компоненты №4/2010

36

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

лер LCD через промежуточный буфер

в системной памяти, причем входные и

выходные данные могут быть представ-

лены в форматах YCbCr420, YCbCr422,

RGB565 или RGB888.

МОДУЛЬ TV SCALERМодуль TV Scaler во многом иденти-

чен постпроцессору, по сути, он и явля-

ется постпроцессором, только пред-

назначенным для обработки кадров,

характерных для телевидения. В режи-

ме FIFO выходной поток из модуля TV

Scaler может поступать либо в оверлей-

ные окна Window1 и Window2, либо в

модуль TV Encoder.

КОНТРОЛЛЕР LCDВстроенный в процессор S3C6410

LCD-контроллер предназначен для

передачи данных из постпроцессора

или кадрового буфера, расположенно-

го в системной памяти, в интерфейс

внешнего LCD. Контроллер LCD под-

держивает:

– до 5 оверлейных окон

(Window0 … Window4), которые, в свою

очередь, поддерживают различные

форматы цвета;

– генерирование сигналов синхро-

низации;

– 16-уровневое альфа-смешивание;

– прозрачность по цветовому

ключу;

– собственные координаты;

– плавную прокрутку по горизонта-

ли и вертикали с шагом 1 пиксель;

– изменение размеров.

Перечисленные возможности

позволяют организовать гибкий гра-

фический интерфейс в соответствии

с нуждами потребителя. Например,

система может использовать Window0

для полноэкранного просмотра ТВ,

Window1 — как небольшое окно с

предварительным просмотром другого

ТВ-канала, Window2 — как системное

меню, Window3 — для вывода назва-

ния канала и Window4 — для вывода

информации о канале.

Особенности оверлейных окон

иллюстрирует таблица 1. При одновре-

менном использовании окна отобра-

жаются в порядке убывания, т.е. при

отсутствии прозрачности Window4

будет иметь наибольший приоритет и

перекроет остальные окна. Такой же

приоритет окон сохраняется и при

использовании цветового ключа, кото-

рый должен быть задан в формате

RGB888.

ПОДДЕРЖКА 2D-ГРАФИКИМодуль поддержки 2D-графики

обладает следующими возможностями:

– рисование линий и точек;

– ускорение операций BitBlt (преоб-

разование блока пикселей, наподобие

переключения страниц в DirectDraw);

– ограничение окна;

– поворот на угол, кратный 90 гра-

дусам, и зеркальное отображение;

– попиксельное альфа-смешивание

с 256 градациями;

– рисование пользовательского

узора размером 8×8 пикселей и глуби-

ной цвета 16 бит;

– поддержка глубины цвета 16, 24 и

32 бита.

Внутренним форматом модуля явля-

ется ARGB8888, и все данные, посту-

пающие в модуль, преобразуются в

этот формат, а после обработки и перед

помещением в кадровый буфер снова

преобразуются в пользовательский

формат.

На рисунке 2 показана последо-

вательность отрисовки конечного

изображения. На этапе Рисование

примитива определяются пиксели,

над которыми производится одна из

операций: рисование линии/точки,

Bit Block Transfer — преобразование

прямоугольного блока пикселей, Color

Expansion — разбиение монохромного

изображения на цвета переднего плана

(foreground) и фона (background). Этап

Вращение предполагает вращение на

угол, кратный 90 градусам, и зеркаль-

ное отображение. Этап Обрезка позво-

ляет отсечь часть изображения, полу-

чившегося после вращения. Исходное

изображение заключается в прямоу-

гольную область, и все не поместив-

шиеся области игнорируются при

последующей обработке. На этапе

Проверка стенсила производится ана-

лиз каждого пикселя на предмет соот-

ветствия цветовому диапазону. Если

цвет пикселя укладывается в заданный

диапазон, он продолжает обрабаты-

ваться, в противном случае — отсека-

ется. Этот этап можно пропускать. На

этапе Растровые операции произво-

дятся логические операции над тремя

операндами: источником, конечным

результатом и 8-битным пользователь-

ским значением. Третьим операндом

может быть фон либо узор размером

8×8 пикселей в формате RGB565. И

наконец, этап Альфа-смешивание сме-

шивает цвета источника и результата в

кадровом буфере для получения ново-

го результирующего цвета с 256 града-

циями прозрачности.

ПОДДЕРЖКА 3D-ГРАФИКИПоддержка ускорения трехмерной

графики является одной из наибо-

лее востребованных возможностей

любого современного процессора на

рынке потребительских устройств.

Процессор Samsung S3C6410 облада-

ет следующими возможностями:

– аппаратная поддержка OpenGL ES

1.1 и ES 2.0 (и Direct3D на уровне API);

– пиксельный и вертексный шей-

деры;

– форматы текстур — RGB c 1, 2, 4,

8, 16 и 32 битами на пиксель, YUV422,

S3TC;

– кадровый буфер, 4096×4096, 16

или 32 бита на пиксель;

– 32-битный Z-буфер;

– билинейная и трилинейная филь-

трация.

Подробное описание поддержки

3D-графики выходит за рамки ознако-

мительной статьи.

ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ РАБОТЫ С JPEGАрхитектура процессора предъяв-

ляет следующие требования к JPEG-

изображению в случае декодирования:

размер не более 4096×4096 пикселей

и последовательное представление

данных (sequential JPEG), предполагаю-

щее последовательный обход кодиро-

ванного изображения поблочно: слева

направо, сверху вниз. В случае, когда

входной файл имеет данные, записан-

Рис. 2. Отрисовка конечного 2D-изображения

Таблица 1. Оверлейные окна Window0 … Window4

Окно Форматы цвета Источники данных

Window0 1, 2, 4 или 8 бит на пиксель (с палитрой) 16, 18 или 24 бита на пиксель (без палитры) YCbCr (4:4:4) или RGB888 из постпроцессора

Window1 1, 2, 4 или 8 бит на пиксель (с палитрой) 16, 18 или 24 бита на пиксель (без палитры) YCbCr (4:4:4) или RGB888 из TV Scaler

Window2 1, 2 или 4 бита на пиксель (с палитрой) 16, 18 или 24 бита на пиксель (без палитры) YCbCr (4:4:4) или RGB888 из TV Scaler

Window3 1, 2 или 4 бита на пиксель (с палитрой) 16, 18 или 24 бита на пиксель (без палитры)

Window4 1 или 2 бита на пиксель (с палитрой) 16, 18 или 24 бита на пиксель (без палитры)

Page 37: Электронные компоненты №4/2010
Page 38: Электронные компоненты №4/2010

38

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

ные в виде набора сканов, каждый

из которых описывает изображение

полностью со все большей степенью

Рис. 3. Декодирование JPEG-файла и его вывод на LCD

детализации (progressive JPEG), деко-

дер может отказаться воспринять

такой файл.

Рассмотрим более подробно

типичную задачу по декодированию

графических файлов в формате JPEG

Рис. 4. Декодирование видеопотока и его вывод на LCD

Page 39: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

39

Электронные компоненты №4 2010

c выводом на LCD в контексте работы операционной

системы:

1. Инициализируется модуль поддержки JPEG при помо-

щи драйвера.

2. Драйвер модуля JPEG выделяет системную память для

размещения входного и выходного буферов.

3. Файл JPEG считывается из хранилища и целиком поме-

щается во входной буфер.

4. Посредством обращения к драйверу инициируется

процедура декодирования.

5. Декодированные «сырые» данные в формате YUV поме-

щаются в выходной буфер.

6. Постпроцессор обращается к выходному буферу и про-

изводит преобразование цветовой модели YUV в RGB.

7. Преобразованное изображение помещается в кадро-

вый буфер.

Более наглядно процесс декодирования показан на

рисунке 3.

ВОЗМОЖНОСТИ MFCВозможности MFC включают в себя декодирование

потоков видеоформатов H.264/AVC baseline profi le, H.263P3,

VC-1 (Windows Media 9) main profi le, MPEG-4 simple profi le.

Для обеспечения возможностей задействования MFC поток

MPEG-4 не должен содержать двунаправленных кадров

(B-frames), общей компенсации движения (GMC, global

motion compensation) и четвертьпиксельной компенса-

ции движения (Qpel). Также поддерживается кодирование

несжатого видео в форматы MPEG-4 simple profi le, H.263 P3,

H.264/AVC baseline profi le и одновременное кодирование одно-

го и декодирование трех потоков. При размерах кадров пото-

ков 640×480 пикселей (VGA) MFC сможет одновременно коди-

ровать и декодировать видео со скоростью до 30 кадров/с. В

аналогичном случае, когда размеры кадров составляют 720×480

пикселей (NTSC), скорость обработки будет несколько ниже, и

еще ниже она будет при размере кадров 720×576 (PAL).

При кодировании видео появляется возможность задей-

ствовать модуль поворота/отзеркаливания изображения

(PrP rotator/mirror), способный одновременно как поворачи-

вать кадр на угол, кратный 90 градусам, так и менять стороны

кадра местами. Такая обработка может быть полезна при

кодировании видео, поступающего с модуля камеры.

Декодирование может быть осуществлено двумя способами:

1. Используя локальный путь. В этом случае данные из

постпроцессора поступают напрямую в контроллер LCD,

минуя кадровый буфер. Теоретически это позволяет достичь

более высокой производительности, но на практике уско-

рение практически незаметно. Более того, данный способ

привносит 2 ограничения. Во-первых, может быть задей-

ствовано только оверлейное окно Window0, во-вторых, под-

держивается только 24-битный цвет (RGB888) для выходных

данных (см. рис. 4).

2. Используя двойную буферизацию. В этом случае про-

цесс декодирования в целом соответствует рисунку 4, за

исключением того, что данные из постпроцессора поступают

в контроллер LCD не напрямую, а через кадровый буфер.

Как видим, и целой статьи оказалось мало для обзора бога-

тых мультимедийных возможностей процессора Samsung

S3C6410. Конечно, эти возможности не осталась незамечен-

ными в среде разработчиков. S3C6410 успешно применяется

не только в таких распространенных мобильных устройствах,

как смартфоны, но и в автомобильных и навигационных

системах; видеопроигрывателях; информационных панелях;

мультимедийных пультах управления; портативных игро-

вых приставках; фоторамках и MID-устройствах (Multimedia

Internet Device). Тем более что встроенные ускорители графи-

ки S3C6410 не ограничивают выбор графических интерфей-

сов и платформ, позволяя использовать Qt, Google Android,

WinCE и многое другое.

Page 40: Электронные компоненты №4/2010

40

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

В связи с появлением и развитием электромагнитного оружия РЧ-диапазона появилось большое количество российских и зарубежных публикаций по этой тематике, посвященных техническим и боевым характеристикам этих систем. Целью данной статьи является систе-матизация сведений о факторах физического воздействия электромаг-нитного оружия (ЭМО) средней мощности на электронные системы и о технических средствах защиты от них. Приведены некоторые методи-ки численных оценок воздействия ЭМО, принципиальные электрические схемы защиты электронных устройств и результаты исследования, проведенного автором.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОРУЖИЯ

В ИНФОРМАЦИОННОЙ БОРЬБЕ

И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕГОВАЛЕРИЙ ЖИЖИН, вед. инженер-разработчик, ЗАО «Криогенная технология»

1. ВИДЫ И ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ЭМОРадиочастотное электромагнитное

излучение (РЧЭМИ) — новое перспек-

тивное средство радиоэлектронной

борьбы, получившее свое развитие в

90-е гг. прошлого века и продемон-

стрировавшее способность в высокой

степени нарушать функционирование

информационных систем.

Эффективность использования РЧЭМИ

обусловлена высокой плотностью инфор-

мационных потоков в основных сферах

деятельности современных государств по

управлению экономикой, производством,

обороной страны. Нарушение, даже

кратковременное, функционирования

информационно-управляющих систем

может вызвать тяжелые последствия.

Рис. 1. Блок-схемы виркатора (а) и SOS-генератора (б)

а)

б)

Средства радиоэлектронного на па-

дения также могут использоваться злоу-

мышленниками для взлома электрон-

ных замков (в т.ч. замков-невидимок!),

электронных пломбирующих устройств,

для кратковременной блокировки рабо-

ты электронных объектовых систем

безопасности (СКУД и др.) при проник-

новении на объект. Активные ЭМ-помехи

могут использоваться злоумышленника-

ми и при взломе автомобильных охран-

ных систем. Для организации такого рода

атак может применяться РЧЭМИ сред-

ней мощности (до 1 ГВт в импульсе) трех

типов на основе вакуумных электронных

трубок с сетчатым катодом — виркато-

ров [1]; спиральных генераторов частоты

с взрывным сжатием магнитного поля

(взрывомагнитные генераторы часто-

ты — ВМГЧ) [1] и полупроводниковых

генераторов наносекундных помех [2].

Рассмотрим кратко принципы дей-

ствия этих видов РЧЭМИ.

1.1. Виркатор

Идея, лежащая в основе виркатора

(см. рис. 1а), заключается в ускорении

мощного потока электронов сетча-

тым анодом. Электроны, испускаемые

графитовым катодом 1 и проходящие

анод 2, формируют за ним облако

пространственного заряда 3, которое

осциллирует с частотами микроволно-

вого диапазона. Их значение определя-

ется размерами резонансной полости

пространственного заряда. Мощность

ЭМИ выводится с помощью конической

рупорной структуры 4. Уровни мощ-

ности виркаторов лежат в диапазоне

500 кВт…3 ГВт в импульсе в диапазоне

волн от сантиметрового до дециметро-

вого. Длительность импульса виркато-

ра составляет несколько микросекунд.

Излучение виркатора в силу резонанс-

ного принципа действия носит узко-

полосный (1—2% от центрального зна-

чения длины волны) и направленный

характер (единицы градусов). Габариты

виркаторов достигают порядка 2 куб.м.

Атаку с применением виркаторов

невозможно обнаружить без специаль-

ных приборов, поэтому в случае неудачи

преступники могут повторить попытку.

К недостаткам виркаторов следует отне-

сти, во-первых, узкополосность радиоиз-

лучения и настройку на рабочую частоту

атакуемых устройств, что потребует про-

ведения предварительной технической

разведки последних, и, во-вторых, отно-

сительную сложность и высокую стои-

мость технологии изготовления.

1.2. Спиральный взрывомагнитный

генератор частоты

Принцип действия ВМГЧ основан на

прямом преобразовании химической

энергии взрывчатого вещества (ВВ) в

электромагнитное излучение.

На сегодняшний день (из неядерных)

именно химические ВВ имеют макси-

мальную плотность хранения энергии

~10000 Дж/куб.см. Эта величина на

4 порядка больше плотности энергии

в щелочном заряженном аккумуляторе

и на 5 порядков выше, чем в высоко-

вольтном конденсаторе. Кроме того, два

последних типа источников не позволя-

ют за единицы микросекунд преобразо-

вать накопленную энергию в излучение.

ВМГЧ состоит из медной трубки, сна-

ряженной ВВ, соосной трубке спираль-

ной обмотки индуктивностью 5…10 мкГн,

к которой подключен высоковольтный,

предварительно заряженный конденса-

Page 41: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

41

Электронные компоненты №4 2010

тор, имеющий емкость порядка 0,01…0,1

мкФ. Обмотка имеет переменную плот-

ность для максимального усиления

тока в LC-контуре. К конденсатору под-

ключается антенна, которой может стать

кусок толстого медного кабеля. Взрыв

расширяет трубу, образуя сходящийся

конус, который подключает заряженный

конденсатор и далее, двигаясь по вит-

кам спирали, последовательно закорачи-

вает их. Осциллирующий в переменном

LC-контуре ток усиливается по закону [1]

I = (Lo/L)∙Io, где I и Io — текущее и началь-

ное значения тока; L и Lо — текущее и

начальное значения индуктивности соот-

ветственно (единицы нГн…единицы мкГн).

Таким образом, усиление может дости-

гать порядка 1000, и при начальном токе

в 3…5 А величина тока в антенне в конце

процесса составляет 3…5 кА. Кроме того,

компрессия магнитного поля в трубке

вызывает (в соответствии с законом

электромагнитной индукции) появление

в нарастающих по частоте и амплитуде

колебаний тока дополнительных гармо-

ник, что существенно расширяет спектр

излучаемой ЭМ-помехи. Она становится

сверхширокополосной (СШП) — отноше-

ние центральной частоты к полосе излу-

чаемых частот близко к 1. Как известно,

СШП-сигналы имеют однородное про-

странственное распределение (круговая

диаграмма направленности).

Взрывомагнитный генератор излуча-

ет не один импульс, а пачку — волновой

цуг длительностью ~10 мкс с непрерыв-

но меняющейся частотой. Мощность

излучения за первые 3 мкс составляет

~240 МВт, за оставшиеся 7 мкс — 6 ГВт.

1.3. Полупроводниковые генераторы

наносекундных импульсных помех

Принцип действия генераторов

основан на эффекте SOS (Semiconductor

Opening Switch — полупроводниковый

размыкатель) — наносекундной комму-

тации сверхплотных токов в специаль-

ных полупроводниковых диодах.

Блок-схема SOS-генератора показа-

на на рисунке 1б. Управляемое микро-

контроллером 1 тиристорное зарядное

устройство 2 осуществляет импульс-

ный отбор энергии от источника пита-

ния 6, которая за время 10…100 мкс

при напряжении 1…2 кВ поступает в

магнитный компрессор 3. Он сжимает

энергию во времени до 300…600 нс

и повышает напряжение до сотен кВ.

SOS-диод 4 выступает в роли усилителя

мощности, отдавая в нагрузку 5 высоко-

вольтные импульсы 5…100 нс с пико-

вой мощностью до 5 ГВт и током 5 кА.

Нагрузка через коаксиальный кабель

согласована с выходной антенной.

Частота повторения импульсов может

достигать 2 кГц. Длительность импульс-

ного пакета равна 30…60 с.

Достоинствами таких генераторов

являются сверхширокополосность,

малогабаритность, круговая диаграм-

ма направленности и большая длитель-

ность излучения.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ РЧЭМИ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ Целью электромагнитной атаки на

электронные устройства является вре-

менное «ослепление» его электронных

схем, вызванное перегрузкой сигналь-

ных и силовых цепей под действием

наведенных облучением токовых

помех и частичной деградации цифро-

вых и аналоговых полупроводниковых

элементов. Необходимое минималь-

ное время воздействия ЭМ-облучения

должно значительно (в 100—1000

раз) превышать длительность цикла

обработки информации электронным

устройством, например, цикл обме-

на сигналами идентификации между

RFID-меткой (пультом ДУ) и считывате-

лем в системах контроля доступа или

автомобильной сигнализации. Стойкое

поражение цели нецелесообразно, т.к.

требует очень большой мощности.

Эффекты воздействия РЧЭМИ много-

образны и трудно предсказуемы. Однако

можно выделить ряд основных процес-

сов, происходящих при облучении цели.

2.1. Проникновение переменной

магнитной компоненты ЭМ-излучения

в проводящее вещество индуцирует в

нем токи, которые приводят к локаль-

ным падениям напряжения и генери-

Page 42: Электронные компоненты №4/2010

42

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

руют мощные наводки даже в хорошо

экранируемых электронных блоках.

2.2. Поскольку экранирование

не идеально (наличие кабельных вво-

дов, индикаторов и т.д.), то из-за диф-

ракционных явлений РЧЭМИ может

проникать внутрь.

2.3. Любое электронное устрой-

ство излучает. Поэтому на основании

теоремы взаимности, утверждающей,

что электрическая цепь принимает

ЭМ-волну данной частоты с данного

направления тем эффективнее, чем

эффективнее она излучает на данной

частоте в данном направлении, любое

электронное устройство превращается

в приемник РЧЭМИ-сигнала.

По спектральному составу помехи

РЧЭМИ условно делятся на кондуктив-

ные (0,1–30 МГц) и радиопомехи (выше

30 МГц).

Воздействие ЭМИ по физическому

принципу и степени опасности для РЭА

подразделяют на 3 категории:

– воздействие напряжений помех

на схемы функциональных частей в

результате прохождения тока навод-

ки через резистивные, емкостные и

индуктивные элементы, соединенные с

внешними разъемами РЭА;

– воздействие напряжений помех

в цепях аппаратуры, индуцированных

электромагнитными полями, кото-

рые возникают в момент воздействия

РЧЭМИ;

– воздействие напряжений помех

на клеммы аппаратуры, вызванных

протеканием тока по экранам кабелей,

корпусным цепям и элементам кон-

струкции.

Величину наведенной разности

потенциалов U на электронный ком-

понент размером L можно оценить из

следующих соотношений:

U = E∙L,

где E — напряженность электрического

поля в точке приема;

,

где P — мощность электрического поля

в точке приема; μ и é — магнитная и

электрическая проницаемости среды;

μ0 и é0 — магнитная и электрическая

постоянные.

Значение величины мощности в

точке приема для конкретного типа

излучателя можно оценить по изложен-

ной, например, в [3] методике.

Как показали проведенные иссле-

дования, вероятность вывода из строя

включенной аппаратуры существенно

выше, в 2—4 раза, чем выключенной.

Особую опасность представляют

микро- и наносекундные импульсные

помехи для аппаратуры, содержащей

программируемые компоненты (микро-

контроллеры, DSP и т.д.), поскольку они

могут воздействовать на цепи сброса

процессоров и задающих генераторов,

что приводит к сбоям работы управляю-

щих программ. Хотя многие электронные

компоненты оборудованы цепями защи-

ты для стока электростатических заря-

дов, периодическое высокое импульсное

напряжение вызывает их повреждение.

3. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ РЭС ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАДИОЧАСТОТНОГО ОРУЖИЯМетоды защиты условно можно

разделить на пассивные (применение

различного рода экранов) и интеллек-

туальные (специальная защитная схе-

мотехника с использованием внешних

электромагнитных сенсоров).

Пассивные методы

3.1. Наиболее эффективный метод

защиты РЭА состоит в том, чтобы поме-

стить ее целиком в электропроводящую

ячейку, называемую клеткой Фарадея.

Однако большая часть РЭА должна

иметь внешние коммуникации, что при-

водит к появлению «точек входа», через

которые организованные ЭМ-помехи

могут проникать в аппаратуру и вызы-

вать ее повреждение. Поэтому на входе

в блок электропроводящих каналов

должны применяться специальные

защитные схемы и металлические экра-

нированные кабельные вводы.

3.2. Заземление и корпусирование

электронных блоков. Если электронное

устройство состоит из конструктивно

законченных блоков, то существуют

два типа земляных шин — корпусная

и схемная. Корпусная шина, согласно

требованиям электробезопасности,

подключается к земляной шине, про-

ложенной в помещении. Схемные шины

должны быть изолированы от корпусов

и объединяться индивидуальными про-

водами в точке В, а корпусные — в точке

А, приближенной к точке В (см. рис. 2).

При несоблюдении этого требования

импульсные напряжения, создаваемые

уравнивающими и наведенными тока-

ми на земляной шине, фактически при-

лагаются к входным компонентам схем,

что может вызвать ложные срабатыва-

ния и, возможно, их отказы.

Для уменьшения глубины проникно-

вения магнитной составляющей в кор-

пус защищаемого устройства его экран

должен выполняться из проводящих

немагнитных материалов, например,

нержавеющих сталей. Как показали про-

веденные исследования, экран толщи-

ной 1мм, выполненный из нержавею-

щей стали марки 08Х22Н6Т, ослабляет

низкочастотное переменное магнитное

поле примерно в 250—300 раз. В экс-

перименте магнитное поле создавалось

псевдослучайной импульсной последо-

вательностью токов амплитуды 2 А/200 В

постоянного напряжения, проходящей

через соленоид с индуктивностью ~2 Гн,

который коммутировался электронным

ключом. Спектр сигнала имел частоту

среза 1 кГц и неравномерность в полосе

частот ±2 дБ. Относительные изменения

величины поля внутри корпуса (с экра-

ном и без) регистрировались с помо-

щью одноосевого магниторезистивного

сенсора HMC 1001 фирмы Honeywell в

полосе частот спектра. В процессе экс-

перимента был зафиксирован также

разогрев экранированного корпуса до

температуры 60…65°С, вероятно, из-за

воздействия вихревых токов Фуко. Но

эта проблема решается с помощью кон-

векционного теплообмена материала

корпуса с внешней средой. Для повы-

шения скорости теплообмена возможно

ребристое выполнение боковых граней

корпуса.

Интеллектуальные методы

Интеллектуальные (активные) мето-

ды состоят в специальной защитной

схемотехнике на основе микроконт-

роллера или DSP. К ним подключаются

датчики электромагнитного облуче-

ния (детекторы напряженности поля)

на разные частотные диапазоны,

чтобы перекрыть весь наиболее энер-

гетически значимый участок спектра

излучения РЧЭМИ (10 МГц…3 ГГц), и

датчики превышения номинального

тока в информационных магистралях.

Детектор поля должен обладать инте-

гральной чувствительностью не хуже

–40 дБм. При разработке схемотехни-

ки защиты от электромагнитных помех

современной РЭА необходимо учесть

следующие факторы.

– Импульсные помехи даже срав-

нительно небольшой энергии могут

иметь значительную амплитуду по

напряжению. Действительно, энергия

импульса, выделяющаяся на активном

сопротивлении, определяется как

,

где u = u(t) — напряжение; r — сопро-

тивление; Т — длительность импульса.

Таким образом, при меньшей дли-

тельности импульс той же энергии

может иметь большую амплитуду.

Большие значения пикового напряже-

ния импульса могут привести к про-

бою элементов на входе электронного

модуля, не рассчитанных на слишком

высокое напряжение. Возникающая

при пробое дуга может сохраняться

Рис. 2. Два типа шин заземления

Page 43: Электронные компоненты №4/2010
Page 44: Электронные компоненты №4/2010

44

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

WWW.ELCP.RU

и после окончания импульса за счет

обычного напряжения питания.

– Динамические характеристики

самого блока питания также повыша-

ют опасность возникновения помех в

цепях питания с ростом их частоты.

Современные блоки питания имеют

структуру системы автоматического

регулирования. Обычно такая систе-

ма проектируется в расчете на отно-

сительно низкочастотные возмущения

на входе. Попадание на вход высоко-

частотных помех может вызвать неже-

лательную реакцию системы (резонанс-

ные эффекты, автоколебания и т.д.). В

результате стабильность напряжения

на выходе блока питания нарушается,

вызывая отказ аппаратуры. С дальней-

шим ростом частоты помехи (от десят-

ков МГц до ГГц) большое значение начи-

нают играть паразитные емкостные и

индуктивные связи. В результате (как

и в случае информационных цепей)

составляющие помехи могут в обход

установленных защитных элементов

проникать вглубь аппаратуры и нару-

шать работу ее цифровых узлов.

3.3. Схемотехническая защита цепей

электропитания показана на рисунке 3.

Эта схема включается в цепь первич-

ной обмотки силового трансформато-

ра и состоит из сверхбыстрых (~30 мс)

предохранителей F1 и F2; ограничителя

напряжения D1, D2 (супрессоры, или

TVS-диоды); сетевого фильтра и опто-

симисторных ключей D3 и D4. TVS-диод

представляет собой быстродействую-

щий стабилитрон, оптимизированный

по времени срабатывания и максимуму

поглощаемой мощности [4]. Супрессоры

популярной серии 1.5КЕ фирмы Transil

поглощают мощность 1500 Вт импульса

треугольной формы и могут пропускать

ток до 200 А в течение 1 мс. TVS-диод

обладает высоким быстродействием,

в отличие от газоразрядных ограни-

чителей (разрядников), которые из-за

значительного времени срабатывания

(более 0,5 мкс) не обеспечивают защиту

многих полупроводниковых приборов

и микросхем, т.к. для них недопустимы

пропускаемые разрядниками началь-

ные выбросы напряжения.

Преимуществом TVS-диодов перед

разрядниками является то, что напря-

жение пробоя у них ниже напряжения

ограничения (у разрядников оно значи-

тельно выше напряжения поддержания

разряда), поэтому при их применении,

в отличие от разрядников, защищае-

мые цепи не шунтируются после про-

хождения импульса тока переходно-

го процесса. Время срабатывания

TVS-диодов — менее 10 нс. Это позво-

ляет использовать их для защиты раз-

личных радиочастотных цепей, в состав

которых входят чувствительные к пере-

ходным процессам полупроводниковые

приборы и интегральные микросхемы.

Другой важной характеристикой TVS-

диодов является барьерная емкость

р-n-перехода. Малоемкостные TVS-

диоды (С = 90…100 пФ) применяются

для защиты линий связи переменного

тока с частотой до 100 МГц от выбросов

напряжения.

Силовой кабель должен быть заклю-

чен в электростатический экран —

отрезок водопроводной трубы, соеди-

ненной с клеммой заземления щита

электропитания. При превышении сиг-

налом с датчика электромагнитного

мониторинга некоторого порогового

значения микропроцессор основного

устройства размыкает ключи D3 и D4,

снимая электропитание с защищаемо-

го устройства. Трансформатор целесоо-

бразно помещать в заземленный экран

из нержавеющей стали.

3.4. Один из вариантов схемотехни-

ческой защиты слаботочных информа-

ционных цепей показан на рисунке 4

(предложен автором статьи для защиты

от внешних ЭМ-помех блока управления

электромагнитным клапаном трубопро-

водной арматуры). Защитная электрон-

ная схема включается между выходом

с информационной линии и буферны-

ми интерфейсными приемопередатчи-

ками. Схема состоит из ограничителя

входного напряжения D1, D2 на уровне

12 В (быстродействующие супрессо-

ры 1.5КЕ12); Г-образного двухзвенного

LC-фильтра; интегрального быстродей-

ствующего (15 мкс) датчика тока D3 на

эффекте Холла ACS 704ELC-015 (Allegro

Microsys Inc.); быстродействующего нор-

мально замкнутого ключа D4 и диодно-

го ограничителя D5, D6 до уровня вход-

ного напряжения электронного блока.

Дифференциальный каскад на опера-

ционном усилителе TLC 1078 требуется

для согласования диапазона выходных

сигналов сенсора D3 с входным диапа-

зоном АЦП.

ФНЧ-фильтр предназначен для

подавления кондуктивных помех. Его

амплитудно-частотная характеристика

определяется полосой частот инфор-

мационного сигнала. Интегральный

сенсор тока имеет диапазон измере-

ния ±15 А и линейную передаточную

характеристику «ток-напряжение». Он

подключен к порту АЦП микроконтрол-

лера (МК) электронного блока. При

превышении тока из-за наводки в этой

цепи некоторого порогового значения

управляющий сигнал МК размыкает

ключ, предотвращая проникновение

ЭМ-помехи в основное устройство. При

необходимости алгоритм отключения

цепи можно продублировать с датчика

ЭМ-мониторинга.

Протяженная (свыше 0,5 м) слаботоч-

ная информационная магистраль долж-

на быть выполнена из экранирован-

ной витой пары, заземленной только в

одной точке — со стороны приемника

или передатчика полезных сигналов.

В отдельных случаях, когда требуется

высокая степень защиты аппаратуры,

Рис. 3. Схемотехническая защита цепей электропитания

Page 45: Электронные компоненты №4/2010

МУ

ЛЬ

ТИ

МЕ

ДИ

А И

ТЕ

ЛЕ

КО

М

45

Электронные компоненты №4 2010

информационная магистраль может

прокладываться внутри заземленных

трубок из нержавеющей стали.

В рассмотренных вариантах защиты

в качестве детектора поля можно реко-

мендовать прибор ST 107 российской

компании «СмерШ Техникс».

3.5. С точки зрения устойчивости

к внешним ЭМ-помехам, в информа-

ционных цепях наиболее эффективно

применение волоконно-оптического

кабеля. Если не требуются высокие

скорости передачи более 10 Мбит/с,

можно применять дешевый (по цене

коаксиального кабеля) пластиковый

оптический кабель POF. Пластиковое

оптоволокно (Plastic Optical Fiber) поя-

вилось как дешевая альтернатива мед-

ной проводке в локальных сетях и в

автомобилях. POF-кабель имеет малый

вес, невысокую стоимость, техноло-

гичность в монтаже (для разрезания

можно использовать простые ножни-

цы или скальпель). Но одно из самых

главных преимуществ POF заключа-

ется в отсутствии чувствительности к

электромагнитным помехам. Без суще-

ственного ослабления сигнала (2…3 дБ)

POF-кабель можно применять на дис-

танции до 100 м.

3.6. Внутренняя помехоустойчи-

вость цифровых электронных схем

во многом определяется топологией

печатной платы и расположением на

ней компонентов. Поэтому при проек-

тировании помехоустойчивой печат-

ной платы следует руководствоваться

принципами, изложенными в [5].

3.7. Программная защита электрон-

ного блока. Поскольку большинство

современных видов РЭА содержит

микроконтроллеры/микропроцессоры,

можно использовать дополнительное

программное обеспечение для мони-

торинга электромагнитной атаки и

управления схемами защиты. При этом

к портам АЦП микроконтроллера долж-

ны быть подключены датчики электро-

магнитного облучения и датчики тока в

информационных магистралях.

3.8. Оценка устойчивости к поража-

ющему действию РЧЭМИ производится

в соответствии с методиками испытаний

на электромагнитную совместимость,

изложенных в ГОСТ Р 51717 (кондук-

тивные помехи), ГОСТ Р 51317, ГОСТ Р

51648–51652 (радиопомехи).

3.9. Защита телефонных линий и ком-

пьютерных сетей представляет отдель-

ную сложную научно-техническую про-

блему, и ее анализ выходит за рамки

данной статьи.

4. ВЫВОДЫСтатья далеко не исчерпывает всех

методов и средств защиты от РЧЭМИ

и не претендует на полноту анализа

функционального воздействия совре-

менного электромагнитного радиоча-

стотного оружия на РЭА, особенно с

учетом быстрого совершенствования

средств радиоэлектронной борьбы. В

настоящее время пока не существует

полной физической и математической

модели воздействия СШП-помех на

электронные устройства. НИОКРы в

этом направлении активно ведутся в

ряде промышленно развитых стран.

Вместе с тем, появление на рос-

сийском рынке доступных импортных

компонентов силовой и мощной СВЧ-

электроники наряду с программными

пакетами проектирования и модели-

рования РЭА, например Orcad, Protel, в

принципе позволяет высококвалифи-

цированным специалистам создавать

отдельные виды РЧЭМИ в условиях

даже кустарного производства. Это

приводит к возрастанию потенциаль-

ной угрозы электромагнитной атаки со

стороны хакерских и террористических

преступных группировок. Это обстоя-

тельство следует учитывать при про-

ектировании РЭА для ответственных

применений, таких как системы госу-

дарственного и военного назначения,

инфраструктура управления объектами

электро- и газоэнергетики, информаци-

онные банковские системы, электрон-

ные системы безопасности объектов.

Наряду с основными методами защиты

аппаратуры, принципы которых изло-

жены в данной статье, необходимо при-

менять и организационные меры без-

опасности — введение охранных зон,

размеры которых превышают радиус

поражения РЧЭМИ; периодический

визуальный осмотр информационных

шлейфов и помещений на предмет

обнаружения посторонних предметов

и несанкционированных подключений;

проведение непрерывного радиомони-

торинга на охраняемом объекте.

ЛИТЕРАТУРА1. А.Б. Прищепенко. Взрывы и волны.

Взрывные источники электромагнитного

излучения радиочастотного диапазона. М.

Бином. — 2008 г. С. 8—10, 61—63, 79—84.

2. В. Слюсар. Генераторы супермощных

электромагнитных импульсов в инфор-

мационных войнах. Электроника: НТБ. №5.

2002 г.

3. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Спра-

вочник по физике. М. Наука. 1995 г. С.

350—354.

4. Б. Ю. Семенов. Силовая электроника:

от простого к сложному. М. Солон Пресс.

2008 г. С. 194—196.

5. Болл Р. Стюарт. Аналоговые интер-

фейсы микроконтроллеров. М. Додека.

2007 г. Гл. 8, 9.

Рис. 4. Вариант схемотехнической защиты слаботочных информационных цепей

Page 46: Электронные компоненты №4/2010

46

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

WWW.ELCP.RU

Статья открывает новую рубрику «Беспроводные технологии и их приме-нение в промышленности». Цикл статей, посвященный этой непростой тематике, будет представлен авторами — членами Международного общества по промышленной автоматике (ISA — International Society of Automation), а также членами Международной Электротехнической комиссии (секция «Беспроводные промышленные сети»). В первой статье цикла дан обзор беспроводных технологий, которые могут найти применение в промышленности, проведен анализ распре-деления частот, выделяемых национальными органами регулирования, даны рекомендации по использованию радиооборудования промышленно-го назначения в разных странах мира, включая Россию.

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИХ

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ: АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОС РАДИОЧАСТОТ

ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО СЕКТОРА В РАЗНЫХ

РЕГИОНАХ МИРА, ВКЛЮЧАЯ РОССИЮ

ГАЛИНА ГАЙКОВИЧ, член ISA, эксперт МЭК (IEC), ведущий специалист ИППИ РАН

ПЕТЕР ФУР (PETER FUHR), член ISA, ст. член IEEE , гл. специалист Wi-Fi-Sensors Inc.

Хотя основной показатель при

оценке беспроводных технологий —

их пропускная способность (скорость

передачи информации), для конечно-

го потребителя по-прежнему актуален

вопрос, каким беспроводным стан-

дартам отдать предпочтение в про-

мышленности. На первый взгляд, на

рынке беспроводных технологий для

промышленности существует полная

неразбериха, и трудно дать однознач-

ные рекомендации, учитывая весь

спектр прикладных задач — от мобиль-

ной голосовой связи до беспровод-

ных сенсорных сетей полевого уровня

АСУТП (SCADA) и интегрированной бес-

проводной транспортной среды.

Результатом опыта, накопленного

авторами в дискуссиях с разработчи-

ками оборудования и пользователями

в промышленном секторе, а также в

процессе разработки беспроводных

промышленных стандартов [1], стал

неутешительный вывод: внедрение

беспроводных технологий в промыш-

ленный сектор представляет собой

довольно сложную и комплексную

задачу. Если что-то сравнительно легко

реализуется на бытовом уровне, вовсе

не значит, что оно может быть при-

емлемо и для условий производства.

С другой стороны, нельзя преумень-

шать значение беспроводных решений

для промышленности — ведь зачастую

такие решения во много раз дешевле,

а в некоторых случаях им нет альтер-

нативы.

В первую очередь, это АСУ ТП, где

радиодоступ позволяет оператору или

технологу непрерывно контролировать

производственный процесс из любо-

го места на предприятии. С помощью

дополнительных мобильных приложе-

ний оператор может не только постоян-

но контролировать производственные

процессы, но и обмениваться сообще-

ниями с обслуживающим персоналом.

Сам персонал сможет получать инфор-

мацию о неисправностях оборудова-

ния, предупреждения об опасности,

и вообще осуществлять мониторинг

производственного процесса с полным

доступом к сетевой инфраструктуре

предприятия.

Снижение затрат на подключение

позволяет увеличить количество точек

измерения в пределах производствен-

ного процесса. В результате при тех же

затратах на оборудование персонал,

который управляет производством,

сможет получать более достоверную

информацию о производственном про-

цессе. Это, в свою очередь, позволяет

повысить эффективность производ-

ственного процесса, а также сэконо-

мить на энергоресурсах. Мониторинг

измерений в дополнительных точках

процесса может существенно увеличить

эффективность оборудования за счет

уменьшения стоимости эксплуатации,

которая, в свою очередь, определяется

сроками устранения неисправностей.

Существуют два варианта исполь-

зования беспроводной связи: фикси-

рованный — точки обмена инфор-

мацией установлены стационарно, а

связь между ними — беспроводная,

и мобильный — носимые персона-

лом устройства, имеющие отноше-

ние к транспортной инфраструктуре

предприятия, или даже мини-датчики

на подвижных частях оборудования.

При этом мобильная беспроводная

версия проведения измерений в пре-

делах производственного процесса

отличается от фиксированной бес-

проводной разными требованиями к

электропитанию [2]. Если беспровод-

ная фиксированная точка измерения

должна быть обеспечена стационар-

ным источником электропитания,

то мобильные устройства питаются,

как правило, от батарей. Кроме того,

мобильное радиооборудование долж-

но поддерживать надежную связь в

разных точках предприятия, а фикси-

рованное оборудование менее требо-

вательно к уровню радиосигнала. Эти

факторы могут стать определяющими

при выборе: применять мобильную

или фиксированную беспроводную

связь в той или иной промышленной

обстановке.

Рассуждения, приведенные ниже,

помогут разобраться с «подводными

камнями» различных подходов к выбо-

ру беспроводных технологий для их

применения в промышленности. При

этом обязательно нужно обратить вни-

мание на такие параметры, как уровень

радиосигнала (RF footprint) и действую-

Page 47: Электронные компоненты №4/2010
Page 48: Электронные компоненты №4/2010

48

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

WWW.ELCP.RU

щая частота. Здесь также есть свои про-

блемы, например, связанные с неточ-

ностью определения пограничного

уровня радиосигнала.

От уровня радиосигнала зависит рас-

стояние между передающей и принима-

ющей станцией, на котором они могут

взаимодействовать. Рассмотрим, к при-

меру, стандарт 802.11 — так называе-

мый Wi-Fi. Передатчик излучает радио-

сигнал с выходной мощностью, которая

определена стандартом 802.11 и наци-

ональными нормативами; основным

показателем радиоприемника являет-

ся чувствительность. Комбинация этих

двух основных параметров определяет

максимальное допустимое расстояние

между двумя приемо-передатчиками,

в т.ч. тот минимальный пограничный

уровень радиосигнала передатчика

(RF footprint), при котором приемо-

передатчики могут нормально взаимо-

действовать.

В идеальном случае уровень радио-

сигнала уменьшается обратно пропор-

ционально расстоянию согласно фор-

муле 1/r2 (где r — радиус действия от

источника излучения радиоволн). На

рисунке 1 представлен градиент мощ-

ности сигнала радиопередатчика в

зависимости от радиуса действия. Для

оценки работоспособности радио-

канала, помимо расстояния, нужно

учитывать скорость передачи данных,

побитовый показатель ошибки (BER), а

также соотношение сигнал/шум (SNR).

На практике обычно берется во вни-

мание более общий показатель — ско-

рость передачи данных как функция

от расстояния между приемником и

передатчиком при фиксированном

параметре BER (Bit Error Rate — пока-

затель числа ошибочных битов). Как

показано на рисунке 2, с увеличением

расстояния между приемником и пере-

датчиком при фиксированном BER ско-

рость передачи данных уменьшается по

нелинейному закону. Следовательно,

при большой скорости передачи,

например, для беспроводной видеос-

вязи, расстояние между приемником и

передатчиком должно быть как можно

меньше. Для приложений, менее тре-

бовательных к скорости передачи дан-

ных, расстояние между приемником и

передатчиком может быть увеличено,

как это показано на рисунке 3 на при-

мере стандарта 802.11n. Следует обра-

тить внимание, что рисунок 3 имеет,

прежде всего, отношение к линку двух

приемо-передатчиков, работающих в

режиме «точка–точка».

Сотрудничая с конечными пользо-

вателями, авторы изучили практически

все возможные ситуации, когда разные

беспроводные сети тестировалось на

производственных площадях, и приш-

ли к следующему выводу: независимо

от топологии сети («точка–многоточка»

или «точка–точка»), как только базовая

станция (точка доступа АР) предостави-

ла канал связи одному из клиентов, он с

ней и работает в режиме «точка–точка».

А если учесть, что с увеличением рас-

стояния r от точки доступа АР пропуск-

ная способность радиоканала уменьша-

ется, то для обеспечения необходимой

прикладным задачам скорости переда-

чи информации следует предусмотреть

необходимое перекрытие зон действия

двух приемо-передатчиков (как это и

делается при проектировании сетей

мобильной связи). В результате рассто-

яние между ними может быть больше,

чем то, которое берется из расчета рас-

сеиваемой мощности радиосигнала от

одного передатчика.

Такую идею связности с разной сте-

пенью перекрытия, в зависимости от

прикладных задач (видео, голос, дан-

ные) можно было бы взять на вооруже-

ние и для мобильной сотовой связи и

заставить ее работать по всему миру.

Так что при выборе той или иной

беспроводной технологии для про-

мышленности (см. рис. 4) остается лишь

сопоставить пограничные радиусы дей-

ствия r радиоканалов с размерами про-

изводственных площадей предприятия

или промышленного комплекса (пред-

варительно определившись с величи-

ной пропускной способности).

Помимо скорости передачи данных,

в некоторых случаях необходимо учи-

тывать специальные требования пред-

Рис. 1. Градиент мощности сигнала радиопередат-чика в зависимости от расстояния

Рис. 2. Зависимость скорость передачи данных от расстояния между клиентом и точкой радиодоступа (при фиксированном показателе ошибки BER, стандарт 802.11g)

Рис. 3. Прикладное использование беспроводных систем в зависимости от скорости передачи данных и расстояния

Page 49: Электронные компоненты №4/2010

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

49

Электронные компоненты №4 2010

приятия, предъявляемые к надежно-

сти передачи информации и времени

отклика на запрос [3].

Когда речь заходит о конкретных

применениях беспроводных техноло-

гий, например: для сенсорных сетей или

интегрированной транспортной инфра-

структуры (backhaul) для предприятия

или производственного комплекса в

целом, то логично будет выбрать ту,

которая больше всего подходит для тех

или иных целей. Если взять в качестве

примера завод с территорией протя-

женностью до 2,5 км (см. рис. 5), то для

сенсорных сетей структура получится

в виде локальных островков — бес-

проводных сетей стандарта 802.15.4,

отдаленных от центра управления на

разные расстояния.

Чтобы объединить эти локальные

островки в единое целое и обеспечить

пересылку информации от сенсорных

сетей полевого уровня в центр управ-

ления, целесообразно развернуть бес-

проводную транспортную сеть стан-

дарта 802.11, действующую на дальнее

расстояние.

Беспроводные технологии, на кото-

рые авторы рекомендуют обратить

первоочередное внимание, перечисле-

ны в таблице 1. Какому же частотному

диапазону отдать предпочтение? Не

возникнут ли взаимные помехи и кол-

лизии при работе беспроводных сетей

в одном частотном диапазоне?

Если говорить о выборе частотного

диапазона для беспроводных сенсорных

сетей, используемых в промышленности,

то большинство поставщиков из разных

стран предпочитают ориентироваться

на нелицензируемый ISM-диапазон для

промышленных, научных и медицин-

ских целей. Это вполне обосновано, т.к.

во-первых, не требуется лицензия (раз-

решение), а во-вторых, Международный

союз электросвязи по радиорегулиро-

ванию (МСЭ-Р или ITU-R) в п. 5.138, 5.150 и

5.280 определил этот диапазон как обще-

доступный по всему миру.

В России, согласно постановлению

Правительства РФ от 26 мая 2000 г. №413

Таблица 1. Перечень беспроводных технологий, которые рекомендованы для применения в промышленности

Стандарт Общее название Действующая частотаНелицензируемый

ISM-диапазон (да/нет)Примечание

802.11a-z Wi-Fi 2,4 ГГц; 5,7 ГГц ДаWireless LAN

(беспроводные локальные сети)

802.15.1 Bluetooth 2,4 ГГц ДаWireless PAN (беспроводные

персональные сети)

802.15.3 WiMedia ~5 ГГц Да Высокая пропускная способность/

на короткие дистанции

802.15.4 ZigBee/ISA100.11a/WiHART 2,4 ГГц Да Низкоскоростные промышленные датчики

802.15.4aChirpedDS-UWB

2,4 ГГц<1; 3…5 ГГц

6…10 ГГцДа*

Небольшая пропускная способность для сенсоров.

Большая пропускная способностьдля сенсоров

Sat CommSatellite Communications (спутниковая

связь)Ku, K, Ka (12…40 ГГц) Да Для передачи данных (транспортная среда)

802.16 WiMAX (WiBro) 2…11 ГГц, 10…60 ГГц НетШирокополосная беспроводная сеть

(транспортная среда)

802.20 MBWA <3,5 ГГц Нет Передача данных на базе IP

1451 Сенсоры 0,9 ГГц; 2,4 ГГц Да Транспортная среда для сенсоров

1901 RuBee 135 кГц Да Местоположение (между RFID и IEEE802.11)

Wi-Di Wireless display (беспроводной монитор) 5,7 ГГц Да Отображение на базе 802.11n

RF SCADA Wireless SCADA <1 ГГц Нет/Да Транспортная среда для SCADA

FRS/GMRS PMR446(Europe) Walkie-Talkies (портативные рации)27 МГц; 49 МГц, 446 МГц;

462…467 MГцДа/нет Персонификация

IS95/IS136/others (cellular) CDMA/TDMA/и т.д. См. табл. 5 Нет Телефония

3GPP TS 45.005 GSM→LTE См. табл. 5 Нет Телефония/передача данных/видео

ISO 18000-7 DASH7 433 МГц Да Беспроводные сенсоры, RFID

ISO/IEC 14443 Near Field Communications (связь на корот-

ком расстоянии)13,56 МГц Да

Пересылка данныхна короткую дистанцию (10см)

UWB Wireless USB 3,1…10,6 ГГц ДаВысокая пропускная способность,

расстояние <1 м

Wireless HD — 60 ГГц Да Высокая скорость передачи

WHDIWireless Home Display Interface (беспро-

водной домашний интерфейс) 5,7 ГГц Да

Пропускная способность до 3 Гбит/с, на короткой дистанции

* На этапе утверждения

Рис. 4. Пропускная способность радиоканалов беспроводных технологий (Мбит/с) и их распределение по расстоянию в масштабе офиса, города, региона

Page 50: Электронные компоненты №4/2010

50

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

WWW.ELCP.RU

был взят курс на сближение распре-

деления использования полос частот

с международным распределением

полос частот Региона 1 (в частности,

на сближение с Европейской таблицей

частот). Постановлением Правительства

Российской Федерации от 15 июня

2006 г. № 9-23 была утверждена рос-

сийская таблица распределения частот

(в том числе, было учтено максималь-

ное приближение к ISM-диапазону). Как

показала мировая практика, из всех

ISM-диапазонов (см. табл. 2), наиболее

часто используется полоса 2,4…2,5 ГГц.

В 1997 г. федеральной комиссией по

связи США (FCC USA) был признан факт

большой нагрузки на частотный диа-

Таблица 3. Частотное распределение по радиоканалам в разных странах безлицензионного ISM-диапазона, включая U-NII, стандарты 802.11b,g,n

№ канала

Частота, МГц

Северная Америка

ЯпонияБольшинство стран

мира, включая Россию

1 2412 Да Да Да

2 2417 Да Да Да

3 2422 Да Да Да

4 2427 Да Да Да

5 2432 Да Да Да

6 2437 Да Да Да

7 2442 Да Да Да

8 2447 Да Да Да

9 2452 Да Да Да

10 2457 Да Да Да

11 2462 Да Да Да

12 2467 Нет Да Да

13 2472 Нет Да Да

14 2484 Нет Только 11b Нет

Таблица 2. Нелицензируемый ISM-диапазон (в т.ч. для России)

Частотный диапазон

Центральная частота

Примечание

6,765…6,795 МГц 6,780 МГцВ распоряжении национальных

радиослужб

13,553…13,567 МГц 13,560 МГц —

26,957…27,283 МГц 27,120 МГц —

40,66…40,70 МГц 40,68 МГц —

433,05…434,79 МГц 433,92 МГц —

902…928 МГц 915 МГц Регион 2, Австралия, Израиль

2,400…2,500 ГГц 2,450 ГГц —

5,725…5,875 ГГц 5,800 ГГц —

24…24,25 ГГц 24,125 ГГц —

61…61,5 ГГц 61,25 ГГцВ распоряжении национальных

радиослужб

122…123 ГГц 122,5 ГГцВ распоряжении национальных

радиослужб

244…246 ГГц 245 ГГцВ распоряжении национальных

радиослужб

пазон 2,45 ГГц. В результате была выде-

лена дополнительная полоса 300 МГц

под названием «нелицензированная

информационная полоса для нацио-

нальной инфраструктуры», сокращен-

но U-NII. Эта полоса была разделена на

три подполосы шириной по 100 МГц для

«публичного и общественного исполь-

зования» в частотных диапазонах

5,15…5,25; 5,25…5,35 и 5,725…5,825 ГГц.

В связи с этим полоса высшего частот-

ного диапазона (5,725…5,825 ГГц)

стала доступной как лицензионным

устройствам, так устройствам нели-

цензируемого ISM-диапазона. Две

остальные подполосы используются в

основном оборудованием публичного/

общественного назначения (без выда-

чи лицензий). При этом они не должны

создавать помехи или провоцировать

перегрузку радиочастотного нацио-

нального ресурса.

Таким образом, в полосе высшего

диапазона частот для радиоустройств

все же остается вероятность возникно-

вения помех (за счет интерференции).

Но практика показала, что в этом диа-

пазоне лицензированным радиообо-

рудованием наружного применения

(outdoor) чаще всего используются

направленные антенны, поэтому веро-

ятность возникновения интерферен-

ции с другими беспроводными устрой-

ствами мала.

В Европе (Регион 1) частотный диапа-

зон в области 5 ГГц задействован так же,

как и в США (Регион 2) , но его основное

назначение — HiperLAN. Хотя HiperLAN

и служит альтернативой стандарту

802.11, он представляет собой особый

европейский стандарт ETSI, нацеленный

на высокую скорость передачи данных,

голоса и видеоизображений.

В России, в свою очередь, было при-

нято решение ГКРЧ (протокол №23/5) о

разрешении использования частотных

диапазонов U-NII.

Если говорить о предпочтениях при

выборе частотных диапазонов для про-

мышленности (сенсорные сети и транс-

портная среда типа backhaul) в миро-

вом масштабе, то их следует отдать

безлицензионному ISM-диапазону

(2,4…2,5 ГГц), а также диапазону U-NII

(5 ГГц), как это и показано на рисун-

ке 6. Однако, несмотря на общедоступ-

ность этих диапазона, в разных странах

и регионах наблюдаются существенные

различия по их использованию. Каждая

страна в рамках одного региона имеет

также собственное юридическое регу-

лирование распределения частот этих

диапазонов национальными радио-

службами. Эти различия отмечены в

таблицах 3—5. Там же указан принятый

Рис. 5. Пример применения беспроводных технологий на предприятии

Рис. 6. Распределение ISM- и U-NII-диапазонов под развертывание беспроводных сетей в промышленно-сти разных регионов мира, включая Россию

Page 51: Электронные компоненты №4/2010

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

51

Электронные компоненты №4 2010

Таблица 4. Частотное распределение по радиоканалам в разных странах безлицензионного ISM-диапазона, включая U-NII, стандарт 802.11y — только в США

№ канала Частота, МГцСША (802.11у)

5 МГц 10 MГц 20 МГц

131 3657,5 Да Нет Нет

132 3662,5 Да Нет Нет

132 3660,0 Нет Да Нет

133 3667,5 Да Нет Нет

133 3665,0 Нет Нет Да

134 3672,5 Да Нет Нет

134 3670,0 Нет Да Нет

135 3677,5 Да Нет Нет

136 3682,5 Да Нет Нет

136 3680,0 Нет Да Нет

137 3687,5 Да Нет Нет

137 3685,0 Нет Нет Да

138 3689,5 Да Нет Нет

138 3690,0 Нет Да Нет

Таблица 5. Частотное распределение по радиоканалам в разных странах безлицензионного ISM-диапазона, включая U-NII, стандарт 802.11a/h/j/n

№ канала

Частота, МГц

CША Европа Япония Сингапур Китай Израиль Корея Турция

40/20 МГц 40/20 МГц 40/20 МГц 10 МГц 20 МГц 20 МГц 20 МГц 20 МГц 20 МГц

183 4915 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

184 4920 Нет Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Нет

185 4925 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

187 4935 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

188 4940 Нет Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Нет

189 4945 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

192 4960 Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет

196 4980 Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет

7 5035 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

8 5040 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

9 5045 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

11 5055 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет

12 5060 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет

16 5080 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет

34 5170 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да

36 5180 Да Да Да Нет Да Нет Да Да Да

38 5190 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да

40 5200 Да Да Да Нет Да Нет Да Да Да

42 5210 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да

44 5220 Да Да Да Нет Да Нет Да Да Да

46 5230 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да

48 5240 Да Да Да Нет Нет Нет Да Да Да

52 5260 Да Да Да Нет Нет Нет Да Да Да

56 5280 Да Да Да Нет Нет Нет Да Да Да

60 5300 Да Да Да Нет Нет Нет Да Да Да

64 5320 Да Да Да Нет Нет Нет Да Да Да

100 5500 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

104 5520 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

108 5540 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

112 5560 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

116 5580 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

120 5600 Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

124 5620 Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

128 5640 Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Да Нет

132 5660 Нет Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет

136 5680 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет

140 5700 Да Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет

149 5745 Да Нет Нет Нет Да Да Нет Да Да

153 5765 Да Нет Нет Нет Да Да Нет Да Да

157 5785 Да Нет Нет Нет Да Да Нет Да Да

161 5805 Да Нет Нет Нет Да Да Нет Да Да

165 5825 Да Нет Нет Нет Да Да Нет Да Да

Page 52: Электронные компоненты №4/2010

52

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

WWW.ELCP.RU

го поколения (Generation Partnership

Project) c целью систематизации пер-

спективной связи GSM (3GPP) и CDMA

(3GPP2) и их международной стандарти-

зации. В проектах вызвались участвовать

такие организации, как ARIB (Япония),

ATIS (США), ETSI (Европа), TIA (США), TTA

(Корея), ТТС (Япония) (см. табл. 9).

К семейству стандартов проекта

3GPP на платформе GSM также относит-

ся новейшая технология LTE (E-UTRA), а

разработку «продвинутого LTE» (Long

Term Evolution Advanced со скоростью

передачи данных до 326,4 Мбит/с)

можно отнести уже к 4G (см. табл.5.2).

Таким образом, согласно рекомен-

дации МСЭ-Р (ITU-RR18-1.1.1) по рас-

пределению частотных диапазонов,

в каждой стране радиослужбы выда-

ют лицензии для организации бес-

проводной связи по региональному

принципу, но в соответствии с нацио-

нальной политикой распределения

радиочастот. Это привело не только к

существенным различиям по исполь-

зованию частотных диапазонов между

разными регионами мира, но и спо-

собствовало созданию неоднородно-

сти в распределении частотных диа-

пазонов между странами одного и того

же региона. Впоследствии наметилась

тенденция распределения частот по

мировому принципу. Это касается не

только беспроводных мобильных тех-

нологий сотовой связи, но и некото-

рых беспроводных технологий, рабо-

тающих в ISM-диапазоне.

Ясность в мировое распределение

частот, предназначенных для бес-

проводных технологий, в том числе

промышленных, вносит рисунок 7, на

котором обобщены данные таблиц

1—5. Шкала беспроводных техно-

логий в зависимости от пропускной

способности и их возможного исполь-

зования для прикладных задач в про-

мышленной автоматике представлена

на рисунке 8. Она построена с учетом

ограничений, накладываемых на верх-

нюю границу пропускной способности

для использования в промышленно-

Рис. 7. Распределение беспроводных технологий, рекомендуемых для использования в промышленно-сти разных регионов, включая Россию, по частоте

Таблица 6. Мобильная связь и совместное использование частот в США

Существующие технологии и перспектива Частотный диапазон, МГц

SMR iDEN 806…824 и 851…869

AMPS, GSM, IS-95 (CDMA), IS-136 (D-AMPS), 3G 824…849, 869…894, 896…901, 935…940

GSM, IS-95 (CDMA), IS-136 (D-AMPS), 3G 1850…1910 и 1930…1990

3G, 4G, MediaFlo, DVB-H 698…806

Перспектива использования неизвестна 1392…1395 и 1432…1435

3G, 4G 1710…1755 и 2110…2170

4G 2500…2690

Таблица 7. Перечень диапазонов частот, рекомендованный МСЭ-Р для использования в GSM

Название GSM Начало диапазона частот, МГц Нижний диапазон частот, МГц Верхний диапазон частот, МГц Номера каналов

T-GSM-380 380 380,2…389,8 390,2…399,8 Динамический

T-GSM-410 410 410,2…419,8 420,2…429,8 Динамический

GSM-450 450 450,4…457,6 460,4…467,6 259–293

GSM-480 480 478,8…486,0 488,8…496,0 306–340

GSM-710 710 698,0…716,0 728,0…746,0 Динамический

GSM-750 750 747,0…762,0 777,0…792,0 438–511

T-GSM-810 810 806,0…821,0 851,0…866,0 Динамический

GSM-850 850 824,0…849,0 869,0…894,0 128–251

P-GSM-900 900 890,2…914,8 935,2…959,8 1–124

E-GSM-900 900 880,0…914,8 925,0…959,8 975–1023, 0124

R-GSM-900 900 876,0…914,8 921,0…959,8 955–1023, 0–124

T-GSM-900 900 870,4…876,0 915,4…921,0 Динамический

DCS-1800 1800 1710,2…1784,8 1805,2…1879,8 512–885

PCS-1900 1900 1850,0…1910,0 1930,0…1990,0 512–810

Среди всего многообразия систем

мобильной связи особо следует выде-

лить GSM — как наиболее распростра-

ненную и повсеместно развернутую.

На ее долю приходится 80% всех дей-

ствующих в мире систем сотовой связи

[6,7,8]. В таблице 7 приведен подробный

перечень всех диапазонов частот, кото-

рые рекомендованы МСЭ-Р для исполь-

зования системой GSM.

Развитие мобильной связи идет по

пути совершенствования двух базовых

платформ: GSM и CDMA. Их эволюция

представлена в виде четырех поколе-

ний, 1G — 4G (см. табл. 8)

На стыке XX—XXI веков в рамках

глобализации наметилась тенденция

распределения некоторых частотных

диапазонов не по региональному, а по

мировому принципу. В результате под

руководством МСЭ-Р (ITU-R) было пред-

ложено два основных проекта третье-

между радиоканалами шаг (5, 10, 20 и

40 МГц) и соответствие частотных диапа-

зонов стандартам, рекомендуемым для

применения в промышленности.

В промышленности также широко

используются и беспроводные мобиль-

ные технологии сотовой связи. Их

применение связано большей частью

с предоставлением голосовых услуг

связи, но есть и частные решения по

пересылке данных между удаленными

в географическом плане зонами произ-

водственного процесса [5].

В последнее время во многих стра-

нах (в т.ч. в США и России) следует отме-

тить общую тенденцию совместного

использования одних и тех же частот-

ных диапазонов разными мобильными

технологиями. В таблице 6 перечис-

лены практически все виды сотовой

связи, организованной на территории

США, и отражено совместное использо-

вание частотных диапазонов.

Page 53: Электронные компоненты №4/2010

БЕ

СП

РО

ВО

ДН

ЫЕ

ТЕ

ХН

ОЛ

ОГ

ИИ

53

Электронные компоненты №4 2010

сти. По шкале можно сделать заключе-

ние, что для беспроводных сенсорных

сетей на базе стандарта IEEE 802.15.4

пропускная способность составит

256 Кбит/с. Этого недостаточно для

передачи видео, но вполне хватает для

пересылки низкоскоростных нерегу-

лярных пакетов данных промышлен-

ной автоматики.

Если эту шкалу попытаться наложить

на стандартную структуру построения

АСУ ТП, то получим нечто в виде дизай-

на современного промышленного

предприятия, окутанного «беспровод-

ной паутиной», состоящей из беспро-

водных датчиков, шлюзов и беспро-

водных точек доступа, как показано на

рисунке 9. Такое решение можно взять

за эталон для беспроводной гармони-

зации промышленных предприятий и

производственных процессов, чтобы

оградить их от каких либо случайных

проектов.

ЛИТЕРАТУРА1. Гайкович Г.Ф. Стандартизация в

области промышленных сетей. Развитие

беспроводных стандартов для АСУ ТП//

Электронные компоненты, 2009, №1.

2. Гайкович Г.Ф. Беспроводная связь в

системах промышленной автоматики//

Электронные компоненты, 2007, №1.

3. Гайкович Г.Ф. О возможностях исполь-

зования беспроводных СШП аппаратно-

программных систем для промышленной

автоматики//Электронные компоненты,

2009, №10.

4. en.wikipedia.org/wiki/802.11_channels.

Таблица 8. Развитие мобильной связи и основные характеристики 1–4G

Технические характеристики

Поколение мобильной связи

1G 2G 2,5G 3G 4G

Технология радиоканала AMPS, NAMTS, NMT, TACS DAMPS (IS-54), GSM, TDMA,

CDMAOne (IS-95)

USDC, IS-126B, GPRS, EDGE, (на платформе GSM), CDMA

2000 -1X

UWC-136 (Edge phase 2), UMTS (WCDMA) на платформе GSM,

CDMA2000-3x (1X-EV-DO/IS-856)LTE (на платформе GSM), WiMaх

Начало частотного диа-пазона, МГц

450, 800, 900 800, 900, 1800 800, 900, 1800 2000 2000

Голосовые услуги ТелефонияТелефония, голосовая

почтаТелефония, конференции

голосовая почтаТелефония, конференции, голо-

совая почтаКонференции, голосовая почта,

телеприсутствие

Услуги передачи данных Нет SMS, WAP MMS, WAP MMS, графика, интернет, видеоТелеконференции, видео по запро-

су, интернет

Скорости передачи данных

2,4 Кбит/с 9,6…12 Кбит/с 144…157 Кбит/с 0,384…2 Мбит/с172,8…326,4 Мбит/с (LTE), 100 Мбит/с (моб. WiMAX), 1 Гбит/с (фикс. WIMAX)

Беспроводной интерфейс с другими устройствами

Акустическое устройство связи

RS-232, IrDA RS-232, IrDA, Bluetooth Стандарты 802.11 или BluetoothМножество беспроводных тех-

нологий

Период эксплуатации, гг. 1980—1994 1995—2001 2002—2005 2004—2010 2010—2020

Рис. 9. Дизайн современного промышленного предприятия, окутанного «беспроводной паутиной»

Рис. 8. Шкала пропускной способности беспроводных сетей в зависимости от прикладных задач, решае-мых в промышленной автоматике

Таблица 9. Основные показатели радиоинтерфейсов IMT-2000

ПоказателиТехнология

IMT-DS (direct spread) IMT-MC (multi-carrier) IMT-TC IMT-SC (single carrier)

Партнерское объединение 3GPP* 3GPP2** 3GPP* 3GPP2**

База WCDMA (на платформе GSM) CDMA 2000 (на платформе CDMA) ULTRA TDD UWC-136

Метод доступа DS-CDMA MC-CDMA TDMA/CDMA TDMA

Дуплексный разнос FDD FDD TDD FDD

Вил модуляции QPSK/BPSK/ HPSK QPSK/BPSK QPSK/BPSK/HPSK BOQAM/QOQAM

* В 3GPP входят ETSI (Европа), ARIB (Япония), T1 (США), Азиатско-тихоокеанский регион – СWTS (Китай), TTA (Корея) и TTC (Япония).** В 3GPP2 входят ассоциация промышленности связи TIA и часть азиатских региональных организаций ARIB,CWTS, TTA и TTC.

5. Гайкович Г.Ф. Беспроводная связь

в системах промышленной автомати-

ки// Электронные компоненты, 20 07,

№10.

6. Ahonen, Tomi, m-Profi ts: Making Money

with 3G Services, 2002, ISBN 0-470-84775-1.

7. Ahonen, Kasper and Melkko, 3G

Marketing, 2004, ISBN 0-470-85100-7.

8. Fessenden, R.A. (1908). Wireless

Telephony//Annual Report of The Board Of

Regents Of The Smithsonian Institution:

161–196. Retrieved 2009-08-07.

Page 54: Электронные компоненты №4/2010

54

WWW.ELCP.RU

ОПИСАНИЕ МИКРОСХЕМ СЕРИИ CC430 Семейство CC430 — новейшая разработка Texas

Instruments. Микросхема представляет собой систему на

кристалле (SoC) и позиционируется как технологическая

платформа для создания передовых устройств с возмож-

ностями РЧ-связи.

В одном 48- или 64-выводном корпусе QFN (размером

7×7 и 9×9 мм соответственно) объединены современный

16-разрядный микроконтроллер MSP430F5xx и РЧ-модуль

RF1A (см. рис. 1), созданный на основе популярного транс-

ивера CC1101 и обладающий идентичными СС1101 характе-

ристиками. В настоящее время в семейство входят восемь

различных SoC, характеристики которых представлены в

таблице 1.

Микросхемы обладают высокой экономичностью:

напряжение питания 1,8...3,6 В; потребляемый ток (без

трансивера) в активном режиме 180 мкА/МГц, 1,7 мкА в

дежурном и 1 мкА в спящем режиме. Подобные параме-

тры, в сочетании с возможностью возобновления активной

работы из дежурного режима за время менее 5 мкс, дела-

ют возможным применение CC430 в устройствах, которые

должны работать без замены батареи питания 10 и более

лет. К числу таких устройств относятся беспроводные дат-

чики (дыма, разбития стекла, присутствия и др.), измери-

тельные приборы с дистанционным считыванием, беспро-

водные пульты, активные метки систем РЧ-идентификации

Использование беспроводной связи повышает привлекательность и функциональность бытовой техники. К сожалению, до недавнего времени проектирование радиоканала, особенно с применением микроконтроллеров, было делом непростым; тем более — если устройство должно быть портативным и длительное время рабо-тать от батарей. Чтобы облегчить разработчикам задачу, компания Texas Instruments объединила на одном кристалле популярные решения: трансивер CC1101 и экономичный микроконтроллер класса MSP430.

СЕРГЕЙ ИГНАТОВ, инженер по применению MCU, DSP Texas Instruments, ЗАО «Компэл»

CC430 — лучшее из двух миров

и мониторинга. Помимо представленных в таблице 1 моду-

лей, все микросхемы имеют:

– конфигурируемую систему управления электропита-

нием;

– унифицированную систему синхронизации, такую же,

как и у CC1110/11, но с более гибкой организацией и рядом

дополнительных возможностей;

– два 16-разрядных таймера с режимами захвата/срав-

нения;

Рис. 1. Структурная схема СС430

Таблица 1. Основные параметры микросхем серии CC430

Наимено-вание

Флэш-память*,

Кбайт

ОЗУ, Кбайт

Контроллер ЖКИ

(96 сегмен-тов)

АЦП (12 бит, 8 каналов)

Макси-мальное

число линий в/в

Корпус

CC430F5133 8 2 — Есть 30 QFN-48

CC430F5135 16 2 — Есть 30 QFN-48

CC430F5137 32 4 — Есть 30 QFN-48

CC430F6125 16 2 Есть — 44 QFN-64

CC430F6126 32 2 Есть — 44 QFN-64

CC430F6127 32 4 Есть — 44 QFN-64

CC430F6135 16 2 Есть Есть 44 QFN-64

CC430F6137 32 4 Есть Есть 44 QFN-64

* Каждая микросхема дополнительно содержит 512 байт флэш-памяти для хранения кода программы перепрошивки (Bootloader) через интерфейс UART.Рабочий температурный диапазон микросхем –40...85°С.

Page 55: Электронные компоненты №4/2010
Page 56: Электронные компоненты №4/2010

56

WWW.ELCP.RU

Рис. 2. Часы eZ430-Chronos как средство разработки

Рис. 3. Окно сниффера пакетов

– модуль последовательных интерфейсов с двумя кана-

лами (первый канал — UART, IrDA или SPI, второй — SPI или

I2C);

– часы реального времени;

– аппаратные модули расчета CRC-16, умножения и

шифрации/дешифрации по алгоритму AES128;

– трехканальный контроллер прямого доступа к

памяти;

– аналоговый компаратор;

– сторожевой таймер и современную отладочную

систему с доступом через интерфейс JTAG или Spy-Bi-Wire.

Широкие возможности и миниатюрный корпус делают

семейство CC430 настоящей технологической платформой

для создания современной РЧ-продукции в кратчайшие

сроки и с рядом конкурентных преимуществ, в числе кото-

рых — компактность, малое потребление, низкая стои-

мость и улучшенные функциональные возможности.

ПРИМЕНЕНИЕ CC430Системы на кристалле СС430 находят применение в сле-

дующих областях:

– автоматизация зданий (отопление, вентиляция, кон-

диционирование);

– домашняя автоматизация (пульты дистанционного

управления, портативные устройства, бытовая техника);

– медицина (биодатчики, диагностика пациентов, тре-

вожные кнопки);

– периферия ПК (клавиатуры, мыши, джойстики);

– промышленное управление и мониторинг (удален-

ный контроль оборудования, промышленная автоматика);

– ЖКХ, управление освещением (мониторинг систем,

учет электроэнергии, воды, тепла);

– системы безопасности (охранные и пожарные датчи-

ки, контроль доступа, контроль помещений).

АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИКомпания TI предоставляет всестороннюю техническую

поддержку своей продукции. Помимо большого числа

рекомендаций по применению и бесплатного программ-

ного обеспечения (ПО), пользователю доступны недо-

рогие аппаратные средства, с помощью которых можно

в кратчайшие сроки выполнить полный цикл разработки

устройств, в том числе беспроводных, на базе СС430.

eZ430-Chronos — средство разработки для беспро-

водных приложений, выполненное в виде наручных часов

(см. рис. 2). Они созданы на базе CC430F6137 — системы на

кристалле с РЧ- модулем, работающим в диапазоне частот

до 1 ГГц. Часы оснащены 96-сегментным ЖКИ, датчиком

давления, трехосевым акселерометром, высотомером,

датчиком температуры и датчиком напряжения батареи

питания. В типовой комплект поставки входят:

– часы с CC430F6137;

– USB-программатор/отладчик EZ430;

– USB-точка доступа на базе СС1111, подключаемая к

компьютеру;

– отвертка для демонтажа;

– два дополнительных винта;

– запасная батарейка CR2032;

– диск с описанием и ПО.

Часы выпускаются в трех исполнениях для разных

частотных диапазонов — 433; 868 и 915 МГц.

EM430F6137RF900 — законченное средство для раз-

работки беспроводных приложений на базе СС430, кото-

рое содержит все необходимые аппаратные средства.

Основные компоненты комплекта поставки:

– две беспроводные целевые платы с диапазоном до

1 ГГц;

– две внешних антенны;

– диск с необходимым ПО.

SmartRF Studio — полезный инструмент, который

помогает проектировщикам беспроводных систем

оценить различные РЧ-модули на ранней стадии раз-

работки. Инструмент представляет собой приложение

для персонального компьютера (ПК), работающее с бес-

проводными оценочными наборами Texas Instruments

на базе РЧ-микросхем серий CCxxxx, в том числе СС430.

Программа запускается под ОС Windows и через USB или

параллельный порт взаимодействует с отладочной пла-

той, которая, в свою очередь, подключается по РЧ-каналу

к оценочным платам с установленными РЧ-модулями.

Удобный пользовательский интерфейс дает доступ к реги-

страм настройки РЧ-модуля для быстрого тестирования

и настройки параметров РЧ-канала. SmartRF Studio может

использоваться и без аппаратных средств — для ознаком-

ления или изменения параметров регистров без возмож-

ности проверки результата.

SmartRF Protocol Packet Sniff er — это так называемый

сниффер (перехватчик пакетов). После установки на ПК

и прошивки соответствующей микропрограммы в плату,

которая будет осуществлять перехват пакетов, сниффер

позволяет в удобной графической форме видеть пакеты,

отсылаемые устройствами, находящимися в радиусе дей-

ствия радиоканала (см. рис. 3).

Перехватчик пакетов поддерживает следующие функ-

ции:

– сниффер для сетей ZigBee;

– сниффер для сетей RF4CE;

Page 57: Электронные компоненты №4/2010

57

Электронные компоненты №4 2010

Рис. 4. Окно программы-индикатора спектра

– сниффер для сетей SimpliciTI;

– сниффер для универсальных протоколов (необрабо-

танные пакетные данные);

– сохранение/загрузка файла с зафиксированными

пакетами;

– выбор полей, которые будут отображены или скрыты;

– фильтрация пакетов, которые будут отображены;

– детализированное отображение данных, полученных

по радиоканалу;

– адресная книга со списком всех известных узлов в

сети;

– удобная временная шкала, отображающая пакеты в

той последовательности, в которой они были получены.

Поддерживаемые протоколы и аппаратные средства

отображены в таблице 2.

Обычно для создания беспроводных устройств необхо-

дим дорогостоящий спектроанализатор. Texas Instruments

предлагает разработчикам специальный набор средств

аппаратного и программного обеспечения, призванный

решить сложности при создании РЧ-части устройства и

обойтись без дорогих приборов.

Low power RF spectrum indicator — это упрощенный

анализатор спектра радиочастот (слово «индикатор» в

названии указывает на то, что инструмент предназна-

чен только для оценочных измерений). Для реализации

индикатора спектра понадобятся отладочные платы

CC2511EMK (2,4 ГГц) или CC1111EMK (до 1 ГГц), а также плата

SmartRF04EB или программатор/отладчик CC-DEBUGGER

для записи микропрограммы индикатора спектра на

USB-донгл. На персональный компьютер необходимо

установить специальное программное обеспечение. Окно

программы индикатора спектра показано на рисунке 4.

Подробности можно узнать на сайте www.ti.com, набрав в

строке поиска “Spectrum Indicator”.

Помимо упомянутых в статье, для бесплатного скачи-

вания с сайта TI доступно множество рекомендаций по

применению, готовых проектов-примеров, программ-

Таблица 2. Протоколы, поддерживаемые сниффером пакетов

Протокол Версия Аппаратная платформа захвата

Устройства, пакеты которых можно пере-

хватывать и анали-зировать

ZigBee

2003 CC2420EM+CC2400EB CC2420

2007/PRO20062003

CC2430DBCC2430EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2431EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2530EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2520EM+SmartRF05EBCC2531 USB Dongle

CC2420CC2430CC2431CC2520CC2530CC2531

RF4CE 1.0

CC2430DBCC2430EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2431EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2530EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2520EM+SmartRF05EBCC2531 USB Dongle

CC2420CC2430CC2431CC2520CC2530CC2531

SimpliciTI

1.1.01.0.61.0.41.0.0

CC2430DBCC2430EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2431EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2530EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2520EM+SmartRF05EBCC2531 USB Dongle

CC2420CC2430CC2431CC2520CC2530CC2531

CC1110EM + SmartRF04EB/SmartRF05EB*CC1111 USB Dongle*CC Debugger + SmartRFCC1110TB*

CC1100CC1101

CC1100ECC1110CC1111CC1150CC430

CC2510EM + SmartRF04EB/SmartRF05EBCC2511 USB DongleCC Debugger + SmartRFCC2510TB

CC2500CC2510CC2511CC2550

Универ-сальный

Любые версии

CC2430DBCC2430EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2431EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2530EM+SmartRF04EB/SmartRF05EB CC2520EM+SmartRF05EBCC2531 USB Dongle

CC2420CC2430CC2431CC2520CC2530CC2531

CC1110EM + SmartRF04EB/SmartRF05EB*CC1111 USB Dongle*CC Debugger + SmartRFCC1110TB*

CC1100CC1101

CC1100ECC1110CC1111CC1150CC430

CC2510EM + SmartRF04EB/SmartRF05EBCC2511 USB DongleCC Debugger + SmartRFCC2510TB

CC2500CC2510CC2511CC2550

* Оценочный модуль CC1110EM не перекрывает весь частотный диапазон; он работает на частотах 868/915 МГц. Существуют также референс-дизайны (готовые проекты-примеры) для частот 433 и 315 МГц.

ных средств и библиотек. Это облегчает и повышает

эффективность процесса разработки интеллектуальных

устройств со связью по радиоканалу. Может ли путь соз-

дания новых беспроводных измерительных устройств и

устройств обеспечения безопасности быть проще?

НОВОСТИ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

| GOOGLE И VERIZON WIRELESS РАБОТАЮТ НАД ПЛАНШЕТНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ | Компании Google и Verizon Wireless совместными усилиями разрабатывают планшетный компьютер, который в перспективе, как ожидается, сможет конкурировать с Apple iPad.

О том, что Google занимается созданием планшетного ПК, в прошлом месяце заявил ген. директор компании Эрик Шмидт. По имеющимся данным, в качестве программной платформы используется операционная система Android; устройство будет совме-щать возможности ридера и мини-компьютера.

Информацию о разработке планшета подтвердил президент Verizon Wireless Лоуэлл Макадам. По его словам, проект призван укрепить и расширить сотрудничество между Verizon, одним из крупнейших в США операторов мобильной связи, и Google.

Вдаваться в подробности о готовящемся устройстве глава Verizon Wireless не стал, намекнув лишь, что наработки Google будут использованы наиболее полно, чтобы предоставить владельцам устройства максимум возможностей.

www.russianelectronics.ru

Page 58: Электронные компоненты №4/2010

58

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

WWW.ELCP.RU

Во многих задачах требуется синхронная работа двух и более неза-висимых устройств. Если каждое устройство будет работать от соб-ственного генератора, то различия в характеристиках и условиях рабо-ты отдельных генераторов ограничат возможности синхронизации. Решить проблему призван стандарт IEEE 1588, который позволяет синхронизировать устройства с точностью до наносекунд. Хотя стан-дарт допускает и программную реализацию, столь высокая точность достижима лишь аппаратными средствами. Поэтому в статье не толь-ко описаны ключевые положения стандарта, но и рассмотрен пример реализации устройства на базе процессоров Blackfi n, оснащенных аппа-ратной поддержкой IEEE 1588.

ВРЕМЕННАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ

НЕСКОЛЬКИХ УСТРОЙСТВ

ПО СТАНДАРТУ IEEE1588 ПРИ

ПОМОЩИ ПРОЦЕССОРОВ BLACKFIN

ДЗЯНЬ У (JIANG WU), РОБЕРТ ПЕЛОКУИН (ROBERT PELOQUIN)

ВВЕДЕНИЕСтандарт IEEE 1588, введенный в дей-

ствие в 2002 г., определяет протокол

синхронизации множественных так-

товых сигналов в сетевом окружении.

Этот стандарт постепенно становится

предпочтительным методом синхрони-

зации тактовых сигналов в самых раз-

ных системах, например, в тестовом и

измерительном оборудовании, систе-

мах связи и потоковой передачи муль-

тимедийных данных. Используемый в

нем метод синхронизации тактовых

сигналов эффективен с экономической

точки зрения, поддерживает гетероген-

ные системы и обеспечивает точность

синхронизации на уровне наносекунд.

Данная статья содержит вводную

информацию об оригинальном стан-

дарте IEEE 1588-2002, а также об усо-

Рис. 1. Формирование информации о локальном времени

вершенствованиях, включенных в его

обновленную версию IEEE 1588-2008.

Ввиду возросшей важности IEEE 1588

для некоторых задач, на которые ори-

ентировано семейство процессоров

для встраиваемых систем Blackfi n, в

процессоре ADSP BF518 [1] была инте-

грирована аппаратная поддержка этого

стандарта. В статье приводится обзор

функциональных возможностей аппа-

ратного модуля синхронизации ADSP

BF518, а также рассматривается при-

мер, иллюстрирующий показатели син-

хронизации тактовых сигналов в систе-

ме на базе процессоров ADSP BF518.

КОТОРЫЙ ЧАС?Во многих системах требуется под-

держивать отсчет времени при помощи

локального генератора тактовых сиг-

налов. На рисунке 1 показано, какие

аппаратные и программные компонен-

ты используются для формирования

информации о времени в системе.

Эта информация может быть

использована как программными,

так и аппаратными ресурсами систе-

мы. На аппаратном уровне один или

несколько физических тактовых сигна-

лов, сформированных из сигнала гене-

ратора, могут быть использованы для

управления другими частями системы.

Время, которое поддерживается в про-

граммном обеспечении системы, обыч-

но называется системным временем.

Системное время может быть пред-

ставлено в виде количества импульсов

тактового сигнала или в виде реаль-

ных секунд/наносекунд. Информация

о времени формируется программным

обеспечением системы на основе под-

счета числа импульсов и информации

о частоте генератора и доступна дру-

гим программным компонентам через

функции интерфейса API (application-

programming interface). Если в системе

необходимо поддерживать абсолютное

время, то системное время может быть

привязано к предварительно заданно-

му значению точного времени, которое

используется как точка отсчета.

СИНХРОНИЗАЦИЯ ЧАСОВВо многих задачах требуется син-

хронная работа двух независимых

устройств. Если каждое устройство

будет формировать информацию о вре-

мени только от своего собственного

генератора, то различия в характери-

Page 59: Электронные компоненты №4/2010

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

59

Электронные компоненты №4 2010

стиках и условиях работы отдельных генераторов ограничат

возможность синхронизации двух тактовых сигналов. Для

преодоления этих ограничений можно предложить несколь-

ко простых решений:

– все устройства могли бы работать от одного физиче-

ского генератора. Этот вариант подходит только для систем,

которые разнесены друг от друга на небольшое расстояние.

Передать высокочастотный тактовый сигнал на большие рас-

стояния без потери качества невозможно;

– все устройства могли бы использовать генераторы с

практически идентичными характеристиками. Этот подход

не реализуем на практике из-за того, что найти подобные

генераторы и предотвратить дрейф их характеристик во

времени очень сложно. И, что особо важно, рабочие условия

генераторов неизбежно будут различаться;

– если все устройства соединены сетью передачи дан-

ных (например, через Интернет), то они могут динамиче-

ски подстраивать внутренние часы относительно единого

«ведущего» тактового сигнала, обмениваясь сообщениями с

информацией о времени. При работе с сетевым протоколом

NTP (network time protocol) — традиционным протоколом

синхронизации времени — каждое устройство в системе

подстраивает свои внутренние часы в соответствии с инфор-

мацией, получаемой от сервера времени NTP. Однако дости-

жимая при помощи данного протокола точность синхрони-

зации ограничена миллисекундами.

Стандарт IEEE 1588 определяет новый протокол, способ-

ный обеспечить точность синхронизации на уровне наносе-

кунд. О том, каким образом достигается подобная точность,

мы расскажем в следующих разделах.

ЧТО ДЕЛАЕТ IEEE 1588?Стандарт IEEE 1588 определяет протокол синхронизации

во времени устройств, которые разнесены географически,

однако связаны между собой той или иной технологией

передачи данных, например, по сети Интернет. Обмениваясь

друг с другом информацией о времени, эти устройства

могут поддерживать одинаковое абсолютное время, которое

выражается в секундах и наносекундах.

Интуитивно понятный способ достижения этой цели

заключается в широковещательной передаче одним из

устройств, которое имеет «наилучший» (наиболее точный)

тактовый сигнал и называется ведущим синхронизацию

(master clock), информации о своем времени остальным

устройствам. Остальные устройства при таком подходе кор-

ректируют свои часы соответствии с информацией, получен-

ной от задающего синхронизацию устройства. Такое реше-

ние имеет ряд ограничений:

1. Период, через который ведущее устройство произво-

дит широковещательные посылки информации о времени,

не может быть бесконечно мал, поэтому для интерполя-

ции временных точек между двумя посылками «ведомые»

устройства должны использовать собственные независи-

мые генераторы, характеристики которых заведомо хуже.

В результате качество синхронизации в интервалах между

обновлениями информации от ведущего устройства ухудша-

ется.

2. В процессе прохождения широковещательных посылок

неизбежно возникают задержки, величина которых зави-

сит от используемой технологии передачи данных. Даже

минимальная задержка равна времени, необходимому для

прохождения физического сигнала по проводу от одного

устройства к другому. Эта задержка приводит к появлению

дополнительного сдвига между временем ведущего и вре-

менем каждого из ведомых устройств.

3. Различия в путях прохождения широковещательных

сообщений от ведущего устройства до каждого из ведомых

устройств приведут к дальнейшему ухудшению синхрониза-

ции между отдельными ведомыми устройствами.

Протокол, описанный в стандарте IEEE1588, решает вто-

рую и третью проблемы путем измерения задержки в пути

прохождения сообщения. Он также позволяет корректиро-

вать тактовый сигнал ведомого устройства для согласова-

ния с параметрами тактового сигнала ведущего устройства,

чтобы уменьшить влияние первой проблемы. В ряде случаев

эффект от первой проблемы можно дополнительно умень-

шить, сократив интервалы между широковещательными

посылками и используя более качественные генераторы.

КАК В IEEE 1588 ИЗМЕРЯЕТСЯ ЗАДЕРЖКА В ЛИНИИ СВЯЗИ?В стандарте IEEE 1588-2002 [2] введены четыре формата

сообщений, предназначенных для измерения задержки в

прямом (от ведущего к ведомому) и обратном (от ведомого

к ведущему) каналах: Sync, Followup, DelayReq и DelayResp. В

более новой версии, IEEE 1588-2008 [3], добавлены новые

механизмы для измерения задержки от узла к узлу (peer

to peer) при помощи трех дополнительных сообщений:

PdelayReq, PdelayResp и PdelayRespFollowup.

Четыре из этих сообщений (Sync, DelayReq, PdelayReq и

PdelayResp) — это так называемые событийные сообщения

(event message), которые должны сопровождаться времен-

ной меткой (записью локального времени) при получении

или отправлении устройством. Существует два метода для

добавления временных меток к пакетам:

1. Программные временные метки добавляются, когда

сообщения обрабатываются программным обеспечением.

Обычно это происходит в процедуре обслуживания прерыва-

ния приема/передачи сообщения, и такая временная метка

содержит текущее значение системного времени.

2. Аппаратные временные метки добавляются в момент

времени, соответствующий физическому приему/передаче

сообщения. Операция добавления временной метки выпол-

няется аппаратными средствами, которые ведут собствен-

ный непрерывный отсчет времени.

Стандарт IEEE 1588 допускает любой из двух методов

добавления временных меток, однако аппаратный метод, как

будет показано в дальнейшем, способен обеспечить гораздо

большую точность.

ЗАДЕРЖКА В ПУТИ ОТ ВЕДУЩЕГО УСТРОЙСТВА К ВЕДОМОМУ Сообщения Sync и Followup посылаются ведущим устрой-

ством, а ответственность за их прием и вычисление задерж-

ки в прямом канале лежит на ведомом устройстве.

На рисунке 2 в момент времени Tm1 программное обе-

спечение ведущего устройства считывает значение текущего

локального системного времени (Tm1, программная вре-

менная метка), вставляет его в сообщение Sync и посылает

это сообщение. Реально оно поступает на выход ведуще-

го устройства с некоторой задержкой в момент времени

Tm1' (аппаратная временная метка). В момент времени Ts1'

Page 60: Электронные компоненты №4/2010

60

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

WWW.ELCP.RU

(локальное время ведомого устрой-

ства) сообщение прибывает в аппа-

ратный модуль ведомого устройства,

и программное обеспечение ведомого

устройства получает его также с неко-

торой задержкой в момент времени

Ts1. Программное обеспечение ведо-

мого устройства считывает аппаратную

временную метку и получает, таким

образом, значение Ts1'. Если задержка в

канале связи отсутствует, то Ts1' должно

быть равно (Tm1' + Tms), где Tms — это

разница во времени между тактовы-

ми сигналами ведомого и ведомого

устройств. Цель протокола заключает-

ся в компенсации этой разницы.

После того, как сообщение Sync

послано, программное обеспечение

ведущего устройства считывает время

его отправления, Tm1', с помощью

блока временных меток, вставляет

его в сообщение Followup и посыла-

ет это сообщение в момент времени

Tm2. Программное обеспечение ведо-

мого устройства получает сообщение

Followup в момент времени Ts2. На

данном этапе программное обеспе-

чение ведомого устройства знает два

времени: Ts1' (время прихода сообще-

ния Sync) и Tm1' (время отправления

сообщения Sync). Задержка в канале

ведущий–ведомый, Tmsd, определяет-

ся при помощи выражения (1):

Tmsd = (Ts1' + Tms) — Tm1'. (1)

ЗАДЕРЖКА В ПУТИ ОТ ВЕДОМОГО УСТРОЙСТВА К ВЕДУЩЕМУ Ведомые устройства посылают

сообщение DelayReq, в ответ на кото-

рое ведущее устройство посылает

сообщение DelayResp. При помощи этих

сообщений ведомые устройства могут

вычислить задержку в обратном канале

связи (от ведомого устройства к веду-

щему).

В момент времени Ts3 (см. рис. 3)

программное обеспечение ведомого

устройства считывает значение теку-

щего локального системного време-

ни (Ts3), помещает его в сообщение

DelayReq и отправляет это сообщение.

После того, как сообщение послано,

программное обеспечение ведомо-

го устройства считывает временную

метку для получения реального време-

ни отправления, Ts3', и ожидает отклика

от ведущего устройства.

Сообщение DelayReq поступает

в ведущее устройство с некоторой

задержкой в момент времени Tm3', и

обрабатывается его программным

обеспечением в момент времени Tm3.

Затем программное обеспечение веду-

щего устройства считывает временную

метку для получения времени прибы-

тия Tm3', помещает его в сообщение

DelayResp и посылает это сообщение в

ведомое устройство в момент времени

Tm4. В момент времени Ts4 программ-

ное обеспечение ведомого устрой-

ства получает сообщение DelayResp и

может извлечь значение времени Tm3'

для вычисления задержки в канале

ведомый–ведущий, Tsmd, при помощи

выражения (2):

Tsmd = Tm3' – (Ts3' + Tms). (2)

Выражения (1) и (2) имеют общую

неизвестную переменную — разницу

во времени между ведущим и ведомым

устройствами, поэтому получить зна-

чения Tmsd или Tsmd по отдельности

невозможно. Однако, сделав предполо-

жение о том, что канал связи симметри-

чен (это предположение обычно прием-

лемо на практике и является ключевым

для корректной работы стандарта IEEE

1588), то есть:

Tmsd = Tsmd = Td, (3)

можно сложить выражения (1) и (2), что

дает:

Td = 1/2 [(Ts1' – Tm1') + (Tm3' – Ts3')]. (4)

Все эти вычисления выполняются

ведомыми устройствами, поскольку

именно им необходимо синхронизи-

роваться с ведущим устройством. Они

получают значение Tm1' из сообщения

Followup ведущего устройства, Ts1' —

из внутренних временных меток

приема (Rx), Ts3' — из внутренних

временных меток передачи и Tm3' —

из сообщения DelayResp ведущего

устройства.

Рис. 2. Измерение задержки в канале связи от ведущего к ведомому устройству

Рис. 3. Измерение задержки в канале связи от ведомого к ведущему устройству

Page 61: Электронные компоненты №4/2010

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

61

Электронные компоненты №4 2010

КАК ВЫЧИСЛИТЬ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ВРЕМЕНАМИ ВЕДУЩЕГО И ВЕДОМОГО УСТРОЙСТВ?После нахождения задержки в канале связи Td, разницу

во времени между ведущим и ведомым устройствами можно

легко вычислить на основании выражения (1) или (2), как

показано ниже:

Tms = Td – (Ts1' – Tm1'), (5)

Tms = (Tm3' – Ts3') – Td. (6)

КАК ПОДСТРОИТЬ ВРЕМЯ ВЕДОМОГО УСТРОЙСТВА?После того как становится известна разница во времени

относительно ведущего, каждому из ведомых устройств

необходимо подстроить собственное локальное время

таким образом, чтобы оно совпадало с временем ведущего

устройства. Эта задача имеет два аспекта. Во-первых, ведо-

мым устройствам необходимо подстроить свое абсолютное

время, добавив разницу во времени так, чтобы их собствен-

ное время точно совпадало с временем ведущего устройства

в данный момент. Во-вторых, каждому ведомому устрой-

ству необходимо подстроить собственную тактовую частоту

таким образом, чтобы она совпадала с частотой тактового

сигнала ведущего устройства. Полагаться исключительно

на абсолютное время нельзя, поскольку значение разни-

цы во времени распространяется только на определенный

интервал и может иметь любой знак; в результате после под-

стройки возможны скачки времени ведомого устройства или

даже его обратная отстройка. Таким образом, на практике

подстройка состоит из двух этапов:

– если разница во времени слишком велика (например,

более одной секунды), то применяется регулировка абсолют-

ного времени;

– если разница во времени мала, то к тактовым сигналам

ведомых устройств применяется процентное изменение

частоты.

Вообще говоря, система превращается в замкнутый кон-

тур управления, где время ведущего устройства является

опорным сигналом, время ведомого устройства — это

выходной сигнал, следящий за временем ведущего устрой-

ства, а их разность управляет регулируемым тактовым

сигналом. Для такого слежения может быть применено

пропорциональное интегрально-дифференциальное (ПИД)

регулирование, которое широко используется во многих

аппаратных реализациях IEEE 1588. Подобный контур управ-

ления изображен на рисунке 4.

ЗАДЕРЖКА ОТ УЗЛА К УЗЛУВ обновленной версии стандарта, IEEE 1588-2008, вве-

ден новый механизм для измерения задержки в каналах

связи, который называется задержкой от узла к узлу (peer to

peer delay, или P2P delay). В свою очередь, обсуждавшийся

в предыдущих разделах механизм ведущий–ведомый —

это механизм вычисления сквозной задержки (end to end

delay, или E2E delay). В сети, поддерживающей стандарт

IEEE 1588-2008, ведущее устройство может соединяться

с ведомыми устройствами либо напрямую, либо через

несколько промежуточных сегментов (hops). Задержка

E2E — это полная задержка на пути от ведущего устрой-

ства к ведомому, включая все промежуточные сегменты. В

свою очередь, P2P-задержка — это задержка между двумя

устройствами, непосредственно соединенными друг с дру-

гом. Таким образом, суммарная задержка в канале — это

сумма P2P-задержек всех сегментов. С точки зрения сохра-

нения симметрии канала механизм P2P обеспечивает более

высокую точность.

Как уже отмечалось выше, для измерения P2P-задержки

в стандарте IEEE 1588-2008 добавлены три дополнительных

сообщения: PdelayReq, PdelayResp и PdelayRespFollowup. Прин-

цип измерения P2P-задержки аналогичен обсуждавшему-

ся выше принципу измерения E2E-задержки. Под робности

можно найти в [3].

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО СИНХРОНИЗАЦИИГрамотно спроектированные устройства с поддержкой

IEEE 1588 могут обеспечивать очень высокую точность син-

хронизации времени. В то же время, важно иметь пред-

ставление о ключевых факторах, напрямую влияющих на

качество синхронизации. К ним относятся:

1. Задержка в канале. Как отмечалось ранее, при изме-

рении задержек в стандарте IEEE 1588 подразумевает-

ся, что задержки в канале связи симметричны; то есть,

задержка передачи в прямом канале равна задержке пере-

дачи в обратном канале. Кроме того, задержка не должна

меняться в процессе ее измерения. Изменение задержки в

процессе ее измерения приведет к асимметрии и джитте-

ру, которые неизбежно повлияют на точность синхрониза-

ции. Контролировать симметрию задержек и джиттер вне

совместимого с IEEE 1588 устройства невозможно, однако

внутри него эти показатели можно улучшить, исполь-

зуя при измерениях аппаратные временные метки. При

использовании программных временных меток джиттер

значительно выше из-за задержек обслуживания преры-

ваний, переключения контекста и переключения между

задачами.

2. Дрейф и джиттер тактовых сигналов. Частота и

фаза задающего тактового сигнала являются входами для

следящей системы управления, которая управляет так-

товым сигналом ведомого устройства. Любое изменение

характеристик тактового сигнала ведущего устройства

во времени будет восприниматься системой управления

как возмущающее воздействие и приводить к переходным

процессам и ошибкам в установившемся состоянии. Таким

образом, для повышения точности синхронизации следу-

ет использовать тактовые сигналы с как можно меньшим

уровнем джиттера и дрейфа.

3. Закон управления. Метод управления определя-

ет то, каким образом производится коррекция разницы

во времени между ведущим и ведомым устройствами.

Параметры закона управления, включая время установ-

ления, уровень выбросов и ошибку в установившемся

состоянии, напрямую влияют на качество синхронизации.

Рис. 4. Контур управления IEEE 1588

Page 62: Электронные компоненты №4/2010

62

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

WWW.ELCP.RU

4. Разрешающая способность

часов. Как показано на рисунке 1, раз-

решающая способность локального

времени определяется частотой так-

тового сигнала; минимальное прира-

щение времени равно одному периоду

тактового сигнала. Предельная разре-

шающая способность протокола IEEE

1588 равна 1 нс (IEEE 1588-2002) или 2–16

нс (IEEE 1588-2008). На практике исполь-

зование тактового сигнала с частотой

216 (!) ГГц (и даже 1 ГГц) не представля-

ется возможным. Таким образом, пери-

од локальных тактовых сигналов будет

влиять на точность измерения и управ-

ления локальным временем.

5. Как часто происходит посылка

сообщений Sync. Частота, с которой

происходит обновление часов ведомых

устройств, в конечном счете влияет на

точность синхронизации. Как прави-

ло, чем больше период обновления,

тем больше величина ошибки, наблю-

даемая в момент прихода следующего

сообщения Sync. Это вызвано тем, что

ошибка времени равна интегральной

сумме ошибки рассогласования частот

тактовых сигналов ведомого и ведуще-

го устройств.

6. Как часто производится изме-

рение задержки. Измерение задержки

производится периодически с интер-

валами, выбранными на основании

предположения о том, что изменение

задержки между двумя соседними

измерениями незначительно. Если в

сети IEEE 1588 присутствуют большие

отклонения задержки, то для улучше-

ния качества синхронизации можно

увеличить частоту измерений.

КАК ВЫБРАТЬ ВЕДУЩЕЕ УСТРОЙСТВО?Выше мы рассмотрели, как точно

определить разницу во времени между

ведущим и ведомыми устройствами.

Еще один важный вопрос заключается в

определении того, какое из объединен-

ных в сеть устройств (число которых

может составлять сотни) будет играть

роль ведущего устройства.

Для выбора ведущего устройства в

стандарте IEEE 1588 используется метод,

называемый алгоритмом определения

наилучшего задающего тактового сиг-

нала (BMC, best master clock). Данный

метод основан на том, что каждое

устройство сети IEEE 1588 хранит набор

данных, описывающих тип, качество,

стабильность, уникальный идентифика-

тор и приоритетность своего локально-

го генератора тактового сигнала. Когда

новое устройство подключается к сети

IEEE 1588, оно передает в широковеща-

тельном режиме набор данных о своем

генераторе тактового сигнала и прини-

мает наборы данных от других устройств.

Используя наборы всех устройств сети

IEEE 1588, каждое устройство выполняет

один и тот же алгоритм BMC для опреде-

ления своего будущего статуса (ведущее

или ведомое). Поскольку один и тот же

алгоритм выполняется всеми устрой-

ствами над одними и теми же данными,

все придут к одинаковому решению без

необходимости обмена информацией

друг с другом в режиме запрос/ответ.

Дополнительную информацию о дета-

лях работы алгоритма BMC можно найти

в [2] и [3].

ПОДДЕРЖКА IEEE 1588 В ПРОЦЕССОРЕ ADSP BF518Семейство цифровых сигнальных

процессоров Blackfi n компании Analog

Devices недавно пополнилось новым

процессором ADSP BF518. Как и его

предшественник, ADSP BF537 [4], он

имеет встроенный модуль контролле-

ра доступа к среде (MAC, media access

controller) Ethernet. Функциональные

возможности EMAC в этом процессо-

ре были расширены для поддержки

стандарта IEEE 1588 за счет добавле-

ния дополнительного модуля TSYNC, а

также ряда других функций, позволяю-

щих обеспечивать работу по стандарту

IEEE 1588 в сети Ethernet. Блок схема

модуля TSYNC показана на рисунке 5.

Дополнительную информацию можно

найти в руководстве [5].

ОБНАРУЖЕНИЕ ПАКЕТОВПроцессор ADSP BF518 может рас-

познавать и формировать аппаратные

временные метки для всех событийных

сообщений IEEE 1588 во входящих и

исходящих пакетах. Точность системы

IEEE 1588 сильно зависит как от точ-

ности временных меток в событийных

сообщениях, так и от того, где они берут-

ся (поскольку это влияет на требования

к симметрии и постоянству задержки в

пути распространения). Модуль TSYNC

процессора ADSP BF518 осуществляет

постоянный мониторинг аппаратно-

го интерфейса между контроллером

MAC и трансивером физического уров-

ня (PHY, physical interface transceiver)

Ethernet (другими словами, не завися-

щего от среды интерфейса (MII, media

independent interface)) и вырабатывает

временную метку при каждом обнару-

жении событийного сообщения. Такой

механизм позволяет процессору ADSP

BF518 обеспечивать повышенную точ-

ность синхронизации.

Обнаружение событийных сообще-

ний настраивается программно и может

быть сконфигурировано для поддержки

IEEE 1588-2002 (вариант, устанавливае-

мый по умолчанию) или IEEE 1588-2008.

Более того, возможность программи-

рования облегчает поддержку будущих

версий IEEE 1588, а также других про-

токолов, требующих временных меток.

Возможен даже вариант, при котором

временная метка будет проставляться

для каждого входящего и исходящего

пакета Ethernet.

ИСТОЧНИКИ ТАКТОВОГО СИГНАЛАСвойства генераторов локальных

тактовых сигналов очень важны для

достижения хороших показателей в

системе IEEE 1588. Чтобы удовлетворить

потребностям самых разных приложе-

ний, в процессоре ADSP BF518 имеется

возможность выбора трех вариантов

источника локального тактового сигна-

ла: тактовый сигнал системы, внешний

тактовый сигнал или тактовый сигнал

контроллера Ethernet. В случае, когда

в приложении предъявляются особые

требования к тактовому сигналу, может

быть выбран внешний источник так-

тового сигнала с необходимыми харак-

теристиками. Вариант работы от так-

тового сигнала контроллера Ethernet

может дать хорошую точность, если

ведущее и ведомые устройства соеди-

нены друг с другом напрямую, посколь-

ку тактовый сигнал формируется из сиг-

налов данных, передаваемых по сети

Ethernet, и два устройства, таким обра-

Рис. 5. Блок-схема модуля TSYNC процессора ADSP BF518

Page 63: Электронные компоненты №4/2010

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

63

Электронные компоненты №4 2010

зом, будут работать от одного тактового сигнала. В самом

общем случае в качестве источника тактового сигнала может

использоваться тактовый сигнал системы процессора.

Выбранный тактовый сигнал синхронизации также выда-

ется модулем TSYNC на выход через вывод Clockout процес-

сора для предоставления другим частям системы возможно-

сти извлечения информации о локальном времени.

ВЫХОД PPSСигнал «импульс в секунду» (PPS, pulse per second) — это

физическая интерпретация информации о времени. Он пред-

ставляет собой сигнал частотой 1 Гц в виде импульса, кото-

рый совпадает с началом новой секунды. Этот сигнал может

использоваться для управления локальными устройствами

или для обеспечения вспомогательного канала информации

о времени в случае сбоя сети. Он также может использовать-

ся для тестирования. Разность фаз между сигналами PPS двух

устройств является физической мерой разницы их времен.

Выходной сигнал PPS в процессоре ADSP BF518 обеспечи-

вает гибкие возможности. Для его формирования использу-

ются программируемые значения времени запуска (PPS_ST)

и периода (PPS_P). В результате выходной сигнал имеет вид

импульсов в моменты времени (PPS_ST + n . PPS_P), где n = 1,

2, 3… В базовом варианте применения сигнала PPS величина

PPS_P задается равной 1 с, а PPS_ST — любому еще не насту-

пившему моменту времени, кратному секунде. Выходной

сигнал PPS может быть использован в качестве опорного для

формирования периодического сигнала с полностью про-

граммируемыми частотой и временем запуска.

ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ SNAPSHOTВ некоторых приложениях может потребоваться уста-

новка временной метки по определенному событию, о кото-

ром сигнализирует переключение сигнала флага. Для этих

целей в модуле TSYNC процессора ADSP BF518 имеется

вспомогательная функция Snapshot («моментальный сни-

мок») с использованием отдельного вывода в качестве входа

внешнего сигнала флага. По переключению флага модуль

сохраняет текущее значение локального времени в регистре

временной метки, который впоследствии может быть считан

программным обеспечением.

БУДИЛЬНИКЕсли в приложении требуется выполнять задачи в опреде-

ленное время, для этого может быть использована функция

будильника модуля TSYNC. Эта функция позволяет задавать

абсолютное локальное время, по наступлению которого

будет вызвано прерывание процессора. Программное обе-

спечение процессора обслужит это прерывание и выполнит

требуемую задачу.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТАКТОВЫЙ СИГНАЛРегулируемый тактовый сигнал модуля TSYNC формирует-

ся с использованием добавочного слагаемого. Как показано

на рисунке 6, модуль TSYNC принимает на вход тактовый

сигнал фиксированной частоты и выдает версию этого сиг-

нала с меньшей частотой. Добавочное слагаемое прибавля-

ется к значению аккумулятора при каждом такте входного

тактового сигнала, и всякий раз, когда аккумулятор пере-

полняется, бит переноса поступает на счетчик локального

времени, выдающий информацию о локальном времени в

виде количества сосчитанных импульсов. Частоту локально-

го тактового сигнала можно установить, изменяя величину

добавочного слагаемого, поскольку это определяет часто-

ту переполнения аккумулятора и, следовательно, часто-

ту инкрементирования счетчика локального времени. Если

частота входного тактового сигнала равна Fin, а величина

добавочного слагаемого равна А, то частота локального так-

тового сигнала равна:

. (7)

РЕАЛИЗАЦИЯ IEEE 1588 НА ПРОЦЕССОРЕ ADSP BF518На базе процессора ADSP BF518 была построена пол-

нофункциональная совместимая с IEEE 1588-2088 система,

структура которой показана на рисунке 7.

Модуль TSYNC процессора обнаруживает входящие и

исходящие сообщения IEEE 1588 и использует программные

средства для проставления временных меток в событий-

ных сообщениях. Протокол обмена сообщениями, заданный

стандартом IEEE 1588, реализован с помощью программного

стека IEEE 1588, поставляемого компанией IXXAT (IXXAT

Automation GmbH). В нем используется драйвер TSYNC для

чтения, записи и регулировки тактового сигнала TSYNC, а

также драйвер контроллера MAC для посылки и приема

сообщений через уровень MAC Ethernet (уровень 2 модели

взаимодействия открытых систем, OSI). Он также реали-

зует закон управления и фильтрацию измерений задерж-

Рис. 6. Тактовый сигнал, регулируемый при помощи добавочного слагаемого

Page 64: Электронные компоненты №4/2010

64

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

WWW.ELCP.RU

ки P2P. В качестве контроллера PHY

Ethernet выбрана микросхема DP83848

компании National Semiconductor [6],

поскольку она обладает очень малым

джиттером задержки. Для упрощения

системы в качестве источника тактово-

го сигнала модуля TSYNC был выбран

тактовый сигнал системы процессора

(80 МГц).

Рисунок 8 иллюстрирует качество

синхронизации тактового сигнала

устройства в виде гистограммы рас-

пределения измеренной ошибки

между двумя идентичными система-

ми IEEE 1588 на базе ADSP BF518. Для

построения гистограммы было про-

изведено 6938 измерений с периодом

приблизительно 1700 с. По результатам

измерения было получено среднее зна-

чение ошибки 0,015 нс и стандартное

отклонение 12,96 нс. Для проведения

теста интервал сообщений Sync был

выбран равным 0,25 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕСтандарт IEEE 1588 представляет

собой недорогой метод синхронизации

распределенных тактовых сигналов с

высокой точностью. Несмотря на то,

что стандарт не требует в явном виде

аппаратной поддержки, достигнуть

максимальной точности синхрониза-

ции без использования аппаратных

средств при обнаружении сообщений

и установке временных меток невоз-

можно. В процессоре ADSP BF518 реа-

лизована аппаратная поддержка обеих

версий стандарта, IEEE 1588-2002

и IEEE 1588-2008, а также функции,

позволяющие работать с иными вари-

антами синхронизации. Высокая точ-

ность синхронизации была продемон-

стрирована на примере системы IEEE

1588, построенной на базе процессора

ADSP BF518 и программного обеспече-

ния протокола IEEE 1588-2008 компа-

нии IXXAT.

ЛИТЕРАТУРА1. Техническое описание процессора

ADSP BF518//www.analog.com/en/embed-

ded-processing- dsp/blackf in/adsp-bf518/

processors/product.html.

2. IEEE Std. 1588-2002. IEEE Standard for

a Precision Clock Synchronization Protocol for

Networked Measurement and Control Systems.

http://ieee1588.nist.gov/PTTI_draft_fi nal.pdf.

3. IEEE Std. 1588 2008. IEEE Standard for

a Precision Clock Synchronization Protocol for

Networked Measurement and Control Systems//

ieee1588.nist.gov.

4. Техническое описание процессора

ADSP BF537//www.analog.com/en/embedded-

p r o c e s s i n g - d s p / b l a c k f i n / a d s p - b f 5 37/

processors/product.html.

5. ADSP-BF51x Blackfin Processor

Hardware Reference Preliminary, Revision 0.1

(Preliminary). January 2009. Analog Devices,

Inc.//www.analog.com/static/imported-files/

processor_manuals/bf51x_hwr_rev_0-1.pdf.

6. AN-1507: DP83848 and DP83849 100Mb

Data Latency. 2006. National Semiconductor

Corporation//w w w.national.com/an/AN/

AN-1507.pdf.

Рис. 8. Гистограмма распределения рассогласо-вания времен ведомого и ведущего устройств в системе IEEE 1588 на базе процессора ADSP BF518

Рис. 7. Реализация IEEE 1588 на процессоре ADSP BF518

НОВОСТИ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

| AMD ПРЕДСТАВИЛА ШЕСТЬ НОВЫХ ПРОЦЕССОРОВ СЕМЕЙСТВА ATHLON II | Компания AMD обновила семейство процес-

соров Athlon II для настольных ПК шестью новыми моделями, выполненными по 45-нм технологическому процессу.

Самыми простыми среди новинок являются AMD Athlon II X2 245e и X2 260, основанные на ядре Regor и работающие на

частоте 2,9 и 3,2 ГГц, соответственно. Оба ЦП обладают 2-Мбайт кэш-памятью второго уровня (по 1 Мбайт на ядро), но значения

TDP разные: для младшей модели — 45 Вт, для старшей — 65 Вт.

AMD Athlon II X3 445 основан на ядре Rana и имеет по 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня на ядро. Частота процессора

составляет 3,1 ГГц, величина TDP — 95 Вт. Athlon II X3 415e — более энергоэффективный, максимальное значение его TDP

составляет 45 Вт. Правда, и частота ниже — 2,5 ГГц.

AMD Athlon II X4 640, основанный на ядре Propus, характеризуется частотой 3,0 ГГц, 512-Кбайт кэш-памятью второго уровня

на каждое ядро (суммарно — 2 Мбайт). Уровень TDP в данном случае составляет 95 Вт. Второй четырехъядерный процессор —

Athlon II X4 610e — работает на частоте 2,4 ГГц и имеет вдвое меньший уровень TDP — 45 Вт.

Все трехъ- и четырехъядерные процессоры упакованы в 938-контактный корпус (Socket AM3), совместимы с модулями

памяти как DDR2-1066 МГц, так и DDR3-1333 МГц, поддерживают шину HyperTransport 3.0 (до 4 ГГц). Двухъядерные ЦП совме-

стимы с памятью DDR2-800 МГц и DDR3-1066 МГц. Все новинки будут производиться на предприятии GLOBALFOUNDRIES Fab 1

(Дрезден, Германия).

www.russianelectronics.ru

Page 65: Электронные компоненты №4/2010

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

65

Электронные компоненты №4 2010

В настоящее время во многих приложениях, в т.ч. в автоматизирован-ных системах контроля и учета энергоресурсов, передача данных осу-ществляется по проводам силовой электросети. В статье дан обзор PLC-спецификаций, продвигаемых европейскими и региональными про-мышленными группами, альянсами и ассоциациями (OPEN Meter, PRIME, HomePlug, ECHONET и др.), а также рассмотрены особенности некоторых технологий.

УЗКОПОЛОСНАЯ PLC-ТЕХНОЛОГИЯ.

Часть 2ВИКТОР ОХРИМЕНКО, техн. консультант, НПФ VDMAIS

ВВЕДЕНИЕЕвропейская Комиссия (исполни-

тельный орган Европейского Союза),

приняла декрет о том, что к 2020 г. 80%

потребителей электричества в Европе

должны быть снабжены интеллектуаль-

ными электронными электросчетчика-

ми. Изобретенные более ста лет назад

традиционные электромеханические

счетчики исчерпали потенциал своих

возможностей. По сравнению с ними,

электронные счетчики имеют много

неоспоримых преимуществ, выгодных

как для энергетических компаний, так

и для потребителей. К этим преиму-

ществам относятся повышение точ-

ности измерений, снижение затрат на

производство, калибровку и техниче-

ское обслуживание счетчиков и, что

не менее важно, возможность предо-

ставлять потребителю и производите-

лю подробную информацию об уров-

не расходуемой мощности в здании,

доме или квартире. В итоге выигрывают

все. Потребители могут более точно

отслеживать и контролировать расход

электроэнергии (например, включать

стиральную машину в период действия

ночного тарифа), а поставщики могут

генерировать и распределять электро-

энергию более эффективно [1—7].

Для удаленного сбора показаний

разного рода счетчиков учета расхода

(воды, газа, тепла, электричества и т.д.),

управления потреблением энергоре-

сурсов, а также оказания услуг потре-

бителям служат автоматизированные

системы управления/контроля. На

рисунке 1 приведены некоторые стан-

дарты и протоколы, используемые в

автоматизированных системах счи-

тывания показаний датчиков, в т.ч. в

сетях с использованием линий элек-

тропередач в качестве физической

среды. Наиболее естественная среда

передачи данных в таких системах —

линии электропередач среднего и

низкого напряжения. Во многом бла-

годаря необходимости повсеместного

внедрения и широкому распростра-

нению автоматизированных систем

одновременно с их развитием усовер-

шенствовалась узкополосная техноло-

гия передачи данных по электросети

(Power Line Communication — PLC),

а также активные и пассивные PLC-

компоненты. Кроме того, узкополос-

ная PLC-технология ориентирована на

использование в устройствах управ-

ления уличным освещением, системах

сигнализации, вентиляции и кондицио-

нирования. Ее применение позволя-

ет достаточно просто решать задачи

объединения приборов и устройств в

рамках концепции «умного дома» с воз-

можностью централизованного управ-

ления ими. Широкое распространение

PLC-технологии, особенно в послед-

ние годы, обусловлено еще и тем, что

автоматизированные сети управле-

ния/контроля должны дотянуться до

каждого счетчика на предприятии, в

доме или квартире. Во многих случаях

единственная и наиболее естественная

среда связи, удовлетворяющая этому

требованию, — электрический сетевой

провод. Сравнительные характери-

стики технологий передачи данных по

электросетям даны в таблице 1 [2, 3].

АЛЬЯНСЫ И СТАНДАРТЫБольшой вклад в разработку техни-

ческих спецификаций передачи данных

по электросети и их продвижению на

рынок вносят компании-производители

электротехнического оборудования,

которые зачастую объединяются в

ассоциации, альянсы и промышлен-

ные группы. Во многих случаях внача-

ле происходит захват рынка, а затем

на базе спецификаций, которым уже

соответствует большой объем выпу-

щенного оборудования, создаются пол-

ноценные международные стандарты.

Таким образом формируются стандар-

ты де-факто.

В настоящее время наиболее актив-

ную роль в разработке и продвижении

спецификаций для узкополосной PLC-

технологии на европейском континенте

играют консорциум OPEN Meter (Open

Public Extended Network Metering),

альянс PRIME (Powerline Related Intelligent

Metering Evolution), испанские компа-

нии IBERDROLA, ENDESA и итальянская

энергораспределяющая корпорация

ENEL. Следует также отметить альянс

HomePlug. Основным производителем

Рис. 1. Стандарты и протоколы, используемые в автоматизированных системах считывания показаний датчиков

Page 66: Электронные компоненты №4/2010

66

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

WWW.ELCP.RU

компонентов на базе спецификаций

HomePlug С&C является израильская

компания Yitran и компания Renesas.

Существенный вклад в решение про-

блем передачи данных по электросети

и выработку принципов организации

распределенных сетей управления/

контроля внесли участники европей-

ского проекта REMPLI (Real-time Energy

Management via Powerlines and Internet)

[6]. Этот проект, основанный и профи-

нансированный Европейским Союзом,

проходил под девизом: «Энергия, окру-

жающая среда и экология».

Под эгидой образованного в 1997 г.

консорциума ECHONET Consortium

(Energy Conservation and Homecare

NET), объединившего ведущие япон-

ские компании-производители, разра-

ботан ряд PLC-спецификаций для узко-

полосной передачи данных в полосе

частот 10…450 кГц. Эти спецификации

широко используются региональными

производителями PLC-оборудования.

OPEN Meter

Большой вклад в стандартизацию

автоматизированных систем контроля

и учета вносит консорциум OPEN Meter,

созданный под эгидой Европейского

Союза. В консорциум входит 19 крупных

европейских компаний-производителей

электротехнического оборудования

и университетов (www.openmeter.

com). Среди них IBERDROLA (Испания),

CURRENT Technologies International

GmbH (Швейцария), University of Karls-

ruhe (Германия), DLMS User Association

(Швей цария), ENDESA (Испания), ELSTER

(Германия), ENEL (Италия), EdF (Франция),

STMicroelectronics (Швейцария) и др.

Коор динация работ в рамках этого

проекта осуществляется корпорацией

IBERDROLA. Цель одноименного откры-

того проекта, стартовавшего в январе

2009 г., — произвести выбор открытых

и общедоступных стандартов для соз-

дания комплексных AMI/AMM-систем,

поддерживающих автоматизированное

измерение расхода газа, воды, тепла,

электроэнергии и т.д. Чтобы обеспечить

выполнение стандартов и рекоменда-

ций при их разработке принимаются

во внимание реальные условия рабо-

ты существующих сервисных автома-

тизированных сетей. Предполагается,

что данный проект позволит устранить

существующие барьеры для широкого

распространения автоматизирован-

ных систем в Европе на базе откры-

тых стандартов, и это будет гаранти-

ровать совместимость оборудования

разных производителей. Проект согла-

суется с требованиями европейских

организаций стандартизации CENELEC,

ETSI (European Telecommunications

Standards Institute — Европейский

институт стандартизации электросвязи)

и др. Планируется, что финансируемый

Европейской комиссией проект OPEN

Meter продлится до июня 2011 г. [1, 4].

После завершения работ предполагает-

ся представить ряд проектов как базиру-

ющихся на уже принятых стандартах, так

и новых, основанных на инновационных

решениях, выработанных в процессе

осуществления проекта. Это стандарты

семейства IEC 61334 (системы автомати-

ки с распределенными каналами связи),

IEC 62056 (электрические измерения),

а также ряд стандартов семейства EN

13757 (измерения с использованием

шины М-bus и др.).

PRIME

Альянс PRIME (www.prime-alliance.

org), в который входят, главным обра-

зом, ведущие европейские произво-

дители электротехнического и PLC-

оборудования — Advanced Digital

Design Semiconductor (ADD), CURRENT

Group, IBERDROLA, ITRON, LANDIS+GYR,

STM, ZIV GROUP, а также компания

Texas Instruments, — фокусирует свою

деятельность на разработке откры-

тых спецификаций для узкополосной

PLC-технологии с пропускной способ-

ностью до 128 Кбит/с. Инициатором

разработки спецификаций выступила

крупнейшая испанская энергетиче-

ская компания IBERDROLA со штаб-

квартирой в Бильбао. Предполагается,

что такая скорость передачи обеспе-

чит создание разветвленных интеллек-

туальных AMM-сетей. Поскольку для

полноценного обмена данными в авто-

матизированных системах требуется

повышенная скорость, а использова-

ние модуляции видов FSK, S-FSK, BPSK,

DCSK не позволяло это осуществить,

в предложенных в настоящее время

PRIME-спецификациях регламентиру-

ется модуляция OFDM, что и позво-

лило увеличить скорость передачи до

128 Кбит/с. Кроме того, в специфика-

циях описан способ кодирования дан-

ных и изменения скорости передачи в

зависимости от вида модуляции под-

несущих. Для передачи данных исполь-

зуется полоса частот 41,9…88,8 кГц

(CENELEC A). Кроме спецификаций уров-

ня PHY, имеются также спецификации

MAC-уровня. От одного из участников

альянса — компании STMicroelectronics

(ведущего европейского производите-

ля интегральных схем) — ожидается

поддержка производства электронных

компонентов, удовлетворяющих требо-

ваниям PRIME-спецификаций.

HOMEPLUG

Образованный в 2000 г. альянс

HomePlug (www.homeplug.org) для

низкоскоростной передачи данных по

электрическим сетям в 2007 г. пред-

ложил использовать специфика-

ции HomePlug Command and Control

(HomePlug C&C), обеспечивающие ско-

рость передачи данных до 7,5 Кбит/с.

В основу спецификаций HomePlug C&C

положена предложенная израильской

компанией Yitran узкополосная техно-

логия передачи данных по электросе-

ти. Использование этих спецификаций

позволит обеспечить низкую стоимость

PLC-оборудования. Спецификации

HomePlug C&C включают три уровня

сетевой модели OSI: PHY, MAC и NL

(Network Layer). На физическом уровне

используется предложенная компани-

Таблица 1. Основные характеристики технологий передачи данных по электросети

Наименование

PLC-технология

Узкополосная Широкополосная

Низкая скорость Высокая скорость Высокая скорость

Диапазон частот, кГц 9…148,5

9…500 (FCC),9…95 (CENELEC A),

95…125 (CENELEC B),95…148,5 (CENELEC B, C, D)

1500-50000

Скорость передачи, Кбит/с <10 50–1000 >2000

Модуляция FSK, S-FSK, BPSK, FFH, DCSK OFDM, MCM OFDM, MCM

Помехоустойчивое кодиро-вание (FEC)

Нет или поддерживается на низком уровне

Поддерживается на высоком уровне для обеспече-ния высокой достоверности данных

Поддерживается на среднем уровне для обе-спечения высокой пропускной способности

ПрименениеСистемы автоматизированного дистанционного

считывания показаний счетчиков (датчиков)Автоматизированные распределенные сети

управления/контроляVoIP, HDTV,

интернет («последняя миля»)

Производители компонентов и оборудования,

ассоциации и альянсы

(www.ipcf.org/company)

Yitran, Renesas, STMicroelectronics,ONSemiconductor,

Busch Jaeger, Echelon, Görlitz, AMI Solution, Landis&Gyr и др.

STMicroelectronics, ECHONET Freescale, iAd, Maxim, ADD Grup, PRIME (ADD, Current Group, Landis&Gyr,

uSySCom, ZIV и др.)

DS2, Intellon, Spidcom, Panasonic, Amperion, Current Communications, Mitsubishi, Homeplug,

OPERA

Page 67: Электронные компоненты №4/2010

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

67

Электронные компоненты №4 2010

ей Yitran модуляция сигнала типа DCSK (Diff erential Code Shift

Keying — дифференциальная кодовая манипуляция) с рас-

ширением спектра. Этот вид модуляции был запатентован

компанией Yitran в 2000 г. В зависимости от используемого

рабочего диапазона частот в соответствии с действующи-

ми региональными стандартами, предусмотрены следую-

щие скорости передачи данных: 7,5/5,0/1,25 (FCC) и 2,5/0,625

Кбит/с (CENELEC) [5].

REMPLI

Главная цель проекта REMPLI (www.rempli.org) — проекти-

рование и внедрение сетевой распределенной инфраструк-

туры для сбора показаний разного рода счетчиков и дистан-

ционного управления в реальном времени с использованием

в качестве физической среды передачи данных электросети

среднего и низкого напряжения. Среди участников проекта

венский институт ICT (Institute of Computer Technology), а

также компании iAd (Германия), ISEP/IPP, ADENE (Португалия),

TOP (Болгария) и др. В результате выполнения проекта были

созданы и протестированы две сетевые инфраструктуры в

Португалии и Болгарии. В части оборудования был исполь-

зован набор микросхем PLC-модемов DLC-2C, DLC-2CA про-

изводства компании iAd. Это одни из первых микросхем

PLC-модемов с использованием модуляции вида OFDM. C

топологией сети, результатами выполнения проекта и други-

ми материалами можно ознакомиться в [6].

ENDESA, ENEL И ДРУГИЕ

В середине 2009 г. испанская компания ENDESA объявила о

намерении заменить в период 2010—2015 гг. около 13 млн элек-

трических счетчиков на новые счетчики Enel Smart, которые

являются ключевым звеном в концепции удаленного управле-

ния энергопотреблением. Счетчики будут поставляться ита-

льянской корпорацией ENEL — основным акционером компа-

нии ENDESA, являющейся также автором SITRED — открытого

протокола обмена данными по силовым электросетям. На физи-

ческом уровне в протоколе SITRED используется модуляция

вида FSK (спецификации IEC 61334-5-2) [1, 4]. Поставщиком ком-

понентов для проекта выбрана компания STMicroelectronics,

разработавшая новую серию микросхем PLC-модемов ST75xx.

Кроме того, в оборудовании предполагается использовать

32-разрядный микроконтроллер STM32, высококачественные

MOSFET-транзисторы и другие компоненты, производимые

этой компанией. Компания ENEL объявила о том, что протокол

обмена по линиям электропередач SITRED будет открытым.

Это по-настоящему серьезный шаг в процессе стандартиза-

ции, начатом Европейским Сообществом и нацеленном на

развитие интеллектуальных систем и сетей (smart grid) управ-

ления/контроля энергоснабжения.

Ранее в 2001—2006 г.г. в рамках проекта Telegestore ком-

пания ENEL уже установила в Италии почти 32 млн интел-

лектуальных электронных электросчетчиков. Связь с цен-

тральным диспетчерским пунктом в системе Telegestore

осуществляется с использованием открытых телекомму-

никационных сетей (GSM/GPRS, PSTN, а также спутнико-

вой связи). Концентраторы, установленные на подстанциях

среднего напряжения (один концентратор на один транс-

форматор), используются для связи между центральным дис-

петчерским пунктом и электронными электросчетчиками.

Концентраторы являются ключевым звеном развернутой

AMM-сети. При связи с диспетчерским пунктом используется

протокол TCP/IP. В PLC-сети для связи используется полоса

частот CENELEC A, скорость передачи данных 2400 бит/с.

Концентратор в низковольтной PLC-сети работает в режиме

главного устройства. Если ему не удается установить непо-

средственную связь со счетчиком (из-за наличия помех или

большого затухания сигнала), специально встроенные про-

цедуры позволяют использовать для этого другие счетчики

сети, которые выступают в этом случае как ретрансляторы

сигнала. Иными словами, концентратор выполняет также

логические функции сервера.

Можно ожидать, что развертывание в Европе широкомас-

штабной автоматизированной сети, включающей почти 50

млн интеллектуальных устройств, ускорит завершение затя-

нувшихся дебатов по выбору общих открытых европейских

стандартов для автоматизированных измерительных систем.

Тем временем, французская энергетическая компания

EdF (Electricite de France) готовит к реализации во Франции

собственный широкомасштабный проект развертывания

автоматизированной сети контроля и учета электроэнергии,

который предусматривает установку 35 млн интеллектуаль-

ных электросчетчиков на территории Франции. В настоя-

щее время осуществляется тестирование одной из систем,

развернутой в Лионе. Установку счетчиков предполагается

завершить в 2016 г. Битва стандартов продолжается…

ECHONET

В консорциум ECHONET входят ведущие японские компании,

среди которых Hitachi, Ltd., Panasonic Corporation, Mitsubishi

Electric Corp., Sharp Corp., Tokyo Electric Power Company, Inc.,

Toshiba Corp., NEC Corp., NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE

CORPORATION, Sanyo Electric Co., Ltd. и другие (www.echonet.

gr.jp/english/index.htm). Консорциум был образован в 1997 г.

Цель его создания — повысить безопасность, надежность и

эффективность устройств домашней автоматики (и тем самым

улучшить условия проживания людей в домашних условиях),

что позволит, в конечном счете, обеспечить более высокий

уровень жизни в XXI в. Основной акцент сделан на воплоще-

нии идеи жить в гармонии с окружающей средой. Консорциум

ECHONET занимается разработкой аппаратного и программ-

ного обеспечения для технологий, объединяющих домашние

приборы в единую сеть с целью снизить потребление энер-

горесурсов, оградить человека от вредных воздействий на

его здоровье, обеспечить удаленный контроль/управление

домашним оборудованием и т.д. Спецификации ECHONET

регламентируют универсальные протоколы передачи различ-

ных информационных услуг в домашней сети, включающей

приборы разных производителей, с использованием в каче-

стве физической среды передачи уже существующие.

Для передачи данных в полосе частот 10…450 кГц по двух-

и трехпроводным однофазным сетям напряжением 100/200

В разработаны PLC-спецификации двух типов: power line A и

power line В [7].

В спецификациях power line A применяется метод форми-

рования широкополосного сигнала, при котором исходная

двоичная последовательность преобразуется с помощью

SS-кода (Spread Spectrum) в псевдослучайную последователь-

ность, используемую для модуляции несущей. Этот метод пре-

образования получил название DSSS (Direct-Sequence Spread

Spectrum — расширение спектра методом прямой последо-

вательности). Суть метода в том, что каждому символу пере-

Page 68: Электронные компоненты №4/2010

68

СЕ

ТИ

И И

НТ

ЕР

ФЕ

ЙС

Ы

WWW.ELCP.RU

даваемого сообщения ставится в соот-

ветствие некоторая псевдослучайная

последовательность. Введение избыточ-

ности приводит к повышению тактовой

частоты и, соответственно, расширению

спектра сигнала. Аналогичный метод

преобразования данных используется,

например, в системах связи стандарта

IEEE 802.11.

Поскольку параметры линий элек-

тропередачи как среды передачи

данных в большой степени зависят от

многих факторов, структуры систем

модуляции/демодуляции не специфи-

цированы, и допускается выбор схемы

их построения. С точки зрения возмож-

ности обеспечения надежного соеди-

нения, приемлемы различные структу-

ры систем модуляции/демодуляции [7].

Основные характеристики физиче-

ского уровня (power line A) приведены

ниже:

– метод преобразования данных

DSSS (вид SS-кода не специфицирован);

– скорость передачи данных

9600 Кбит/с;

– мощность выходного сигнала

передатчика не более 10 мВт/10 кГц;

– чувствительность приемника не

хуже 0,1 мВт;

– помехи в линии на расстоянии

30 м от передатчика в полосе частот

10…450 кГц не более 100 мкВ/м; в поло-

се 526,5…1606,5 кГц — 30 мкВ/м;

– интенсивность паразитных излу-

чений в полосе частот 0,45…5 МГц — не

более 56 дБмкВ; в полосе 5…30 МГц —

60 дБмкВ.

В качестве примера в [7] приведены

возможные варианты структур модуля-

тора и демодулятора (см. рис. 2).

В спецификациях power line В пере-

дача данных осуществляется с исполь-

зованием метода модуляции с несколь-

кими несущими (multiple carriers).

В спецификациях физического уровня

(power line В) для модуляции несущих

оговаривается использование модуля-

ции типа DQPSK (Diff erential Quaternary

Phase-Shift Keying — дифференциальная

квадратурная фазовая манипуляция) и

ее разновидностей — DBPSK и D8PSK.

Частоты несущих выбираются из соот-

ношения N ∙ 4,3125 кГц, где N = 32, 48, 64,

80, 96. Как правило, используются три

(см. рис. 3) базовых несущих частотой

207, 276 и 345 кГц (N = 48, 64, 80). Выбор

конкретных значений частот несущих

производится в зависимости от харак-

теристик PLC-канала. Скорость переда-

чи данных 4,06/8,12/12,2/24,4/36,5 Кбит/с

(скорость 8,12 Кбит/с должна поддер-

живаться во всех системах). Мощность

выходного сигнала передатчика не

более 75 мВт (примерно 25 мВт/несу-

щую), чувствительность приемника не

хуже 0,1 мВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕВ настоящее время в производимом

множеством фирм электротехниче-

ском оборудовании для автоматизиро-

ванных систем управления/контроля

в большинстве случаев используются

PLC-модемы, в которых для передачи

данных применяется модуляция сигна-

ла типа S-FSK (стандарт IEC 61334-5-1),

FSK, DSSS, BPSK или DCSK. Возрастающие

требования к автоматизированным

системам, большая разветвленность

сетей, а также насущная потребность в

обмене данными в реальном времени

послужили мощным стимулом разра-

ботки новых спецификаций узкополос-

ной технологии передачи данных по

электросетям. В предложенных альян-

сом PRIME спецификациях скорость

передачи увеличена до 128 кбит/с.

Более полную информацию об узко-

полосной PLC-технологии, существую-

щих стандартах и PLC-оборудовании

см. в [1—7].

ЛИТЕРАТУРА1. State-of-the-art Technologies &

Protocols.D2.1/part 4. — OPEN Meter, 2009

(www.openmeter.com).

2. H. Hrasnica, A. Haidine, R. Lehnert.

Broadband Power-line Communications

Networks. — John Willey & Sons. 2004.

3. PRIME. Technology Whitepaper. PHY,

MAC and Convergence layers. 2008//www.

prime-alliance.org.

4. Description of the state-of-the-art PLC-

based access technology. D2.1/part 2. — OPEN

Meter. 2009//www. openmeter.com.

5. HomePlug Command & Control (C&C).

Overview. White Paper. — HomePlug Powerline

Alliance. 2008//www.homeplug.org.

6. REMPLI. Publishable Final Project

Report. — REMPLI. 2006//www.rempli.org.

7. ECHONET Specification. Part III.

Transmission Media and Lower-Layer

Communication Software Specifi cation. V.1.0. —

ECHONET Consortium//www.echonet.gr.jp.

Рис. 3. Принцип модуляции с несколькими несу-щими

Рис. 2. Варианты возможных структур модулятора (а) и демодулятора (б)

СОБЫТИЯ РЫНКА

| РЫНОК МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ВОССТАНАВЛИВАЕТСЯ | Согласно исследованиям Databeans Inc. ожидается, что рынок микро-контроллеров достигнет 12,3 млрд долл. в 2010 г., что на 14% превышает итоги 2009 г.

Объем продаж на рынке микроконтроллеров в 2009 г. упал на 21% из-за экономического спада. Как отмечается в иссле-довании, в текущем году намечается восстановление, а к 2015 г. стабильный рост продаж микроконтроллеров (до 18,5 млрд долл.) в таких областях как автоэлектроника, компьютеры, потребительская электроника, коммуникации и промышленные приложения.

Поставщиками микроконтроллеров являются Renesas Electronics, Freescale Semiconductor, Infi neon Technologies, Microchip Technology и Fujitsu. Renesas Electronics, включая новоприобретенную компанию NEC, в 2009 г. стал ведущим поставщиком, зани-мающим на рынке долю продаж около 29%. Компания Freescale заняла второе место на рынке с долей 10%.

www.russianelectronics.ru

Page 69: Электронные компоненты №4/2010

ЭЛ

ЕК

ТР

ОП

РИ

ВО

Д

69

Электронные компоненты №3 2010

В четвертой части этой статьи (начало см. в ЭК11, 2009) рассматри-ваются вопросы типажа, разработки, производства и эксплуатации гибридных автобусов. Указываются ведущие фирмы-производители обо-рудования для гибридных автобусов. Приводятся характеристики город-ского автобуса ЛИАЗ 5292ХХ с гибридной энергоустановкой – совместной работы концерна «Русэлпром» и Ликинского автобусного завода. По ито-гам Международного автотранспортного форума, Москва, 2008 г., этот автобус был признан лучшим автобусом года в России.

СТАНИСЛАВ ФЛОРЕНЦЕВ, ген. директор, ООО «Русэлпром-электропривод»

ДМИТРИЙ ИЗОСИМОВ, зам. ген. директора по науке, ООО «Русэлпром-электропривод»

ЛЕВ МАКАРОВ, ген. конструктор, ООО «Русэлпром»

АНДРЕЙ ЗАЙЦЕВ, гл. конструктор, ОАО «Русэлпром-НИПТИЭМ»

ДМИТРИЙ ГАРОНИН, техн. директор, дивизион «Русские автобусы группа ГАЗ»

Анализ мировых тенденций разви-

тия транспортных систем показывает,

что совершенствование мобильной

техники осуществляется в направлении

энергосбережения, ресурсосбереже-

ния и создания машин с экологически

безопасными параметрами. Важность

применения экологически чистых энер-

госберегающих транспортных средств

в мегаполисах России очевидна.

Основным критерием создания

новой отечественной транспортной

техники становится ее конкуренто-

способность по отношению к тради-

ционным и гибридным транспортным

средствам зарубежных производите-

лей. Из анализа множества альтерна-

тивных вариантов следует: реальной

возможностью в настоящее время

создать экологически чистое (или, по

крайней мере, мало загрязняющее

окружающую среду) конкурентоспо-

собное транспортное средство явля-

ется использование комбинированной

энергоустановки (КЭУ) на базе двигате-

ля внутреннего сгорания, генератора,

тягового электропривода с буферным

накопителем. В КЭУ удается совме-

стить положительные свойства отдель-

ных источников: высокую удельную

энергию источника энергии и высо-

кую удельную мощность буферного

источника. Приоритетными являются

комбинированные энергоустановки с

тепловыми двигателями, а в перспек-

тиве — энергоустановки на основе

топливных элементов. Эффективность

ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

В ГИБРИДНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ

СРЕДСТВАХ. Часть 4. Разработка КТЭО для гибридных

транспортных средств в Концерне «РУСЭЛПРОМ»

применения КЭУ с буферным накопи-

телем, в принципе, тем выше, чем чаще

повторяются разгоны и торможения

в типовом движении транспортного

средства. Типичным примером транс-

портного средства, движение которо-

го характеризуется повторяющимися

разгонами и торможениями, является

городской маршрутный автобус, кото-

рый при движении не только останав-

ливается по сигналу светофоров, но и

на остановках для высадки и посадки

пассажиров. Эффективность примене-

ния КЭУ обусловлена:

– большим различием средней и

пиковой мощности, требуемой для дви-

жения (отношение до 1:5 и выше);

– большим различием удельных

показателей энергии и мощности бор-

товых источников, составляющих КЭУ.

Важным фактором снижения рас-

хода топлива является рекуперация

энергии торможения вместо ее тепло-

вого рассеивания и работа ДВС в ста-

ционарном экономичном режиме, что

так же значительно снижает величину

токсичных выбросов в выхлопе ДВС.

Работа городских автобусов с боль-

шим числом остановок представляет

идеальные условия для использова-

ния энергии торможения. Автобусы

в основном используются на низких

скоростях, и очень часто за разгоном

почти сразу следует торможение и

остановка. В обычных автобусах кине-

тическая энергия в основном преоб-

разуется в неиспользуемое тепло, в то

время как гибридные автобусы, трога-

ясь после остановки, используют толь-

ко преобразованную энергию, которая

выделяется при торможении. До 45%

всего времени работы городских авто-

бусов приходится на остановки, где

автоматическая система стоп-и-старт

помогает сохранять дорогостоящее

топливо.

ГИБРИДНЫЕ АВТОБУСЫ В МИРЕУказанные преимущества давно

известны мировым производителям

автобусов. Не случайно, что прода-

жи серийных гибридных городских

автобусов начались еще в 1991 г.

Пионером, как и в продвижении лег-

ковых гибридных автомобилей, стала

корпорация Toyota. Ее дочерняя ком-

пания Hino выпустила гибридный

городской автобус Hino Blue Ribbon

City Hybrid. Автобус был оборудо-

ван собственной разработкой Hino

— параллельной гибридной транс-

миссией HIMR, в которой пятиступен-

чатая коробка передач сочеталась

с асинхронным мотор-генератором,

а в качестве накопителя энергии

использовались NiMH- батареи.

Позже подобной трансмиссией был

оборудован и туристический авто-

бус люкс-класса S’elega R. С 1997 г.

и по настоящее время лидером в

количестве коммерчески используе-

мых гибридных автобусов являются

США и Канада. Только в США прода-

но более 6000 гибридных автобусов

Page 70: Электронные компоненты №4/2010

70

ЭЛ

ЕК

ТР

ОП

РИ

ВО

Д

WWW.ELCP.RU

различных производителей, причем

удалось несколько уменьшить раз-

ницу в цене гибридного и обычного

автобуса. Например, в 2007 г. самый

массовый американский гибридный

автобус Orion VII Hybrid стоил 385 тыс.

долларов, а газовый аналог — 313

тыс. долларов. Это продукт концерна

Daimler, владеющего североамери-

канским производителем автобусов

Orion Bus. В его основе — последо-

вательная гибридная трансмиссия,

созданная американо-британским

аэрокосмическим и оружейным кон-

церном BAE Systems. Система вклю-

чает в себя синхронный генератор с

постоянными магнитами и асинхрон-

ный тяговый двигатель в комплек-

те с силовыми преобразователями

на IGBT, контроллером и свинцово-

кислотными батареями Hawker.

Электрические машины и силовой

преобразователь имели масляное, а

контроллер — водяное охлаждение.

Надо отметить, что с 2008 г. прода-

ется уже второе поколение систем

гибридного тягового привода BAE

Systems. Их отличает применение

более экологически чистого дизе-

ля (Евро-4 с EGR), единой масляной

системы охлаждения всех элементов

привода, нового ПО контроллера,

замена свинцово-кислотных бата-

рей на литиево-ионные A123Systems.

Последовательной гибридной транс-

миссией BAE пользуются и другие

производители автобусов — канад-

ская фирма New Flyer, британская

Alexander Dennis, японская Isuzu тоже

испытывает новый 9-м автобус Erga с

гибридной схемой BAE Systems.

В США и Канаде активную матери-

альную и организационную поддержку

внедрению инновационных и эколо-

гичных городских автобусов оказывают

власти всех уровней и общественно-

коммерческие объединения и органи-

зации. Крупные города США и Канады

сотнями закупают такие гибридные

автобусы, так что в настоящее время

в эксплуатации уже находится свыше

2200 таких автобусов, и планируются

поставки покупателям не менее 850 шт.

в ближайшем будущем (2010—2011 г.).

Стоимость владения такими автобу-

сами сравнялась и даже стала ниже

стоимости владения газовыми автобу-

сами, которые ранее считались эконо-

мичной и более экологически чистой

альтернативой дизелю. Характерен

следующий пример. Власти Нью-Йорка

отказались от закупки около 200 газо-

вых автобусов, направив выделенные

средства на закупку гибридных авто-

бусов. Позднее власти приняли реше-

ние перейти полностью на закупку

гибридов, аргументируя это тем, что

при сходных экологических показате-

лях дизель-электрические автобусы

более экономичны и дают существен-

ные преимущества в эксплуатации и

комфорте, не требуют дополнитель-

ной инфраструктуры, а разница в цене

довольно быстро окупается.

Основными компаниями, произво-

дящими комплектное тяговое электро-

оборудование различных типов для

гибридных автобусов, являются:

– EP40 и EP50 фирм General Motors/

Allison Transmission (разработка сов-

местно с Daimler Chrysler и BMW) —

смешанная параллельная схема (Split).

Это самая массовая на сегодняшний

день трансмиссия — комбинирован-

ная последовательно-параллельная

схема, которая объединяет в составе

трансмиссии 2 асинхронных электри-

ческих машины , 3 планетарных пере-

дачи и 2 синхронных муфты. Каждая

из электрических машин может рабо-

тать как в генераторном, так и в дви-

гательном режиме. В состав транс-

миссии входит также сдвоенный

силовой преобразователь на IGBT,

контроллер и NiMH-батарея Panasonic.

Электромашины, силовые преобра-

зователи и контроллер имеют общую

систему водо-масляного охлаждения.

В 2009 г. появилось второе поколение

таких трансмиссий, рассчитанное на

работу с более экологически чистыми

двигателями (Евро-4), с обновленными

силовым преобразователем и контрол-

лером, новым ПО, вторым поколением

батарей. У некоторых производителей

гибридных автобусов вместо аккуму-

ляторных батарей в качестве накопите-

лей использованы суперконденсаторы.

Они имеют больший ресурс и большую

удельную мощность, меньшую стои-

мость;

– Eaton Fuller® UltraShift® Hybrid

фирмы Eaton Corp. — параллельная

схема;

– HIMR I и II фирм Toyota-Hino —

смешанная параллельная схема (Split);

– I-SAM® фирмы Volvo — парал-

лельная схема;

– ELVO® фирмы Voith — последова-

тельная схема;

– Mitsubishi — последовательная

схема (только для рынка Японии);

– Vossloh Kiepe — последователь-

ная схема. В качестве накопителя энер-

гии используются суперконденсаторы

Maxwell.

– TheWheel™ фирмы E-Traction —

последовательная схема;

– ELFA® фирмы Siemens Automa-

tion&Drives — последовательная схема.

Это универсальная система, используе-

мая для построения последовательных

гибридных электротрансмиссий для

автобусов. Она включает в себя:

– электрические машины водяного

охлаждения (асинхронные и синхрон-

ные с постоянными магнитами) в широ-

ком диапазоне мощностей, исполь-

зуемые в качестве генераторов или

тяговых (вспомогательных) двигателей;

– сдвоенные силовые IGBT-

преобразователи (инвертор+инвертор

или инвертор+чоппер) водяного

охлаждения;

– контроллеры для управления

комплектом тягового оборудования;

– дополнительное электрическое

(специальные дроссели) и механиче-

ское (редукторы, сумматоры, оси) обо-

рудование.

При очевидном достоинстве уни-

версальности системы Elfa®, ее недо-

статком является отсутствие системной

интеграции для конкретного транс-

портного средства, например гибрид-

ного автобуса.

– HybriDrive® Gen. I и II фирмы BAE

Systems — последовательная схема;

– CEU 90, 120, 240 фирмы Enova

Systems — последовательная схема.

Американская компания Enova

Systems производит асинхронные

электрические машины, силовые

IGBT-пеобразователи, контроллеры,

комплектует свои системы редуктора-

ми, накопителями энергии на основе

аккумуляторов или суперконденсато-

ров. Компании удалось добиться зна-

чительного продвижения на рынке

Юго-Восточной Азии. В частности, она

активно сотрудничает и имеет совмест-

ное предприятие с Hyundai, в гибрид-

ных автобусах которой используются

комплекты Enova.

Несколько особняком от основно-

го течения в разработке трансмиссий

для городских гибридных автобусов

стоят американская компания Eaton и

американо-шведский концерн Volvo.

Эта трансмиссия представляет собой

сочетание 6-скоростной автоматизи-

рованной коробки передач и мотор-

генератора с постоянными магнитами

Hitachi и Li-ion герметичной батареи

того же производителя.

Таким образом, в мире существует

около десятка разработчиков полных

комплектов тягового электрообору-

дования для гибридных автобусов, из

которых в нашем обзоре приведены

лишь наиболее крупные. Количество

производителей отдельных ком-

понентов или групп компонентов,

компаний-интеграторов больше на

порядок. Что же касается произво-

дителей автобусов, можно сказать,

что для них вопрос наличия в их

производственной линейке гибрид-

ного автобуса является вопросом

престижа. Производитель, не имею-

щий гибридных моделей, в развитых

странах рассматривается как своего

рода компания «второго сорта». Это

подтверждают и крупные выставки

производителей транспорта, имев-

шие место в 2009 г. — UITP в Вене и

BusWorld в Кортрейке.

Page 71: Электронные компоненты №4/2010

ЭЛ

ЕК

ТР

ОП

РИ

ВО

Д

71

Электронные компоненты №3 2010

Для Европы переломным должен

стать 2010 г., в котором в серийное про-

изводство поступят сразу несколько

моделей гибридных автобусов у веду-

щих производителей, а также начнутся

массовые продажи целого ряда одно- и

двухэтажных моделей британских про-

изводителей.

Рассмотрим более подробно совре-

менный городской гибридный автобус

на двух примерах.

Гибридный низкопольный город-

ской автобус MAN Lion’s впервые был

представлен на международном кон-

грессе транспортных компаний UITP

в 2008 г. в Хельсинки NEOMAN Bus

Group, а также отделом автобусов MAN

Nutzfahrzeuge AG. Запуск серийного

производства автобусов, которое нач-

нется с небольшого парка для заказчи-

ков, запланирован на 2010 г. В гибриде

Lion’s City компания MAN использова-

ла множество средств, которые позво-

ляют значительно снизить расход

топлива. Стефан Кершл (Stefan Kerschl),

разработчик автобусов и менеджер

проекта, заявляет о снижении рас-

хода топлива минимум на 20—25% и

о значительном сокращении выхлоп-

ных газов. Эти факты также подтверж-

даются великолепными результатами

работы в транспортной компании VAG

предыдущей модели автобуса, кото-

рый прошел более чем 30 тыс. км,

обслуживая пассажиров Нюрнберга.

Выбор суперконденсатора в каче-

стве буферного накопителя этой моде-

ли разработчики объясняют тем, что

он отличается особенно высокой вели-

чиной плотности рассеиваемой мощ-

ности, объемом сохраняемой энергии,

надежностью и повышенной эффек-

тивностью. Отсутствие массопереноса

и необходимости в сервисном обслу-

живании — еще два фактора, которые

позволяют говорить об экономической

эффективности суперконденсаторов. С

точки зрения весового баланса, реше-

ние с использованием суперконден-

саторов превосходит вариант с акку-

муляторными батареями, поскольку

низкопольный автобус с суперкон-

денсаторами, которому не требуют-

ся более тяжелые батарейные блоки,

практически сравнивается по массе

с городскими автобусами на природ-

ном газе. Не менее важен и тот факт,

что улучшенная система воздушного

охлаждения обеспечивает в среднем

такой же эксплуатационный ресурс

суперконденсаторов, как и срок служ-

бы серийных автобусов (в отличие от

аккумуляторных батарей любого суще-

ствующего типа).

Полноразмерный низкопольный

городской гибридный автобус Scania

(см. рис. 1) — удобный и комфорта-

бельный, подходит для стесненных

городских условий благодаря велико-

лепной маневренности, снижает сум-

марные выбросы CO2 почти на 90%,

если заправлен этанолом, и дости-

гает экономии топлива почти в 25%.

Концепция автобуса с гибридным при-

водом фирмы Scania создана для фор-

мирования устойчивой автобусной

системы. Она спроектирована для того,

чтобы быть рентабельной на основа-

нии собственных достоинств, не рас-

считывая на стимулы при покупке или

при эксплуатации. Дополнительная

стоимость продукции компенсируется

добавленной покупательской стоимо-

стью и пониженными эксплуатацион-

ными расходами.

Гибридная силовая установка Scania

(см. рис. 2), выполненная по последова-

тельной схеме, является результатом

трехлетнего проекта по разработке,

которую проводил Технический центр

фирмы Scania в Седерталье, Швеция.

Не требуется использования допол-

нительных понижающих передач в

связи с большим рабочим диапазоном

тягового двигателя (0–2400 об./мин,

полный крутящий момент 2750 Нм при

пуске).

Охлаждение электрических ма-

шин — жидкостное; буферного на копи-

теля — воздушное.

Блок ДВС — генератор установлен в

шумозащищенном кожухе. Специально

сконструированная шумоизолирую-

щая стенка отделяет пассажирское

отделение от заднего модуля. Воздух

для систем охлаждения передается по

отдельным шумозащищенным воздухо-

водам. Уровень внешнего шума снижен

до 75 дБ.

ГИБРИДНЫЙ АВТОБУС ЛИАЗ 5292ХХБурное развитие в мире гибридных

транспортных средств и перспективы

их развития не остались без внима-

ния российских специалистов в этой

области. Сразу несколько предприятий

Концерна «Русэлпром» ведут разработ-

ки и подготовку производства электри-

ческих машин, силовой и управляющей

электроники, испытательных стендов

для приемо-сдаточных и квалификаци-

онных испытаний как составных частей,

так и всего КТЭО электрических транс-

миссий для различных транспортных

средств: большегрузных самосвалов,

многосцепных автопоездов, многоо-

сных колесных тягачей, сельскохозяй-

ственных и промышленных колесных и

гусеничных тракторов.

К этому перечню добавилось еще

одно направление — гибридный авто-

бус.

На Международном автотранспорт-

ном форуме, Москва, 9—12 сентября

2008 г. «Группа ГАЗ» представила город-

ской автобус ЛИАЗ 5292ХХ с гибридной

энергоустановкой (см. рис. 3). По итогам

форума этот автобус был признан луч-

шим автобусом года в России. Автобус

ЛИАЗ 5292ХХ — результат совмест-

ной работы концерна «Русэлпром»

и Ликинского автобусного завода.

Разработка КТЭО к автобусу велась

ООО «Русэлпром-электропривод». Это

первый российский автобус с гибрид-

ным приводом, аналогов которого нет

ни у одного отечественного произво-

дителя. Основные ожидаемые преиму-

щества гибридного привода городско-

го автобуса:

Рис. 1. Гибридный автобус Scania

Рис. 2. Блок-схема КТЭО автобуса Scania

Page 72: Электронные компоненты №4/2010

72

ЭЛ

ЕК

ТР

ОП

РИ

ВО

Д

WWW.ELCP.RU

– снижение в 10 раз уровня

выбросов при езде в городском цикле

(Евро-5);

– работа в оптимальных по топлив-

ной эффективности режимах работы ДВС;

– экономия топлива на 25—50%;

– возможности пуска ДВС от нако-

пителей без стартера;

– возможность генерации и реку-

перации электроэнергии;

– снижение мощности ДВС на

25—30% при сохранении тягового

момента на колесах;

– повышение комфортабельности

(шум, вибрация, управляемость);

– повышение надежности и ресур-

са работы.

– наиболее комфортный проезд

(более плавные старт и торможение),

т.к. отсутствует прерывание потока

мощности от энергоустановки до веду-

щих колес.

Основные технические данные

гибридного автобуса ЛИАЗ 5292ХХ:

– масса — 18,2 т;

– вместимость 100 чел.;

– радиус качения ведущих колес —

466 мм;

Рис. 3. Автобус ЛИАЗ 5292ХХ (концепт) с гибридным приводом на Международном автотранспортном фору-ме (выставочный комплекс КРОКУС-ЭКСПО, Москва, 9—12 сентября 2008 г.)

– максимальная скорость —

90 км/ч;

– максимальный преодолеваемый

подъем — 20%.

Основными задачами разработки

являлись:

– формирование рационального

состава семейства гибридных автобу-

сов ЛИАЗ;

– создание технического задела,

необходимого для организации произ-

водства гибридных автобусов на пред-

приятиях ОАО «ЛИАЗ» (при возможном

участии европейских партнеров);

– формирование необходимой

производственной кооперации и про-

верка ее способности к освоению и

систематическим поставкам КЭУ и их

модификаций;

– оценка основных экономических

показателей КЭУ и затрат, необходимых

для организации их производства;

– создание и отработка в ходе

опытной эксплуатации макетного объ-

екта, обеспечивающего полный цикл

эксплуатации в городских условиях;

– практическая проверка и отра-

ботка базовых технических решений

путем разработки, изготовления,

исследовательских, приемочных и экс-

плуатационных испытаний опытных

образцов автобусов с КЭУ.

Для достижения требуемых харак-

теристик при движении в городе

(цикл НАМИ II) тяговое оборудование

автобуса должно обеспечивать сле-

дующие показатели (оценки тягово-

динамических расчетов): средняя

мощность, требуемая для городского

движения, составляет 33 кВт; макси-

мальная (пиковая) мощность — около

250 кВт; при скоростном движении

(90 км/ч) требуется тяговое усилие

5000 Н; мощность 115 кВт; при движе-

нии на подъеме 20% (12°) со скоростью

10 км/ч (масса 13 т, 30 с) тяга составляет

29000 Н, мощность 80 кВт.

Комплект тягового электрообору-

дования выполнен по последователь-

ной схеме. Выбор последовательной

схемы обусловлен мировым опытом,

минимальной стоимостью и сроками

разработки, внедрения и окупаемости

проекта. Обоснование выбора всех

компонентов тягового электрообору-

дования дано в [1]. Основные характе-

ристики силового оборудования КТЭО

автобуса ЛИАЗ 5292ХХ приведены в

таблице 1.

Любопытно, что характеристики

силового оборудования КТЭО авто-

бусов ЛИАЗ 5292ХХ, Scania и MAN

Lion’s City, имеющих подобные тех-

нические данные по пассажировме-

стимости, массе и габаритам, практи-

чески совпали. Отметим в этой связи,

что тягово-динамические расчеты,

выбор кинематической схемы, опре-

деление основных характеристик

силовых устройств КТЭО, проекти-

рование и изготовление агрегатов

автобуса ЛИАЗ 5292ХХ завершились

в Концерне «Русэлпром» до того, как

были опубликованы данные зару-

бежных аналогов, что, разумеется,

свидетельствует об объективности

полученных оценок.

СОБЫТИЯ РЫНКА

| ГРУППА КОМПАНИЙ ФОРМИРУЕТ АЛЬЯНС ПО МНОГОЯДЕРНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ | В сфере многоядерной параллельной

обработки и разработки программного обеспечения организован новый альянс. Группа компаний, получившая название

eNsemble Multi-Core Alliance, выполняет функцию базовой организации, которая помогает OEM-производителям разрабаты-

вать высокопроизводительное сетевое оборудование с применением передовых многоядерных процессоров.

Одним из членов-учредителей группы является компания NetLogic Microsystems Inc. Другими членами альянса явля-

ются 6WIND, Abatron, Advantech, AirHop Communications, Aricent, Axentra, BitDefender, BroadWeb, Continuous Computing,

CriticalBlue, D2 Technologies, Eff net, ENEA, JumpGen Systems, Kaspersky Lab, Lanner Group, Macraigor, Mentor Graphics,

NEXCOM, Procera Networks, Qosmos, Sensory Networks, Silicom и TeamF1.

Альянс eNsemble Multi-Core Alliance объединил поставщиков лучших аппаратных платформ и программного обеспече-

ния, которые предлагают широкий набор решений и которые являются лидерами в своей области деятельности.

Альянс обеспечивает базу, на которой разработчики могут создавать новые решения, которые будут в полной мере

использовать высокую производительность и функциональные возможности многоядерных процессоров. Альянс полу-

чил решительную поддержку от компаний-лидеров отрасли и приглашает к участию в нем других поставщиков многоя-

дерных процессоров.

www.russianelectronics.ru

Page 73: Электронные компоненты №4/2010

73

Электронные компоненты №4 2010

ВВЕДЕНИЕЭлектронные устройства, предназначенные для под-

земных работ, в особенности для добычи нефти, часто

подвергаются воздействию высоких температур. Значение

этих температур зависит от трения, возникающего во

время работы, глубины бурения и геологических особен-

ностей исследуемого месторождения. Как правило, оно

превышает 150°C, зачастую достигая 200°C и выше. На

сегодняшний день лишь немногие электронные компо-

ненты, имеющиеся в продаже, предназначены для работы

при таких высоких температурах. Некоторые технологии

производства электронных компонентов способны обе-

спечить надежную работу за пределами рекомендуемых

значений, которые указаны в справочных данных. Однако

использовать компоненты в таких режимах не реко-

мендуется. В результате в настоящее время очень

малое число производителей способны предложить

DC/DC-преобразователи, предназначенные для работы

при температурах выше 125ºC, не говоря уж о температу-

рах более 175ºC.

DC/DC-преобразователи серии HTA компании

International Rectifi er с выходной мощностью до 20 Вт

надежно функционируют в диапазоне температур

–35…185°C. Они могут работать как в одноканальном, так

и в двухканальном режиме. Преобразователи серии HTA

являются первыми в своем роде устройствами, обладаю-

щими простотой интеграции и взаимодействия с другими

узлами системы. Они предназначены для работы при

высоких температурах в диапазоне входного напряжения

от 150 до 250 В пост. тока. Гальваническая развязка между

входом и выходом обеспечивает надежную защиту нагруз-

ки при аварийных режимах на питающей стороне и дает

возможность последовательного включения преобразова-

телей для повышения выходного напряжения.

Благодаря функциональности и встроенной защите от

помех преобразователи семейства HTA легко применимы

для построения сложных систем. Они могут являться как

основными источниками питания, так и звеном в много-

звенной цепи преобразователей. Область использования

таких преобразователей весьма широка. В нее входят

бурение нефтяных скважин, исследования сейсмической

активности, контроль авиационных двигателей и другие

места, где возникает необходимость работы при темпера-

турах до 185°C.

Через несколько лет интенсивного развития техники и

технологического процесса преобразователи серии HTA

До недавнего времени компании, занимающиеся разведкой нефтяных месторождений, были вынуждены разра-батывать собственные DC/DC-преобразователи для скважинных зондов в связи с тем, что преобразователи, предназначенные для работы при очень высоких температурах, не были доступны на рынке. Но на сегодняшний день компания International Rectifi er (IR) представила новое семейство DC/DC-преобразователей серии HTA, кото-рые созданы специально для работы при высоких температурах в условиях сильных вибраций (бурение нефтяных скважин, контроль авиационных двигателей и другие экстремальные условия). Устройства серии HTA выполнены на основе классической топологии и обладают высокой производительностью и функциональностью, что спо-собствует их быстрому внедрению на рынок DC/DC преобразователей.

ТИВА БУССАРАКОНС (TIVA BUSSARAKONS), инженер, International Rectifi er

DC/DC-преобразователи для работы в условиях высоких температур и жестких вибраций

не только будут обладать высокой надежностью и про-

стотой, но и послужат основой при разработке и создании

преобразователей, предназначенных для работы при еще

более высоких температурах. На рисунке 1 представлена

фотография DC/DC-преобразователя серии HTA без верх-

ней крышки.

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НТАОсновными преимуществами серии HTA являются

малые размеры и вес устройств, высокая устойчивость

к внешним воздействиям, таким как большие рабочие

температуры, сильные удары и вибрация. Все компонен-

ты преобразователя тщательно подобраны для работы в

тяжелых условиях. Результаты всех проводимых испыта-

ний, в том числе электрических и тепловых, предоставля-

ются компанией International Rectifi er и являются общедо-

ступными.

Приведем основные параметры и особенности

устройств серии HTA:

– диапазон входного напряжения — 150…250 В пост.

тока;

– выходная мощность — до 20 Вт;

– возможность работы в одноканальном и двухканаль-

ном режимах с номинальными выходными напряжениями

3,3; 5; 12 и 15 В; ±5; ±12 и ±15 В;

– встроенный сетевой фильтр для защиты от излучения

помех;

– возможность последовательного включения несколь-

ких блоков для получения более высоких выходных напря-

жений и мощности;

– наличие точных обратных связей для обеспечения

надежной работы в экстремальных условиях;

– КПД — до 76%;

– диапазон рабочих температур –35…185°C;

Рис. 1. Преобразователь серии HTA со снятой верхней крышкой

Page 74: Электронные компоненты №4/2010

74

WWW.ELCP.RU

– наличие гальванической развязки (500 В) для защиты

нагрузки при аварии в питающей сети;

– встроенная защита от перенапряжений;

– наличие входов внешней синхронизации;

– защита от короткого замыкания и сверхтоков;

– возможность регулирования выходного напряжения;

– дистанционное слежение за ошибками при работе;

– возможность дистанционного включения/выключе-

ния преобразователя;

– вес — менее 70 г;

– компактность — размеры 100×38×11 мм (Д×Ш×В).

ТОПОЛОГИЯ СХЕМЫСтруктурная схема преобразователя, работающего

в двухканальном режиме, показана на рисунке 2. Схема

построена на основе топологии преобразователей серии

AFL компании International Rectifi er, которые неоднократ-

но доказывали свою надежность. Преобразователи серии

AFL уже более десяти лет являются одними из наиболее

часто используемых в военной, космической и других

областях, где предъявляются самые жесткие требования

к надежности. Улучшение схемы и применение новых

электронных компонентов позволили расширить диа-

пазон рабочих температур преобразователя. Сравнение

основных характеристик устройств серии HTA и AFL пред-

ставлено в таблице 1.

Устройства серии HTA выполнены на основе прямо-

ходового преобразователя с резонансным сбросом, в

котором два полевых транзистора включаются после-

довательно для обеспечения работоспособности при

высоких значениях входного напряжения. Номинальная

частота переключения транзисторов составляет 500 кГц.

Для уменьшения размеров устройства и числа компо-

нентов в схеме используется ШИМ-контроллер, разрабо-

танный специалистами компании International Rectifier,

в который входят специализированные интегральные

микросхемы.

Потенциальная развязка входа и выходов преобразова-

теля и стабилизация выходного напряжения достигаются

за счет использования магнитно-сцепленной обратной

связи. Слежение за выходным напряжением и ограни-

чение коэффициента заполнения обеспечивает защиту

от перенапряжений на выходе устройства при сбоях в

контуре регулирования. Схемное решение преобразова-

телей предусматривает наличие входного LC-фильтра для

подавления помех, излучаемых в питающую сеть. Размах

пульсаций входного тока не превышает 15 мА.

На вторичной стороне трансформатора, участвующего

в процессе передачи энергии, находятся 2 изолированные

друг от друга обмотки, к которым подключены традици-

онные схемы выпрямления. Каждый канал схемы имеет

индивидуальные фильтры низких частот для снижения

высокочастотных пульсаций и шумов. Контур обратной

связи по выходному напряжению включен только в канал

положительного напряжения. Корректная стабилизация

напряжения в «отрицательном» канале напряжения осу-

ществляется тогда, когда нагрузка обоих каналов сбалан-

сирована. При одноканальном режиме работы задейство-

ванными оказываются только одна вторичная обмотка

трансформатора, выпрямитель и выходной фильтр.

Рис. 2. Структурная схема двухканального преобразователя серии HTA

Таблица 1. Сравнение основных характеристик серий HTA и AFL

Серия HTA Серия AFL

Входное напряжение, В 150…250 28…270

Выходная мощность, Вт До 20 До 120

Количество каналов 2 1

Выходные напряжения, В 3,3; 5; 12; 15; ±5; ±12; ±15 3,3; 5; 7; 8; 9; 12; 15; 28

КПД, % До 76 До 87

Рабочие температуры, °C –35…185 –55…125

Частота переключения, кГц 550 550

Гальваническая развязка 500 В, 100 МОм 500 В, 100 МОм

Помехоподавляющий фильтр Есть Нет

Магнитно-сцепленная обратная связь Есть Нет

Защита при коротких замыканиях и перегрузках Есть Есть

Page 75: Электронные компоненты №4/2010

75

Электронные компоненты №4 2010

Преобразователь поддерживает

также дополнительные функции,

такие как частотная синхронизация

для работы с несколькими преоб-

разователями, дистанционное сле-

жение за выходным напряжением

в одноканальном режиме, высоко-

точная стабилизация выходного

напряжения и включение источника

по внешнему сигналу.

КОНСТРУКТИВОдна из причин высокой надеж-

ности преобразователей серии HTA

заключается в особенностях кон-

струкции. Толстая гибридная пленка,

герметично накрывающая сборку,

обеспечивает минимально возможное

тепловое сопротивление перехода.

Особая структура гибридной сборки

обеспечивает наикратчайший путь для

оттока тепла от электронных компо-

нентов к теплоотводу (см. рис. 3). Таким

образом, благодаря использованию

материалов с высокими значениями

теплопроводности, достигаются наи-

лучшие тепловые характеристики.

Алюминиево-кремниевый корпус,

состоящий из основания и боковых

стенок, представляет собой несущий

каркас. Материал корпуса выбран

исходя из его высоких показателей

теплопроводности и механической

прочности.

Сборка начинается с крепле-

ния электронных компонентов на

печатной плате пайкой припоем.

Трансформатор и другие магнитные

элементы крепятся на основание

при помощи теплопроводящего

клея. Внешние выводы устройства

соединяются с платой проводами.

Затем сборка проверяется. Особенно

важные компоненты помещаются в

силиконовый наполнитель с целью

увеличения устойчивости к механи-

ческим воздействиям. После выпол-

нения перечисленных операций

сборку закрывают крышкой и снова

проводят тестирование.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРЕ-ОБРАЗОВАТЕЛЕЙ HTAПроверенное схемотехническое

решение, грамотный подбор элек-

тронных компонентов, гибридная

сборка и выбор наиболее подходя-

щих связующих материалов являются

основными причинами долгого срока

службы преобразователей семейства

HTA, а также их надежности. Они

Рис. 3. Поперечное сечение корпуса семейства HTA

обладают следующими преимуще-

ствами:

– стабильность характеристик

устройств в условиях высоких тем-

ператур при работе на номинальной

мощности;

– возможность продолжительной

работы при напряжениях питания

до 250 В и кратковременной — при

напряжениях до 300 В;

– оптимальная форма корпуса

обеспечивает эффективный отвод

тепла;

– низкий уровень шумов и помех

позволяет успешно использовать

устройство в собственных разработ-

ках;

– долгий срок службы в условиях

сильных вибраций и высоких темпе-

ратур.

ПРОВЕРКА ИЗДЕЛИЯ НА СООТВЕТ-СТВИЕ ТЕХНИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМDC/DC-преобразователи серии

HTA уже доступны на рынке. Они

прошли все необходимые квалифи-

кационные испытания, порядок кото-

рых описан ниже. Более подробная

информация публикуется на сайте

компании IR.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВ И РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИНа этапе тестирования устройств

компании IR были выбраны пять пре-

образователей семейства HTA для

проведения различных электрических

тестов с целью определения разброса

их параметров и отклонения реаль-

ных значений от представленных в

спецификации. Все устройства тести-

ровались в критических электриче-

ских и тепловых условиях. В таблице

2 проведено сравнение наихудших

параметров, полученных при испы-

таниях, со справочными данными.

Несмотря на то, что параметры «пла-

вают» с изменением температуры (см.

рис. 5, 6), все они остаются в допусти-

мом спецификацией диапазоне.

ПЛАНЫ РАЗВИТИЯПомимо описанных устройств,

ведутся разработки преобразовате-

лей для работы в условиях высоких

температур мощностью 45 и 90 Вт, а

также преобразователей с диапазо-

ном входных напряжений до 400 В.

Кроме того, разрабатываются

устройства с допустимым темпера-

турным режимом до 210°C. Для полу-

Page 76: Электронные компоненты №4/2010

76

WWW.ELCP.RU

чения более подробной информации о новых разработках

свяжитесь со специалистами компании IR.

ЗАКЛЮЧЕНИЕПосле многих лет проектирования и конструирования

специалисты компании IR успешно решили поставленные

задачи в области проектирования и развития DC/DC-пре-

образователей для чрезвычайно сложных условий. Устройства

серии HTA позволяют сократить стоимость разработки и упро-

стить интеграцию источника питания в конечное устройство.

Условием успешной разработки являются точное пони-

мание характеристик используемых компонентов, проду-

манный выбор материалов, использование проверенной

Таблица 2. Результаты испытаний

Параметр Температура, °CЗначения по

спецификации

Наихудшие показатели при испытаниях

–35°C 25°C 185°C

Выходное напряжение, В

–35 4,850…5,150 5,017

25 4,950…5,050 5,018

185 4,850…5,150 5,067

Ток потребления без нагрузки, мА

–35 20 7,325

25 20 6,965

185 30 22,995

Пульсации напряжения в нагрузке/шум, мВ рр

–35 50 11,73

25 50 9,67

185 24 7,57

КПД, %

–35 73 76,0

25 75 77,4

185 70 71,5

Частота переключения, кГц –35…185 500…650 543,34 542,09 528,04

Рис. 5. Зависимость КПД от тока нагрузки и входного напряжения HTA20005S (выходное напряжение 5 В)

Рис. 6. Зависимость КПД от рабочей температуры и входного напряжения HTA20005S (выходное напряжение 5 В)

топологии схемы и качественное производство. Стоит

ожидать, что эти правила будут взяты за основу во время

разработок более сложных устройств, работающих при

еще более высоких температурах.

ЛИТЕРАТУРА1. Military Satellites Pose Engineering Challenges in DC/DC

Converter Development, Tiva Bussarakons // Defense Electronics, A

Primedia Publication, May 2004.

2. Thick Film Hybrid DC/DC Converters are Standard ‘Brick’ for

Satellite Power Systems’, Tiva Bussarakons // Defense Electronics, RF

Design, June 2006.

3. International Rectifi er HTA Series of DC/DC Converters Data Sheet.

Рис. 4. Испытания

Page 77: Электронные компоненты №4/2010

СТ

АН

ДА

РТ

НЫ

Е Ц

ИФ

РО

ВЫ

Е

МИ

КР

ОС

ХЕ

МЫ

И П

АМ

ЯТ

Ь

77

Электронные компоненты №4 2010

В статье представлено техническое описание микросхемы быстродей-ствующего параллельного ЭСППЗУ 5861РР1Т емкостью 16 Кбит (организа-ция 2К×8 бит). Отличительными особенностями микросхемы являются высокое быстродействие при чтении информации (25 нс), встроенный секвенсор адреса с функциями инкремента/декремента, рабочий диапа-зон температур (–60…125°С), напряжение питания 4,5…5,5 В.

МИКРОСХЕМА

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ЭСППЗУ

СО ВСТРОЕННЫМ СЕКВЕНСОРОМ

АДРЕСА 5861РР1ТЛЕОНИД АВГУЛЬ, к.т.н., заместитель ген. директора по научной работе, НТЦ «ДЭЛС»

БОРИС ИВАНОВ, нач. отд., ОАО «ГСКБ «Алмаз-Антей»

ВИКТОР КРЯЖЕВ, нач. отд., НТЦ «ДЭЛС»

СЕРГЕЙ КУРНОСЕНКО, к.т.н., нач. отд., НТЦ «ДЭЛС»

СЕРГЕЙ ТЕРЕШКО, к.т.н., ген. директор, НТЦ «ДЭЛС»

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИМикросхема 5861РР1Т — электри-

чески стираемое перепрограмми-

руемое постоянное запоминающее

устройство (ЭCППЗУ) информацион-

ной емкостью 16 Кбит и организа-

цией 2К×8 бит. Микросхема предна-

значена для построения постоянных

запоминающих устройств с возмож-

ностью многократной перезаписи

информации.

Микросхема изготавливается по

КМОП-технологии и имеет ТТЛ-совме-

стимые входы и выходы. Конструктивно

она выполнена в планарном металло-

керамическом корпусе типа 4119.28-6 с

двухсторонним расположением выво-

дов. Назначение выводов микросхемы

приведено в таблице 1, а ее основные

параметры — в таблице 2.

Микросхема 5861РР1Т может быть

использована как при разработ-

ке новой, так и при модернизации

серийно выпускаемой радиоэлек-

тронной аппаратуры (например, для

замены микросхем серий 573, 558,

1601).

СТРУКТУРНАЯ СХЕМАСтруктурная схема микросхемы при-

ведена на рисунке 1.

Блок формирования адреса пред-

назначен для формирования испол-

нительного адреса ADR, непосред-

ственно используемого в блоке

памяти для записи/чтения информации.

Функциональная схема блока формиро-

вания адреса представлена на рисун-

ке 2. Блок содержит:

– регистр режимов со схемой

декодирования сигналов управления

(Register Decoder);

– 11-разрядный регистр адреса

(Address Register);

– комбинационную схему.

Комбинационная схема реализует

вычисление инкремента, декремента,

передачу адреса с входной шины в

регистр адреса, а также обеспечивает

режим хранения кода адреса.

Функционирование блока форми-

рования адреса осуществляется в

соответствии с таблицей 3. Запись

Таблица 1. Назначение выводов микросхемы 5861РР1Т

Обозначение Назначение

A[10:0] Входная шина адреса

Q[7:0] Двунаправленная шина данных

WE Вход сигнала разрешения записи

CE Вход сигнала выбора микросхемы и разрешения выдачи информации

C Вход сигнала синхронизации счета, записи адреса

D1, D2 Входы сигналов управления

ECT Вход сигнал разрешения счета

UPR Выход встроенного умножителя напряжения программирования

Vсс Вывод питания от источника напряжения

GND Общий вывод

Рис. 1. Структурная схема микросхемы

Page 78: Электронные компоненты №4/2010

78

СТ

АН

ДА

РТ

НЫ

Е Ц

ИФ

РО

ВЫ

Е

МИ

КР

ОС

ХЕ

МЫ

И П

АМ

ЯТ

Ь

WWW.ELCP.RU

кода режима в регистр режимов

и запись информации в регистр

адреса осуществляется по положи-

тельному фронту синхросигнала C.

При этом фиксация кода адреса A с

входной шины, а также выполнение

операций инкремента и декремента

исполнительного адреса происхо-

дит со сдвигом на один такт синхро-

сигнала C.

Блок управления формирует из

входных сигналов CE и WE внутренние

сигналы управления, обеспечивающие

функционирование микросхемы в раз-

личных режимах.

Сигнал CE — сигнал выбора микро-

схемы и разрешения выдачи информа-

ции. Низкий уровень сигнала разрешает

обращение к микросхеме, высокий —

переводит шину Q микросхемы в состо-

яние с высоким импедансом.

Сигнал WE — сигнал разрешения

записи. При низком уровне сигнала WE

производится запись информации, при

высоком — чтение.

Вывод UPR — выход встроенного

умножителя напряжения программи-

рования. При подключении на данный

выход напряжения VСС осуществля-

ется блокирование работы внутрен-

него умножителя напряжения, что

защищает ячейки памяти от переза-

писи. При отключенном состоянии

вывода защита памяти игнорирует-

ся. Подключение низкого уровня к

данному выводу не допускается ни в

каких режимах.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОСХЕМЫПрограммирование микросхемы

производится побайтно в произволь-

ном порядке по любому выбранному

адресу. Предварительного стирания

не требуется. Цикл перезаписи одного

байта составляет ~10 мс.

Внутренний сигнал разрешения

записи, непосредственно подавае-

мый на вход накопителя информации,

формируется из внешнего сигнала WE

только при условии наличия следую-

щей комбинации управляющих сигна-

лов: ECT = «1», D1 = «0» и D2 = «1»

Таблица 2. Основные параметры микросхемы

Наименование параметра, единица измерения Обозначение параметраНорма параметра

не менее не более

Напряжение питания, В UCC 4,5 5,5

Ток потребления в режиме хранения, мА ICCS — 10,0

Динамический ток потребления, мА IОCC — 150

Выходной ток низкого уровня, мА IOL — 4,0

Выходной ток высокого уровня, мА IOH — |–4,0|

Время цикла записи, мс tCY(WE) — 10

Время выбора, нс tCS — 25

Время выборки адреса, нс tA(A) — 25

Количество циклов перезаписи NRW — 105

Время сохранности информации, лет tSG — 10

Температурный диапазон,°С Ta –60 125

Рис. 2. Функциональная схема блока формирования адреса

Рис. 3. Схема формирования внутреннего сигнала разрешения записи

Рис. 4. Временная диаграмма установки и удержания сигналов управления ECT, D1, D2 и адреса A относи-тельно сигнала синхронизации C

Рис. 5. Временная диаграмма записи данных

Page 79: Электронные компоненты №4/2010

СТ

АН

ДА

РТ

НЫ

Е Ц

ИФ

РО

ВЫ

Е

МИ

КР

ОС

ХЕ

МЫ

И П

АМ

ЯТ

Ь

79

Электронные компоненты №4 2010

Таблица 5. Временные параметры записи данных

Наименование параметра, единица измерения

ОбозначениеНорма параметра

не менее не более

Время цикла записи, мс tCY(WE) 10 –

Время установления входных данных относительно сигнала CE, нс

tSU(D) 300 –

Время удержания входных данных относительно сигнала CE, нс

tH(D) 200 –

Время установления сигнала WE отно-сительно сигнала CE, нс

tSU(WE) 150 –

Время удержания сигнала WE относи-тельно сигнала CE, нс

tH(WE) 150 –

Длительность сигнала CE, нс tW(CE) 300 –

Таблица 6. Временные параметры чтения данных

Наименование параметра, единица измерения

Обозначе-ние

Норма параметра

не менее не более

Время сохранения выходных данных при смене адреса, нс

tv — 8

Время выборки адреса, нс tA(A) — 25

Время выбора, нс tCS — 25

Время задержки распространения при переходе из состояния «Выключено» в

состояние высокого или низкого уровня, нс

tPZH(CE),tPZL(CE)

— 5

Время задержки распространения при переходе из состояния высокого или низ-кого уровня в состояние «Выключено», нс

tPHZ (CE),tPLZ (CE)

— 5

(см. рис. 3). Такая комбинация сигна-

лов соответствует режиму хранения

кода исполнительного адреса блока

формирования адреса, при котором

значение адресного регистра остается

неизменным.

Все это позволяет организовать

дополнительную защиту от несанк-

ционированного стирания информа-

ции.

Рис. 7. Временная диаграмма чтения данных по сигналу CE

Рис. 6. Временная диаграмма чтения данных при смене адреса (CE = 0, WE = 1)

Таблица 3. Режимы работы блока формирования адреса

ECT D1 D2Значение

исполнительно-го адреса ADR

Режим работы

0 0 0 00000000000Установка в 0 кода исполнительного

адреса

1 0 0 10000000000Установка в 10000000000 кода исполни-

тельного адреса

0 0 1 AФиксация кода адреса A с входной

шины

1 0 1 ADRХранение кода исполнительного

адреса

0 1 0 ADR + 1Увеличение на 1 кода исполнительного

адреса (инкремент)

1 1 0 ADRХранение кода исполнительного

адреса

0 1 1 ADR – 1Уменьшение на 1 кода исполнительного

адреса (декремент)

1 1 1 ADRХранение кода исполнительного

адреса

Таблица 4. Временные параметры установки и удержания сигналов управле-ния ECT, D1, D2 и адреса A относительно сигнала синхронизации C

Наименование параметра, еди-ница измерения

Обозначе-ние

Норма параметра

не менее не более

Частота следования импульсов тактового сигнала на входе С, МГц

fС — 40

Длительность сигнала высокого уровня на входе С, нс

tWH(С) 10 —

Длительность сигнала низкого уровня на входе С, нс

tWL(С) 10 —

Время установления адреса относительно сигнала C, нс

tSU(A) 5 —

Время удержания адреса относительно сигнала C, нс

tH(A) 5 —

Время установления сигналов управления ECT, D1, D2 относительно сигнала C, нс

tSU(ECT),tSU (D1),tSU (D2)

5 —

Время удержания сигналов управления ECT, D1, D2 относительно сигнала C, нс

tH(ECT),

tH (D1),

tH (D2)

5 —

При записи данных в микросхему во

избежание конфликта на двунаправлен-

ной шине Q рекомендуется предвари-

тельно перевести ее в «третье», выско-

импедансное состояние подачей на вход

CE сигнала высокого уровня. После окон-

чания переходных процессов (≤ 5 нс) на

шину Q можно подавать данные, пред-

назначенные для записи в микросхему, и

инициировать процесс записи (см. рис. 5).

ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯВременные диаграммы функцио-

нирования микросхемы показаны на

рисунках 4—7. Соответствующие вре-

менные параметры приведены в табли-

цах 4—6. Заштрихованные области на

рисунках означают произвольное зна-

чение сигналов на соответствующих

входах.

Page 80: Электронные компоненты №4/2010

80

ИЗ

МЕ

РИ

ТЕ

ЛЬ

НЫ

Е С

РЕ

ДС

ТВ

А И

СИ

СТ

ЕМ

Ы

WWW.ELCP.RU

Обычно векторные анализаторы цепей не используются для измерения групповой задержки аналоговых спутниковых транспондеров, работаю-щих по схеме прямой ретрансляции («прямая дыра»), хотя они и дают существенные преимущества по сравнению с методами, основанными на применении анализаторов спектра. Основная причина этого кроется в отсутствии доступа к ВЧ-тракту или опорным генераторам встроен-ных в транспондер гетеродинов. Статья описывает новый способ изме-рения групповой задержки конверторов со встроенным гетеродином с помощью анализаторов цепей Agilent PNA и PNA-X. Этот способ обладает повышенной скоростью измерения и существенно лучшей точностью по сравнению с традиционными методами.

НОВЫЙ ПОДХОД К ТЕСТИРОВАНИЮ

КОНВЕРТОРОВ СО ВСТРОЕННЫМ

ГЕТЕРОДИНОМ

ДЭВИД БАЛЛО (DAVID BALLO), Agilent Technologies

Векторные анализаторы цепей (ВА)

позволяют быстро и точно измерять

S-параметры различных ВЧ- и СВЧ-

устройств. S-параметры составля-

ют основу многих общих измерений,

таких как измерение коэффициента

усиления, согласования и групповой

задержки. И хотя традиционно изме-

рение S-параметров используется для

устройств, работающих без преобра-

зования частоты, таких как фильтры,

усилители и антенны, в последние

годы появились методы измерения

S-параметров для устройств, преобра-

зующих частоту, таких как смесители и

конверторы. Измерения на смесителях

и конверторах выполняются сравни-

тельно просто, если на тестируемое

устройство (ТУ) удается подать сигнал

внешнего гетеродина или если встро-

енный гетеродин ТУ и ВА можно синхро-

низировать от общего опорного гене-

ратора. Однако при отсутствии доступа

к ВЧ-тракту или опорному генератору

встроенного гетеродина измерение

групповой задержки ТУ со встроенным

гетеродином весьма затруднено.

ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СПУТНИКОВЫХ ТРАНСПОНДЕРОВНаиболее характерным типом кон-

верторов со встроенными гетеродинами

являются спутниковые транспондеры.

Аналоговые спутниковые транспондеры

с одним преобразованием применяются

уже много лет. Такой транспондер полу-

чает сигнал с наземной станции и пере-

дает его обратно на землю на другой

частоте. Подобная архитектура с одним

преобразованием частоты обладает

целым рядом преимуществ, и широко

применяется по сей день.

Для измерения характеристик

транспондеров необходимо выпол-

нить несколько ключевых измерений.

Во-первых, нужно убедиться в том, что

транспондер обладает достаточным

коэффициентом усиления для обрат-

ной передачи сигнала на землю. Затем

нужно проверить равномерность АЧХ,

чтобы убедиться в сохранении формы

сигнала во всем диапазоне частот.

Линейность фазы и групповой задерж-

ки во всем тракте передачи спутника

также очень важна для максимального

снижения взаимовлияния сигналов с

цифровой модуляцией. Для обеспе-

чения минимальных искажений при

подключении транспондера к антенно-

фидерной системе нужно измерить

согласование портов. И, наконец, важ-

ным показателем качества является

коэффициент шума, ибо потери сигнала

на пути распространения очень велики,

поэтому шум, вносимый приемником,

надо свести к минимуму.

Дополнительно усложняет ситуа-

цию то, что эти измерения надо выпол-

нять в широком диапазоне условий и

режимов. В первую очередь, совре-

менные спутниковые транспондеры

должны тестироваться в нескольких

частотных диапазонах. И посколь-

ку спутник работает в очень жестких

условиях космоса, для уверенности в

безотказной работе нужно накопить

большой объем результатов измере-

ний при разных температурах. И, нако-

нец, для достижения максимальной

надежности транспондеры обычно

тестируются на разных этапах разра-

ботки, начиная с уровня отдельных

цепей, затем на уровне модулей и,

наконец, на уровне системы. В связи с

необходимостью измерения большого

числа параметров в разных условиях

тестирование транспондеров отни-

мает очень много времени и создает

большой объем данных.

Дополнительно усложняет работу

дороговизна многих измерений. Они

выполняются на открытых полигонах,

в специальных испытательных отсеках

или, что еще сложнее, в климатических

вакуумных камерах, которые дороги

в эксплуатации и медленно набирают

необходимый режим. Когда эти тесты

выполняются незадолго до завершения

строительства спутника, работа ведет-

ся в чрезвычайно напряженном ритме,

что вызывает желание как можно ско-

рее закончить проект, чтобы спутник

можно было отправить на стартовую

площадку и, тем самым, ускорить

выплату изготовителю. Это давление

естественным образом трансформиру-

ется в желание максимально ускорить

измерения, чтобы быстрее собрать

огромный объем данных, необходимый

для подтверждения бесперебойной

работы спутника.

ТРАДИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕСТИРОВАНИЯТрадиционный подход к тестирова-

нию аналоговых спутниковых транс-

пондеров довольно прост. С генератора

сигналов на спутниковый транспондер

подают возбуждающий сигнал на соот-

ветствующих частотах, а анализатором

спектра измеряют выходной сигнал

транспондера.

С помощью источника сигнала,

анализатора спектра и направлен-

ных ответвителей (см. рис. 1) можно

выполнить скалярные измерения коэф-

фициента передачи преобразователя

и согласования входа. Для измерения

Page 81: Электронные компоненты №4/2010

ИЗ

МЕ

РИ

ТЕ

ЛЬ

НЫ

Е С

РЕ

ДС

ТВ

А И

СИ

СТ

ЕМ

Ы

81

Электронные компоненты №4 2010

Рис. 2. Для измерения фазы и групповой задержки конверторов с помощью ВА необходим эталонный смеситель, который выдает опорный сигнал той же частоты, что и выходная частота ТУ

Рис. 1. Традиционный скалярный метод измерения параметров транспондера с помощью генератора сигнала и анализатора спектра с внешними ответвителями и коммутаторами

групповой задержки обычно исполь-

зуется метод задержки огибающей, в

котором несущая с АМ или ЧМ пошаго-

во перестраивается по всему диапазо-

ну транспондера. Преимущество этого

подхода заключается в том, что он не

требует когерентности фазы между

измерительной системой и тестируе-

мым устройством, в результате чего не

нужен доступ к внутренним гетероди-

нам транспондера.

Однако традиционный метод воз-

действия/отклика обладает и суще-

ственными недостатками. По срав-

нению с использованием ВА, время

измерения значительно увеличива-

ется. Кроме того, страдает точность,

поскольку векторная коррекция

ошибок, применяемая обычно в ВА,

недоступна в комбинации генератор/

анализатор спектра. Измерение груп-

повой задержки по методу задержки

огибающей склонно давать зашумлен-

ные результаты и требует усреднения

для повышения отношения сигнал/

шум в ущерб скорости измерений.

И, наконец, в традиционной скаляр-

ной системе отсутствует информация

о векторных величинах. Современные

тесты транспондера зачастую тре-

буют измерения параметров S11 и S22,

что легко выполняется с помощью ВА.

Без этих S-параметров нельзя приме-

нять современные методы исключения

компонентов для устранения влияния

кабелей и измерительных адаптеров.

Это может стать большой проблемой

при отсутствии возможности выпол-

нить калибровку на измерительных

портах тестируемого устройства, что

зачастую и случается в климатических

вакуумных камерах.

ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОНВЕРТОРОВ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ВАИзмерение коэффициента передачи

преобразователя и векторного согла-

сования входа и выхода конверторов

со встроенными гетеродинами сильно

упрощается при использовании совре-

менных ВА, таких как анализаторы

цепей серии Agilent PNA или PNA-X.

Эти приборы позволяют независимо

настраивать источник воздействую-

щего сигнала и измерительные при-

емники, для чего используется режим

с отстройкой частоты (FOM). Такой под-

ход оказывается значительно быстрее

традиционного метода воздействия/

отклика, основанного на источнике

сигнала и анализаторе спектра. Более

высокая скорость по сравнению с при-

борами, управляемыми компьютером

по шине GPIB или по сети, достигается

за счет быстрой синхронизации источ-

ника сигнала и приемников во время

свипирования по частоте. Кроме того,

ВА имеет измерительные ответвители,

которые можно использовать для изме-

рения прямого и обратного сигнала,

получая значения параметров S11 и S22

с высокой точностью за счет векторной

коррекции ошибок.

В скалярных измерениях коэффици-

ента передачи преобразователя доступ

к гетеродину тестируемого устройства

не нужен. Полоса ПЧ анализатора долж-

на быть достаточно широкой, чтобы

отстройка от номинальной частоты

гетеродина вносила лишь незначитель-

ную погрешность. При необходимости

значение отстройки можно измерить за

одно лишнее свипирование, что позво-

ляет точнее настроить приемники на

выходную частоту ТУ и использовать

более узкую полосу ПЧ для снижения

шумов.

Для измерения фазы передачи (и

групповой задержки) в схему измере-

ния надо включить эталонный смеси-

тель, который подает сигнал, имеющий

ту же частоту, что и выходной сигнал

ТУ, на эталонный приемник ВА. Это

позволяет измерить сдвиг фазы между

эталонным и измеряемым сигналом,

что дает информацию о зависимости

фазы от частоты. Такая информация

позволяет легко рассчитать групповую

задержку путем дифференцирования

по конечной частоте.

На рисунке 2 показан пример при-

менения эталонного смесителя с при-

борами, подобными PNA-X, для изме-

рения конверторов без встроенных

гетеродинов. Эталонный смеситель

включается в тракт эталонного при-

емника с помощью соответствующих

разъемов на передней панели, которые

имеются у большинства современных

ВА. PNA-X позволяет упростить схему

тестирования за счет опционального

встроенного второго источника сиг-

нала, выдающего сигналы гетеродина.

Такая схема работает очень быстро,

поскольку два источника и приемники

синхронизируются аппаратными и про-

граммными средствами ВА.

Давайте представим, как расширить

эту схему измерения на устройства со

встроенными гетеродинами. Возможны

Page 82: Электронные компоненты №4/2010

82

ИЗ

МЕ

РИ

ТЕ

ЛЬ

НЫ

Е С

РЕ

ДС

ТВ

А И

СИ

СТ

ЕМ

Ы

WWW.ELCP.RU

Рис. 4. Сравнение шума конфигураций с общим гетеродином и с общим опорным генератором

три варианта, каждый из которых

характеризуется своим уровнем шумов

(а, следовательно, точностью), источ-

ником которых является фазовый шум

гетеродинов (см. рис. 3). Лучшим вари-

антом является метод с «синхронной

фазой» или с общим гетеродином. В

этой схеме имеется прямой доступ к

внутреннему гетеродину, поэтому его

сигнал можно подать на эталонный сме-

ситель. Следующим вариантом явля-

ется схема, в которой сам гетеродин

недоступен, но имеется доступ к его

опорному генератору, который можно

синхронизировать с опорным генера-

тором гетеродина эталонного смеси-

теля. Самым сложным является случай

полностью встроенного гетеродина,

который и встречается в большинстве

транспондеров.

Вариант с общим гетеродином дает

минимальный шум задержки, посколь-

ку фазовый шум гетеродина присут-

ствует и на эталонном (R1), и на изме-

рительном приемнике (B). Поскольку

измеряется разность фаз между этими

двумя приемниками, фазовый шум

гетеродина компенсируется. При изме-

рении ТУ со встроенным гетеродином

и доступом к опорному генератору эта-

лонный смеситель и ТУ используют раз-

ные гетеродины, синхронизированные

с общим опорным генератором (напри-

мер, 10 МГц). Это значит, что их средняя

частота совпадает, но флуктуации фазы,

вызванные собственным фазовым

шумом, будут различаться. Оба гете-

родина будут когерентны по частоте,

но не синхронны по фазе. Поскольку

сигналы эталонного и измерительного

приемников поступают от разных гете-

родинов, их фазовый шум не компен-

сируется при измерении разности фаз

между приемниками R1 и B, в отличие

от случая с синхронной фазой. Это при-

водит к повышению шума задержки,

как показано на рисунке 4.

К счастью, существуют три спосо-

ба снижения шума в несинхронных по

фазе измерениях задержки. Если гете-

родин ТУ, гетеродин смесителя и гете-

родин ВА синхронизированы от обще-

го опорного генератора, то сужение

полосы ПЧ приводит к снижению шума

в связи с уменьшением общего отно-

шения сигнал/шум. Другим широко

распространенным средством являет-

ся усреднение. Но и сужение полосы

ПЧ, и усреднение увеличивают время

измерения. Третий способ снижения

шума использует функцию сглажива-

ния. В этом случае к кривой приме-

няется фильтр скользящего среднего.

Сглаживание не замедляет измерений.

Обычно для достижения баланса между

скоростью и точностью измерений

применяют все три метода в некото-

рой комбинации, которую определяет

пользователь.

Наиболее сложным является случай

со встроенным гетеродином при отсут-

ствии доступа к гетеродину ТУ или его

опорному генератору. Такая ситуация

наиболее типична для спутниковых

транспондеров, поскольку ограниче-

ния, накладываемые на размер и массу

таких транспондеров, а также необхо-

димость защиты от помех исключают

простой доступ к гетеродинам на борту

спутника. В такой ситуации не удается

подключиться к гетеродину для обе-

спечения когерентной синхронизации

между ВА и транспондером. Именно

поэтому ВА раньше не использова-

лись для таких измерений, что сильно

препятствовало повышению скорости

измерений характеристик транспон-

дера. Тем не менее, компания Agilent

предложила метод, позволяющий обой-

ти эту проблему. Этот новый подход

обеспечивает стабильность частоты и

фазы, позволяя выполнять калибро-

ванные измерения фазы и групповой

задержки.

ДОСТИЖЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПО ЧАСТОТЕДля измерения фазы и групповой

задержки источник сигнала гетероди-

на для эталонного смесителя должен

генерировать сигнал с частотой, соот-

ветствующей выходной частоте транс-

пондера. Частота гетеродина эталонно-

го смесителя должна быть достаточно

близка к частоте гетеродина ТУ, чтобы

относительный дрейф фазы за время

измерения был невелик. Если эти часто-

ты будут близки, два сигнала ПЧ будут

выглядеть когерентными достаточно

долго, чтобы можно было выполнить

достоверные фазовые измерения. Эти

условия называют псевдокогерентной

синхронизацией частоты. С учетом

того, что в спутниковых транспонде-

рах обычно используются стабильные

источники сигнала, они позволяют

выполнять измерения групповой

задержки, на которых не сильно сказы-

вается отсутствие общего физического

подключения к гетеродину.

Для обеспечения соответствующей

псевдокогерентной синхронизации

между ТУ и измерительными прибо-

рами PNA-X (или PNA) разделяет изме-

рение гетеродина транспондера на

два измерения — грубое и точное.

Такой двухэтапный подход обеспечи-

вает необходимую точность частоты

за короткое время. В процессе грубой

Рис. 3. Шум групповой задержки зависит от конструкции гетеродина. Для обычного гетеродина шум минимален. Два гетеродина с общим опорным генератором дают промежуточный уровень шума. Труднее всего выполнять измерения с полностью встроенным гетеродином

Page 83: Электронные компоненты №4/2010

ИЗ

МЕ

РИ

ТЕ

ЛЬ

НЫ

Е С

РЕ

ДС

ТВ

А И

СИ

СТ

ЕМ

Ы

83

Электронные компоненты №4 2010

настройки на ТУ подается фиксиро-

ванный ВЧ-сигнал, а приемник PNA-X

выполняет свипирование в области

предполагаемой выходной частоты.

Разность частот между реальным и

ожидаемым сигналом (полученная на

основе номинального значения часто-

ты гетеродина ТУ) дает смещение

частоты, которое можно использовать

для максимально точной настройки

гетеродина смесителя на частоту гете-

родина ТУ.

Но одно лишь грубое свипирование

не обеспечивает необходимой точно-

сти оценки частоты гетеродина ТУ для

предотвращения расхождения фазы

между ТУ и PNA-X. Требуемую точность

частоты можно получить с помощью

другого метода, который используется

для тонкого свипирования. После гру-

бой подстройки сигнала гетеродина,

подаваемого на эталонный смеситель,

PNA-X измеряет зависимость разности

фаз эталонного и измерительного при-

емника от времени при фиксирован-

ной входной частоте и при фиксирован-

ной настройке приемников на грубую

выходную частоту ТУ. Любое малое

остаточное смещение частоты будет

проявляться в виде линейного изме-

нения фазы по времени. Наклон этой

зависимости можно точно оценить, что

дает значение смещения для тонкой

оценки.

После настройки гетеродина эта-

лонного смесителя в соответствии с

тонким значением смещения процесс

тонкой настройки можно повторить

несколько раз для получения хоро-

шей, субгерцовой оценки частоты

гетеродина ТУ. Снижение зависимо-

сти сдвига фазы от времени до полу-

чения горизонтальной характеристи-

ки за период измерения позволяет

создать условия псевдосинхрониза-

ции и зафиксировать сдвиг фаз между

двумя генераторами. Этот метод

значительно быстрее метода узкопо-

лосного свипирования приемников

PNA с большим числом измеритель-

ных точек. Грубая и точная настройка

могут выполняться в каждой точке

измерения групповой задержки. Это

обеспечивает когерентную зависи-

мость между измерительным прибо-

ром и тестируемым устройством.

ДОСТИЖЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПО ФАЗЕДаже после достижения псевдоко-

герентности по частоте будут наблю-

даться флуктуации абсолютной фазы

от свипирования к свипированию из-за

особенностей синтеза сигнала в анали-

заторах серии PNA. Однако фазу каждо-

го свипирования можно нормализовать

в некоторой точке кривой, а значит,

можно будет использовать столь же

эффективное усреднение, как и в слу-

Рис. 6. Для калибровки использовался метод векторной калибровки смесителя (ВКС) компании Agilent. Во время измерения сигнал гетеродина, подававшийся на калибруемый смеситель, не использовался

Рис. 5. Результаты измерения задержки в конфигурации со встроенным гетеродином, наложенные на результаты измерения в конфигурации с общим гетеродином. Заметно небольшое увеличение шума

чае общего гетеродина или общего

опорного генератора.

ВЫБОР ПОЛОСЫ ПЧВыбор полосы ПЧ в случае со

встроенным гетеродином — далеко

не очевидная вещь. Обычно для улуч-

шения отношения сигнал/шум полосу

ПЧ сужают. Однако в связи с тем, что

между измерительным прибором и ТУ

установлена не истинная синхрони-

зация по частоте, а псевдокогерент-

ная синхронизация, нестабильность

частоты измеряемого сигнала может

оказаться достаточно большой, чтобы

узкая полоса ПЧ привела к значитель-

ной ошибке измерения групповой

задержки. В такой ситуации более ста-

бильных результатов можно добить-

ся, расширяя полосу ПЧ. Оптимальная

полоса ПЧ обычно определяется эмпи-

рически.

Как уже упоминалось, применение

независимых гетеродинов повышает

шум групповой задержки из-за невоз-

можности скомпенсировать фазовый

шум гетеродина. Однако для полу-

чения приемлемых результатов для

устройств со встроенным гетероди-

ном можно использовать сглаживание

и усреднение, так как это делается в

случае с общим опорным генератором.

На рисунке 5 видно, что результаты

измерения встроенного гетеродина со

сглаживанием и усреднением, хотя и

имеют немного больший шум, прак-

тически совпадают с результатами,

полученными в конфигурации с общим

гетеродином.

СКОРОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯКак уже упоминалось, измерение

групповой задержки с помощью ВА

выполняется значительно быстрее, чем

традиционное пошаговое измерение с

помощью источника сигнала и анали-

затора спектра. Измерение характери-

стик устройства со встроенным гете-

родином по 201 измерительной точке

занимает при этом менее одной секун-

ды. Если предположить, что использует-

ся 10 усреднений, это даст примерно

9 с на измерение. Для выполнения тако-

го же измерения по методу модулиро-

ванной несущей (задержки огибающей)

обычно требуется несколько минут.

Если добавить к этому время на изме-

рение коэффициента передачи преоб-

разователя и качества согласования, то

измерительные системы на основе ВА

Page 84: Электронные компоненты №4/2010

84

ИЗ

МЕ

РИ

ТЕ

ЛЬ

НЫ

Е С

РЕ

ДС

ТВ

А И

СИ

СТ

ЕМ

Ы

WWW.ELCP.RU

могут дать выигрыш по времени более

чем в 100 раз.

КАЛИБРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫКомпания Agilent предлагает два

метода калибровки, предназначенные

специально для измерения параметров

смесителей и конверторов. Скалярная

калибровка смесителя (СКС) пред-

ставляет собой метод, основанный на

применении измерителя мощности,

который обеспечивает максимальную

точность измерения потерь преобра-

зования и коэффициента передачи пре-

образователя. СКС компенсирует рас-

согласование ТУ во время измерения

прямого сигнала, существенно снижая

помехи, вызванные рассогласованием.

Кроме того, СКС можно использовать

для измерения входного и выходного

согласования ТУ как по амплитуде, так

и по фазе.

Векторная калибровка смесителя

(ВКС) обеспечивает максимальную

точность измерения фазы и абсо-

лютной групповой задержки. В каче-

стве калибровочного эталона ВКС

использует смеситель с известны-

ми характеристиками и обычные

эталоны отражения. ВКС устраняет

ошибку по амплитуде и фазе в изме-

рениях как прямого, так и отражен-

ного сигнала. При выполнении ВКС

PNA-X подает сигналы гетеродина

и на эталонный, и на калибруемый

смеситель (см. рис. 6). Это значит,

что схема измерения синхронна по

частоте, что обеспечивает чистую

калибровку. Альтернативно, при

использовании модели PNA, в каче-

стве общего сигнала гетеродина

можно использовать внешний гене-

ратор. При измерении ТУ со встро-

енным гетеродином PNA-X (или

внешний генератор сигнала) также

подает сигнал гетеродина на эталон-

ный смеситель, а ТУ использует свой

встроенный гетеродин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕПрименение анализаторов цепей

Agilent PNA или PNA-X для тестирова-

ния конверторов с встроенными гете-

родинами дает выигрыш как по скоро-

сти, так и по точности, по сравнению

с традиционным скалярным методом

«воздействия/отклика», использующим

генератор сигналов и анализатор спек-

тра. Решение на основе ВА поможет раз-

грузить дорогостоящие испытательные

камеры, сократить время изготовления

и минимизировать стоимость проекта.

Демонстрацию измерения харак-

теристик устройства с встроенным

гетеродином с помощью PNA-X можно

посмотреть в интернете по адресу

wireless.agilent.com/vcentral/viewvideo.

aspx?vid=453.

СОБЫТИЯ РЫНКА

| HP И FOXCONN ЗАПУСТИЛИ СОВМЕСТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО В РОССИИ | Чуть меньше двух лет назад под Петербургом нача-

лось строительство завода, где Foxconn и Hewlett Packard планировали развернуть производство компьютеров под брендом

HP. По графику, завод должен был заработать во II кв. 2009 г., выпуская до 40 тыс. настольных ПК в месяц. Только первая очередь

застройки должна была занять площадь 32 тыс. кв.м, затем планировалось добавить к ней еще 20 тыс. На это производство

Foxconn и HP обещали потратить 50 млн долл.

Однако поздней осенью 2009 г. прошла информация, что проект заморожен на неопределенный срок. Казалось бы,

на идее можно было поставить крест, но внезапно дело сдвинулось с мертвой точки, и 28-го апреля этого года в поселке

Шушары, относящемуся к Пушкинскому району С.-Петербурга, запустили совместное производство персональных ком-

пьютеров HP.

На пресс-конференции перед торжественной церемонией запуска присутствовал Джим Чанг (Jim Chang), исполни-

тельный вице-президент Foxconn Technology Group. Мероприятие посетил и другой участник большой закладки — вице-

губернатор С.-Петербурга Михаил Осеевский.

Главным спикером от Hewlett Packard стал Эрик Кадор (Eric Cador), ст. вице-президент Группы персональных систем HP

в EMEA. Также за столом присутствовали генеральный директор «Фоксконн РУС» Андрей Коржаков и Бенуа Фагар (Benoit

Fagart), вице-президент Группы персональных систем HP в EMEA по управлению цепочками поставок.

Сложилось ощущение, что уважаемые гости соревнуются между собой в том, кто даст самый благожелательный, но в

то же время уклончивый ответ. В чуть менее официальной обстановке Андрей Коржаков сказал, что пошлины на готовые

компьютеры очень высоки, тогда как на комплектующие они ниже, а на ряд категорий и вовсе отсутствуют. Поэтому раз-

мещение сборочного цеха в России — способ существенно снизить себестоимость готовых компьютеров.

Еще один представитель организаторов заметил, что все чаще без наклейки «Сделано в России» к тендерам попросту

не допускают. Соответственно, для успешной продажи компьютеров государственным учреждениям HP была вынуждена

организовать производство в России.

На церемонии официального запуска производства прибыла губернатор С.-Петербурга Валентина Матвиенко. По

ее словам, завод Foxconn и HP представляет собой «первый объект кластера высоких технологий», создаваемый в

С.-Петербурге.

После торжественной части журналистов провели вдоль производственной линии. Пока на совместном производстве

планируют выпускать только настольные компьютеры, причем самые простые — семейства HP Compaq. Выяснилось,

что в комплектацию этих ПК входит процессор Intel Pentium E5400, жесткий диск на 320 Гбайт и 2 Гбайт ОЗУ. Разумеется,

использование дискретных видеоадаптеров не предусмотрено, т.к. применяется встроенное решение. При всей симпатии

к HP и Foxconn такую конфигурацию нельзя назвать высокотехнологичной. Но в школах и госучреждениях ей, конечно

же, будут рады.

От события осталось двойственное ощущение. С одной стороны, действительно хорошо, что такие гиганты как Foxconn

и Hewlett Packard начали собирать компьютеры в России. Возможно, их опыт позволит другим IT-компаниям заниматься в

нашей стране не только торговлей, но и производством.

В то же время обидно, что на исходе первого десятилетия XXI в. открытие линии по сборке пусть и породистых, но

очень простых компьютеров считается у нас событием, достойным участия в нем руководителя второго по величине

города страны.

www.russianelectronics.ru

Page 85: Электронные компоненты №4/2010

ПО

СЛ

Е Р

АБ

ОТ

Ы

85

Электронные компоненты №4 2010

Последняя статья в цикле, посвященном металлоискателям. Описаны основные особенности универсального металлоискателя, способного работать с различными типами поисковых катушек и искать металли-ческие предметы на глубине до трех метров.

Универсальный импульсный микропроцессорный металлоискатель ВМ8044-КОЩЕЙ 5ИМЮРИЙ КОЛОКОЛОВАНДРЕЙ ЩЕДРИН .

За несколько последних лет наборы

МАСТЕР КИТ NM8042 [1] и ВМ8042 [2]

получили широкое распростране-

ние среди радиолюбителей, однако

они не являются универсальными.

Предлагаемый в данной статье метал-

лоискатель ВМ8044-КОЩЕЙ 5ИМ (см.

рис. 1) лишен всех выявленных в преды-

дущих моделях недостатков и обладает

новыми сервисными возможностями.

Основные технические характеристики

металлоискателя приведены в табли-

це 1. Внешний вид печатной платы при-

бора показан на рисунке 2, а располо-

жение элементов — на рисунке 3.

ОПИСАНИЕРассмотрим некоторые новые осо-

бенности электронных блоков BM8044-

КОЩЕЙ 5ИМ. Во-первых, появилась воз-

можность работать с датчиком любого

типа — обычным, корзиночным, глу-

бинным, печатным и др. Это расширяет

функциональность металлоискателя и

делает его универсальным.

Во-вторых, настройки под конкрет-

ный датчик запоминаются в энергоне-

зависимых профилях. При оператив-

ной смене датчика соответствующие

профили переключатся автоматиче-

ски за счет правильно установленной

перемычки на разъеме датчика. Всего

предусмотрено 9 профилей. По умол-

чанию профили 1.1, 1.2, 1.3 закреплены

за печатным датчиком, профили 2.1, 2.2,

2.3 — за глубинным, профили 3.1, 3.2,

3.3 — за корзиночным. Пользователь

может переопределить назначение

профилей под свои нужды. Вторая

цифра в нумерации профиля обознача-

ет режим работы.

Следующая важная функция — это

автоматический баланс тракта. Баланс

выполняется не с помощью подстроеч-

ных резисторов, как раньше, а простым

нажатием кнопки. При этом динамиче-

ский диапазон регулировки значитель-

но расширен.

Незаменимая функция для батарей-

ного прибора — контроль питания. У

Рис. 1. Внешний вид электронного блока ВМ8044

Рис. 3. Расположение элементов

Рис. 2. Внешний вид печатной платы ВМ8044

ВМ8044-КОЩЕЙ 5ИМ эта функция зна-

чительно расширена. Имеется возмож-

ность оперативного контроля напря-

жения питания, возможность установки

порога разряда батареи под любой тип

аккумулятора. Кроме того, прибор

может контролировать и индицировать

ток выходного каскада. Это позволяет

пользователю объективно прогнозиро-

вать время работы прибора в каждом

режиме, соизмеряя ток и емкость акку-

мулятора. В приборе предусмотрена

автоматическая защита от перегрузки

по выходу, в т.ч. от короткого замыка-

ния в цепи датчика.

Наконец, в металлоискателе появи-

лась функция измерения индуктивно-

сти датчика в диапазоне 100–1500 мкГн

с погрешностью не более 5%.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ Рассмотрим более подробно допол-

нительные возможности универсаль-

ного металлоискателя ВМ8044-КОЩЕЙ

5ИМ.

1. Редактирование профилей в

автономном режиме.

Как указано в инструкции по экс-

плуатации, металлоискатель ВМ8044-

КОЩЕЙ 5ИМ имеет 9 профилей с зара-

нее установленными настройками под

Page 86: Электронные компоненты №4/2010

86

ПО

СЛ

Е Р

АБ

ОТ

Ы

WWW.ELCP.RU

Табл. 1. Основные технические характеристики металлоискателя

Параметр Значение

Максимальная глубина обнаружения объектов по воздуху с печатным датчиком

Монета (∅25 мм), см 30

Каска, см 60

Максимальная глубина, м 1,5

Максимальная глубина обнаружения объектов по воздуху с глубинным петлевым датчиком (1,2×1,2

м)Каска, м 1,4

Стальная бочка, м 2,0

Максимальная глубина, м 3,0

ИндикацияВизуальная ЖКИ 122х32

Звуковая многотональная

Время непрерывной работы с кислотным аккуму-лятором 1,3 А.ч

Экономичный режим, ч до 15

Обычный режим, ч до 8

Турбо-режим, ч до 5

рекомендуемые датчики и режимы.

Эти заводские настройки позволяют

решать типовые поисковые задачи. При

желании их можно изменять.

2. Измерение индуктивности дат-

чика.

Электронный блок ВМ8044-КОЩЕЙ

5ИМ имеет режим измерения индук-

тивности датчика. Точность измере-

ния составляет около 5% в диапазоне

100…1500 мкГн. Можно не только кон-

тролировать индуктивность штатных

датчиков, но и производить измере-

ния индуктивности других катушек, что

может быть полезно в радиолюбитель-

ской практике.

3. Подключение самодельных дат-

чиков.

У многих радиолюбителей часто

возникает желание попробовать свои

силы в разработке датчиков собствен-

ной конструкции (различных форм,

размеров, способа намотки и т.д.).

Однако большинство известных люби-

тельских и коммерческих конструкций

импульсных металлоискателей накла-

дывают достаточно жесткие требова-

ния на такие параметры датчиков, как

индуктивность, сопротивление обмот-

ки, межвитковая емкость. В этом случае

радиолюбителю приходится кропотли-

во соблюдать рекомендации авторов

разработки, иначе они рискуют полу-

чить неработоспособную конструкцию.

В противоположность такому подхо-

ду в электронном блоке ВМ8044-КОЩЕЙ

5ИМ предусмотрена возможность

оптимальной подстройки параметров

самого металлоискателя под имеющий-

ся, либо изготовленный датчик. В этом

случае, конечно, датчик также должен

удовлетворять некоторым требовани-

ям: его индуктивность, сопротивление

и межвитковая емкость должны быть

типичными для данных устройств. Тем

не менее, степеней свободы для твор-

чества становится больше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕОписанный универсальный им-

пульс ный металлоискатель Кощей

серии 8044 обладает обширными и

полезными техническими возможно-

стями. Важной особенностью является

отсутствие регулировок в электрон-

ной части прибора.

Мы также рады предложить Вашему

вниманию наборы для сборки поис-

ковых катушек «BM8044 датчик» и

«BM8041/42/44 датчик».

Компания «Мастер Кит» также выпу-

стила набор для «отверточной» сбор-

ки металлоискателя MK8044, в состав

которого входит электронный блок

BM8044, поисковая катушка, штанга-

держатель, аккумулятор, зарядное

устройство, сумка для переноски и

инструкция по эксплуатации. Более под-

робную информацию о наборах можно

найти на сайте www.masterkit.ru.

ЛИТЕРАТУРА1. Техническое описание набо-

ра NM8042//www.master kit.ru/main/set.

php?num=638

2. Техническое описание электронного

блока BM8042//www.masterkit.ru/main/set.

php?num=839

АНОНС НОВИНОК МАСТЕР КИТ

| МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЕ BASIC PIC МОДУЛИ СЕРИИ BM93XX | BM9300 — микроконтроллерный модуль серии BASIC Pic (I2C, USB, RS485).

Модули BM93xx — самое гибкое в мире электроники средство разработки микроконтрол-лерных систем. Набор электронных модулей BM93xx составлен более чем из 100 элементов, что позволяет быстро разработать, собрать и внедрить собственные конструкции любой конфигурации — от простейшего таймера до разветвленных систем сбора информации и управления производством, от любительского вольтметра до многоканального осциллографа и логического анализатора, от управления елочными гирляндами до совершенной системы управления «умным домом».

Модули BM93xx — увлекательное хобби для пользователей любого возраста. Это неза-менимое учебное пособие при изучении микроконтроллеров в школах и ВУЗах, а передовая элементная база и схемотехническое решение позволяет использовать их в серьезных про-изводственных процессах.

Модули предназначены для пользователей, которые:• знают, что такое микроконтроллер и что он может делать;• знают, зачем необходим тактовый генератор микроконтроллера;• знают, что такое алгоритм и что такое блок-схема;• знают, что такое язык BASIC или знают о его существовании;• имеют навыки работы с Windows (операции копировать, вставить и т.д.);• могут читать простые электрические схемы на основе транзисторов, кнопок, светодиодов и т.д.Если пользователь не обладает достаточными знаниями в той или иной области, ему не стоит паниковать — в начале

любого пути едва ли можно знать и понимать то, что понадобится в дальнейшем.Основные достоинства модуля:• быстрое проектирование;• свободный доступ к любой информации для развития проекта;• низкая стоимость.Электронные блоки BM93xx — миниатюрные монтажные платы, каждая из которых содержит законченную электрон-

ную конструкцию, типичную для модулей, используемых в современных микроконтроллерных системах.BM9300 включает в себя все необходимые узлы для автономной работы или работы в составе комплекта модулей серии

BM93xx.Модуль поддерживает работу с последовательными интерфейсами I2C, RS485, что позволяет создавать устройства с

многомодульной структурой, легко сопрягать их с необходимыми датчиками или исполнительными механизмами. Наличие гальванически развязанного интерфейса RS485 позволяет подключать модуль к сетям с протяженностью до 1200 м.

Полный перечень новинок «Мастер Кит» см. на www.masterkit.ru/main/bycat.php?num=40.

Page 87: Электронные компоненты №4/2010

ПО

СЛ

Е Р

АБ

ОТ

Ы

87

Электронные компоненты №3 2010

Многие современные микроконтроллеры рассчитаны на низкое напря-жение питания и могут работать от батареек. Тем не менее часто возникает необходимость использовать источник питания 5 В. В ста-тье предложена простая схема преобразователя напряжения питания с высоким КПД.

Эффективный преобразователь напряжения 5 ВДЭНИЭЛ ГОСС (DANIEL GOSS), инженер, Elektor

Когда напряжение питания схемы

может меняться в некотором диапазо-

не, то проще всего в качестве источни-

ка питания (ИП) использовать аккуму-

ляторы. Однако для работы некоторых

компонентов, например ЖК-панелей

и датчиков, требуется стабильное

напряжение, как правило, 5 В. Именно

для таких устройств подходит предла-

гаемый преобразователь напряжения

питания.

Схема может питаться от двух

аккумуляторов АА (общее напряже-

ние 2…2,4 В), двух литиевых бата-

рей (около 7,2 В) или их комбина-

ции. Максимальный выходной ток

150 мА достаточен для большинства

схем с батарейным питанием. Запуск

устройства и переключение между

режимами работы осуществляется

по команде микроконтроллера (МК).

Технические характеристики преоб-

разователя:

– входное напряжение 2…8 В;

– выходное напряжение 5 В;

– выходной ток до 150 мА;

– КПД ≥ 75%.

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВАГлавный элемент преобразова-

теля напряжения — повышающий

импульсный стабилизатор LT1302

(Linear Technology). В схеме он

используется в качестве несимме-

тричного первичного преобразо-

вателя, чтобы расширить входной

диапазон напряжений — преобра-

зователь работает как повышающий,

когда входное напряжение ниже 5 В,

и как понижающий, если напряжение

питания выше 5 В. Кроме того, мы

автоматически развязываем вход и

выход по постоянному току, когда

схема выключена.

Принципиальная схема устройства

показана на рисунке 1. Расположение

компонентов на печатной плате пока-

зано на рисунке 2. Поскольку у всех

компонентов шаг выводов одинаков и

равен 2,54 мм, то схему можно собрать

на макетной плате. К разъему К1 под- Рис. 2. Внешний вид печатной платы

Рис. 1. Принципиальная схема

ключается аккумулятор, выходной

сигнал берется с К3, а К2 предназна-

чен для тестирования. Минимальное

входное напряжение равно 2 В, это

значит, схема перестанет работать,

когда аккумуляторы разрядятся до 1 В

каждый.

На вывод 1 разъема К3 подается

стабилизированное напряжение 5 В.

Вывод BattSense используется АЦП МК

для считывания текущего напряжения

аккумулятора.

Выводы PowerOn и PowerHold

работают совместно. Если PowerOn

посажен на землю, преобразователь

запускается и вырабатывает выход-

ное напряжение 5 В. Для продолжения

работы МК должен подать высокий

уровень на вывод PowerHold. Если

теперь сигнал PowerOn отключить,

то схема все равно продолжит рабо-

тать, поскольку транзистор Т1 открыт.

МК может сам себя выключить, если

подаст на PowerHold низкое напря-

жение.

ПРИНЦИП РАБОТЫДля понимания принципа работы

устройства обратимся к структуре ста-

билизатора LT1302, изображенной на

рисунке 3.

В повышающем режиме рабо-

чий цикл начинается с переключе-

ния транзистора Q4. Он подключа-

Page 88: Электронные компоненты №4/2010

88

ПО

СЛ

Е Р

АБ

ОТ

Ы

WWW.ELCP.RU

Рис. 3. Структура с LT1302

ет к земле катушку L1 (см. рис. 1).

Конденсатор С5 разряжается через

катушку L2, и ток через нее увеличи-

вается. При открытом Q4 токи через

индуктивности L1 и L2 направлены

встречно и имеют примерно одина-

ковые величины.

Когда транзисторный ключ Q4 в IC1

закрывается, конденсатор C5 заряжа-

ется от входного напряжения через

индуктивность L1. Индуктивность L2

поддерживает ток, и на D3 создается

положительное напряжение, величина

которого превышает напряжение пита-

ния IC1 (т.е. входное напряжение схе-

мы). В течение примерно 4,5 мкс через

конденсатор С5 и катушку L2 заряжа-

ется накопительный конденсатор С6.

Затем транзистор Q4 снова открыва-

ется, и конденсатор С5 начинает раз-

Рис. 6. Подключение преобразователя к микроконтроллеру

Таблица 1. Перечень элементов

Резисторы R1,R2,R4 = 10 кОм, R3 = 10 Ом, R5 = 100 кОм, R6 = 560 кОм, R7 = 680 кОм

КонденсаторыC1,C6,C7 = 100 мкФ (25 В), C2,C8 = 100 нФ (100 В), C3 = 1 мкФ (танталовый, 25 В), C4 = 10 нФ (100 В), C5 = 220 мкФ (35 В)

Индуктивности L1, L2 = 33мкГн (2 A, 0,12 Ом), L3 = 27 мкГн (0,8 A, 0,26 Ом)

Полупроводниковые элементы

D1,D2 = BAT54S (SOT-23, STMicroelectronics), D3 = MBRS340 (SMC, ON Semiconductor) T1 = BSS138N (SOT-23, Infi neon) IC1 = LT1302 (SO-8, Linear Technology)

Другое K1, K2 = 2-выводной разъем, K3 = 5-выводной разъем

ряжаться через L2. Через катушку L1

снова течет ток.

Эти переключения продолжают-

ся до тех пор, пока напряжение на FB

(вывод 4 микросхемы IC1) не достигнет

1,245 В. Как только это происходит, вну-

тренний осциллятор 220 кГц в LT1302

выключается. Когда напряжение на FB

падает ниже 1,24 В, осциллятор вклю-

чается. Это повторяется примерно каж-

дые 4 цикла.

В понижающем режиме напря-

жение на FB достигает порогово-

го значения за один цикл, поэтому

осциллятор останавливается сразу.

Поскольку выход микросхемы IC1

изолирован от выхода схемы конден-

сатором С5, то ток перестает течь, и

выходное напряжение падает до тех

пор, пока на FB не установится 1,24 В,

после чего начинается следующий

цикл.

На выходе схемы напряжение

нестабильно. Для сглаживания колеба-

ний после конденсатора С6 установ-

лен фильтр L3, C7, C8. Для повышения

точности регулирования и установки

напряжения на выводе FB использует-

ся сложный делитель напряжения R5,

R6, R7.

Микросхема LT1302 включается,

если напряжение на входе выклю-

чения SHDN (вывод 3) имеет низкий

уровень. Если через резистор R2 на

этот вывод подается высокий уро-

вень, то LT1302 переходит в режим

ожидания.

Если МК или другое устройство

подает на вход транзистора Т1 высокое

напряжение, то на выводе SHDN уста-

навливается низкий уровень.

ПОДКЛЮЧЕНИЕНа рисунке 4 показан пример под-

ключения описываемого устройства

к МК ATtiny24. Выводы PowerOn и

PowerHold разъема К3 подключаются к

МК. Важно, чтобы PowerHold не остался

неподключенным, поскольку тогда Т1

не выключится полностью, и потребле-

ние схемы увеличится.

Резистор R1 используется в каче-

стве подтягивающего резистора.

Когда кнопка S1 нажата, включается

питание и на МК поступает сигнал

+5 В. МК подает высокое напряжение

на вывод PоwerHold. Транзистор Т1

в цепи питания открывается и под-

держивает схему в активном состо-

янии. По соответствующей команде

МК напряжение питания может быть

отключено.

При этом общий ток потребления

уменьшается до 20 мкА.

Поскольку в процессе прошивки или

отладки МК не сможет поддерживать

высокий уровень на PоwerHold, в схему

добавлен разъем К2. Он позволяет

тестировать и налаживать схему без

внесения временных изменений в ПО,

которые могли бы повлиять на рабо-

ту МК.

При подключении вывода BattSense

к АЦП микроконтроллера следует

иметь в виду, что используемый вход

должен иметь как можно более высо-

кий импеданс. Этот вывод подключен

напрямую к аккумулятору. Следует

иметь в виду, что напряжение на

BattSense не регулируется и не фильт-

руется.

Более подробную информацию о ком-

плекте можно найти на сайте Elektor

www.elektor.com. По вопросам приобре-

тения образцов или сотрудничества с

Elektor обращайтесь к Антону Денисову:

[email protected], тел.: 741-77-01.

Page 89: Электронные компоненты №4/2010

89

Электронные компоненты №4 2010

Новые компоненты на российском рынке

АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Новая линейка надежных MOSFET авто-мобильного стандарта от IR

Компания International Rectifier впер-вые пред-

ставила линейку новых MOSFET, сертифицированных согласно автомобильным стандартам для приложений, в которых требуется обеспечить высокую надежность и малое сопротивление открытого канала транзисто-ра. Такими приложениями являются электроусилите-ли руля, элементы для управления двигателем, DC/DC-преобразователи, переключатели, другие устройства как автомобильной, так и неавтомобильной электрони-ки, в которых требуется повышенная надежность. Новые транзисторы, разработанные по технологии IR Gen 10.2, достигают значения сопротивления канала в открытом состоянии 1 мОм, имеют диапазон напряжений от 24 до 100 В и выполнены в самых разнообразных корпусах.

Буквенное обозначение новой серии данных транзисто-ров начинается с AUIRF*. Автомобильные MOSFET проходят динамическое и статическое тестирование, а также 100-% автоматический визуальный контроль на всех этапах про-изводства для того, чтобы обеспечить соответствие авто-мобильным стандартам качества с целью свести к миниму-му возможность появления любых возможных дефектов. Стандарт AEQ-Q101 требует, чтобы сопротивление откры-того канала изменялось не более чем на 20% после тысячи температурных циклов тестирования. Однако, при расши-ренном тестировании приборы серии AU* от IR демонстри-руют максимальное изменение сопротивления менее 10% после 5000 температурных циклов, тем самым подтверж-дая свое высокое качество и надежность.

International Rectifierwww.irf.comДополнительная информация:см. «Компэл»», ЗАО

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Модуль для вычисления параметров синусоидального сиг-нала

В модуле применен алгоритм, обладающий следующими особенностями:

– без сглаживающего окна;– без Фурье-анализа и преобразования Гильберта;– работает в режиме реального времени.Области применения модуля:– UPS с HotSync;– быстродействующие блоки для защиты от бросков

напряжения;– быстродействующие анализаторы качества электроэ-

нергии;– измерители амплитуды и частоты переменного напря-

жения/тока/мощности с высокой частотой обновления пока-заний.

[email protected]

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Мощные стабилизаторы с широким диапазоном входных напряжений от Analog Devices

Компания Analog Devices предлагает две новых микросхемы — ADP2300 и ADP2301. Это мощные стабилизаторы напряжения с входным диапазоном 3,0…20 В, постоянной рабочей частотой и встроенным

силовым MOSFET-ключом, обеспечивающим ток в нагрузке до 1,2 А.

Рабочие частоты 700 кГц (ADP2300) или 1,4 МГц (ADP2301) предоставляют возможность оптимального выбора между КПД и габаритами всего решения. Встроенные схемы контро-ля тока и «мягкого» старта позволяют эффективно работать на динамическую нагрузку и исключить броски тока и напря-жения. Микросхемы содержат также традиционную защиту от короткого замыкания и перегрева.

Основные области применения:– замена линейных стабилизаторов для питания цифро-

вых схем;– преобразование напряжения;– телекоммуникационная аппаратура;– промышленная и измерительная техника;– медицинские приборы;– бытовая электроника.Основные характеристики:– диапазон входных напряжений: 3,0…20,0 В;– диапазон выходных напряжений: от 0,8 В до 0,85×UВХ;– максимальный выходной ток: 1,2 А;– КПД: до 91%;– точность поддержания выходного напряжения: 2% (во

всем диапазоне рабочих температур);– номинальный ток потребления: 800 мкА;– диапазон рабочих температур: –40…85°С;– тип корпуса: 6-TSOT.Analog Devices Inc.www.analog.comДополнительная информация:см. «Элтех», ООО

Новый многофункцио-нальный драйвер для балластов HID-ламп от IR

Компания International Rectifi er представила многофункциональную микросхему управления балластом газоразрядных ламп высокой интенсив-ности (HID) IRS2573DS для промышленных приложе-

ний малой, средней и большой мощности, включая системы освещение предприятий розничной торговли, общее внеш-нее освещение и уличное освещение. 600-В микросхема IRS2573DS включает 2-режимный понижающий преобразова-тель и полномостовой драйвер.

Усовершенствованная понижающая топология устройства обеспечивает режим с непрерывным током (continuous-conduction mode) во время прогрева лампы и режим критической проводимости (critical-conduction mode) в установившемся состоянии. Полномостовой драй-

Page 90: Электронные компоненты №4/2010

90

WWW.ELCP.RU

вер включает выходы для управления верхним и нижним ключем, а также встроенные вольтодобавочные MOSFET.

Драйвер IRS2573DS обеспечивает высокую степень гиб-кости и программируемости. Устройство включает блок контроля работы лампы в различных режимах, включая зажигание, прогрев, работа в стабильном состоянии и отказ, а также схему умножителя для точного измерения и контроля мощности лампы. Кроме того, IRS2573DS обеспечивает ком-плексное обнаружение отказов и диагностику разомкнутой цепи, короткого замыкания, сбоев при зажигании и нагреве, условий окончания срока службы лампы, а также содержит устройство управления зажиганием лампы и таймер.

Краткие характеристики устройства указаны в таблице.

Наименование Корпус Uoff , ВUвых.

(макс.), В

Iвых. вытек.,

мА

Iвых. втек.,

мА

«Мертвое» время, мкс

IRS2573DS SO28-WB 600 15,6 180 260 1,2

International Rectifierwww.irf.comДополнительная информация:см. Представительство IR Интернешнл Холдинг, Инк. в России, странах СНГ и Балтии

МК И DSP

Расширение семейства процессоров 4-го поколе-ния SHARC от Analog Devices

Семейство высокопро-изводительных процессо-ров с плавающей точкой SHARC от Analog Devices пополнилась новыми чипами. Теперь произво-дительность в 1,6 Гфлопс и 800 МMAC доступна

также для разработчиков, предпочитающих LQFP-корпуса. Процессор имеет классическую для SHARC супергарвард-скую архитектуру, содержит встроенное статическое ОЗУ 5 Мбит, аппаратные средства быстрого преобразования Фурье и фильтрации, а также весьма развитую периферию, в том числе интерфейсы PWM, SPORT, SPI, TWI и Digital Applications Interface (DAI).

Семейство SHARC расширено специализированными низ-копотребляющими процессорами, выполненными по 65-нм технологии, с рабочей частотой до 266 МГц. В кристалл также встроен датчик температуры, позволяющий контролировать рассеиваемую мощность.

Процессоры 4-ого поколения SHARC ADSP-214XX представ-ляют собой относительно недорогие высокопроизводитель-ные решения для таких областей применения, как высокоточ-ные системы позиционирования и управления, медицинское оборудование, обработка звуковых и широкополосных сигна-лов и другие приложения, где требуется широкий динамиче-ский диапазон, доступный только с применением плавающей точки.

Характеристика ADSP-2146x ADSP-2148x ADSP-2147x

Частота ядра, МГц 450 400 266Питание ядра, В 1,1 1,0 1,2

Статическое ОЗУ, Мбит 5 3…5 3…5Интерфейс памяти SRAM, DDR2 SRAM, SDRAM SRAM, SDRAMРазрядность, бит 16 16 16

Блоки передискретизации 8 8 8PWM 4 4 4SPORT 8 8 8

S/PDIF Rx/Tx 1 1 1Аппаратные ускорители БПФ/ КИХ/ БИХ БПФ/ КИХ/ БИХ БПФ/ КИХ/ БИХ

Технология плотного кода Да Да ДаTWI (I2C) 1 1 1

Тип корпуса 324 ball BGA176-lead LQFP100-lead LQFP

100-lead LQFP196 ball BGA

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

Оценочная плата для новых процессоров SHARC от Analog Devices

Компания Analog Devices представила оценочную плату для новых процессоров SHARC 21489 EZ-KIT по цене 495 долл. США (цена без стоимости доставки и налогов). Оценочная плата пред-

назначена для быстрого создания прототипов и выполнения разработок на базе новых процессоров SHARC: ADSP-21483, ADSP-21486, ADSP-21487, ADSP-21489.

Плата содержит набор всей необходимой периферии, а также встроенный JTAG-эмулятор, позволяющий подключать оценочную плату непосредственно к USB-порту компьютера.

Характеристики оценочной платы SHARC 21489 EZ-KIT Lite

Процессор ADSP-21489: 176-LQFP

Внешняя флэш-память 4M x 8-бит, ST Micro M29W320EB

Внешнее динамическое ОЗУSDRAM Memory: 16Mбайт x 16 бит, Micron MT48LC16M16A2P-6A

Внешнее статическое ОЗУ Asynch SRAM: 1M x 16 бит, ISSI IS61WV102416BLL-10TLI

Внешняя память через интер-фейс SPI

SPI Memory: 16 Mбит

Аудио-кодек AD1939

Аудио-разъемы SPDIF: RCA phone jacks

Датчик температуры ADM1032

Интерфейс RS232 UART: ADM3202 RS-232

Питание 5 В @ 3,6 А

ИндикаторыПитание, сброс, температура и 8 индикаторов общего назначения

КнопкиСброс, 2 кнопки, связанные с DAI, 2 кнопки, связанные с IRQ/Flag

Интерфейсы расширенияSHARC Expansion Interface II: AMI, Flags/IRQs, DAI, DPI, PWR_IN, 3,3 В, GND

Дополнительные функцииОтладочный интерфейс Debug Agent, WDT, MP JTAG IN/OUT

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

СВЕТОТЕХНИКА И ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

Мощные SMD-светодиоды переменного тока серии AC LED от компании Everlight

Мощные светодиоды в подавляющем большинстве требуют стабилизирован-ного постоянного тока. Поэтому для их работы необходимы блоки пита-ния, которые выполняют функции преобразования, фильтрации и коррекции токов в соответствии с тре-бованиями соответствую-щих стандартов.

Альтернативным под-ходом является использо-

вание светодиодов переменного тока, разработанных компа-нией Everlight. Новинкой данного класса устройств являются SMD-светодиоды серии AC LED. Светодиоды данной серии сочетают удобство непосредственного питания от бытовой сети с практичным и компактным корпусом для поверхност-ного монтажа размерами 10 × 10 × 5,4 мм. Мощность этих светодиодов составляет до 4 Вт.

На базе SMD-светодиодов серии AC LED возможно созда-ние простых и надежных сверхтонких источников основного освещения и фоновой подсветки, в которых отсутствуют

Page 91: Электронные компоненты №4/2010

91

Электронные компоненты №4 2010

потери на преобразование тока и не требуются дополнитель-ные блоки питания.

Everlight Electonicswww.everlight-electronics.ruДополнительная информация:см. «Политекс», ООО

Оранжерейные светоди-одные лампы Everlight GL-Flora

Способность светодио-дов вырабатывать мощ-ный монохромный поток в определенном спектраль-ном диапазоне взята на вооружение агрономами. Даже естественное сол-нечное освещение явля-ется далеко не идеальным для роста растений, т.к. не все элементы видимого спектра благоприятны для фотосинтеза. Поэтому выбор искусственных световых источников

заданных волновых характеристик является перспективной задачей развития оранжерейных и сельскохозяйственных культур.

Специализированная серия светодиодных ламп GL-Flora от компании Everlight разработана с целью повышения эффективности труда современных растениеводов. Высокоточный подбор сверхярких светодиодов позволяет обеспечить идеальные условия для рекордно быстрого роста зеленого покрова. Отсутствие паразитных спек-тров, экономичное энергопотребление и экологически чистое безсвинцовое исполнение способствуют созданию комфортного микроклимата и быстрой окупаемости этих долговечных источников. Стандартное для ламп дневного света конструктивное исполнение типоразмера G5 делает переход на новый тип оранжерейного освещения простым и удобным.

Everlight Electonicswww.everlight-electronics.ruДополнительная информация:см. «Политекс», ООО

Мощный драйвер светодиодов Macroblock MBI6651

Рабочие токи современных мощных светодиодов составляют более 1 А. Поэтому такая нагруз-ка накладывает соответствую-щие требования на их систему питания. Использование спе-циализированных светодиодных драйверов стало необходимым и достаточным условием стабилиза-ции номинального рабочего тока и контроля мощных светодиод-ных цепей.

В данном ряду внимание разработчиков привлекает микросхема MBI6651, созданная специалистами компании Macroblock. При минимуме внешней обвязки драйвер позволяет оперировать токами до 1,2 А, используя входное напряжение до 40 В. Расширенный диапазон рабочих тем-ператур –40…85°С обеспечивает возможность использо-вания световых источников с подобными блоками питания в широком спектре приложений, в том числе в системах автомобильного и уличного освещения. В микросхемах предусмотрена возможность внешнего управления рабо-чими токами посредством диммирования, что позволяет создавать системы управления яркостью и мощные полно-цветные элементы динамической подсветки. Микросхема выпускается в трех корпусных исполнениях — TO-252-5L, SOT-23-6L и MSOP-8L, что расширяет возможность выбо-ра разработчиком конструктивного решения. Защита от короткого замыкания, обрыва и превышения рабочей тем-пературы обеспечивает надежность драйвера Macroblock MBI6651 при его использовании в системах светодиодного освещения.

Macroblock Inc.www.macroblock.ruДополнительная информация:см. «Политекс», ООО

«Компэл»», ЗАО115114, Москва, ул. Дербеневская, д.1,под. 28, офис 202Тел.: +7 (495) 995-09-01Факс: +7 (495) [email protected] www.compel.ru

«Политекс», ООО123308, Москва, Хорошевское ш., 43-ВТел./факс: (495) [email protected]. ru

Представительство IR Интернешнл Холдинг, Инк. в России, странах СНГ и Балтии

107023, Москва, Семеновский пер., 15, комната 103Тел./факс: (495) [email protected]

«Элтех», ООО198035, С.- Петербург, ул. Двинская, 10, к. 6АТел.: +7 (812) 635-50-60Факс: +7 (812) [email protected]

СОБЫТИЯ РЫНКА

| КОНСОРЦИУМ SFF-SIG ПРЕДОСТАВЛЯЕТ ПОИСК ПРОДУКТОВ В РЕЖИМЕ ОН-ЛАЙН | Консорциум поставщиков встраиваемых компонентов, плат и систем Small Form Factor Special Interest Group (SFF-SIG) разместил базу данных продуктов, доступных для поиска, на своем сайте.

Компании-члены консорциума могут размещать в базе данных информацию о своих продуктах и OEM-производителях для поиска в режиме он-лайн. База данных обеспечивает классификацию продуктов по семи спецификациям, выпущенным SFF-SIG, и устанавливает восемь категорий продуктов, в том числе центральные процессоры, платы расширения ввода/вывода, накопители данных и разъемы.

Информационная справка о продукте содержит фото, перечень особенностей, описание и ссылку на техническую доку-ментацию в pdf-формате. Кроме того, имеется ссылка на сайт компании-члена консорциума.

За последние три года, с того момента, когда консорциум SFF-SIG представил свою первую спецификацию для SUMIT-интерфейса, число доступных продуктов, в которых реализована спецификация SFF-SIG, существенно увеличилось.

www.russianelectronics.ru

Page 92: Электронные компоненты №4/2010