Электронные компоненты №6/2010 by Oleg Polikarpov

содержание

№6/2010 6 «КБ Навис»: серийность, мультисистемность, конкурентоспособность

30 Хеннинг Хауэнштайн Высоковольтные ИС для надежных платформ управления электроприводом

9 Знакомьтесь: ОАО «Завод полупроводниковых приборов»

32 Универсальный высоковольтный LED-драйвер IL9910 ОАО «Интеграл»

РЫНОК

34 Стив Нос Обеспечение электрического питания ПЛИС с помощью мощных линейных LDO-стабилизаторов

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

21 Брайан Кинг Управление синхронными выпрямителями с помощью гальванической развязки для цифровых сигналов 25 Бригитта Хауке Расчет силового каскада повышающего преобразователя 28 Валерий Иванов Преобразователь напряжения 1273ПН1Т для стабилизированных источников питания бортовых систем

39 Боладжи Оджо Не такие уж и пассивные компоненты 42 Борис Больщиков, Алексей Халявин, Василий Барган Наноконденсатор: новый подход к получению унифицированных керамических емкостных элементов 46 Павел Усачев Современные инновационные решения для высококачественных разъемов 52 Кендал Кастор-Перри Полосовой фильтр: не пренебрегайте катушкой

журнал для разработчиков

12 Максим Соломатин Применение компонентов International Rectifier для синхронного выпрямления

Руководитель 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 подписка: Марина Панова, Василий Рябишников; вёрстка, дизайн: Александр Житник; Михаил Павлюк; директор издательства: Михаил Симаков Адрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35 тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; эл. почта: elecom@ecomp.ru, www.elcp.ru ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА: Мир электроники (Самара): 443080, г. Самара, ул. Революционная, 70, литер 1; тел./факс: (846) 267-3139, 267-3140; е-mail: info@eworld.ru, www.eworld.ru. Радиоэлектроника: 620107, г. Екатеринбург, ул. Гражданская, д. 2, тел./факс: (343) 370-33-84, 370-21-69, 370-19-99; е-mail: info@radioel.ru, www.radioel.ru. ЭЛКОМ (Ижевск): г. Ижевск, ул. Ленина, 38, офис 16, тел./факс: (3412) 78-27-52, е-mail: office@elcom.udmlink.ru, www.elcompany.ru. ЭЛКОТЕЛ (Новосибирск): г. Новосибирск, м/р-н Горский, 61; тел./факс: (3832) 51-56-99, 59-93-31; е-mail: info@elcotel.ru, www.elcotel.ru. Издательство «Электроника инфо» (Минск): 220015, г. Минск, прз. Пушкина, 29 Б; тел./факс: +375 (17) 251-6735; е-mail: electro@bek.open.by, electronica.nsys.by. IMRAD (Киев): 03113, г. Киев, ул. Шутова, д. 9, оф. 211; тел./факс: +380 (44) 495-2113, 495-2110, 495-2109; е-mail: imrad@tex.kiev.ua, www.imrad.kiev.ua Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory». Использование материалов возможно только с согласия редакции. При перепечатке материалов ссылка на журнал «Электронные компоненты» обязательна. Ответственность за достоверность информации в рекламных объявлениях несут рекламодатели. 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 10.06.2010 г. Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 3000 экз. Изготовлено ООО «Группа Море». г. Москва, Хохловский пер., д. 9. Тел.: +7 (495) 917-80-37.

Электронные компоненты

www. elcp.ru

56 Константин Калаев Линейность и шумовые характеристики резисторов Vishay, изготовленных по технологии Bulk Metal® Foil

СТАНДАРТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ И ПАМЯТЬ 78 Леонид Авгуль, Борис Иванов, Виктор Кряжев, Сергей Курносенко, Сергей Терешко Микросхема быстродействующего восьмиразрядного буферного формирователя 5861АП1У

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ 58 Леонид Акиншин О новизне процессоров Intel Core i3/i5/i7. Часть 2

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 80 Владимир Кондратьев OLED-технология — перспективное решение для систем освещения?

СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ СОДЕРЖАНИЕ

62 Виктор Охрименко FSK-модемы для PLC-связи: стандарты, производители, компоненты

ПОСЛЕ РАБОТЫ 85 Сергей Слепнев Цифровой USB-термометр BM1707 с мониторингом температуры через интернет

68 Грэг Лара Создание периферийных устройств с поддержкой PCI Express на основе FPGA

87 Тон Гисбертс, Тейс Бэкерс Альтернативный источник питания для Hi-Fi-систем

АНАЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ 72 Дейв Коулман, Майкл Мирмак Моделирование компонентов шины Intel QPI

WWW. ELCP.RU

НОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ

contents # 6 / 2 0 1 0

E LEC TRO N I C COM PO N E NT S #6 2010 MARKET

EMBEDDED

6 KB Navis: Commercial, Multisystem and Competitive

58 Leonid Akinshin Newness of Intel Core i3/i5/i7 Processors. Part 2

9 Meet the OAO ZPP Fab

POWER IC

NETWORKS AND INTERFACES

12 Maxim Solomatin Use of International Rectifier Components for Synchronous Rectification

62 Victor Okhrimenko FSK Modems for PLC Connectivity: Standards, Manufacturers and Components

21 Brian King Controlling Synchronous Rectifiers with Digital Isolators

68 Greg Lara Low-Cost PCI Express-Compliant FPGAs Enable a Plethora of Peripherals

25 Brigitte Hauke Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage

ANALOG 72 Dave Coleman and Michael Mirmak Time Domain Modeling and Simulation of Intel QuickPath Interconnect Circuits

28 Valery Ivanov 1273PN1Т Converter for Constant Power Supplies of On-Board Systems

TYPICAL DIGITAL IC AND MEMORY 30 Henning Hauenstein Using HVICs for Robust Motion Control Platforms

78 Leonid Avgul, Boris Ivanov, Victor Kryazhev, Sergey Kurnosenko and Sergey Tereshko High-Speed 8-bit Buffer Gate 5861AP1U

32 General-Purpose High-Voltage LED Driver 34 Steve Knoth Powering FPGAs with High Current LDOs Require Low Noise, Low Dropout & Fast Transient Response

THEORY AND PRACTICE 80 Vladimir Kondratiev How Much is OLED Promising?

PASSIVE 85 Sergey Slepnev Digital USB Thermometer VM1707 with Temperature Monitoring through Internet

42 Boris Bolshchikov, Alexey Khalyavin and Vasily Bargan Nanocapacity: New Approach to Building Unified Ceramic Capacitive Elements 46 Pavel Usachev Innovative Solutions for High-Quality Connectors 52 Kendall Castor-Perry Fainting in Coils: Filters and Their Inductors

87 Ton Giesberts and Thijs Beckers Alternative Power Supply for Hi-Fi Systems

NEW COMPONENTS IN THE RUSSIAN MARKET 89

56 Konstantin Kalaev Linearity and Noise Parameters of Bulk Metal® Foil Resistors

Электронные компоненты №6 2010

СОДЕРЖАНИЕ

39 Bolaji Ojo IP&E: Passive in Name Alone

AT LEISURE

«КБ НАВИС»: СЕРИЙНОСТЬ, МУЛЬТИСИСТЕМНОСТЬ, КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ Интерес к компании «КБ Навис» у нас возник не случайно. Выступая на организованной ИД «Электроника» конференции «Датаком — передача данных», которая состоялась в начале июня этого года, Георгий Шульгин, руководитель направления коммерческих модулей «КБ Навис», заявил, что в 2011 г. «КБ Навис» намеревается выпустить 1 млн навигационных модулей. Эта цифра горячо обсуждалась в кулуарах конференции. Учитывая крайне противоречивые сообщения прессы о состоянии дел по развитию системы ГЛОНАСС, мы решили получить информацию из первых уст, встретившись с Георгием в стенах «КБ Навис».

РЫНОК

— Расскажите, пожалуйста, об истории, структуре, численности, деятельности компании, в т.ч. о финансовых аспектах. — Компания «КБ Навис» была создана в 1996 г. в Москве. Изначально она занималась разработкой специальной навигационной аппаратурой ГЛОНАСС/GPS. За время своей деятельности было разработано и запущено в серийное производство более 70 видов оборудования для навигации. В настоящее время в «Нависе» работает свыше 400 человек. В компании имеется собственное КБ и производство. Примерно 200 человек работают на производстве, около 100 человек — в КБ и столько же — обслуживающий персонал. В Москве находится главный офис компании; в Петербурге — подразделение, которое занимается, в основном, морской тематикой специального назначения. Годовой оборот компании за прошлый год составил свыше 1 млрд руб. По имеющимся у нас данным, которые были предоставлены на НАВИТЕХ2010, «КБ Навис» занимает порядка 73% рынка ГЛОНАСС/GPS в России. Всего мы выпустили более 100 тыс. навигационных модулей для коммерческого сегмента. Наши основные потребители — разработчики систем мониторинга транспорта, в т.ч. для нужд МВД и МЧС. В прошлом году было выпущено около 50 тыс. модулей, остальные — за период 2004— 2008 гг. Первые коммерческие модули (модуль GNSS) стали выпускаться с 2001 г. Модули Navior 24 следующего поколения были уже более пригодны для использования в портативных системах и также применяются в

WWW.ELCP.RU

системах синхронизации времени, в т.ч. в станциях CDMA, Wi-Fi. Затем был выпушен модуль СН-4706, который также стал выпускаться серийно. На нем разрабатывается большинство отечественной коммерческой аппаратуры с использованием сигналов ГЛОНАСС/GPS. Это наиболее коммерчески успешное изделие на отечественном рынке. — В России есть перспективы выпуска отечественных конструктивно и функционально законченных приборов размером с сотовый телефон или встраиваемых в него? — В настоящее время у нас есть прототип трехдюймового навигатора. Он сделан совместно с партнерами из фирмы «Вобис компьютер» (системный интегратор на отечественном рынке навигаторов и коммуникаторов) на основе нашего нового модуля NV08C. Серия модулей NV08C в настоящее время существует в двух модификациях (NV08C-MCM и NV08C-CSM). Это модули полностью нашей разработки. Кристаллы выполнены по технологии 90 нм. В России таких заводов нет, поэтому мы делаем их в Японии. Это полностью законченное изделие состоит из аналоговой и цифровой части и не требует установки дополнительных компонентов — т.н. «обвязки». Потребление модуля NV08C-МСМ (позиционируемом нами для носимых устройств) в режиме поиска — 150 мВт. В стандартном режиме работы его потребление составляет порядка 100 мВт. Имеется возможность снизить его потребление за счет перевода в импульсный режим работы, когда по всем системам ГЛОНАСС/GPS/GALILEO энергопотребление составляет 20 мВт.

— Зачем предусмотрен дифференциальный режим? Разве он востребован? — Наши модули принципиально отличаются от всех остальных коммерческих модулей тем, что в них реализован режим дифференциального приема (в соответствии с рекомендациями RTCM) и прием широкозонных поправок SBAS. Также в модулях реализован режим Assisted GNSS. Дифференциальный режим позволяет повысить точность навигационных определений до 1 м. А при использовании режима A-GNSS возможно снижение времени старта модуля до 3 с при «холодном» старте (когда у приемника нет сохраненной информации). В настоящее время проходит тестирование пилотной зоны режима A-GNSS в Москве и Петербурге. — NV08C — это классический модуль для потребительской аппаратуры? Какова его цена? Сколько времени вы его разрабатывали? — Стоимость модуля от 15 долл., цена зависит от объема партии. Разработка началась в конце 2008 г., а в ноябре 2009 г. были получены первые образцы. Сейчас мы тестируем третью (инженерную) версию этого модуля. В дальнейшем мы перейдем на модули серии NV08C в разных исполнениях: корпусные NV08C-CSM и бескорпусные NV08C-MCM. В этом году мы продолжим выпускать модули СН-4706 и в 2011 г. будем обеспечивать поставки и поддержку этих модулей. С 2011—2012 гг. все разрабатываемые изделия будут производиться на модулях серии NV08C. В настоящее время мы подготовили и передали техническую документа-

— Какую часть доходов компании занимает военное направление? — Сейчас это основное направление деятельности компании. Коммерческое направление начало развиваться с начала 2000-х гг., но основное количество модулей было продано в течение 2008—2009 гг. С выходом модулей серии NV08C мы планируем серьезно расширять коммерческое направление. — Как вам удалось опередить другие компании? — «КБ Навис» с момента своего образования занимается разработкой и производством навигационной аппаратуры в соответствии с высокими требованиями качества и надежности. Эти же критерии мы закладываем при разработке коммерческих изделий. «КБ Навис» — это одна из немногих компаний на российском рынке навигационных устройств, которая занимается серийным выпуском изделий. Другие фирмы, занимающиеся навигационными изделиями, как правило, делают мелкосерийные, штучные партии модулей. У нас каждое изделие проходит полный цикл тестирования, поэтому мы выпускаем качественную аппаратуру и обеспечиваем минимальное количество брака. В настоящее время конкуренты только осваивают производство модулей — аналогов нашего модуля СН-4706, разработку которого мы начали 5 лет назад и уже серийно выпускаем его несколько лет. Кроме того, нашим преимуществом является то, что все используемые в модулях чипсеты — собственная разработка «КБ Навис». Мы полностью контролируем их качество и производим любое количество, необходимое для выпуска модулей. Наши модули также отличает то, что они могут работать с дифференциальными сервисами, которые устройства других производителей не поддерживают. — Вы вложили большие деньги в разработку, теперь их надо возвращать. Вы собираетесь выпускать полностью законченный навигатор или у вас есть партнеры, с которыми

вы станете работать над конечным изделием? На чем основана ваша уверенность в востребованности своей продукции? — В настоящее время «КБ Навис» выпускает не законченную коммерческую аппаратуру, а коммерческие модули. Что касается специального оборудования, это отдельное направление деятельности компании, где мы занимаемся как разработкой, так и выпуском законченных изделий. Коммерческие модули мы будем поставлять партнерам для использования в их навигационных устройствах. По нашим оценкам, в этом году мы сможем реализовать порядка 300 тыс. устройств. Основные потребители продукции «КБ Навис» — на внутреннем рынке, хотя с прошлого года к нам достаточно часто стали обращаться зарубежные фирмы, в т.ч. из Сев. Европы, Сев. и Латинской Америк , Ближнего Вос тока. Разработка и сборка устройств для массового потребительского рынка на модулях NV08C будет проходить в Юго-Восточной Азии. Эти устройства станут поставляться в Россию, но у нас есть уверенность в том, что они будут востребованы и в мире. Мы тесно сотрудничаем с заводамиизготовителями навигаторов и коммуникаторов, оказываем им техническую поддержку по внедрению модулей. В настоящее время мы плотно сотрудничаем с компанией Explay, объем продаж которой на российском рынке навигаторов составляет около 30%. Кроме того, нашими партнерами являются «Вобис» и достаточно молодая компания Lexand. Эти российские фирмы продают в России конечную аппаратуру, изготавливаемую на заводах в Китае и на Тайване. Мы ведем с этими компаниями переговоры об изготовлении первой опытной партии навигаторов в количестве нескольких десятков тысяч штук. По рыночным оценкам, в России в прошлом году было продано около миллиона GPS-устройств. Цены на наши модули NV08C практически не отличаются от цен на GPS-модули. При этом GPS — это чаще всего только модуль, который требует установки дополнительных компонентов, а наш модуль — полностью законченное изделие. Но объемы GPS-модулей исчисляются миллионами штук, а у нас — десятками или, в случае с модулями NV08C, сотнями тысяч модулей. Поэтому в настоящее время невозможно полностью сравнять по цене наши модули с модулями GPS. При этом у нас есть и конкурентные преимущества перед односистемными решениями — при сопоставимых ценах наши модули будут более функциональными. Мы

уверены в том, что потесним односистемные модули на российском и мировом рынках. Мы развиваем направление мультисистемных модулей, и это дает нам конкурентные преимущества перед отечественными и зарубежными коллегами. — У вас нет конкурентов на российском рынке… — На отечественном рынке в настоящее время нет фирм, которые могли бы выпускать навигационные модули подобного качества и характеристик (это касается и новых модулей NV08C, и предыдущих серий СН-4706 и Navior 24). В мире, в принципе, тоже аналогов нашему модулю NV08C нет. Сигналы ГЛОНАСС в специальных геодезических и авиационных системах поддерживают многие фирмы, и довольно давно. Это специализированный рынок с дорогостоящими приборами. По объемам продаж он небольшой, а по стоимости изделий — приличный. На этом рынке мы также предлагаем пользователям модули, которые при сравнимых технических характеристиках стоят в несколько раз дешевле импортных аналогов. Недавно на модуле Navior 24 австрийская фирма разработала геодезическую аппаратуру. В настоящее время эта компания полностью переходит на использование наших модулей, т.к. они имеют лучшие технические характеристики при более низкой стоимости. На потребительском рынке в настоящее время нет продукции, которая могла бы конкурировать с нашими модулями. — Некоторые независимые эксперты утверждали, что не создано ни одного приемника с ГЛОНАСС, который по количеству потребителей, размерам и цене был бы эквивалентен GPS-приемникам. Если GPS-чип имеет размеры 3×4 мм, то в приемнике ГЛОНАСС этот кристалл в 10 раз больше. Соответственно, энергопотребление у него выше. GPS-приемник продают уже за 7 долл., а совмещенный ГЛОНАСС/GPS — за 60 долл. Вы могли бы прокомментировать такие мнения? — До недавнего времени так и было. Но после выпуска модулей серии NV08C это технологическое отставание было преодолено. Модули NV08C и по габаритам, и по потреблению приблизились к односистемным модулям. По цене, как я уже говорил, наши модули также максимально приближены к GPS-решениям. Также хочу обратить внимание на то, что когда говорят про габариты GPS-модуля 3×4 мм, то имеют в виду

Электронные компоненты №6 2010

7 РЫНОК

цию более чем 200 фирмам, которые уже начали разработку своей аппаратуры на основе наших модулей. Некоторым особо перспективным производителям мы передали образцы устройств NV08C для ознакомления, а также дилерам. К концу года, когда будет получена первая серийная партия, уже будет разработано несколько типов оборудования с использованием этих устройств.

только его аналоговую часть. А если учесть, что для ее использования необходимо устанавливать дополнительные компоненты и цифровую микросхему (обычно она представляет собой мультизадачный процессор), то габариты такого решения уже становятся значительно больше — около 20×30 мм (без процессора), а цена возрастает с 7 до 10—12 долл., и тоже без учета процессора. Если сравнивать законченное решение на GPS и наш модуль NV08C-MCM с габаритами 9×12 мм и ценой порядка 15 долл., имеющий при этом изначально лучшие технические характеристики за счет возможности работы по всем видимым спутникам, можно говорить, что мультисистемное решение NV08C-MCM не уступает импортным аналогам. — «Навис» — явный сторонник аппаратной реализации приемника. Как Вы относитесь к программной реализации приемника, которую предлагают некоторые разработчики навигационных модулей? — На самом деле, такой приемник был сделан и у нас. Микросхемы, на которых он был реализован, уже серийно изготавливается — это СБИС К1879ХК1Я, достаточно мощная трехъядерная система. Что касается потребительского рынка, то в настоящее время не ясно, кем и в какие устройства может быть установлен такой приемник. Во-первых, софтверные приемники ориентированы на достаточно специализированные применения; во-вторых, те компании, которые серьезно занимаются разработкой навигационных устройств, цифровую и аналоговую схемы делают сами. Поэтому мы не видим рынка для коммерческого использования такого софтверного решения и ориентируем его на специализированный рынок.

РЫНОК

— Почему в модулях используются 32 канала, а не 48, например? — Количество каналов в настоящее время перестало быть определяющим фактором качества работы приемника. Мы кардинально переработали модули относительно предыдущих поколений, реализовали в нем блок быстрого поиска. Этот блок менее чем за секунду позволяет захватить сигналы всех видимых спутников. Кроме того, каждый канал приводит к дополнительным энергозатратам и усложнению схемных решений. — В вашей компании есть государственная доля? — В настоящее время ЗАО «КБ Навис» — частная компания. Мы уча-

WWW.ELCP.RU

ствуем в ОКР, получаем госзаказы, изготавливаем продукцию для гособоронзаказа. Часть прибыли от этой деятельности направляется на разработку новой техники, новые модули NV08C были разработаны за счет собственной прибыли компании, полученной в т.ч. от деятельности на государственном сегменте рынка. — Кризис сыграл на руку частным компаниям? — Оценки противоречивые. Количество компаний, занимающихся разработкой конечных устройств, по-прежнему около 200. Их костяк составляет несколько десятков солидных фирм. Госзаказы позволили выдержать кризис, хотя поначалу пришлось снизить затраты. Сильные компании, занимающиеся производством и поставкой востребованной техники, устояли. Мы уверенно пережили кризис, не испытав больших потрясений. С середины прошлого года компания начала активно расти. — Каково Ваше понимание термина «российская электроника»? Какой смысл Вы в него вкладываете? Завод Samsung по производству телевизоров в России — это российское производство? Можно причислить его к российской электронике, если разработка корейская? — Сборочное предприятие иностранной компании гарантирует рабочие места в России. Безусловно, это хорошо, т.к. если будут заводы, которые смогут реализовать разработку перспективной техники, то перенести опыт сборки и изготовления аппаратуры, полученный на иностранных сборочных производствах, на уже существующие отечественные заводы будет проще. Но необходимо развивать и инженерную мысль. Если мы занимаемся только сборкой, то разработка на таком предприятии минимальна или полностью отсутствует. В этом случае не развивается инженерный потенциал. Если российская компания занимается разработкой и производством, то то она может считаться отечественной электронной компанией. — Насколько эффективны государственная помощь и инвестиции в капитал? Нам не известны примеры того, когда государственные инвестиции дали бы серьезную отдачу. — Мы выполняем ОКР и изготавливаем аппаратуру по госзаказу. Часть из полученной прибыли мы вкладываем в разработку новой техники, в т.ч. и коммерческой. Это

можно считать примером успешной коммерциализации, т.е. переводом специализированных технологий в потребительскую отрасль промышленности. — Считается, что GPS-микросхемы достигли предела своего развития и навигационные приемники исчерпали возможности совершенствования. Дальнейший путь — совмещение функционала. — Действительно, основной функционал навигационных систем уже описан в теории. Известны теоретические исследования, изложившие то, что сейчас осуществляется на аппаратном уровне. Например, та чувствительность, которую мы реализовали в своих модулях, является теоретическим пределом выделения информации из сигнала. Но говорить о том, что возможности дальнейшего совершенствования модулей нет, преждевременно. Можно совершенствовать режимы работы модулей, повышать качество слежения за сигналом, снижать время старта и т.д. — То есть дальнейшая деятельность «Нависа» вполне определена? — В принятой Федеральной целевой программе достаточно подробно описано направление деятельности компаний, которые занимаются разработкой навигационной техники. У нас есть понимание того, чем мы будем заниматься — разработкой и совершенствованием модулей и специальной техники. Нам потребуется усовершенствовать модули, а также алгоритмы их работы. Имеется и другое широкое поле деятельности — борьба с помехами. — Как вы решаете проблему с квалифицированными кадрами? — В настоящее время на рынке большой спрос на хороших инженеров. У нас есть контакты в вузах, мы работаем с кафедрами. Поддерживаем контакты с МГТУ им. Баумана, МАИ, МИФИ, с военными академиями. У нас работает много студентов. Они остаются у нас после окончания институтов. Мы обеспечиваем людей хорошей работой, что достаточно редко по нынешним временам. Наша компания обеспечивает нормальный цикл разработки и производства, а сотрудники видят результат своей деятельности. Мы даем конкурентоспособную зарплату, предоставляем возможность карьерного роста специалистов.

Материал подготовили Чанов и Владимир Фомичёв.

Леонид

Знакомьтесь: ОАО «Завод полупроводниковых приборов» ОАО «Завод полупроводниковых приборов» успешно работает на рынке металлокерамичческих корпусов с 1976 года и на сегодня является современным, динамично развивающимся предприятием, владеющим передовыми технологиями в области производства металлокерамических корпусов для микроэлектроники. Современное оборудование и технологии, высококвалифицированный персонал, использование передовых методов управления предприятием, научно-техническая и испытательная база для проведения исследований и разработок в области металлокерамики, радиоэлектроники и машиностроения позволяют обеспечить потребителей продукцией высокого качества. Предприятие сертифицировано по системе «Военэлектронсерт». Основное направление деятельности ЗПП – производство и разработка металлокерамических корпусов, в том числе повышенной сложности с числом выводов в корпусах планарного типа до 300 и шагом выводов 0,5 мм и матричных корпусов с количеством выводов до 600 и шагом выводов до 1,27 мм. Металлокерамические корпуса позволяют обеспечить высококачественную сборку, защиту и функционирование сложных интегральных микросхем и микропроцессоров, в т.ч. сверхбольших интегральных микросхем и больших матричных кристаллов. Инженерные службы завода постоянно совершенствуют выпускаемую продукцию, повышая ее надежность и качество и проводят разработки новых изделий по заказам клиентов. Срок разработки и выпуска первой опытной партии составляет не более 3-х месяцев. В настоящее время на предприятии развивается направление производства силовых корпусов.

Предприятие готово провести разработку и освоение любой номенклатуры корпусов для силовой электроники, имеющих спрос на рынке. Ведутся работы по освоению корпусов SMD 0,5, SMD 1, КТ-43, 4601.3-1. Работы планируется завершить в IV квартале 2010 г. Обладая уникальной технологией по выпуску металлокерамических корпусов, предприятие стало крупнейшим производителем в России и Европе. В настоящее время среди партнеров предприятия много известных компаний: ОАО «Ангстрем», ООО «Интеграл», ЗАО «ПКК «Миландр», ОАО «ВЗПП-С», ФГУП «НПП «Пульсар», ЗАО «Микрон. Передовые технологии» и другие. ОАО «ЗПП» вышло на международный уровень, устанавливая деловые связи со странами ближнего и дальнего зарубежья.

Электронные компоненты №6 2010

СОБЫТИЯ РЫНКА

| КОНФЕРЕНЦИЯ «СОВРЕМЕННАЯ СВЕТОТЕХНИКА — УКРАИНА» | 17-го июня в Киеве состоялась 1-я Международная конференция «Современная светотехника — Украина». Ей предшествовала 1-я Всероссийская конференция «Современная светотехника», состоявшаяся 18-го марта в Москве. На мероприятие приехали 180 участников из России и Украины. До обеда прошло пленарное заседание, а затем участники продолжили работу в секциях «Светильники. Оптика»; «Силовая электроника для светотехники» и Thermal Management. После окончания работы в секциях прошел круглый стол, посвященный украинскому рынку светотехники. Всего на конференции были прочитаны 30 докладов, в фойе работала минивыставка компаний-производителей светотехнической продукции. На конференции были затронуты практически все аспекты светотехнической отрасли. Выступали представители государственных организаций и ведомств; представители эксплуатирующих организаций и испытательных центров, компании-производители и разработчики, а также дистрибьюторы. Практически все доклады были посвящены светодиодной светотехнике — направлению, переживающему бум на мировом рынке. Обе прошедшие конференции — и московская, и киевская — показали, что рынок светодиодной светотехники в обеих странах практически не сформирован. Да и на мировом рынке сегодня происходят существенные перемены. Так, все активнее на нем появляются OLED-приборы и, хотя они еще не доведены до стадии коммерческого применения, их нашествие не за горами, что на, наш взгляд, довольно существенно изменит технологию освещения в ряде приложений. Проникновение светодиодного освещения идет очень быстрыми темпами и во многих странах мотивируется законодательными мерами. За столь стремительными темпами не успевают сертифицирующие органы. Серьезность проблемы стандартизации проявилась и на конференции — этим вопросам были посвящены 3 выступления, после которых в зале возникла оживленная дискуссия. Во всех докладах в той или иной степени подчеркивалась энергоэффективность светодиодных источников света. Действительно, величина светоотдачи около 150 лм/Вт у лучших светодиодов выглядит весьма впечатляющей по сравнению с 12…15 лм/Вт у ламп накаливания и даже по сравнению с 90 лм/Вт люминесцентных ламп. Отрезвляющую нотку внесло заключающее пленарную часть выступление представителей компании «Светотроника». Они совершенно справедливо указали на потери во вторичной оптике и источниках питания законченных светотехнических изделий. С учетом этих потерь картина выглядит уже не столь радужно. Доклады в секциях были посвящены конкретным проблемам, возникающим при разработке и производстве светотехнического оборудования. А таких проблем немало. Это и вопросы охлаждения, и разработки энергоэффективных источников питания, и вторичная оптика и др. И все же очевидно — хотя светодиодные источники света в ближайшем будущем не вытеснят все прочие, но займут значительное место на рынке. www.russianelectronics.ru | 10 ИЮНЯ 2010 г. СОСТОЯЛСЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ СЕМИНАР XILINX, КОТОРЫЙ БЫЛ ОРГАНИЗОВАН КОМПАНИЯМИ «МАКРО ГРУПП» И SILICA — ПАРТНЕРАМИ XILINX В РОССИИ | Интерес к продукции Xilinx растет, поэтому компания «Макро Групп» выступила с инициативой по организации семинара, на котором участники могли бы приобрести новые сведения и получить ответы на накопившиеся вопросы по применению ПЛИС Xilinx. С этой целью были приглашены ведущие инженеры Xilinx Томас Клейн (Thomas Klein) и Кэй Мигг (Kay Migge) из европейского офиса компании. К участию в семинаре на бесплатной основе были приглашены специалисты различных отраслей, которые используют ПЛИС Xilinx. Семинар вызвал большой интерес. Число участников семинара составило 125 человек из пяти федеральных округов. Программа семинара включала:

обзор новых семейств Spartan-6 и Virtex-6, знакомство с программным обеспечением ISE 12.1; демонстрацию аппаратного и программного обеспечения: применение высокоскоростных портов ввода/вывода с использованием платы ML605 с кристаллом Virtex-6 и специализированного ПО IP-Core IBERT (SW/HW Demo: Virtex-6 HighSpeed I/Os using ML605 board and IBERT IP-Core); работу в PlanAhead: ПО для разработок проектов на ПЛИС; разработку c DSP на ПЛИС: CoreGen, System Generator для DSP, проектирование на примере отладочной платы SP605 с кристаллом Spartan-6; обзор IP-блоков и примеров проектирования для телекоммуникационных приложений. «Мы не только выполнили программу семинара, но и, что, уверен, еще важнее, получили обратную связь. Участники семинара использовали все возможности, чтобы задать вопрос по продукции, ее использованию, особенностям программного обеспечения и т.п. Нам было особенно важно и приятно, что в семинаре принимали участие именно специалисты», — сказал по завершению семинара Томас Клейн. Организаторы семинара получили многочисленные положительные отзывы участников, что подтвердило исключительную его пользу. Компания «Макро Групп» намерена продолжить работу по созданию технической обучающей базы Xilinx в России. В рамках этой программы в сентябре планируется открытие Xilinx Lab на базе математико-механического факультета СПбГУ. Идея создания лаборатории состоит в создании центра обучения и технической поддержки Xilinx в России. Таких лабораторий будет несколько. Созданные на базе ведущих технических ВУЗов, лаборатории Xilinx Lab станут не только центром повышения квалификации опытных инженеров и программистов, но также хорошей базой подготовки современных специалистов для российской электроники. www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ INTERNATIONAL RECTIFIER ДЛЯ СИНХРОННОГО ВЫПРЯМЛЕНИЯ МАКСИМ СОЛОМАТИН, бренд-менеджер, «Компэл» В условиях борьбы за каждый процент КПД всё большее внимание уделяется способам его повышения. В статье показано преимущество синхронного выпрямления перед традиционными решениями, использующими диоды Шоттки на вторичной стороне AC/DC-преобразователей, проанализирован ряд управляющих микросхем и силовых MOSFET, разработанных специально для данного режима компанией International Rectifier. Можно с уверенностью сказать, что во всех областях деятельности современного общества применяется электрическая энергия. Для передачи энергии от генератора к потребителю используется переменное напряжение, в то время как большинство электронных схем, содержащихся в бытовых приборах, требует питания постоянным напряжением. По этой причине весомую долю в огромном разнообразии ежедневно разрабатываемых и производимых преобразователей энергии составляют AC/DC-преобразователи, топология которых подразумевает использование в выходном каскаде диодов и/или полевых транзисторов. AC/DC-преобразователи часто имеют следующие структуры: «корректор коэффициента мощности — резонансный полумост — выпрямительный каскад с выводом средней точки трансформатора» (см. рис. 1); «корректор

коэффициента мощности — полумо стовой преобразователь — выпрямительный каскад» (см. рис. 2), «корректор коэффициента мощности — обратноходовой преобразователь» и т.д. В любом случае в подобных преобразователях присутствует выходное звено с выпрямительными диодами Шоттки. В данных схемах также осуществляется замена диодов полевыми транзисторами для уменьшения потерь в выходном каскаде. Необходимо добавить, что несущественное усложнение управления в данном случае успешно нивелируется ростом КПД, снижением стоимости конечного устройства и уменьшением площади теплоотводящего элемента. Несмотря на то, что режим синхронного выпрямления обеспечивает снижение потерь мощности в полупроводниковых элементах выходных каскадов AC/DC-преобразователей, вопрос

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

Рис.1. Преобразователь на основе резонансного полумоста

WWW.ELCP.RU

реализации управления полевыми транзисторами для работы в данном режиме остаётся открытым. До выхода на рынок специализированных микросхем управления синхронными выпрямителями для управления силовым ключом в выходном каскаде преобразователя использовалась топология с трансформатором тока, представленная на рисунке 3. Однако построение синхронных схем приводило к усложнению силового трансформатора и к введению дополнительного трансформатора тока для определения моментов включения транзистора, что неизбежно вело к росту числа компонентов, увеличению стоимости конечного устройства, а также к уменьшению его КПД. Именно поэтому компания International Rectifier, являющаяся одним из лидеров на рынке электронных ком-

Рис. 2. Преобразователь на основе полумостового инвертора

Рис. 3. Синхронный выпрямитель, построенный с использованием трансформатора тока в цепи обратной связи

понентов, представила высокоэффективное решение для организации синхронного выпрямителя на вторичной стороне преобразователей. Линейка контроллеров Smart Rectifier ориентирована на управление транзисторами на вторичной стороне полумостовых резонансных и обратноходовых преобразователей, работающих в режимах прерывистого, граничного и

МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

Электронные компоненты №6 2010

Рис. 4. Типовая схема включения контроллера IR1167S

непрерывного тока дросселя выходного каскада. В таблице 1 приведен перечень контроллеров для схем синхронного выпрямления, предоставляемых компанией International Rectifier. В представленном семействе присутствуют как универсальные микросхемы, подходящие для работы в резонансных и обратноходовых схемах в любом из перечисленных выше режимов, так и микросхемы для узкоспециализированного применения. Например, контроллер IR1166S пред-

назначен для работы в схемах с обеими топологиями и при любой форме тока вторичной обмотки трансформатора, тогда как IR1168S работает лишь в прерывистом и граничном режимах и только в схеме на основе резонансного полумоста. Все микросхемы данного семейства способны поддерживать высокую частоту преобразования вплоть до 500 кГц, за исключением IR11682S (400 кГц), и широкий диапазон выходного тока управления в диапазоне 1…–4 А для семейств IR1166 и IR1168 и в преде-

лах 2…–7 А для семейства IR1167 при максимальном напряжении сток-исток 200 В. Вход разрешения работы драйвера позволяет использовать данную микросхему для реализации сторонних функций. Также всю линейку микросхем, предложенных IR, выгодно отличают относительно невысокая стоимость; возможность управления как одним, так и параллельно соединёнными полевыми транзисторами за счёт увеличенной мощности каскада управления; компактный корпус; минималь-

Таблица 1. Перечень контроллеров для схем синхронного выпрямления от компанией International Rectifier

Корпус Топология

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

Режим работы

IR1166S

IR11662S

SOIC-8

Резонансный полумост Обратноходовой преобразователь

IR11682S

IR11672AS

IR1168S

SOIC-8

Критический

min

SOIC-8

Прерывный

Непрерывный

IR1167BS IR1167AS

8,6

11,4

8,6

11,4

1…–4

2…–7

Vcc, В max

Максимальное напряжение сети, В

200

Диапазон выходного тока, А Частота коммутации, кГц

1…–4

2…–7

До 400

До 500

Вход разрешения работы Да

Да

Задание минимального времени работы транзистора Нет Защита по минимальному времени работы транзистора

Нет Нет

Нет Да

Программируемость Стоимость, долл.

WWW.ELCP.RU

Да 1412

1300

Да 1212

0,938

1875

1625

Рис. 5. Структурная схема контроллера IR1167S

руется встроенным блоком UVLO (under voltage lockout). Данный блок обеспечивает мониторинг питающего напряжения и выключение микросхемы при его снижении до порогового значения. 2. OVT: настройка напряжения срабатывания драйвера. Выход OVT позволяет установить пороговый уровень напряжения сток-исток, по достижению которого происходит включение транзистора. При выборе одного из 3-х уровней сравнения этот вывод подключается к напряжению питания, земляной шине или остается неподключенным. Эта функция позволяет использовать транзисторы с различными сопротивлениями каналов в открытом состоянии. 3. MOT: минимальное время включения. С помощью входа MOT устанавливается минимальное время открытого состояния транзистора. Это необходимо для предотвращения ложного отключения транзистора при возникновении колебаний токов или при регистрации шумов в силовой схеме. Минимальное время открытого состояния определяется номиналом внешнего резистора, подключенного между входом MOT и землей, и может варьироваться в диапазоне 200 нс…3 мкс. 4. EN: разрешение работы. При подаче на вход EN напряжения ниже 2,5 В осуществляется переход микросхемы в спящий режим, в котором потребление энергии сводится к

минимуму и микросхема перестаёт управлять транзистором. 5. VD: сток транзистора. Напряжение стока транзистора подается на один из входов внутреннего компаратора, который определяет направление протекания тока в схеме. Дополнительные фильтрующие звенья, а также ограничители тока на данном входе не рекомендуются, поскольку они могут повлиять на работоспособность микросхемы. 6. VS: исток транзистора. Напряжение истока транзистора подаётся на другой вход внутреннего компаратора микросхемы, который определяет направление протекания тока в схеме. Инженеры компании International Rectifier рекомендуют подключать этот вывод максимально близко к истоку силового транзистора. 7. GND: земляная шина. Управляющее напряжение затвора на выходе Gate формируется относительно данной шины. 8. GATE: выход затвора транзистора. Ток управления ограничен значениями 2…–7 А. Несмотря на то, что данный вывод может быть напрямую подключён к затвору транзистора, для обеспечения наилучших динамических свойств рекомендуется устанавливать в цепь затвора ограничивающее сопротивление. Режим работы обратноходового преобразователя с синхронным выпрямлением определяется, в основном, моментом отключения силово-

Электронные компоненты №6 2010

15 МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

ное количество внешних элементов и наличие функции программируемого задания минимального времени открытого состояния транзистора 200 нс…3 мкс (за исключением семейства IR1168). Принцип действия всех контроллеров предложенного ряда сводится к слежению за напряжением «стокисток» полевого транзистора для определения направления тока в нём и моментов его включения и выключения. Более подробно принцип действия предлагается рассмотреть на примере микросхемы IR1167AS, типовое включение которой представлено на рисунке 4. Контроллер IR1167S — это управляющий драйвер полевого N-канального транзистора, установленного на вторичной стороне полумостового резонансного или обратноходового преобразователя с трансформаторной развязкой, который обеспечивает его работу в режиме синхронного выпрямления. Микросхема способна управлять как одним, так и несколькими параллельно включёнными MOSFET для снижения уровня потерь в них. Она обеспечивает работу в режимах прерывистого, граничного и непрерывного тока вторичной обмотки трансформатора. Микросхема выполнена в корпусе SOIC-8. Назначение каждого её вывода описано ниже. 1. VCC: напряжение питания. Напряжение на данном входе микросхемы осуществляет питание всех модулей внутренней структуры и контроли-

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

го транзистора. Момент включения транзистора совпадает с моментом выключения силовой схемы первичной стороны преобразователя и не зависит от контроллера синхронного выпрямителя. В момент времени, когда силовая схема формирует условия для открытия внутреннего диода силового транзистора, образуется отрицательное напряжение сток-исток. Это напряжение регистрируется внутренним компаратором драйвера, и при достижении порогового значения происходит включение силового транзистора. В этот момент могут возникнуть выбросы в силовой схеме, и возможны случаи, когда напряжение на входах компаратора станет меньше порогового, что приводит к преждевременному запиранию силового ключа. Для предотвращения данной ситуации с помощью входа MOT контроллера устанавливается минимальное время его открытого состояния. После включения транзистора через него начинает протекать силовой ток, который создает на нём падение напряжения. Отключение транзистора произойдет при снижении напряжения сток-исток ниже порогового значения Vth1 (см. рис. 5, 6). Этот момент однозначно определяется режимом работы схемы. При работе устройства в граничном режиме или в режиме прерывистых токов отключение транзистора происходит в момент, когда падение напряжения на сопротивлении канала станет по модулю меньше порогового значения Vth1, однако в этот же момент откроется внутренний структурный диод силового транзистора. Падение напряжения на диоде по модулю больше, чем пороговое напряжение Vth2. В результате формируются условия для повторного открытия транзистора. Однако встроенная защита от повторного включения не позволяет произойти данному событию, формируя временную задержку, которая не позволяет включить транзистор в течение 10 мкс после выключения или до тех пор, пока напряжение сток-исток не превысит порогового напряжения Vth3. Временные диаграммы процессов включения и выключения транзистора показаны на рисунке 6. При работе схемы в непрерывном режиме падение напряжения на переходе силового транзистора не превысит порогового значения Vth1. Соответственно, отключение транзистора произойдет без задержек при превышении напряжения стокисток порогового напряжения Vth3. Временные диаграммы процессов переключения транзистора при работе

WWW.ELCP.RU

Рис. 6. Временные диаграммы напряжения и тока силового транзистора при работе в режиме прерывистых токов или в граничном режиме

Рис. 7. Временные диаграммы напряжения и тока силового транзистора при работе в режиме непрерывных токов

в режиме непрерывных токов показаны на рисунке 7. Следует также отметить, что появление специализированных управляющих микросхем для реализации режима синхронного выпрямления наложило свои требования на применяемые полупроводниковые ключи. Транзисторы MOSFET, предлагаемые компанией International Rectifier, с малым сопротивлением открытого канала (например, у IRFB4310 R DS(on) = 7 мОм) и улучшенным обратным диодом являют-

ся идеальными устройствами для использования в схемах синхронного выпрямления. Использование подобных транзисторов позволяет заметно повысить эффективность схем AC/ DC-преобразователей, а также увеличить удельную мощность конечных устройств. Помимо этого, транзисторы компании International Rectifier идеально подходят для использования в синхронных схемах AC/ DC-преобразователей, например, для двигателей постоянного тока, работающих при невысоких напряжениях.

Рис. 8. Схема обратноходового преобразователя

Рис. 9. Зависимость КПД, количества элементов и температуры силовых ключей от топологии построения схемы

Среди преимуществ транзисторов семейства SR MOS можно особенно выделить следующие: – они идеально подходят для использования в синхронных выпрямителях с выходным напряжением в диапазоне 12…24 В; – транзисторы IRFB4310 (с максимальным сопротивлением открытого канала RDS(on) = 7 мОм и максимальным напряжением сток-исток 100 В) и IRFB3207 (RDS(on) = 4,5 мОм V = 75 В) имеют очень малые значения сопро-

тивлений открытого канала, что позволяет значительно снизить потери при их использовании в схемах синхронного выпрямления; – исполнение приборов в различных корпусах. В таблице 2 представлены модели транзисторов в самых широко используемых популярных корпусах. Более подробную информацию см. на вебсайте компании International Rectifier по адресу www.irf.com/product-info/smps/ fs1167.html.

Как было сказано выше, микросхемы IR1166 и IR1167A используются для синхронного управления силовым MOSFET-транзистором на вторичной стороне преобразователя энергии. Одно из основных применений рассмотренных выше драйверов и транзисторов специалисты компании International Rectifier видят в схемах обратноходовых преобразователей (см. рис. 8) На базе данной схемы выполняются повсеместно применяемые преобразо-

Электронные компоненты №6 2010

МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

Таблица 2. Модели транзисторов IR семейства SRMOS в различных корпусах

Напряжение

RDS(on) max., мОм

TO-220AB»

TO-262

D2Pak

1,25

IRFS3004-7P

1,6

IRF2804S-7P

1,75

IRFB3004

IRFSL3004

IRFS3004

2,3

IRF2804

IRF2804L

IRF2804S

3,6

IRF2204

IRF2204L

IRF2204S

3,7

IRF1404Z

IRF1404ZL

IRF1404ZS

5,5

IRF4104

IRF4104L

IRF4104S

2,6

D2Pak 7-pin

SO-8

DirectFet Medium Can

IRF3805S-7P

3,3

IRF3805

IRF3805L

IRF3805S

4,7

IRF2805

IRF2805L

IRF2805S

4,9

IRF1405Z

IRF1405ZL

IRF1405ZS

6,5

IRF3205Z

IRF3205ZL

IRF3205ZS

2,1

IRF3006S-7P

2,5

IRFB3006

IRFSL3006

IRFS3006

IRFB3206

IRFSL3206

IRFS3206

4,2

IRFB3306

IRFSL3306

IRFS3306

60 7

IRF6648

9.4

IRF7855

2.6

IRFS3107-7P

3 3.3

IRFSL3107

IRFS3107

IRFB3077

3.8

IRF2907ZS-7P

75 4.1

IRFB3207Z

IRFS3207Z

5.8

IRFB3307Z

IRFSL3307Z

IRFS3307Z

8.8

IRFB3507

IRFSL3507

IRFS3507

IRFB3607

IRFSL3607

IRFS3607

10 80

IRF6646

13.4

IRF7854

IRF7493

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

100

IRFS4010-7P

4,7

IRFB4110

IRFSL4010

IRFS4010

IRFB4310Z

IRFSL4310Z

IRFS4310Z

IRFB4410Z

IRFSL4410Z

IRFS4410Z

IRFB4610

IRFSL4610

IRFS4610

IRF3710Z

IRF3710ZL

IRF3710ZS

IRF6644 IRF7853

150

IRF7495

IRFB4115

IRFSL4115

IRFS4115

IRFB4321

IRFSL4321

IRFS4321

34,5

IRF6662

IRFS4115-7P

IRF6643

IRFB4127

IRFSL4127

IRFS4127

IRFB4227

IRFSL4227

IRFS4227

200

WWW.ELCP.RU

IRF6668

а)

б) Рис. 10. Физические различия между двумя типами синхронных выпрямителей

количество элементов схемы до 6 шт., а также увеличить эффективность всего каскада до 88,7%. Помимо этого, по сравнению со схемой на рисунке 5, т.е. с использованием в выходном каскаде схемы одного MOSFET-транзистора и токового трансформатора в качестве петли обратной связи, удалось увеличить КПД устройства более чем на 1% и уменьшить количество элементов с 21 до 6. Температура силового ключа уменьшилась со 110 до 90°С при идентичном охлаждении. Среди преимуществ данной схемы можно выделить: простоту реализации;

высокую эффективность; отсутствие зависимости вторичной стороны схемы от первичной. При использовании понижающего преобразователя с компонентами IR для синхронного выпрямления в источнике питания мощностью 120 Вт КПД схемы увеличивается на 1%, температура силовых ключей снижается на 10°, уменьшается количество элементов схемы на 75—80%, а стоимость всего устройства — на 20%. На рисунке 9 приведены физические различия между двумя типами синхронных выпрямителей мощностью 120 Вт. На рисунке 9а пред-

Электронные компоненты №6 2010

МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

ватели мощностью 120 Вт для заряда аккумулятора ноутбуков со следующими параметрами: напряжение на выходе преобразователя — 19,5 В; ток нагрузки — 6,15 А. На рисунке 9 представлены значения температуры силовых ключей, а также эффективность выходного каскада данного зарядного устройства в зависимости от ее топологии и применяемых компонентов. Исходя из графика, можно понять, что использование микросхемы управления синхронными выпрямителями компании International Rectifier семейства SmartRectifi er позволяет уменьшить

ставлен внешний вид устройства, построенного на схеме с трансформатором тока в цепи обратной связи. Как видно, такой блок питания имеет массивный радиатор, большое количество транзисторов в корпусе ТО-220, а также включает трансформатор тока. Плата с микросхемой управления IR1167 (см. рис. 10б) имеет компактный размер и повышенную плотность мощности при меньшем количестве элементов. Для уменьшения сроков, а также для упрощения разработки схем синхронных выпрямителей компания International Rectifier предлагает мощный инструмент, позволяющий быстро и точно рассчитать элементы схемы. Его можно найти на веб-сайте по адресу www.irf.com/design-center/mypower/ index_syncrec.html. Дружественный интерфейс, а также высокий функционал приложения позволяет всего за 3 шага рассчитать элементы схемы источника питания, построенного на базе обратноходово-

го преобразователя для обеспечения заданных параметров. Как показывает практика, использование синхронных схем выпрямителей позволяет заметно повысить КПД схемы по сравнению с традиционными схемами выпрямителей. Развитие синхронных схем прошло множество этапов, среди которых особо значимым можно считать разработку автоматических систем управления синхронными транзисторами. Компания International Rectifier создала семейство управляющих микросхем синхронными схемами, которые уверенно заняли свою нишу на рынке управляющих драйверов. Применение микросхем семейства Smart Rectifier позволяет при уменьшении числа элементов схемы повысить КПД конечного устройства и снизить температуру силовых ключей. Среди особенностей микросхем управления компании international Rectifier можно выделить отсутствие необходимости дополнительного контура обратной

связи по току, поскольку микросхема имеет функцию слежения за напряжением сток-исток силового ключа. Помимо системы управления синхронными выпрямителями, инженерами компании International Rectifier была разработана серия силовых ключей, идеально подходящих для применения в синхронных выпрямителях. ЛИТЕРАТУРА. 1. International Rectifier Application Note AN-1087//www.irf.com/technical-info/ appnotes/an-1087.pdf. 2. Smart Rectifier™ ICs: Simple, high efficiency Synch Rec//www.irf.com/productinfo/smps/fs1167.html. 3. 75V/100V HEXFET® Power MOSFETs for AC-DC Synchronous Rectification//www.irf. com/product-info/smps/syncrecmosfets.html. 4. Smart Rectifier™ ICs: Simple, high efficiency Synch Rec//www.irf.com/productinfo/smps/fs1167.html. 5. SmartRectifierTM CONTROL IC Datasheet//www.irf.com/product-info/datasheets/ data/ir1167aspbf.pdf.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

| АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ЗАВТРАШНЕГО ДНЯ | Высокие технологии всё чаще являются неотъемлемой частью современного автомобиля, которые постепенно превращаются в самые настоящие компьютеры на колёсах. Ресурс Popular Mechanics обобщил самые интересные автомобильные новшества, которые могут получить наибольшее распространение в ближайшем будущем. Система активного управления Активное управление (Emergency Steer Assist, ESA) во многом похоже на систему аварийного торможения, которая уже сейчас устанавливается на многие автомобили. Разница в том, что при экстренной ситуации она не тормозит, а корректирует крутящий момент рулевого механизма, чтобы облегчить водителю маневры. Например, если требуется уйти влево, чтобы избежать столкновения, система увеличивает крутящий момент при повороте руля по часовой стрелке так, что повернуть руль вправо становится сложно, а влево, наоборот, просто. Система аварийного торможения взаимодействует с электронной системой стабилизации, которая в некоторых странах станет обязательной со следующего года. Педаль с активной обратной связью Многие производители сейчас всё больше внимания обращают на системы невизуальной обратной связи в различных органах управления, например в педали газа. В зависимости от дорожной ситуации такая педаль может вести себя по-разному. Скажем, если водитель едет слишком неэкономично, она может начать пульсировать; при спуске с горы она становится тугой, чтобы не было соблазна слишком разогнаться, а при подъеме в гору управление педалью, наоборот, облегчается. Программная начинка Всё больше компаний устанавливает на автомобили не просто навигационно-развлекательные системы, а программные платформы, способные синхронизироваться с телефонами и компьютерами, выполнять различные приложения и т.д. Например, Ford продвигает систему Sync, немецкий концерн Continental — AutoLinQ. Система AutoLinQ интересна тем, что она создана на базе Android, благодаря чему сторонние разработчики могут свободно писать для неё свои приложения. Это уже делают такие известные компании и сайты как Deutsche Telekom, Navigon, Navteq, Shazam, Pandora и др. Некоторые приложения читают вслух входящую почту и RSS-ленты. В Continental ведётся активная работа над полностью голосовым управлением, чтобы водителю не приходилось отвлекаться от дороги. Система контроля шин В шины устанавливается специальный датчик, измеряющий давление, температуру, показатели нагрузки. При выходе этих показателей за рамки допустимого (например, автомобиль сильно перегружен) система сигнализирует водителю, что необходимо предпринять соответствующие меры. Она также определяет, что водитель едет слишком быстро для зимних шин, что покрышки стали слишком «лысыми» или пора сменить зимние покрышки на летние. Эта система взаимодействует с ABS и ESC. Режимы вождения В автомобилях с автоматической КПП уже сейчас имеются спортивный, нормальный и комфортный режимы.. Ряд производителей решил пойти дальше и создать режимы с большим числом разных характеристик: настройки подвески, рулевого управления и т.д. Например, у Continental имеется специальный экологичный режим, за продолжительную езду в котором водитель получает вознаграждение от дилера. Управление режимами осуществляется на ЖК-экране с помощью удобного интерфейса. www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

Управление синхронными выпрямителями с помощью гальванической развязки для цифровых сигналов БРАЙАН КИНГ (BRIAN KING), инженер по применению, Texas Instruments В статье показано, как с помощью гальванической развязки для цифровых сигналов можно улучшить схему управления синхронными выпрямителями. В качестве примера рассмотрена схема прямоходового преобразователя. Рассмотрены основные параметры этого проекта, а также проведено сравнение различных методов управления синхронными выпрямителями. Статья представляет собой перевод [1]. Во многих современных импульсных источниках питания для улучшения эффективности используются синхронные выпрямители. В изолированных топологиях контроллер источника питания обычно включается в первичной цепи изолирующего барьера, а синхронные выпрямители — во вторичной цепи. Управляющие сигналы должны передаваться через изолирующий барьер с минимальной задержкой. Наиболее популярным методом реализации такого подхода является применение трансформаторов управления затвором. Менее широко используются оптопары. В некоторых топологиях применяются синхронные выпрямители, в которых сигналы управления затвором передаются через силовой трансформатор. Новым решением для управления синхронными выпрямителями на базе твердотельных схем является применение гальванической развязки для цифровых сигналов (ГРЦС) с емкостным изоляционным барьером. На рисунке 1 показана функциональная схема ГРЦС ISO721M компании Texas Instruments. Она содержит логический входной и выходной буфер, которые разделены изоляционным барьером из диоксида кремния. ГРЦС преобразует входной сигнал и передает его через изоляционный барьер с помощью емкостной связи.

Во вторичной цепи ГРЦС дифференциальный компаратор принимает сигнал и передает его на логический выход. Диэлектрическая и емкостная симметрия внутри интегральной схемы обеспечивает хорошее согласование емкостей и невосприимчивость к быстрым изменениям напряжения в переходном процессе на входной и выходной земляной шине. В микросхеме предусмотрена диагностика: из первичной цепи во вторичную передается периодический сигнал оповещения. Если этот сигнал отсутствует во вторичной цепи в течение более чем 4 мкс, то выход переходит в безопасный режим, когда выходное напряжение переходит в состояние высокого логического уровня. Устройства заключены в 8-выводном компактном корпусе для поверхностного монтажа. Эксплуатационные характеристики данного ГРЦС отвечают требованиям импульсных источников питания. Изоляционный барьер типового ГРЦС обеспечивает гальваническую развязку 4000 В. В большинстве изолированных источниках питания требуется изоляция от 1500 до 3000 В. Кроме того, ГРЦС невосприимчивы к переходным процессам со скоростью до 50 кВ/мкс, что необходимо для работы в условиях высокого уровня помех (dV/dt), харак терного для импульсных источников питания. Максимальная скорость передачи данных обычно составляет

Рис. 1. ГРЦС с емкостным барьером использует симметричный сигнал для того, чтобы обеспечить надежность функционирования при высокой скорости изменения напряжения dV/dt

Электронные компоненты №6 2010

Рис. 2. Входной логический сигнал ГРЦС требует дополнительного преобразования

около 150 Мбит/с, в то время как импульсные источники питания работают на частоте от 100 кГц до 1 МГц. Задержки распространения сигнала являются критичными параметрами для систем управления синхронными выпрямителями. Слишком большая задержка может привести к возникновению сквозных токов (shoot-through currents). Когда это происходит, вторичные обмотки трансформатора, по сути, шунтируются накоротко вторичными синхронными выпрямителями, что приводит к возникновению сильных сквозных токов и чрезмерному рассеиванию мощности. Максимальное время задержки ГРЦС имеет величину порядка 10 нс. ГРЦС предназначены для таких приложений, как промышленные сети, интерфейсы компьютерной периферии, интерфейсы сервоприводов и системы сбора данных. Для питания внутренней логики в первичной цепи ГРЦС требуется напряжение питания 3,3 или 5 В. Некоторые контроллеры источников питания содержат вспомогательный источник опорного напряжения, который можно использовать для питания, однако, нельзя превышать их допустимую нагрузочную способность. ГРЦС могут потреблять до 4 мА от источника первичной цепи (VCC1). В качестве варианта, можно использовать линейный стабилизатор для питания ГРЦС. Входной логический сигнал должен быть предварительно преобразован и сформирован. Выходные сигналы управления затвором контроллера источника питания, как правило, имеют амплитуду 12 В и более. Преобразование этого сигнала может быть осуществлено с помощью нескольких дискретных компонентов, как показано на

рисунке 2. Когда сигнал управления затвором находится в состоянии высокого уровня, диод D2 поддерживает на входе напряжение, превышающее VCC1 на несколько сотен милливольт, а R1 ограничивает ток от контроллера затвора. Но сопротивление R1 и паразитная емкость входного контакта приводят к возникновению значительной задержки. Для уменьшения задержки в схеме включен конденсатор C1, который позволяет ускорить передачу нарастающего фронта сигнала на входе ГРЦС. Диод D1 обеспечивает очень быстрый спадающий фронт сигнала управления затвора. Вторичная цепь ГРЦС также требует дополнительную схему для связи с аналоговыми цепями. Для питания вторичных цепей требуется источник питания с напряжением либо 3,3, либо 5 В, что может обеспечить маломощный линейный стабилизатор. Логический выход ГРЦС не подходит для непосредственного управления затворами синхронных выпрямителей. Управляющий сигнал необходимо передать на микросхему драйвера MOSFET, которая должна иметь минимальную задержку распространения сигнала и достаточную нагрузочную способность. На рисунке 3 изображена схема прямоходового преобразователя (6 В/120 Вт) с изолированным входом на 48 В с использованием ГРЦС. MOSFET в первичной цепи (Q4 и Q5) управляются контроллером UCC2897A. Сигнал управления затвором UCC2897A (на схеме обозначен как DRV) преобразуется и передается на логический вход ISO721M. Два маломощных линейных стабилизатора TPS71550 обеспечивают питание ISO721M. ГРЦС передает свой логический выходной сигнал на драйвер MOSFET TPS28225, который формирует сигналы LGATE и UGATE для управления двумя парами синхронных полевых транзисторов. В данном прямоходовом преобразователе мощность передается со входа на выход, когда транзисторы Q4 и Q5 находятся во включенном состоянии. Для правильной работы схемы транзисторы Q1 и Q2 должны быть включены в то же самое время, что и Q4 и Q5. Во время выключения Q4 и Q5 другая пара синхронных выпрямителе, Q7 и Q8, находятся во включенном состоянии. Общая задержка распространения сигнала от UCC2897A до затвора синхронных MOSFET составляет примерно 50 нс.

Рис. 3. В схеме прямоходового преобразователя ГРЦС управляет синхронными выпрямителями

WWW.ELCP.RU

Таблица 1. Сравнение методов управления синхронным выпрямителем

Параметр

Напряжение изоляции, В Минимальная задержка распространения, нс Невосприимчивость к помехам dV/dt, кВ/мкс Дополнительные компоненты Сравнительная стоимость Габаритная высота, мм

Оптическая изоляция (оптрон) 3750

Синхронные Трансфорвыпрямители маторы с автоматичеуправления ским управлезатвором нием 4000 более 4000

ГРЦС

4000

25*

50*

10*

более 25

2 трансфор2 микросхемы матора и 12 и 5 дискретных дискретных элементов элементов

От 0 до 10 дискретных элементов

3 микросхемы и 7 дискретных элементов

$$$

* Требуется схема преобразования сигнала с дополнительной задержкой 25…50 нс.

В схему включен 20-Ом резистор затвора (R3) для замедления включения полевых транзисторов в первичной цепи, чтобы компенсировать эту задержку. Схема управления затворами на ISO721M потребляет минимальную мощность для передачи управляющего сигнала на драйвер MOSFET. Использование синхронных выпрямителей позволяет этому 20-А источнику питания достичь максимального КПД более 94%. На рисунке 4 показана плата данного эталонного проекта. Высокая эффективность и высокая степень интеграции позволили разместить это устройство в форм-факторе quarter brick без дополнительного радиатора. Возможно также масштабирование этой схемы для широкого диапазона выходных напряжений. В таблице 1 сравниваются четыре метода управления синхронным выпрямителем. Синхронные выпрямители с автоматическим управлением предлагают наиболее привлекательное решение, но их использование ограничено по топологии, входному и выходному напряжению, а также защищено патентами. Трансформаторы управления затвором обеспечивают достаточно экономически эффективную альтернативу синхронным выпрямителям с автоматическим управлением, но физические размеры трансформаторов иногда могут вызывать проблемы. При использовании ГРЦС задержка распространения меньше, чем для трансформаторов управления затвором или для схемы управления затворами с оптической изоляцией. Кроме того, устройство на ГРЦС имеет низ-

Рис. 4. ГРЦС занимает минимум места на плате 120-Вт прямоходового преобразователя (фото лицевой и обратной стороны платы)

кую габаритную высоту и требует минимальную площадь на плате. ГРЦС обеспечивают твердотельное решение для управления синхронными MOSFET в изолированных импульсных источниках питания. Кроме того, схемы на ГРЦС потребляют менее 100 мВт, что минимизирует потери мощности. Хотя в качестве примера в данной статье рассмотрен простой прямоходовый преобразователь, ГРЦС имеют большие потенциальные возможности для применения в различных топологиях, в которых требуется более сложная логика управления синхронными выпрямителями, например, в мостовой топологии и топологии с чередованием. ЛИТЕРАТУРА 1. Brian King. Controlling synchronous rectifiers with digital isolators//www.power-eetimes.com.

24 НОВОСТИ ДАТАКОМА | ТРАНСПОРТ АРХАНГЕЛЬСКА ПОДКЛЮЧИЛИ К ГЛОНАСС | К единой спутниковой навигационной системе ГЛОНАСС подключился Архангельск. Абонентскими телематическими терминалами M2M-Cyber GLX оборудованы более сотни транспортных средств. Благодаря системе мониторинга и управления транспортом достигнут полный контроль над соблюдением маршрутов движения, скоростью передвижения транспортных средств, несанкционированным использованием техники, работой навесных механизмов. В рамках сотрудничества с Федеральным дорожным агентством (Росавтодор) по итогам 2009 г. «М2М телематика» поставила Управлениям дорог 3688 комплектов оборудования на базе ГЛОНАСС. «Впервые предприятия дорожно-строительной отрасли России объединяются единой автоматизированной системой навигационно-диспетчерского контроля. На данный момент осуществляется установка ГЛОНАСС-оборудования на транспортные средства компаний, обслуживающих сеть дорог федерального значения, во многих городах и регионах РФ», — сообщила пресс-служба ГК «М2М телематика». www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

РАСЧЕТ СИЛОВОГО КАСКАДА ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ БРИГИТТА ХАУКЕ (BRIGITTE HAUKE), Texas Instruments

В статье приведены уравнения для расчета силового каскада повышающего преобразователя, построенного на базе микросхемы с интегрированным ключом и работающего в режиме с непрерывным током через индуктивность (Continuous Conduction Mode — CCM). Статья представляет собой перевод [1].

На рисунке 1 приведена базовая конфигурация повышающего преобразователя со встроенным ключом. Часто в преобразователе с меньшей потребляемой мощностью вместо диода используется второй ключ. В этом случае можно использовать все уравнения, приведенные в данной статье, кроме выражения для рассеиваемой мощности диода. Необходимые параметры силового каскада

Для расчета силового каскада требуются следующие четыре параметра. 1. Диапазон входного напряжения: VIN(min) и VIN(max). 2. Номинальное выходное напряжение: VOUT. 3. Максимальный выходной ток: IOUT(max). 4. Для построения повышающего преобразователя используется интегральная микросхема. Поэтому некоторые параметры для расчета следует взять из документации на эту микросхему. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА КЛЮЧА

Первым шагом в расчете тока ключа является определение коэффициента заполнения D для минимального входного напряжения. При минимальном входном напряжении обеспечивается максимальный ток ключа. Коэффициент заполнения можно определить по формуле: ,

Можно использовать любое значение КПД, например 80% (которое является вполне реальным значением КПД для наихудшего случая повышающего преобразователя), или взять значение КПД из раздела «Типовые характеристики» в документации на выбранный преобразователь [4, 5]. Следующим шагом в расчете максимального тока ключа является определение тока пульсаций катушки индуктивности. В документации на преобразователи обычно указывают определенную катушку индуктивности или несколько типов катушек, которые могут использоваться совместно с микросхемой. Поэтому для расчета тока пульсаций следует либо использовать рекомендованное значение индуктивности, либо величину средней индуктивности из рекомендованного диапазона значений, либо, если ничего не указано в документации, величину, рассчитываемую по уравнениям, указанным в разделе «Выбор катушки индуктивности» данной статьи. Ток пульсаций катушки индуктивности определяется по формуле:

(1)

где VIN(min) — минимальное входное напряжение, VOUT — заданное выходное напряжение, η — КПД преобразователя, приблизительно равный 80%. Преобразователь рассеивает мощность, и расчет с учетом КПД позволяет получить более реальное значение коэффициента заполнения.

(2)

где VIN(min) — минимальное входное напряжение, D — коэффициент заполнения, рассчитанный из уравнения 1, fS — минимальная частота коммутации преобразователя, L — выбранное значение индуктивности. Теперь следует определить, может ли выбранная микросхема обеспечить максимальный выходной ток: ,

Если рассчитанное значение максимального выходного тока выбранной микросхемы IMAX OUT меньше максимального значения выходного тока, требующегося в системе, следует использовать микросхему с более высоким предельным током ключа. Только если полученная величина IMAX OUT лишь немного меньше нужного значения, можно использовать выбранную микросхему с катушкой, которая имеет более высокую индуктивность, если она находится в рекомендуемом диапазоне. Более высокая индуктивность снижает ток пульсаций и, кроме того, увеличивает максимальный выходной ток. Если рассчитанное значение выше максимального выходного тока приложения, то максимальный ток ключа в системе вычисляется по формуле: ,

(4)

где ΔIL — ток пульсаций катушки, рассчитанный из уравнения 2, IOUT(max) — максимальный выходной ток, необходимый в приложении. Это пиковый ток, который должны выдерживать катушка индуктивности, встроенные ключи и внешний диод.

(3)

где ILIM(min) — минимальная величина предельного тока встроенного ключа (дана в документации), ΔIL — ток пульсаций катушки, рассчитанный из уравнения 2, D — коэффициент заполнения, рассчитанный из уравнения 1.

ВЫБОР КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

Часто в документации задан диапазон рекомендуемых величин индуктивности. В этом случае следует выбрать индуктивность из данного диапазона. Чем выше величина индуктивности,

Рис. 1. Силовой каскад повышающего преобразователя

Электронные компоненты №6 2010

МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

БАЗОВАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Другим параметром, который следует проверить, является рассеиваемая мощность диода. Она не должна превышать величину: PD = IF VF,

(8)

где IF — среднее значение прямого тока выпрямительного диода, VF — прямое напряжение выпрямительного диода. УСТАНОВКА ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Рис. 2. Резистивный делитель для установки выходного напряжения

тем выше максимальный выходной ток из-за сниженного тока пульсаций. Чем меньше индуктивность, тем меньше габариты устройства. Заметим, что катушка должна всегда иметь номинальный ток выше максимального тока из уравнения 4, потому что ток увеличивается при уменьшении индуктивности. Если для микросхемы не указан диапазон индуктивностей, можно воспользоваться следующим уравнением, которое дает достаточно точную оценку величины индуктивности: ,

(5)

где VIN — типовое входное напряжение, VOUT — заданное выходное напряжение, fS — минимальная частота коммутации преобразователя, ΔIL — приблизительная величина тока пульсаций катушки (см. ниже). Ток пульсаций катушки индуктивности нельзя рассчитать с помощью уравнения 2, так как индуктивность неизвестна. Ток пульсаций катушки индуктивности можно оценить как приблизительно равный величине 20—40% от выходного тока:

(9)

где IR1/2 — ток через резистивный делитель на GND, IFB — ток смещения цепи обратной связи из документации. Это вносит погрешность в измерения напряжения, не превышающую 1%. Ток также может быть немного выше. Единственным недостатком меньшей величины сопротивления являются более высокие потери мощности в резистивном делителе, однако точность будет немного выше. При указанных выше допущениях резисторы можно рассчитать следующим образом: ,

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

(10)

(6)

где ΔIL — приблизительная величина тока пульсаций катушки, IOUT(max) — максимальный выходной ток приложения.

ВЫБОР ВЫХОДНОГО КОНДЕНСАТОРА

Почти все преобразователи устанавливают выходное напряжение с помощью резистивного делителя (который встроен в микросхему, если преобразователь имеет фиксированное выходное напряжение). Делитель напряжения можно рассчитать при заданном напряжении цепи обратной связи V FB и токе смещения цепи обратной связи I FB. Ток через резистивный делитель должен быть, по крайней мере, в 100 раз больше тока смещения цепи обратной связи: IR1/2 ≥ 100 IFB,

ВЫБОР ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

Для снижения потерь следует использовать диод Шоттки. Номинальная величина прямого тока диода равна максимальному выходному току:

величиной эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Материал диэлектрика должен быть X5R или лучше. В противном случае элемент конденсатора теряет часть своей емкости из-за постоянного смещения или при изменении температуры [8, 9]. Величина емкости может быть увеличена, если входное напряжение содержит помехи.

(11)

где R1, R2 — резистивный делитель (см. рис. 2), VFB — напряжение цепи обратной связи из документации, IR1/2 — ток через резистивный делитель на GND, рассчитанный из уравнения 9, VOUT — заданное выходное напряжение.

Рекомендуется использовать керамические конденсаторы с низкой величиной ESR для минимизации пульсаций выходного напряжения. Лучше выбирать керамические конденсаторы с материалом диэлектрика X5R или лучше [8, 9]. Если преобразователь имеет внешнюю компенсацию, можно использовать любой номинал конденсатора выше минимального значения, рекомендуемого в документации, но компенсацию необходимо отрегулировать в соответствии с используемой выходной емкостью. В преобразователе с внутренней компенсацией использовать рекомендуемые номиналы индуктивности и конденсатора или следует придерживаться рекомендаций по выбору выходного конденсатора для данного приложения исходя их соотношения LC. При внешней компенсации можно использовать следующие уравнения для емкости выходного конденсатора для заданного уровня пульсаций выходного напряжения: ,

(12)

где COUT(min) — минимальная выходная емкость, IOUT(max) — максимальный выходной ток приложения, D — рабочий цикл, рассчитанный из уравнения 1, fS — минимальная частота коммутации преобразователя, ΔVOUT — заданная величина пульсаций выходного напряжения. Эквивалентное последовательное сопротивление выходного конденсатора увеличивает уровень пульсаций, который можно найти из следующего уравнения: , (13)

ВЫБОР ВХОДНОГО КОНДЕНСАТОРА

IF = IOUT(max),

(7)

где IF — средний прямой ток выпрямительного диода, IOUT(max) — максимальный выходной ток приложения. Диоды Шоттки имеют номинальное значение пикового тока намного выше средней величины. Поэтому более высокое значение пикового тока в системе легко реализуется.

WWW.ELCP.RU

Минимальная величина входной емкости обычно дается в документации на микросхему. Конденсатор минимальной емкости необходим для стабилизации входного напряжения в соответствии с требованиями по пиковому току импульсного источника питания. Рекомендуется использовать керамические конденсаторы с низкой

где ΔVOUT(ESR) — дополнительные пульсации выходного напряжения из-за ESR, ESR — эквивалентное последовательное сопротивление используемого выходного конденсатора, I OUT(max) — максимальный выходной ток приложения, D — рабочий цикл, рассчитанный из уравнения 1, ΔIL — величина тока пульсаций катушки из уравнений 2 или 16.

УРАВНЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА СИЛОВОГО КАСКАДА ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Величина резистора между выводом FB и GND:

Максимальная величина рабочего цикла:

, (14)

где V IN(min) — минимальное входное напряжение, VOUT — заданное выходное напряжение, η — КПД преобразователя, приблизительно равный 85%. Ток пульсаций катушки индуктивности: ,

(15)

где VIN(min) — минимальное входное напряжение, D — коэффициент заполнения, рассчитанный из уравнения 14, fS — минимальная частота коммутации преобразователя, L — выбранное значение индуктивности. Максимальный выходной ток выбранной микросхемы: ,

(16)

где ILIM(min) — минимальная величина предельного тока встроенного ключа (дана в документации), ΔIL — ток пульсаций катушки, рассчитанный из уравнения 15, D — рабочий цикл, рассчитанный из уравнения 14. Максимальный ток ключа для данного приложения: ,

(17)

где ΔIL — ток пульсаций катушки, рассчитанный из уравнения 15, IOUT(max) — максимальный выходной ток для приложения, D — коэффициент заполнения, рассчитанный из уравнения 14. Расчет индуктивности: ,

(18)

(19)

где ΔI L — приблизительная величина тока пульсаций катушки, I OUT(max) — максимальный выходной ток приложения. Средний прямой ток выпрямительного диода: IF = IOUT(max),

Величина резистора между выводом FB и VOUT: ,

(24)

где V FB — напряжение цепи обратной связи из документации, IR1/2 — ток через резистивный делитель на GND, рассчитанный из уравнения 22, VOUT — заданное выходное напряжение. Минимальная выходная емкость (если не приведена в документации): ,

(25)

где IOUT(max) — максимальный выходной ток приложения, D — рабочий цикл, рассчитанный из уравнения 14, fS — минимальная частота коммутации преобразователя, ΔVOUT — заданная величина пульсаций выходного напряжения. Дополнительное выходное напряжение пульсации из-за ESR: ,

(26)

где ESR — эквивалентное последовательное сопротивление используемого выходного конденсатора, IOUT(max) — максимальный выходной ток приложения, D — рабочий цикл, рассчитанный из уравнения 14, ΔIL — величина тока пульсаций катушки из уравнений 15 или 19.

ЛИТЕРАТУРА 1. Brigitte Hauke. Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage//Application Report SLVA372A, November 2009, Revised April 2010. 2. Understanding Boost Power Stages in Switchmode Power Supplies//SLVA061. 3. Voltage Mode Boost Converter Small Signal Control Loop Analysis Using the TPS61030//SLVA274. 4. Datasheet of TPS65148//SLVS904). 5. Datasheet of TPS65130 and TPS65131//SLVS493). 6. Robert W. Erickson: Fundamentals of Power Electronics//Kluwer Academic Publishers, 1997. 7. Mohan/Underland/Robbins: Power Electronics//John Wiley & Sons Inc., Second Edition, 1995. 8. Improve Your Designs with Large Capacitance Value Multi-Layer Ceramic Chip (MLCC) Capacitors by George M. Harayda, Akira Omi, and Axel Yamamoto, Panasonic. 9. Comparison of Multilayer Ceramic and Tantalum Capacitors by Jeffrey Cain, Ph.D., AVX Corporation.

где IF — средний прямой ток выпрямительного диода, IOUT(max) — максимальный выходной ток приложения. Мощность, рассеиваемая на выпрямительном диоде: PD = IF VF,

(21)

где IF — среднее значение прямого тока выпрямительного диода, VF — прямое напряжение выпрямительного диода. Ток через резистивный делитель для установки выходного напряжения: IR1/2 ≥ 100 IFB,

(20) МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

(23)

(22)

где IR1/2 — ток через резистивный делитель на GND, IFB — ток смещения цепи обратной связи из документации.

Электронные компоненты №6 2010

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 1273ПН1Т ДЛЯ СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ВАЛЕРИЙ ИВАНОВ, вед. инженер-конструктор ФГУП «НИИЭТ» ИЛЬЯ СУРОВ, инженер-конструктор 1 категории ФГУП «НИИЭТ» ВЛАДИМИР ГОРОХОВ, к.т.н., зам. главного инженера ФГУП «НИИЭТ» ИГОРЬ ПОТАПОВ, к.т.н., нач. отдела ФГУП «НИИЭТ» .

В статье рассмотрены характеристики микросхемы преобразователя напряжения 1273ПН1Т, относящейся к классу импульсных понижающих асинхронных регуляторов. Эта микросхема с большим КПД и высокой стабильностью выходного напряжения предназначена для создания стабилизированных источников питания бортовых систем специального и общего назначения. Подобные системы используются в большегрузной автомобильной технике, авионике, робототехнических комплексах и средствах автоматизации. К числу прототипов преобразователя напряжения 1273ПН1Т можно отнести одну из микросхем семейства LM267х фирмы National Semiconductor. Интегральные микросхемы преобразователей напряжения для построения стабилизированных источников питания электронной аппаратуры имеют достаточно много разновидностей. Среди них широкое распространение

получили импульсные понижающие асинхронные стабилизаторы напряжения. К числу мировых лидеров на рынке таких электронных компонентов относится фирма National Semiconductor. За время, прошедшее с начала разработок

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й Э Л ЕК Т РО НИ КИ

Рис. 1. Структурная схема ИМС преобразователя напряжения 1273ПН1Т

WWW.ELCP.RU

в 1989 г., ею создано пять поколений ИС импульсных понижающих асинхронных стабилизаторов напряжения со встроенными силовыми ключами [1]. Среди отечественных предприятий, работающих в области создания и про-

Рис. 2. Зависимость КПД микросхемы 1273ПН1Т от температуры окружающей среды (UADJ = 5 В, UIN = 12 В, ILOAD = 1 А)

Рис. 3. Типовая схема включения ИМС 1273ПН1Т

кая точность стабилизации выходного напряжения UОUТ: отклонение от установленного значения не превышает 1,5%. Сопротивление RON открытого силового ключа (ДMOП-транзистора) в типовом случае составляет 0,25 Ом. В сводном виде основные параметры ИМС 1273ПН1Т представлены в таблице 1. Микросхема 1273ПН1Т имеет внешний выключатель (shutdown), который срабатывает при входном напряжении UON/OFF менее 5 В и переводит ее в режим пониженного потребления. Выходной каскад имеет ограничитель тока и тепловую защиту, что обеспечивает полную защиту ИМС от неправильных режимов работы. Структурная схема 1273ПН1Т показана на рисунке 1. Кроме перечисленных выше функциональных блоков, микросхема имеет внутренний стабилизатор напряжения 5 В, источник опорного напряжения (ИОН) 1,21 В, широтноимпульсный компаратор, блок компенсации усиления, блок контроля, схему управления (драйвер) и др. Внутренний стабилизатор напряжения 5 В обеспечивает стабильное напряжение питания блоков ИС при напряжении 8…40 В на входе VIN, а внутренний ИОН служит для созда-

Таблица 1. Основные параметры ИМС преобразователя напряжения 1273ПН1Т Параметр, единица измерения Входное напряжение, В Выходное напряжение (регулируемое), В Выходной ток нагрузки, А Нестабильность по напряжению, %/В Коэффициент полезного действия, % Сопротивление открытого переключателя выхода VSW, Ом Выходной ток ограничения, А Частота задающего генератора коммутации выхода VSW, кГц Ток холостого хода на входе VIN, мА Рассеиваемая мощность, Вт Минимальная температура окружающей среды, °С Максимальная температура корпуса, °С Предельно допустимая температура кристалла, °С

Обозначение UIN UOUT ILOAD KUI η RON IOCL fS IQ Ptot Tокр Tcase Tj

Величина 8…40 1,21…37 1 (макс) ±1,5 70 (мин.), 90 (тип.) 0,25 (тип.), 0,5 (макс.) 1,2…2,2 225…275 3,6 (макс.) 1,0 (макс.) –60 110 125

ния необходимого входного опорного уровня для усилителя сигнала ошибки на ОУ1 и ОУ2. Широтно-импульсный компаратор (модулятор) формирует импульсы переменной скважности, получаемые сравнением исходного пилообразного напряжения и выходного сигнала усилителя ошибки. Блок компенсации усиления предназначен для выработки сигналов управления, которые обеспечивают выравнивание (коррекцию) усиления «усилителя сигнала ошибки» в зависимости от напряжения на входе VIN. Блок контроля служит для обработки поступающих на его входы сигналов о работоспособности схемы и формирования сигналов управления выходным каскадом, а драйвер управляет выходным ДМОП-транзистором в зависимости от режима работы ИМС. Использование в качестве силового ключа ДМОП-транзистора обеспечивает высокий КПД микросхемы. Типовая зависимость КПД от температуры окружающей среды представлена на рисунке 2. Благодаря высокому КПД при монтаже микросхемы нет необходимости в применении специальных теплоотводов — достаточно использовать медные дорожки на плате. ИМС преобразователя напряжения 1273ПН1Т выпускается в 8-выводном металлокерамическом корпусе 4112.8-1. Типовая схема включения ИМС приведена на рисунке 3. В заключение следует сказать, что в планах ФГУП «НИИЭТ» — создание и других микросхем импульсных стабилизаторов (преобразователей) напряжения — с фиксированными выходными напряжениями (1,5; 2; 3; 5 В и др.), с более высокими рабочими токами (до 3…5 А) и рабочими частотами до 500 кГц. ЛИТЕРАТУРА 1. Д. Иванов. LM2267x — Simple Switcher в пятом поколении//Компоненты и технологии, №1, 2009, с. 78—81.

Электронные компоненты №6 2010

29 МИК РО С ХЕ МЫ С ИЛ ОВОЙ ЭЛ ЕК ТРОНИКИ

изводства регулируемых стабилизаторов напряжения (в основном аналогового типа), можно назвать ЗАО «Группа Кремний Эл», ОАО «Ангстрем», ОАО НПП «ЭлТом», ОАО «ВЗПП-С». Несколько типов импульсных понижающих стабилизаторов напряжения выпускает НПО «Интеграл» (Минск) — по классификации National Semiconductor они относятся к изделиям второго поколения. В настоящей работе представлена микросхема преобразователя напряжения 1273ПН1Т, разработка которой была закончена ФГУП «НИИЭТ» в ноябре 2009 г. Микросхема 1273ПН1Т — понижающий стабилизатор, предназначенный для вторичных источников питания, работающих в диапазоне входного напряжения 8…40 В с регулируемым выходным напряжением от 1,21 до 37 В при токе нагрузки до 1 А. Помимо построения импульсных стабилизаторов напряжения, микросхема 1273ПН1Т может также использоваться в качестве эффективного предварительного стабилизатора (pre-regulator) для линейных стабилизаторов. Микросхема имеет внутренний генератор с довольно высокой фиксированной частотой — 260 кГц, что позволяет уменьшить размеры компонентов фильтра. При этом диапазон частоты задающего генератора коммутации выхода VSW находится в пределах 225…275 кГц. Важное достоинство преобразователя 1273ПН1Т — высо-

Высоковольтные ИС для надежных платформ управления электроприводом ХЕННИНГ ХАУЭНШТАЙН (HENNING HAUENSTEIN), вице-президент отдела сбыта и приложений, International Rectifier

Высоковольтные ИС, удовлетворяющие требованиям к драйверам затворов полупроводниковых приборов, все чаще применяются в силовых каскадах схем управления электроприводом. Обеспечивая высокий уровень интеграции, эти высоковольтные ИС позволяют удовлетворить требованиям проекта, сведя к минимуму количество компонентов в таких приложениях как кондиционеры воздуха, вентиляторы, насосы, преобразователи общего назначения и автомобильная электроника. Новейшие высокоскоростные и мощные драйверы MOSFET и IGBT, например, не требуют ни ограничительного диода, ни токоограничивающего резистора и имеют зависимые или независимые выходные каналы верхнего и нижнего уровней с управляющим напряжением затвора в диапазоне 10…20 В. Драйверы (начиная с семейства International Rectifier IRS260xD) имеют выходной буферный каскад высокого импульсного тока, предназначенный для минимизации перекрестной проводимости. Плавающий канал используется для управления N-канальными мощными MOSFET или IGBT в конфигурации верхнего уровня при рабочем напряжении до 600 В. Эти устройства обеспечивают согласованную задержку при прохождении сигнала для обоих каналов и усовершенствованный входной фильтр для повышения помехоустойчивости. Устойчивость к выбросам отрицательного напряжения защищает систему при переключении больших токов и в условиях возникновения КЗ. Помимо функций блокировки при пониженном напряжении питания, которыми обладают почти все драйверы компании IR, новые семейства устройств для управления электроприводом отличаются очень малым током потребления, что позволяет их использовать даже в самых требовательных приложениях. Для уменьшения числа компонентов, упрощения схемы и повышения ее надежности новейшие драйверы оснащены встроенной бутстрепной схемой, которая реализуется за счет высокого внутреннего высоковольтного MOSFET, обеспечивающего протекание тока на верхний уровень через питающую сеть низкого уровня (замена внешнего бутстрепного диода).

Рис. 1. Структура высоковольтной ИС

WWW.ELCP.RU

БЕЗОПАСНЫЙ РЕЖИМ

Разрабатывая схему инвертора, необходимо убедиться в том, что конкретная высоковольтная ИС обеспечит требуемое быстродействие как в нормальном режиме, так и при перегрузке. Устойчивость к отрицательным всплескам напряжения особенно важна. Элементы драйвера верхнего уровня высоковольтной ИС изолированы от остальной цепи p-n-переходом с обратным смещением. Каждый раз, когда отрицательный импульс переходного напряжения уменьшает потенциал цепи верхнего уровня ниже земли, изолирующий переход смещается в обратном направлении. Вследствие этого элементы верхнего уровня могут воздействовать на другие цепи из-за наличия внутренних паразитных биполярных структур. На рисунке 1 показана стандартная структура высоковольтной ИС с диодом (D7) на эпитаксиальной подложке и с n-p-n-транзистором (Q7), которые являются наиболее заметными паразитными элементами. При отрицательном всплеске напряжения Vs диод D7 и транзистор Q7 могут включиться, что приведет к изменению поведения цепи и созданию условий защелкивания. В результате могут возникнуть временная неустойчивость работы или даже выход прибора из строя. Чтобы избежать этих затруднений, International Rectifier создала метод, который использует концепцию NTSOA (Negative Transient Safe Operating Area — область безопасной работы при отрицательных переходных напряжениях) для определения работоспособности драйвера при отрицательных выбросах напряжения. На рисунке 2 приведен график NTSOA для ИС драйвера. Как видно из иллюстрации, устройство гарантированно работает при возникновении любого отрицательного выброса напряжения, если его длительность и амплитуда соответствуют области, расположенной выше кривой NTSOA. Например, устройство продолжает работу при –40-В выбросе длительностью 100 нс. В случае выбора высоковольтных ИС компании International Rectifier устойчивая работа каждого нового драйвера затвора в указанных пределах области NTSOA проверяется специализированными тестами, во время которых эти компоненты подвергаются воздействию

Рис. 2. Область безопасной работы при отрицательном переходном напряжении Vs для драйверов затвора IR (при VBS = 15 В)

импульсов отрицательного напряжения переменной амплитуды и длительности. При этом также определяются условия возникновения отказа для обеспечения безопасной работы компонентов в указанных границах. Помимо соответствия условиям работы в области NTSOA, каждый новый компонент тестируется в составе конечного устрой-

ства и подвергается воздействию условий КЗ. Печатная плата преобразователя проектируется таким образом, чтобы воспроизвести наихудший вариант возникновения паразитных условий в реальной сборке, а драйвер тестируется при КЗ на выходе инвертора при управлении IGBT c различными параметрами и при разных токах нагрузки.

СОБЫТИЯ РЫНКА | МИРОВЫЕ ПРОДАЖИ ЧИПОВ ПРЕВЫСИЛИ ОЖИДАНИЯ | Средний мировой объем продаж полупроводников в мае составил 25,65 млрд долл, что на 4,5% больше показателя предыдущего месяца и на 47,6% больше, чем в том же месяце прошлого года. Усредненные показатели намного превзошли ожидания экспертов и стали рекордными за последние три месяца. Рост продаж полупроводников был самым высоким в Америке и Китае. В Америке средний рост продаж за три месяца составил 8,2% (4,265 млрд долл) и 52,9% в год. В Китае трехмесячный рост составил 8% (5,33 млрд долл) и 8% в год. Более половины мирового рынка полупроводников сосредоточено в Азиатско-Тихоокеанском регионе, включая Китай. Трехмесячные средние продажи в этом регионе составили 5% (13,51 млрд долл) и 50,1% в год. Японские и европейские регионы — отстающие на мировом рынке продаж микросхем. Средние трехмесячные продажи чипов в Японии составили 3,72 млрд долл., в Европе — 3,15 млрд долл. Ежемесячный рост в Японии составил 1,3% , в Европе — 1,7%, а годовой рост, соответственно, — 34,7 и 43,8%. www.russianelectronics.ru

| НИС ДОШЛИ ДО УКРАИНЫ | Федеральное космическое агентство (Роскосмос) назначило ОАО «Навигационно-информационные системы» (НИС) поставщиком навигационных услуг для потребителей России и Украины. В ближайшее время НИС и харьковское ОАО «НИИ радиотехнических измерений» подпишут соглашение о взаимодействии, в рамках которого, возможно, создадут совместное предприятие. Как сообщает пресс-служба НИС, это решение утвердил руководитель Роскосмоса Анатолий Перминов в рамках реализации соглашения между кабинетом министров Украины и правительством РФ о сотрудничестве в области использования и развития ГЛОНАСС. Со своей стороны, Национальное космическое агентство Украины возложило на харьковское ОАО «НИИ радиотехнических измерений» (НИИ РИ) исполнение обязанностей оператора по предоставлению навигационных услуг на территории Украины. «НИС определен «назначенной организацией» с российской стороны, а НИИ РИ — с украинской. В дальнейшем НИС и «НИИ РИИ» подпишут детальное соглашение о сотрудничестве, возможно, будет создано совместное предприятие, — комментирует руководитель отдела по работе со СМИ ОАО «НИС» Игорь Фрумкин. — Конкретные направления сотрудничества НИС и «НИИ РИ» прорабатываются. Готовятся предложения, которые после обсуждения и согласования лягут в основу совместного соглашения. Руководством России поставлены многоплановые задачи по продвижению технологий на базе ГЛОНАСС за рубежом». ОАО НИС образовано в 2007 г. «Системой» (50,1% акций) и Роскосмосом. Основные задачи НИС — создание массового рынка сбыта коммерческих услуг на базе ГЛОНАСС, оптимизация нормативно-правовой базы для использования системы ГЛОНАСС и эксплуатация навигационной инфраструктуры для развития коммерческих услуг спутниковой навигации. В ближайшее время «НИС» инвестирует в развитие около 6 млрд руб. В первую очередь компания намерена создать коммерческий рынок ГЛОНАСС в России, а затем — выйти на мировой рынок. Приоритетными направлениями распространения за пределами России навигационных решений и услуг на базе ГЛОНАСС станут страны СНГ, Индия, а также Ближний Восток, Южная и Центральная Америка. www.russianelectronics.ru

Электронные компоненты №6 2010

Универсальный высоковольтный LED-драйвер IL9910 ОАО «Интеграл» (функциональный аналог HV9910 компании Supertex Inc.) Микросхема IL9910D (IL9910N, IL9910DH, IZ9910) — универсальный высоковольтный LED-драйвер. Микросхема предназначена для управления цепочками светодиодов и светодиодными панелями. ИМС IL9910 представляет собой микросхему управления высокоэффективным LED-драйвером, позволяющим работать со светодиодными панелями и цепочками светодиодов с напряжением питания 8…450 В постоянного тока. Микросхема управляет внешним MOSFETтранзистором с фиксированной частотой до 300 кГц. Данная частота может быть установлена при помощи внешнего резистора. Цепочки светодиодов управляются постоянным током, что обеспечивает стабильную яркость свечения светодиодов и высокую надежность устройства. Выходной ток цепочки светодиодов может задаваться в диапазоне от нескольких миллиампер до более 1 А. Величина данного тока может быть установлена на любое значение от 0 до своего максимального значения при помощи внешнего управляющего напряжения, подаваемого на вход линейного затухания. Микросхема IL9910 также имеет вход низкочастотной ШИМ-подстройки, позволяющей управлять яркостью свечения светодиодов ШИМ-сигналом с коэффициентом заполнения импульсов 0—100 % и частотой до нескольких кГц. Отличительной чертой микросхемы IL9910 является наличие вывода PWM_D, позволяющего осуществлять регулировку яркости свечения светодиодов при помощи ШИМ-сигнала. ИМС IL9910 позволяет также регулировать яркость свечения светодиодов, изменяя выходной ток через светодиоды путем линейного изменения напряжения, подаваемого на вход LD (так называемое линейное затухание). Основные характеристики:

– входное напряжение на входе VIN 8…450 В; – ток на выводе VDD, который можно применять для внешнего потребления IDD(ext) не более 1 мА; – величина тока в светодиодной цепочке задается от нескольких миллиампер до более 1 А; – управление яркостью свечения 1—100 светодиодов; – возможность подстройки яркости свечения светодиодов при помощи низкочастотного ШИМ-сигнала; – возможность линейной подстройки яркости свечения светодиодов; – диапазон рабочих температур –40…85°C; – допустимое значение потенциала статического электричества 1000 В. Индекс D — SO-корпус; индекс N — пластмассовый DIPкорпус; индекс H — пластмассовый SO-корпус; IZ9910 —

WWW.ELCP.RU

кристалл. Область применения:

– в качестве LED-драйвера DC/DC или AC/DC; – LED-драйвер для подсветки светодиодных RGB-панелей; – подсветка ЖК-панелей; – в универсальных источниках постоянного тока; – декоративная светодиодная иллюминация; – автомобильная электроника. ИМС IL9910 применяют в схемах ключевых вольтодобавочных преобразователей по пиковому току (buck, boost или buck-boost converter) для управления яркостью свечения цепочек светодиодов или светодиодных панелей. Данные преобразователи могут работать от сети переменного тока или постоянного напряжения в диапазоне 8…450 В. Для осветительного оборудования, имеющего входную мощность менее 25 Вт, дополнительно может применяться схема компенсации коэффициента мощности, фильтрующая пульсации переменного тока. Микросхема IL9910 может управлять высокояркими светодиодами числом до нескольких сотен или совокупностью цепочек высокоярких светодиодов. Светодиодные матрицы (панели) могут состоять из соединенных последовательно или последовательнопараллельно светодиодов. ИМС IL9910 позволяет управлять всеми основными типами ключевых вольтодобавочных преобразователей как с изолированным выходом, так и с неизолированным. Данные преобразователи могут работать как в непрерывно включенном, так и в периодически отключаемом режимах. Когда на затвор внешнего MOSFET-транзистора поступает разрешающий сигнал, LED-драйвер начинает накапливать внутреннюю энергию на катушке индуктивности или первичной обмотке трансформатора. Далее эта энергия различными путями, в зависимости от типа вольтодобавочного преобразователя, поступает непосредственно на светодиоды. Энергия, накопленная в магнитном элементе, поступает в выходную цепь в течение времени отключения мощного MOSFET-транзистора, задающего ток в цепи светодиодов.

Подробную информацию о микросхеме и ее применении можно получить по адресу: Филиал «Завод полупроводниковых приборов» ОАО «ИНТЕГРАЛ» 220108, г.Минск, ул. Корженевского, 12 Тел./факс: 212-20-31 Эл. почта: dzumс@integral.by.

Обеспечение электрического питания ПЛИС с помощью мощных линейных LDO-стабилизаторов СТИВ НОС (STEVE KNOTH), ст. инженер по сбыту, Linear Technology Corporation ВВЕДЕНИЕ

Такие мощные низковольтные цифровые микросхемы как программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), включая программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ), цифровые сигнальные процессоры (DSP), микропроцессоры и другие специализированные микросхемы входят в состав практически любых встраиваемых электронных систем. Встраиваемые электронные системы различного назначения очень часто встречаются в изделиях промышленной электроники, аппаратуры связи, серверах, медицинской аппаратуре, игровых приставках и консолях, бытовой аудио/видеотехнике и во многих других изделиях. Применение ПЛИС позволяет реализовать в этих системах самые передовые технические идеи. Согласно маркетинговым исследованиям фирм In-Stat и Gartner, в 2010 г. объем продаж ПЛИС достигнет 2,5 млрд долл. Примечательно, что одним из применений ПЛИС в автомобилестроении является возможность создания аппаратуры, позволяющей избежать последствия т.н. человеческого фактора. Это системы активной безопасности, исключающие возможность столкновения. Кроме того, такие системы безопасности, как например антиблокировочная система (АБС), управление устойчивостью и электронно-управляемая независимая подвеска, также используют ПЛИС. Сочетание больших токов потребления, малых напряжений питания и повышенные требования к скорости нарастания импульсной характеристики для нового поколения ПЛИС и специальных процессоров предъявляет строгие требования к источникам электропитания ядра, устройств ввода-вывода и каналов приёмопередатчика. Эти цифровые микросхемы, с точки зрения электропитания, являются и мощными, и динамичными. Как правило, для их питания используются относительно более эффективные импульсные преобразователи. Однако применение этих преобразователей связано с такими недостатками как влияние шумов, не очень хорошая импульсная характеристика и чувствительность к качеству разводки печатной платы. В результате, зачастую предпочтение отдаётся линейным стабилизаторам с малым падением напряжения (LDO), хотя такие стабилизаторы и имеют свои ограничения в применении. Однако благодаря новым техническим идеям в этой области параметры новых LDOстабилизаторов перестали быть компромиссными. ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Точно следуя закону Мура, размеры выпускаемых кремниевых подложек постоянно уменьшаются, что позволяет снижать напряжение питания произведенных микросхем. Работа с большими токами потребления и меньшими напряжениями накладывает определенные ограничения на трассировку и отвод тепла. Следовательно, необходимо применять особые корпуса, обеспечивающие надёжный отвод тепла от кристалла микросхемы. В случае с LDOстабилизаторами их способность работать с малым прямым падением напряжения позволяет уменьшить разницу между входным и выходным напряжениями, сохранив возможность поддерживать/стабилизировать выход-

WWW.ELCP.RU

ное напряжение и стабильность выходных параметров. Следовательно, появляется возможность снизить рассеиваемую микросхемой мощность и частично решить проблему отвода тепла. Требование к коэффициенту подавления пульсаций по напряжению (PSRR), а также допустимый уровень шума выходного напряжения являются основными требованиями. Напряжение, получаемое от прибора с хорошим коэффициентом стабилизации, легко фильтруется, что снижает уровень шумов на входе. Это, в свою очередь, приводит к «чистому» и стабильному напряжению на выходе. Кроме того, стабилизатор с малыми шумами выходного напряжения в широкой полосе частот является более предпочтительным для применения в качестве источника питания, где уровень шумов чётко оговаривается условиями технического задания. Поскольку требования к быстродействию современных ПЛИС возрастают, чувствительность к шумам выходного напряжения также растёт. Их необходимо снижать, чтобы уменьшить ошибку разрядности. Подобные ошибки, обусловленные шумами, значительно снижают скорость обработки данных быстродействующих ПЛИС. Более высокие скорости приёмопередатчиков, всё чаще интегрируемых в ПЛИС, обуславливают более высокие токи, потребляемые для сохранения хорошей формы импульсов данных. Поскольку эти микросхемы являются быстродействующими, ток потребления может возрастать почти от нуля до нескольких ампер в течение сотен наносекунд. Данное обстоятельство требует применения преобразователей с очень хорошей импульсной характеристикой. НОВЫЙ ТИП СТАБИЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПИТАНИЯ ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ

Линейный стабилизатор с правильными характеристиками является идеальным решением для питания новейших ПЛИС. Однако LDO-стабилизаторы должны удовлетворять следующим требованиям: – быстродействие (малое время нарастания импульсной характеристики); – работа в широком диапазоне входных и выходных напряжений; – большой ток нагрузки; – низкий уровень шума; – очень малое прямое падение напряжения; – хорошие тепловые свойства; – большой коэффициент стабилизации на высоких частотах; – автоматическое выявление неисправностей/ошибок может быть дополнительным преимуществом. Недавно компания Linear Technology представила микросхему LT3070 — стабилизатор серии LDO, обладающий всеми указанными свойствами. СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ МАЛОШУМЯЩИЙ LDO-СТАБИЛИЗАТОР

Микросхема LT3070 представляет собой сверхбыстродействующий линейный стабилизатор с цифровой

Рис. 1. Типичная схема включения LT3070

выходного напряжения, не сработала ли защита от пониженного входного напряжения. Этим сигналом выдается также предварительное предупреждение о перегреве микросхемы. Диапазон входных напряжений микросхемы LT3070 составляет 0,95…3,0 В, а диапазон вспомогательных напряжений равен 2,2…3,6 В. Вспомогательное напряжение предназначено для управления затвором встроенного регулирующего МОП-транзистора с N-каналом. Кроме того, несколько микросхем LT3070 можно соединить параллельно и тем самым обеспечить больший ток в нагрузку или равномернее распределить тепло на печатной плате. С помощью алгоритма слежения можно управлять импульсным преобразователем, который обеспечивает напряжение питания для LDO. Такое решение позволяет при любом входном напряжении подавать на вход LDO-стабилизатора ровно на 300 мВ больше, чем составляет выходное напряжение. Таким образом, уменьшается рассеиваемая в тепло мощность, но при этом сохраняется коэффициент стабилизации. Если же входное напряжение меняется во времени, с помощью алгоритма слежения выходное напряжение импульсного преобразователя будет автоматически поддерживаться на 300 мВ больше выходного напряжения LDO. Это означает, что при любых входных напряжениях КПД будет максимально возможным. Встроенные цепи защиты обеспечивают защиту от пониженного входного напряжения, обратного тока, прецизионное ограничение тока, а также отключение с гистерезисом при перегреве. Микросхема LT3070 изготавливается в низкопрофильных (0,75 мм) 28-выводных корпусах QFN с габаритами 4×5 мм, улучшенным отводом тепла и работает в диапазоне температур кристалла –40…125°С. СВЕРХБЫСТРАЯ РЕАКЦИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ

Рис. 2. Динамические возможности LT3070

установкой выходного напряжения. Из всех доступных на сегодняшний день стабилизаторов LDO с высокой степенью интеграции и током нагрузки не менее 5 А это устройство имеет минимальный уровень шумов выходного напряжения и наибольшую скорость нарастания импульсной характеристики. Стабилизатор выполнен на основе МОП-транзистора, что обеспечивает минимальное прямое падение напряжения — всего 85 мВ при максимальном токе нагрузки. Кроме того, ток общего вывода стабилен и не зависит от изменения входного и выходного напряжений. Шумы выходного напряжения не превышают 25 мкВ среднеквадратического значения в диапазоне частот 10 Гц…100 кГц при токе нагрузки 5 А. Коэффициент стабилизации равен 30 дБ на частоте 1 МГц. Имея полосу пропускания входного сигнала до 1 МГц, LT3070 при использовании выходных керамических конденсаторов ёмкостью чуть более 15 мкФ обеспечивает перерегулирование не более 30 мкВ при броске тока нагрузки 4,5 А. Столь небольшая величина ёмкости выходных конденсаторов позволяет уменьшить габариты разрабатываемого источника питания и стоимость изделия. Как видно из представленной на рисунке 1 схемы, LT3070 является хорошим решением для питания мощных низковольтных устройств. Выходное напряжение микросхемы LT3070 устанавливается цифровыми сигналами в диапазоне 0,8…1, 8 В с шагом 50 мВ. Погрешность установки выходного напряжения составляет не более ± 1% во всём диапазоне изменения входного напряжения, тока нагрузки и температуры. С помощью системы цифровой подстройки границ выходного напряжения можно осуществить точную подстройку в пределах ±1%, ±3% или ±5%, что удобно при отладке системы. Сигнал PowerGood отображает состояние микросхемы LT3070: осуществляется ли регулирование

WWW.ELCP.RU

Широкая полоса пропускания входного сигнала микросхемы LT3070 обеспечивает высокую скорость нарастания импульсной характеристики. При этом на выходе применяются недорогие и малогабаритные керамические конденсаторы с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Помимо того, что такие конденсаторы удешевляют стоимость готового изделия на базе LT3070, они занимают мало места на печатной плате, позволяя создавать малогабаритные источники питания. Применение конденсаторов с объёмным диэлектриком (т.е. алюминиевых электролитических и танталовых устройств) не рекомендуется, т.к. они обладают существенно большей эквивалентной последовательной индуктивностью, а это уменьшает динамические характеристики стабилизатора. Схемотехнически N-канальный МОП-транзистор (регулирующий элемент) включён как истоковый повторитель. Такая схема включения обеспечивает предельно малое падение напряжения на регулирующем элементе, высокую скорость нарастания импульсной характеристики и большой коэффициент стабилизации в широкой полосе частот. Микросхема LT3070 имеет широкую полосу частот регулирования, а также прекрасную импульсную характеристику (см. рис. 2) за счет отказа от дорогостоящих танталовых или алюминиевых электролитических конденсаторов. Указанные выше свойства позволяют применять микросхему LT3070 для питания большинства современных микропроцессоров. Топология LDO-стабилизаторов с N-канальным истоковым повторителем является принципиально более быстродействующей, чем с P-канальными МОПтранзисторами. Низкое сопротивление канала типа N снижает выходное сопротивление LT3070. Высокое сопротивление стока P-канального МОП-транзистора требует применения дорогостоящих электролитических конденсаторов на выходе микросхемы. Кроме дороговизны, у таких конденсаторов имеется ещё один существенный недоста-

Рис. 3. Блок-диаграмма работы VIOC, реализованная в LT3070

ток: они ограничивают быстродействие схемы и, следовательно, скорость нарастания импульсной характеристики. Низкоимпедансный выход микросхемы LT3070 позволяет отвести 1 МГц на полосу пропускания электрической схемы стабилизатора, чтобы установить высокую скорость нарастания импульсной характеристики. УВЕЛИЧЕНИЕ КПД ЗА СЧЕТ УПРАВЛЕНИЯ С ВХОДА НА ВЫХОД

У микросхемы LT3070 имеется уникальная функция слежения, предназначенная для управления установленным перед ней по схеме импульсным преобразователем. Вывод VIOC (Input-to-Output Voltage Control) является выходом встроенного усилителя сигнала, пропорционального проводимости канала регулирующего элемента, выход которого, в свою очередь, является источником или потребителем тока величиной 250 мкА. Этот сигнал может управлять работой большинства импульсных преобразователей серий LTC или LTM через вывод ITH. Функция VIOC предназначена для управления работой импульсного преобразователя, обеспечивающего входное напряжение микросхеме LT3070 на 300 мВ больше выходного. Эта величина прямого падения напряжения выбрана исходя из условий обеспечения высокой скорости нарастания импульсной характеристики и приемлемого коэффициента стабилизации в широкой полосе частот. Кроме того, при такой величине прямого падения напряжения существенно снижается рассеиваемая мощность и, соответственно, увеличивается КПД. Например, рассеиваемая мощность при непрерывном выходном токе 5 А и преобразовании с помощью LDO напряжения из 1,5 в 1,2 В или из 1,3 в 1,0 В составляет всего 1,5 Вт. На рисунке 3 показаны цепи резисторов обратной связи, с помощью которых устанавливается максимальное выходное напряжение импульсного преобразователя, если LDO отключен. Однако как только LT3070 включится, цепь обратной связи VIOC понизит выходное напряжение преобразователя до величины Uвых + 300 мВ. Функция VIOC представляет собой петлю обратной связи между LT3070 и импульсным преобразователем. Петля обратной связи должна быть частотнокомпенсированной, чтобы обеспечить стабильность работы. К счастью, подключение VIOC к импульсным преобразователям Linear Technology через вывод ITH происходит по высокоимпедансному каналу, что является идеальным случаем для осуществления частотной компенсации обратной связи, т.к. изменения величины уже установленных компенсирующих компонентов минимальны. Суммируя все преимущества LT3070, можно обобщить её характеристики и особенности: – ток нагрузки 5А; – прямое падение напряжения 85 мВ (типовая величина);

– цифровая установка выходного напряжения в диапазоне 0,8…1,8 В; – цифровая точная установка выходного напряжения: ±1%, ±3%, ±5%; – низкие шумы выходного напряжения: 25 мкВ среднеквадратического значения в диапазоне частот 10 Гц…100 кГц; – возможность параллельной работы и обеспечение тока в нагрузке до 10 А; – прецизионное ограничение тока: ±15%; – погрешность установки выходного напряжения ±1% во всех диапазонах изменения входного напряжения, тока нагрузки и температуры; – стабильность работы при использовании керамических конденсаторов на выходе (минимальная ёмкость — 15 мкФ); – высокий коэффициент стабилизации при высокой частоте: 30 дБ при 1 МГц; – функция подключения/отключения нагрузки; – выводы цепей управления VIOC для совместной работы с импульсным преобразователем, что уменьшает рассеиваемую мощность и повышает КПД; – сигналы PWRGD/UVLO; – ограничение обратного тока; – тепловое отключение с предварительным предупреждающим сигналом; – низкопрофильный (0,75 мм) 28-выводный QFN корпус с габаритами 4×5 мм. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тенденцией развития высокопроизводительных цифровых микросхем является постоянно увеличивающийся ток потребления при одновременном снижении напряжения питания, что стало возможным благодаря постоянно улучшающейся технологии производства. Однако из-за этой тенденции происходит повышение требований к таким параметрам как скорость нарастания импульсной характеристики, шумы источника питания и КПД. Традиционно питание таких цифровых микросхем осуществлялось с помощью импульсных преобразователей, работающих на основе индуктивности. Однако для решения проблем, возникающих при работе подобных преобразователей, компания Linear Technology предлагает новое поколение низковольтных линейных стабилизаторов, не требующих индуктивности. Новый стабилизатор LT3070 — это линейный стабилизатор со сверхвысокой скоростью нарастания импульсной характеристики, возможностью цифровой установки выходного напряжения, минимальным прямым падением напряжения, минимальными шумами и самой высокой из всех доступных на сегодняшний день 5-А LDO скоростью нарастания импульсной характеристики. Кроме того, этот стабилизатор идеален для работы совместно с импульсным преобразователем.

Электронные компоненты №6 2010

НЕ ТАКИЕ УЖ И ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ БОЛАДЖИ ОДЖО (BOLAJI OJO), журналист

На рынке пассивных компонентов мечи никогда не убираются в ножны. Для выживания в этом высококонкурентном сегменте компании должны быть гораздо более агрессивными и настойчивыми, быстрее реагировать на происходящие перемены, чем на любом другом рынке хай-тека. В настоящее время объемы продаж поставщиков пассивных компонентов растут, а некоторым компаниям удается даже упрочить позиции за счет нехватки компонентов в определенных сегментах рынка. Однако осторожные руководители фирм продолжают упорно следовать программам реорганизации, принятым в конце 2008 г., когда разразился глобальный экономический кризис. Похоже, производителям пассивных компонентов не приходилось так снижать стоимость на свою продукцию с 2001 г., несмотря на то, что она широко использовалась в электронном оборудовании. Пассивные компоненты — пехотинцы отрасли: каждый технологический продукт, простой или сложный, требует применения конденсаторов, диодов, дросселей или резисторов, и в немалом количестве. В таблице 1 представлено потребление пассивных компонентов в разных регионах мира. Однако почти 10 лет спустя, после того как поставщики электроники прошли через то, что многие ветераны отрасли по-прежнему считают самым худшим экономическим спадом за все времена ее развития, практически все производители пассивных компонентов находятся в неустойчивом положении, занимаясь рационализацией производства, перемещением мощностей и сокращением числа служащих. Компания Vishay Intertechnology — пример организации, решившей не снижать стоимость продукции в кризисное время. В 2009 г. доходы этой компании упали на 28% — с 2,8 до 2 млрд долл., несмотря на то, что Vishay в значительной мере диверсифициро-

вала свой бизнес за последние 10 лет и в настоящее время объемы годовых продаж пассивных компонентов составляют около половины ежегодных продаж полупроводников. В прошлом году доходы от продажи пассивных компонентов упали на 24% — с 1,4 млрд долл. в 2008 г. до 1 млрд долл. Схожая участь постигла и AVX — подразделение японской корпорации Kyocera. Ее доход упал на 14% за прошлый финансовый год, который закончился в марте 2009 г. Доход от продажи пассивных компонентов упал на 9,4% по сравнению с прошлым годом. Совокупный объем продаж пассивных компонентов за финансовый год, закончившийся в марте 2009 г., снизился на 18%, а к марту 2010 г. упал еще на 4%, по оценке Дениса Зогби (Denis Zogbi), владельца и президента аналитической компании Paumanok Research Group. В 2001 г., когда Vishay начала предпринимать меры по снижению расходов, в состав этой компании входило 43% персонала из стран с высокой оплатой труда и 57% — из регионов с низкой стоимостью рабочей силы. К концу 2009 г. процент персонала из таких стран как Китай, Чешская республика, Индия, Малайзия, Мексика и Филиппины вырос до 75%. В долгосрочной перспективе Vishay намеревается увеличить эту долю до 80%, что связано с постоянным снижением отпускных цен на утвердившиеся продукты отрасли. Среди самых последних мер по контролю расходов — перевод производства из Бразилии в Индию и Чешскую республику, а также перевод несколь-

Таблица 1. Потребление пассивных компонентов, млрд долл. Регион ЮВА Япония Европа Америки и остальные страны Всего

2007 г. 10,78 3,97 3,95 3,30 21,98

2008 г. 12,82 4,08 3,95 3,12 23,96

2009 г. 11,26 3,67 2,55 2,16 19,64

2010 г. 11,61 3,30 2,08 1,89 18,88

2011 г. 12,19 3,17 2,39 2,19 19,94

* Примечание. В таблице 1 представлены округленные данные. Источник: Paumanok Research Group.

Электронные компоненты №6 2010

39 ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

С середины 1990-х гг., когда на рынке появилась небольшая горстка производителей с низкими издержками из Тайваня и Китая, цены на продукцию сегмента пассивных компонентов значительно снизились, и она стала массовой. Необузданная конкуренция привела к вытеснению с этого сегмента каждой десятой западной компании, оставив более сильных игроков на рынке, где прибыль легко не дается. Жесткие условия конкуренции сохранятся, по крайней мере, в ближайшей перспективе. Несмотря на то, что крупнейшие производители (вендоры) пассивных компонентов быстро адаптировались к новым рыночным условиям, остались нерешенные проблемы. Ценовое давление стало более интенсивным с ростом цен на сырье, вынуждая оставшиеся на рынке компании совершать сложные маневры, чтобы оградить себя от возможных потерь за счет диверсификации своих предложений и даже путем добавления в ассортимент активных компонентов. Чтобы выгодно выделить свои изделия на фоне дешевой массовой продукции с низким барьером входа на рынок такие компании как AVX, Kyocera, Murata и Vishay стали активнее вкладывать средства в научноисследовательскую деятельность и в другие разработки. Они также стали работать в тех областях рынка, куда не могут проникнуть более слабые конкуренты. Речь идет об авионике, оборонной промышленности и рынке медицинской техники. Дорогостоящие изменения в стратегических планах пришлись на то время, когда OEM-клиенты потребовали снизить цены на продукцию. Более того, OEM пожелали снизить т.н. «фактор касания», передав больше функций по управлению складскими запасами дистрибьюторам, чтобы сэкономить на расходах. Поставщики пассивных компонентов однажды получили прибыль за счет такой оптимизации цепочки поставок, однако рост конкуренции нивелировал этот выигрыш.

ких технологических процессов из Бельгии и США в сторонние компании. Vishay также перевела несколько производств из Нидерландов и США в Израиль. Следуя стратегии снижения расходов, компания Vishay намеревается также улучшить логистику и поддержку сервисов, а также расширить производство. Многие изделия высокого качества, разработанные AVX и Vishay, предназначены для западных рынков и обладают тем технологическим уровнем, который еще предстоит освоить многим азиатским производителям с низкими издержками. По признанию Дэвида Валетты (David Valletta), исполнительного вице-президента Vishay, компания пыталась позиционировать себя как низкозатратного производителя, переведя производство пассивных компонентов в Китай и Индию. В то же время Vishay стремилась не попасть в сильную зависимость от рынков более дешевой продукции. По мнению аналитиков, такие шаги лишь на некоторое время облегчают состояние отрасли, а затем старая проблема возникает с новой силой. В недавнем докладе Зогби, Paumanok Research Group, сообщается, что за время 2001—2010 гг. потребительская ценность товаров, производимых двумя американскими континентами, сократились вдвое, и ее большая часть переместилась в Китай. Зогби добавил, что потребление пассивных компонентов в Североамериканской зоне свободной торговли продолжит снижаться, хотя маржа в этой зоне будет выше, чем на других рыночных площадях. Руководители отраслевых компаний считают, что для преуспевания в этой зоне вендорам пассивных компонентов придется теснее установить сотрудничество с OEM-производителями, поставщиками контрактных услуг (EMS) и другими сторонними фирмами. По мнению Валетты, это сотрудничество позволит всем участникам цепочки поставок уменьшить стоимость закупок.

При нынешнем сценарии управления цепочками поставок производители пассивных компонентов числят их на своем балансе, пока не получат заказ от клиента, даже если сами товары хранятся на складах OEM или поставщика контрактных услуг. Валетта считает, что поставщики должны иметь как можно меньшее количество компонентов на своем балансе, хотя до сих пор не ясно, как это осуществить. До сих пор заказчики перекладывали бремя накладных расходов на поставщиков. Валетта считает, что необходимо найти лучший способ сократить расходы, как можно меньше имея дело с товарами в цепочке поставок пассивных компонентов. Иначе в цене продукции неизбежно появится дополнительная стоимость. Возможно, для поставщиков компонентов настало то самое время, когда следует обсудить создавшуюся ситуацию с заказчиками. После двух горестных лет спрос на пассивные компоненты снова растет, а поставки некоторых изделий уже расписаны наперед. Такие производители как AVX, Kemet и Vishay набирают персонал, чтобы увеличить загрузку производственных мощностей, которые еще год назад использовались в отдельных случаях менее чем на 50%. Например, на работу в компанию Kemet за последний год поступило более 1000 человек. Поскольку большой спрос на рынке пассивных компонентов может за несколько недель полностью иссякнуть, Kemet не намеревается существенно наращивать производственные мощности. Пер-Олоф Луф (Per-Olof Loof), глава Kemet, считает, что не стоит забегать дальше потребностей рынка, однако его компания готова удовлетворить спрос потребителей. ЛИТЕРАТУРА 1. Bolaji Ojo. IP&E: Passive in name alone//www.eetimes.com/ showArticle.jhtml?articleID=224400435.

НОВОСТИ ДИСПЛЕЕВ | МОДУЛЬ ЦВЕТНОГО 1,7-ДЮЙМОВОГО OLED-ДИСПЛЕЯ С ГРАФИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОРОМ GOLDELOX-GFX | Компания 4D SYSTEMS объявила о выпуске интеллектуального модуля цветного OLED-дисплея со встроенным графическим процессором GOLDELOX-GFX. Модуль содержит OLED-дисплей c диагональю 1,7 дюйма и пассивной матрицей. Преимуществом OLED-дисплеев является большой угол обзора (близко к 180°). Дисплей имеет разрешение 160×128 пикселов и воспроизводит 65 тыс. цветов. Модуль способен работать в двух режимах — последовательного обмена и программирования на языке 4DGL (4D Graphics Language). В режиме последовательного обмена модуль uOLED-160-G1 работает как ведомое устройство, подключаемое к ведущему устройству, в качестве которого может выступать компьютер или какой-либо микроконтроллер (AVR, PIC, ARM и т.д.). Это позволяет разработчику отлаживать свои приложения для выбранного микроконтроллера и среды программирования. Режим программирования на языке 4DGL позволяет использовать преимущества языка программирования графических приложений компании 4D SYSTEMS. Этот язык высокого уровня имеет большие библиотеки графики, а программы на нем могут выполняться процессором GOLDELOX-GFX, установленном в модуле. Язык 4DGL включает процедуры управления периферийными устройствами, имеющимися на плате: слот карты microSD, графический дисплей, последовательный порт, линии I/O и т.д. Загружать 4DGL-файлы можно через последовательный интерфейс, а также через установленный на плате модуля слот карты microSD.

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

НАНОКОНДЕНСАТОР: НОВЫЙ ПОДХОД К ПОЛУЧЕНИЮ УНИФИЦИРОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ЕМКОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БОРИС БОЛЬЩИКОВ, научный сотрудник, ООО «Барган Технолоджи» АЛЕКСЕЙ ХАЛЯВИН, научный сотрудник, ООО «Барган Технолоджи» ВАСИЛИЙ БАРГАН, рук. научно-технической группы, ООО «Барган Технолоджи»

В настоящее время потребность в конденсаторах чрезвычайно высока — доля всех производимых устройств, приходящаяся на емкостные элементы, составляет 25%. Причем, как известно, существующие типы конденсаторов (керамические, ионисторы, оксидно-полупроводниковые) не могут заменить друг друга из-за различия в емкости, электрической прочности диэлектрика, температурной стабильности, а также тангенса угла диэлектрических потерь. Наибольший интерес среди всех пассивных элементов представляют, несомненно, керамические конденсаторы, ввиду их большой диэлектрической прочности, малых частотных и температурных потерь. Керамические конденсаторы разделяют на три основных типа, в зависимости от перечисленных выше параметров. Конденсаторы 1-го типа предназначены для использования в резонансных контурах и других цепях радиоэлектронной аппаратуры. Для них важным условием являются малые диэлектрические потери (при частоте 1 МГц tgσ ≤ 6∙10 –4); высокая стабильность емкости, или низкое значение ТКЕ (наиболее широкое применение

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Рис. 1. Устройство танталового оксидного конденсатора

WWW.ELCP.RU

имеют диэлектрики М750 на основе оксида титана TiO2); высокое удельное сопротивление (ρ > 1011 Ом∙см). Конденсаторы 2-го типа — низкочастотные конденсаторы для использования в цепях фильтрации и блокировки. К ним предъявляются требования по высоким значениям диэлектрической проницаемости с немонотонной ее зависимостью от температуры, высокой стабильностью емкости (ТКЕ = ×100%, где ΔС — допустимое изменение емкости в рабочем диапазоне температур); tgσ ≤ 3,5∙10 –2; удельным сопротивлением ρ ≥ 109 Ом∙см. Для данного типа конденсаторов принята следующая международная классификация диэлектриков: – NPO: ε < 75; ТКε ≤ 30∙10 –6, температурный интервал эксплуатации –55…125°С; – X7R: ε = 1000—4000, диэлектрическая проницаемость не изменяется более чем на 15% в температурном интервале –55…125°С; – Y5V: ε = 10000—15000, диэлектрическая проницаемость не изменяется в температурном диапазоне –30…85°С более чем на 22—56% от значения при 25°С. Конденсаторы 3-го типа применяются для работы в тех же цепях, что и

низкочастотные пассивные элементы, но имеют по сравнению с ними несколько меньшее значение сопротивления изоляции и большее значение тангенса угла диэлектрических потерь, что ограничивает область их применения низкими частотами — полупроводниковая керамика с барьерными или оксидными слоями. Наряду с керамическим конденсаторами широкое применение получили конденсаторы с оксидным диэлектриком (Al2O3; Ta2O5; Nb2O5) (см. рис. 1). По величине диэлектрической проницаемости оксидные пленки уступают керамике, но превосходят ее по значениям электрической прочности: в то время как для керамики на основе оксида титана электрическая прочность не превышает 0,1 МВ/см, для пленок оксида алюминия достигнуто значение 5 МВ/см. Однако к недостаткам подобного вида устройств можно отнести полярность устройств, ограниченный частотный и температурный диапазон эксплуатации, сложность конструкции, высокую стоимость материала анодов (Ta, Nb), испарение катодного материала — жидкого диэлектрика — и связанное с этим уменьшение емкости в течение времени эксплуатации устройства. Однако существующие технологические производства керамических конденсаторов не позволяют создавать компактные конденсаторы с высокой емкостью. Тем не менее достигнуть большой емкости удается в случае суперконденсаторов или ионисторов, т.к. их емкость реализуется без участия диэлектрика. В основе принципа действия ионисторов — формирование на границе двух фаз двойного электрического слоя (ДЭС) тонкого (молекулярной толщины) слоя за счет двух пространственно разделенных слоев электрических зарядов разного знака. По этой причине изделия данного типа охватывают диапазон емкостей до 100 Ф. Высокая емкость устройства обусловлена применением

Рис. 4. Микроструктура анодированного алюминия

Рис. 2. Электронная фотография микроструктуры графитовой фольги

Рис. 3. Электронная фотография оксидных столбчатых структур на поверхности графита

мических, электролитических конденсаторов и ионисторов. Увеличить емкость конденсатора можно тремя основными способами — за счет использования диэлектрика с высоким значением диэлектрической проницаемости, уменьшением толщины слоя диэлектрика и большой поверхности обкладок. В качестве основы для создания конденсатора (и одной из обкладок) нами рассматриваются различные пористые подложки — анодированный алюминий, пористый кремний, пористые углеродные материалы и т.д., но наиболее перспективным, на наш взгляд, является графит и материалы на его основе, такие как графитовая фольга из терморасширенного графита.

Удельная поверхность материала составляет несколько десятков м2/г. При модификации поверхности графита получается ряд уникальных материалов (см. рис. 3), которые могут стать основой для улучшения характеристик емкостных устройств. Другой перспективный материал — анодированный алюминий — также обладает пористой структурой, причем упорядоченной (см. рис. 4). Поверхность пор образована диэлектриком — оксидом алюминия, что затрудняет использование материала в качестве обкладки конденсатора. Для того чтобы добиться значений удельной поверхности, характерных для графитовой фольги, необходимо 200-мкм анодирование алюминия (при диаметре поры 100 нм). Это долгий, сложный и дорогой процесс. То же самое касается и пористого кремния, за исключением того, что он образует проводящие структуры (при условии легирования исходного материала). Гораздо больший интерес для создания конденсатора представляют проводящие кремниевые структуры (см. рис. 5), получаемые методом скользящего углового осаждения (GLAD — Glancing Angle Deposition). Они обладают большой удельной поверхностью (несколько сотен м2/г) и открытой упорядоченной пористой структурой. Графитовая фольга не обладает упорядоченной структурой, но ее физические характеристики, простота получения и низкая стоимость делают ее основой нашей разработки.

Почему графит?

Это электропроводящий материал, который может служить обкладкой. Он обладает развитой открытой пористой структурой, что позволяет увеличить емкость, а также высокой теплопроводностью, что исключительно важно для устройств, работающих в высокочастотном режиме. Графит радиационно-стоек, отличается необходимым комп лексом физико-механических харак теристик, а главное — широко распространен и как следствие дешев. К уникальным свойствам графита также следует отнести инертность и термостабильность до 450°С в окислительных средах и до 1000°С — в вакууме. Электронная фотография структуры графитовой фольги представлена на рисунке 2.

Рис. 5. Микроструктура тонкой пленки, полученной технологией GLAD

Электронные компоненты №6 2010

43 ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

материалов электродов с высокоразвитой поверхностью, таких как модифицированные активированные угли, в поры которых проникают ионы диссоциированных молекул электролитов, обеспечивающие формирование ДЭС. Ионисторы могут стать резервными или основными источниками энергии в различных технических устройствах. Однако существенным недостатком ионисторов является низкое рабочее напряжение (до 6 В), сложность конструкции, высокая стоимость используемых электролитов (RbAg4I5 — ионный суперпроводник). Стоит отметить, что существующие ионисторы не поддаются компактированию ввиду необходимости заданного объема пористого материала, формирующего «электроды» конденсатора. Использование пассивных элементов емкости как в интегральной микроэлектронике, так и в дискретных пассивных элементах делает необходимым получение унифицированных компактных конденсаторов, т.е. пассивных электронных компонентов с как можно более широким диапазоном характеристик. Основной идеей создания сверхъемкого керамического конденсатора нового поколения стала необходимость совместить в одном изделии все преимущества перечисленных типов устройств — сделать универсальный конденсатор с возможностью его применения как во многих областях микроэлектроники, так и в электроэнергетике в качестве силового конденсатора. Керамические материалы характеризуются высокой диэлектрической проницаемостью, низким значением потерь и ТКЕ на высоких частотах; оксидные диэлектрики — высокой электрической прочностью, а в ионисторах реализован принцип использования пористых материалов с развитой поверхностью. Почему бы не объединить все эти качества в одном устройстве? Так, исследовательская группа нашей компании провела разработку унифицированной технологии получения нового класса конденсаторов, сочетающего в себе достоинства кера-

Рис. 6. Емкостные характеристики диэлектрических композитов на основе оксида титана и оксида алюминия

Рис. 7. Схема метода молекулярного наслаивания

От природы диэлектрика зависят основные электрофизические свойства конденсатора. Мы не стали использовать керамику с высоким значением диэлектрической проницаемости (увеличение емкости в устройстве осуществляется за счет поверхности), т.к. электрическая прочность таких материалов низкая, а цена, наоборот, высокая. Кроме того, сегнетоэлектрики не отличаются стабильностью емкости и малыми диэлектрическими потерями. Диэлектриком в нашем случае является композит оксида титана (в модификации — рутила) с оксидом алюминия в аморфной модификации. Толщина слоя диэлектрика — несколько десятков нм, при этом рабочее напряжение

конденсатора 20 В, что достигается благодаря оксиду алюминия. За счет оксида титана повышается общая диэлектрическая проницаемость композиции (см. рис. 6), улучшаются частотные характеристики. Главной технической задачей по созданию керамического конденсатора высокой удельной емкости был процесс нанесения диэлектрика на всю развитую поверхность материала. Решением стал метод атомно-слоевого осаждения (Atomic Layer Deposition), или метод молекулярного наслаивания (МН). Основы данной технологии были разработаны в нашей стране в 1980-е гг. Процесс заключается в подаче газообразного прекурсора в рабо-

Таблица 1. Сравнение конденсаторов различных типов фирм — производителей Bargan Technology, Murata, CAP-XX Параметры Ёмкость, мкФ Рабочее напряжение, В Удельная емкость, мкФ/мм3 Удельная энергия, Дж/см3 Размеры, мм Возможность работы на высоких частотах Цена, руб.

8000 20 320 100 5,5×5,5×1 да 160

100 6,3 12 0,238 3,2×1,6×1,6 да 50—80

75000 4,5 96 0,97 20×15×2,6 нет 510

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Рис. 8. Построение емкостного элемента на основе структурированной пористой системы (анодированный алюминий, GLAD-подложки, PVD-ALD-платформы)

WWW.ELCP.RU

чую камеру установки, его адсорбции на поверхности подложки, подачи гидролизующего агента, который при взаимодействии с адсорбированным прекурсором образует молекулу диэлектрика на поверхности. Нанесение заданной толщины диэлектрика состоит из большого числа повторяющихся циклов, поэтому толщину слоя можно регулировать с точностью 1 нм (см. рис. 7). Принцип построения конденсатора на основе упорядоченно-пористой диэлектрической платформы показан на рисунке 8. Вторая обкладка конденсатора также наносится методом атомно-слоевого осаждения и представляет собой тонкую конформную пленку нитрида титана на поверхности предварительно напыленного слоя диэлектрика. Напыление диэлектрика и «обкладки» происходит в одном технологическом цикле при подаче в камеру различных прекурсоров. Следует отметить, что данный метод решает серьезные проблемы производства керамических конденсаторов — обжиг диэлектрика (материал получается необходимой модификации без дополнительной термической обработки) и вжигание обкладки из благородного металла в поверхность диэлектрика. Преимуществом конструкции «пористая обкладка-диэлектрик-обкладка» перед существующими многослойными керамическими конденсаторами является отсутствие высокочастотных шумов, обусловленных тепловым расширением диэлектрических слоев при работе в высокочастотном режиме. В настоящее время это актуальная проблема для таких гигантов конденсаторостроения как фирма Murata. Для того чтобы увеличить емкость керамического конденсатора, необходимо увеличить число чередующихся проводящих и диэлектрических пластин, что, в свою очередь, увеличивает интенсивность «паразитных» шумов. При создании конденсатора на пористой графитовой подложке слой диэлектрика один и весьма тонкий, а графит за счет своей высокой теплопроводности отводит выделяющееся в системе тепло. Проведем сравнение нашего конденсатора с зарубежными аналогами по основным эксплуатационным параметрам и стоимости изделия. Поскольку целью нашей работы было создание универсального конденсатора, способного удовлетворять нуждам как микроэлектроники, так и электроэнергетики, для сравнения взяты лучшие керамические конденсаторы, представленные на рынке (Murata, по нашей классификации — конденсаторы 2-го типа) и электролитические конденсаторы CAP-XX.

СОВРЕМЕННЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ РАЗЪЕМОВ ПАВЕЛ УСАЧЕВ, техн. консультант, ИД «Электроника» Рост скорости передачи сигналов, функциональной сложности и надежности устройств различного класса требуют от разработчиков применения разъемов с недостижимыми ранее характеристиками. В статье представлены основные направления совершенствования конструкции и технологии разъемов, а также приведен обзор новых решений в области разъемов для передачи высокоскоростных сигналов и силовых разъемов. В настоящее время значение выбора качественного разъема для разрабатываемой электронной аппаратуры нельзя переоценить. Можно потратить годы на многомиллионный проект, однако его успех может оказаться под сомнением из-за недостаточного качества применяемых разъемов. В 2008 г. во время ажиотажа, вызванного появлением телефона iPhone 3G, многие специалисты по сервису и ремонту мобильных устройств среди наиболее проблемных узлов данного продукта отмечали ненадежное крепление гнезда для подключения наушников, слишком тугие ZIF-разъемы, слабую опору для разъемов докстанции и некачественные разъемы главной платы. По оценкам специалистов, более 50% отказов электронных устройств происходит из-за недостаточного качества разъемов. Поэтому мировые производители в условиях усложнения продуктов и расширения их функциональности тратят огромные усилия на повышение характеристик разъемов. Основными направлениями работ по

совершенствованию качества разъемов являются: – разработка новых конструктивных решений; – выбор более качественных материалов; – разработка новых технологических процессов изготовления; – разработка новых методов монтажа разъемов на плату. Последние успехи в проектировании конструкции, технологии изготовления и материаловедении позволили создать разъемы с беспрецедентными характеристиками. В данной статье рассмотрены новые технические решения в области разработки разъемов для передачи высокоскоростных сигналов и силовых разъемов, которые позволили существенно улучшить их основные качественные характеристики — долговечность, срок службы, наработка на отказ. РАЗЪЕМЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СИГНАЛОВ

Увеличение скорости передачи данных в системе, а также расширение

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Рис. 1. Радиочастотные разъемы SMA, SMP/SMK и mini-SMP/GPPO/SSMP

WWW.ELCP.RU

числа мобильных приложений стимулируют поиск инновационных решений в области разъемов для передачи высокоскоростных сигналов. В настоящее время перед производителями систем поставлена цель создания надежного 40-Гбит/с интерфейса, что требует нового подхода к разработке разъемов. Основными направлениями развития разъемов для передачи высокоскоростных сигналов являются: миниатюризация, монтаж разъемов на плату с охватом с двух сторон (straddle mounting), улучшение заземления, использование избыточных контактов и др. Миниатюризация. Поскольку частота передачи сигналов увеличивается, время нарастания и спада импульсов становятся более короткими. При уменьшении времени нарастания и спада сигнала до величины, сравнимой с задержкой сигналов на разъеме, он начинает оказывать заметное влияние на качество сигнала. На частоте 100 МГц, например, при 2-нс времени нарастания и спада сигнала 50-пс задержка на выводе длиной 1,5 см составляет менее 2,5% от фронта сигнала. При таком отношении времени нарастания фронта сигнала к задержке (40:1) вывод разъема почти не оказывает влияние на прохождение сигнала. Однако при скоростях выше 1 Гбит/с контакты разъема могут существенно ухудшать распространение сигнала. Кроме того, на характеристики разъема может отрицательно влиять пластик низкого качества, расположенный около сигнальных контактов. Большая диэлектрическая проницаемость пластика замедляет распространение сигналов, увеличивая задержку на разъеме. Производители высококачественных разъемов используют пластик с малой величиной диэлектрической

Рис. 2. Разъем SMA захватывает обе стороны печатной платы, так что сигнальный вывод лежит в плоскости верхнего слоя платы

проницаемости, который обеспечивает низкие диэлектрические потери. Очевидным способом улучшения характеристик разъема является миниатюризация их размеров. Например, разъемы mini-SMP компании Rosenberger рассчитаны на частоту до 64 ГГц (см. рис 1). По конструкции они не отличаются от других радиочастотных разъемов, только их размеры меньше. Однако необходимо помнить, что размеры разъемов должны соответствовать технологическим допускам автоматизированных сборочных машин. Переход со сборочного оборудования, рассчитанного на монтаж DIP-компонентов с шагом выводов 0,1 дюйм, на машины для SMT-монтажа с шагом 0,025 дюймов занял около 20 лет. За это время скорости передачи сигналов возросли в 100 раз. Ясно, что для миниатюризации разъемов требуется некоторый временной лаг, достаточный для создания нового оборудования для сборки. Монтаж разъемов на плату с охватом с двух сторон (straddle mounting). Рассмотрим угловой разъем, смонтированный на обычной печатной плате. В таком разъеме сигнальные выводы изгибаются под углом 90°, чтобы обеспечить их соединение с горизонтально расположенными проводниками платы. Если длина выводов разъема велика по сравнению с временем нарастания и спада сигналов, то в таких разъемах трудно обеспечить

хорошее качество передачи сигнала. В обычном краевом разъеме эта проблема только усиливается, т.к. его выводы должны быть изогнуты дважды. Монтаж разъемов на плату с охватом с двух сторон помогает решить эту проблему. Ось такого разъема совпадает с верхней поверхностью печатной платы, что позволяет исключить изгиб сигнальных проводников (см. рис. 2). В разъемах интерфейсов USB и FireWire используется подобный подход в многоконтактной конфигурации. Улучшение заземления. Для уменьшения перекрестных и электромагнитных помех важно обеспечить как можно более надежное заземление. Для разъемов это означает использование максимального количества выводов для заземления. В разъеме ErMet ZD компании ERNI Electronics сигнальные выводы чередуются с заземленными металлическими пластинами, что положительно сказывается на характеристиках разъема (см. рис. 3). Размещенные рядом с сигнальными выводами металлические пластины создают геометрию, весьма похожую на полосковую конфигурацию печатных плат. Полосковые линии обеспечивают почти идеальную передачу сигнала. Разъемы, содержащие миниатюрные печатные платы, используют похожий принцип. Избыточность контактов. Для военных и других приложений, требующих повышенную надежность, применяют разъемы, содержащие множество точек контакта. Если одна точка теряет контакт, множество других продолжает проводить ток. Каждая точка контакта имеет намного меньшую массу, чем сравнительно крупная и жесткая конструкция выводного разъема. Это делает такой разъем стойким к механическим вибрациям с высокой частотой и большой амплитудой, например, в случае падения портативного компьютера. Примером такого подхода может служить разра-

ботанный компанией Sabritec гиперболоидный разъем (см. рис. 4). В настоящее время высоконадежные разъемы слишком дороги для использования в бытовой электронике, однако, в конечном итоге, производители разъемов найдут способ использования избыточных точек контакта в продуктах широкого потребления. РАЗЪЕМЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СИГНАЛОВ В ОБЪЕДИНИТЕЛЬНОЙ ПЛАТЕ STRADA WHISPER

Наиболее высокие требования предъявляются к разъемам, которые используются в системах с архитектурой на базе объединительной платы. Некоторые компании объявили о создании разъемов, рассчитанных на скорость передачи сигнала до 40 Гбит/с, однако, в реальности, достижение этих показателей пока остается лишь в перспективных планах, т.к. пока нет даже эффективного метода измерения характеристик таких сигналов и их гармоник. Тем не менее, компания Tyco Electronics представила технологию разъемов для объединительной платы, которая рассчитана на скорость передачи сигнала более 25 Гбит/с и в перспективе — до 40 Гбит/с. Одним из инновационных решений этой технологии, которая получила название Strada Whisper (см. рис. 5), являются выводы MAP (Micro Action Pins), которые обеспечивают низкий уровень помех (менее 1% при 20-пс фронте сигнала). Для улучшения характеристик разъема и увеличения гибкости выводов их диаметр был уменьшен с 0,6 до 0,22 мм. В разъеме используется индивидуальное экранирование дифференциальных пар, что позволило существенно улучшить целостность сигнала и снизить электромагнитные помехи. Технология обеспечивает отсутствие фазового сдвига между сигналами.

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Рис. 3. В разъеме ErMet ZD компании ERNI Electronics сигнальные выводы чередуются с заземленными металлическими пластинами

WWW.ELCP.RU

Рис. 4. Для увеличения надежности соединения в гиперболоидном разъеме компании Sabritec используется множество контактных точек

Рис. 6. В разъеме Tribotek медные проводники, навитые на волокна из кевлара, удерживаются в натянутом положении для надежного контакта с сопрягаемым медным выводом

В ней также используется принцип избыточности контакта сопрягаемых поверхностей. СИЛОВЫЕ РАЗЪЕМЫ

Создание разъемов, рассчитанных на малые потери и высокий ток (более 50 A), представляет серьезную техническую задачу. Для таких разъемов требуется обеспечить малое контактное сопротивление, что позволяет минимизировать падение напряжения для того, чтобы упростить схему стабилизации напряжения. Более низкое сопротивление позволяет также снизить потери мощности (I2R), что обеспечивает уменьшение температуры контактов, улучшает надежность и делает разъемы более компактными. Кроме того, большое значение имеет малое усилие при сопряжении и разъединении разъемов. Уменьшение этого усилия оказывает положительное влияние на минимизацию износа рабочей поверхности контакта — главного фактора отказов в разъемах. Работы по совершенствованию силовых разъемов направлены на разработку улучшенных покрытий и материалов рабочей поверхности контактов, а также модификацию формы выводов для минимизации усилий при сопряжении разъемов. Для того чтобы увеличить площадь поверхности контакта и уменьшить контактное сопротивление, производители разъемов используют полировку и различные покрытия сопря-

ления и доступности по цене. Однако медь имеет плохую механическую упругость. Если бы обе контактные поверхности были из чистой меди, в разъеме необходимо было бы предусмотреть дополнительную пружину для сохранения контакта, что существенно удорожает конечный продукт. Более практичным решением является выбор материала одновременно с хорошей проводимостью и упругостью, такого как бериллиево-медный сплав или оловянно-медный сплав. Несмотря на то, что проводимость этих сплавов уступает чистой меди, их легко изготовить в виде пружины. Это решение широко используется в настоящее время в недорогих разъемах. Поиск оптимального решения, которое позволило бы преодолеть ограничения существующих силовых разъемов, проводят многие компании. В результате исследований в Массачусетском технологическом институте был разработан прототип силового разъема со значительно улучшенными свойствами. Разъем Tribotek, как он был назван позднее, имеет очень малое контактное сопротивление, а также весьма малые усилия сопряжения без существенного увеличения размеров разъема. Малое контактное сопротивление разъема Tribotek обеспечено за счет максимального увеличения числа точек контакта, а не за счет увеличения площади поверхности контакта или более

Электронные компоненты №6 2010

49 ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Рис. 5. Разъемы для передачи высокоскоростных сигналов в объединительной плате Strada Whisper от Tyco Electronics

гаемых поверхностей разъемов. Однако ток не протекает через всю поверхность контакта. Под микроскопом видно, что полированные сопрягаемые поверхности состоят из пиков и впадин. Электрический ток проходит именно по этим шероховатостям, которые на самом деле находятся в контакте. Процентное отношение площади поверхности, которая реально проводит ток, к общей площади сопрягаемых поверхностей весьма мало. Производители разъемов могут преодолеть эти ограничения, используя следующие методы снижения контактного сопротивления. 1. Увеличение площади сопряжения, что обеспечивает большее количество микроскопических точек контакта. В результате размеры разъема и его стоимость увеличивается. 2. Увеличение нормальной составляющей силы сжатия двух сопрягаемых поверхностей, в результате чего слегка деформируются шероховатости и, тем самым, увеличивается площадь рабочей поверхности контакта. В итоге увеличивается коэффициент трения в разъеме, что затрудняет его сопряжение или вынуждает использовать специальный механизм, который обеспечивает дополнительное усилие при соединении разъема. 3. Использование специального производственного процесса для уменьшения шероховатости поверхности. Необходимость применения механического усилия при сопряжении поверхностей разъема заставила искать компромиссные решения в конструкции разъема. Выбор меди в качестве материала для сопрягаемых поверхностей был сделан из-за ее низкого сопротив-

Таблица 1. Сравнение характеристик разъема PowerBud и обычного силового разъема Параметр Падение напряжения при токе 240 A, мВ Нагрев при токе 240 A, ºC

тонкой полировки соприкасающихся поверхностей. Гнездовой разъем состоит из медной оплетки вокруг неэластичных нитей из кевлара, которые находятся в натянутом состоянии для создания множества точек контакта по всему периметру вставленного вывода (см. рис. 6). Как видно из рисунка, каждый медный проводник оплетки имеет, по крайней мере, четыре точки контакта с сопрягаемым выводом. Струна из кевлара необходима только для того, чтобы обеспечить достаточное усилие при сопряжении контактных поверхностей.

Усилие сопряжения, N

Усилие разъединения, N

10000

1000

Срок службы, число циклов

Рис. 7. В разъеме PowerBud — два ряда контактов, каждый из которых имеет две контактные точки

Обычный Разъем силовой PowerBud разъем

Медная оплетка создает массив из параллельных точек контакта, что существенно снижает общее сопротивление разъема. Малое контактное сопротивление означает меньшее количество генерируемого тепла и меньшие потери мощности. Данная технология позволяет обеспечить ток через разъем до 500 А с очень малым падением напряжения и весьма небольшим усилием вставки. Однако изготовление такого разъема трудоемко и дорого, следовательно, оно не предназначено для широкого использования. В результате дальнейшего развития технологии, которая использовалась при создании разъема Tribotek, был создан новый класс силовых разъемов PowerBud, которые позволили преодолеть основные ограничения силовых разъемов. В разъеме PowerBud используются два ряда проводников, расположенных один над другим для создания массива параллельных точек контакта (см. рис. 7). Вместо чистой меди в

качестве контактов разъем PowerBud использует специально разработанный медный сплав, который по характеристикам превосходит широко распространенный бериллиево-медный сплав. Проводники имеют большее поперечное сечение, чем в разъеме Tribotek, чтобы частично компенсировать более высокое сопротивление сплава. Высококачественный медный сплав легко изготавливается с помощью автоматизированного процесса. Кроме того, каждый вывод из медного сплава содержит небольшое углубление для создания двойной точки контакта. Как и Tribotek, технология PowerBud позволяет снизить как контактное сопротивление, так и нормальную составляющую силы контакта без увеличения размеров разъема. В результате разъем демонстрирует меньшие усилия вставки, нагрев контактов, потери мощности и больший циклический ресурс, чем обычные сильноточные разъемы (см. табл. 1). ЛИТЕРАТУРА 1. Howard Johnson. Data rates, mobile drive high-speed connector innovation// www.embedded.com. 2. Patrick Mannion. Connector commo ditization belies massive innovation// www.embedded.com. 3. Strada Whisper High Speed Backplane Connector System. White Paper. March 2010// www.tycoelectronics.com. 4. Russ Larsen, Forrest Sass. A New Class of Power Connector//Power Systems Design North America. January/February 2010. www.powersystemsdesign.com.

НОВОСТИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

| БЮДЖЕТНЫЙ КОМПЛЕКТ РАЗРАБОТЧИКА ДЛЯ MSP430 | MSP-EXP430G2 позволяет разработчикам осуществлять быструю отладку и программирование измерительных, охранных, промышленных систем и других чувствительных к затратам приложений. Компания Texas Instruments выпускает новый комплект разработчика MSP-EXP430G2 (LaunchPad) на базе микроконтроллеров MSP430™ Value Line. При стоимости чуть более 6 долл. США новый комплект включает все необходимое аппаратное и программное обеспечение для легкого запуска проектов на базе МК MSP430G2xx Value Line. Эти микроконтроллеры обеспечивают 10-кратный рост производительности и 10-кратное увеличение времени автономной работы по сравнению с более дешевыми 8-разрядными МК. Поскольку все микроконтроллеры MSP430 совместимы по программным кодам, то разработанные с применением комплекта MSP-EXP430G2 (LaunchPad) решения могут быть органично перенесены на любые другие МК MSP430. www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР: НЕ ПРЕНЕБРЕГАЙТЕ КАТУШКОЙ ИНДУКТИВНОСТИ КЕНДАЛ КАСТОР-ПЕРРИ (KENDALL CASTOR-PERRY) В статье обсуждаются методы построения полосового фильтра. Показано, как с помощью простой схемы пассивного полосового фильтра можно обеспечить низкую стоимость и малое энергопотребление разрабатываемого устройства. Статья представляет собой сокращенный перевод [1].

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Часто перед разработчиками встает задача получения заданных характеристик схемы при ограниченной стоимости проекта и жестких требованиях по мощности потребления. Как показывает практика, поиск оптимального варианта иногда приводит к решению, которое позволяет достичь поставленной цели с минимальными затратами на базе хорошо известных, но уже отчасти забытых принципов. В данной статье показано, как можно построить схему полосового фильтра при весьма ограниченном бюджете мощности потребления. Речь идет о полосовом фильтре с различными центральными частотами в ультразвуковой области, где должен работать устаревший пульт дистанционного управления. Для надежного функционирования устройства требуется передача сигналов на этих частотах с достаточно хорошей избирательностью. Конечное оборудование серийного производства должно работать в широких пределах изменения условий внешней среды, что требует прогнозируемого поведения устройства в диапазоне температур при допустимом разбросе номиналов компонентов. Кроме того, устройство должно быть недорогим, поэтому нет возможности использовать какие-либо особые компоненты, например изготовленные из анобтаниума 1. Требуемая избирательность предполагает построение 4-полюсных фильтров с 10-% полосой пропускания (т.е., ширина полосы пропускания примерно равна 10% от центральной частоты). Есть много способов реализации таких схем на базе довольно простого активного фильтра. Однако данный фильтр должен потреблять мимимум энергии. По крайней мере один из этих фильтров постоянно находится во включенном состоянии, а максимально допустимый ток покоя системы, включая средний 1

ток потребления всех цифровых цепей, составляет 30 мкА. Поэтому построение такого фильтра на базе операционных усилителей, которые потребляют значительный ток, вызывало сильные сомнения. Чем ниже собственный ток потребления усилителя, тем ýже ширина полосы пропускания при разомкнутой цепи обратной связи усилителя. А чем меньше отношение ширины полосы пропускания при разомкнутой цепи обратной связи к центральной частоте фильтра, тем больше проблем придется решать при проектировании такого фильтра. Есть полезное эмпирическое правило, которое позволяет оценить качество фильтра. Для этого нужно найти произведение f 0Q и соотнести его с произведением коэффициента усиления на ширину полосы пропускания усилителя. Допустим, мы строим фильтр с центральной частотой 40 кГц и 10-% полосой пропускания, следовательно, Q в этом диапазоне равно 10. Произведение f0Q получается равным 400 кГц (Q — безразмерная величина). Теперь разделим на эту величину произведение (коэффициент усиления × × ширина полосы пропускания усилителя) и получим некоторый коэффициент отношения. Эмпирическое правило гласит: если полученный коэффициент меньше десяти, то при проектировании такого фильтра могут возникнуть дополнительные проблемы. Попытки построения фильтра на базе быстродействующего усилителя с достаточно низким током потребления предпринимались ранее. Произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания (GBW) такого усилителя составляет величину, равную примерно 350 кГц. Однако опыт построения фильтров говорит о том, что нельзя добиться предсказуемого и стабильного функционирования филь-

тра, в котором используется усилитель с таким малым отношением GBW/f0Q. Хотя можно так подобрать номиналы компонентов, что отдельно взятый образец усилителя мог бы обеспечить частотную характеристику, похожую на желаемую кривую (по крайней мере, в полосе пропускания фильтра), отклонения характеристик разных партий в условиях массового производства, а также при изменении температуры и питающего напряжения не позволят обеспечить надежную работу фильтра. Может быть, найти более быстрый усилитель с достаточно низким током потребления? Однако даже самый лучший из представленных сегодня на рынке усилителей (MAX9914 с GBW, равным 1 МГц, и номинальным током потребления 20 мкА) все же не отвечает полностью данному критерию и, кроме того, учитывая, что для 4-полюсного фильтра нужно по крайней мере два усилителя, он не позволяет обеспечить допустимые значения потребляемого тока. Очевидно, в данном случае необходим другой подход для построения фильтра. И решение было найдено в виде хорошо известной схемы пассивного фильтра, в котором используются катушки индуктивности, а также конденсаторы и резисторы, и нет никаких усилителей. Защитники активных фильтров в качестве аргументов против пассивных фильтров обычно приводят стоимость, размеры и вес катушек индуктивности. Предложена простая схема, которая построена на базе узкополосного фильтра с емкостной связью. Ниже приведена последовательность шагов проектирования данной схемы. 1. Требуемая величина импеданса Zin должна быть не менее 100 кОм, поэтому выберем значение импеданса 200 кОм, так как два фильтра должны

Анобтаниум — минерал из нашумевшего фантастического фильма Джеймса Камерона «Аватар», стоимость которого составляет 20 млн. долл. за один кг (прим. пер.).

WWW.ELCP.RU

Рис. 1. Электрическая схема пассивного полосового фильтра

Рис. 2. Частотная характеристика фильтра

быть постоянно включены параллельно на сигнальном входе. 2. Ширина полосы пропускания составляет 10%, поэтому разделив 200 кОм на 10, получим требуемый импеданс катушки индуктивности на центральной частоте — 20 кОм. 3. Выбрав центральную частоту фильтра 30 кГц, мы можем рассчитать индуктивность катушки, разделив 20 кОм на (2π.30 кГц). В результате получим около 0,1 Гн. Поиск в каталоге DigiKey позволил найти катушки индуктивности серии 70F фирмы Bourns с допуском 5% (www.bourns.com/data/

global/pdfs/70F_series.pdf). В данной серии была выбрана катушка 70F101AFRC. Добротность этой катушки намного превышает 10, а собственная частота колебаний выше 30 кГц, поэтому она хорошо подходит к нашему проекту. 4. Изучив параметры катушек индуктивности данной серии, мы обнаружим, что ни одна из них не идеальна. Путем расчета получим, что для выбранной катушки индуктивности величина межвитковой емкости Cpar равна 10,3 пФ при собственной частоте резонанса 157 кГц. Катушка имеет номинальную добротность 48 на частоте 79 кГц, при которой импеданс катушки составляет 49637 Ом. Если бы единственной причиной потерь было последовательное сопротивление Rser, равное 287 Ом, то мы получили бы добротность катушки 49637/287 = = 173. Поэтому добавим шунтирующее сопротивление, которое обеспечило бы добротность 1/(1/48 – 1/173) = 66,4. Это сопротивление Rshunt будет равно 66,4 . 49637 = 3,29 МОм. 5. Рассчитаем необходимую емкость резонанса для индуктивности 0,1 Гн на частоте 30 кГц и вычтем Cpar. Получим 271 пФ. Теперь возьмем два резонансных контура и объединим их вместе с конденсатором, равным

емкости резонанса, деленной на Q, или 28 пФ. Уменьшив рассчитанную емкость каждого резонансного контура на половину этой емкости, получим 257 пФ. Полученная схема показана на рисунке 1. На рисунке 2 показана частотная характеристика фильтра. Как видно, она достаточно хорошо соответствует требованиям, предъявленным к схеме. Следует отметить, что выбранная катушка индуктивности имеет довольно большие физические размеры. Но в данном случае особых требований по объему разрабатываемого устройства нет. Цена катушек в небольшой партии немного выше стоимости резисторов и конденсаторов. Однако при массовом производстве устройств подходящие катушки можно найти по намного более низкой цене при поставках оптовыми партиями. Дальнейшая оптимизация схемы позволила бы подобрать катушку с меньшей добротностью, что уменьшило бы ее размеры и стоимость. Анализ методом Монте-Карло показал, что схема достаточно устойчива к разбросу номиналов компонентов, а современные катушки с ферритовым сердечником, как правило, имеют весьма низкий температурный коэффициент магнитной проницаемости. Не следует только забывать, что этот фильтр не рассчитан на постоянный ток. Данный пример построения схемы полосового фильтра показывает, что иногда не следует пренебрегать хорошо знакомой катушкой индуктивности, которая позволяет создать работоспособную схему при ограниченном бюджете потребляемой энергии. ЛИТЕРАТУРА 1. Kendall Castor-Perry. «Fainting in Coils: Filters and their Inductors»//www.planetanalog. com.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

| В РОССИИ ПОЯВИТСЯ «НАЦИОНАЛЬНАЯ ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА» | Удивительное рядом: наряду с «национальным поисковиком» в России вскоре может быть создана «национальная операционная система», предназначенная для внедрения в госсекторе. Стало известно, что государственная корпорация «Ростехнологии» покупает долю в ООО «Альт Линукс», разработчике программного обеспечения с открытым кодом и платформ на базе ядра Linux. Сообщается, что сделка по приобретению блокирующего пакета в этой компании находится на завершающей стадии и уже имеется договорённость о доведении доли госкорпорации до контрольной. Предполагается, что существующие проекты «Альт Линукса» будут развиваться для использования в сфере образования и ввода в эксплуатацию «электронного правительства». Одновременно появилась информация о том, что инвестиционный фонд NGI, имеющий российские корни, приобрёл миноритарный пакет во французском разработчике Linux-систем Mandriva. По мнению экспертов, в обоих случаях речь идёт о создании «национальной операционной системы». Организаторы проектов, разумеется, претендуют на хорошее госфинансирование для последующего внедрения своих решений в органах власти, государственных учреждениях и предприятиях оборонного комплекса. В какую сумму может вылиться создание чрезвычайно важной для страны «национальной ОС», пока не ясно; объём госзаказа на поставку ИТ-продукции оценивается в 12 млрд долл. ежегодно. www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

Линейность и шумовые характеристики резисторов Bulk Metal® Foil компании Vishay КОНСТАНТИН КАЛАЕВ, инженер, компания «Экомаль» (Vishay) Множество производителей и пользователей прецизионного электронного оборудования вынуждено без особой нужды мириться с нестабильностью и дрейфом параметров, вызванных шумовыми эффектами. Эти эффекты часто пытаются компенсировать постоянными подстройками и диагностикой, включая программируемую подстройку, требующую использования программируемых логических компонентов, ЦАП и АЦП, а также создания дорогостоящего программного обеспечения. Неустойчивость работы часто является результатом нестабильности резисторов. Если используемые резисторы стабильны в своих номиналах при различных воздействиях тока, напряжения и температуры, то для них не требуются дорогостоящие схемы контроля и компенсации. Только резисторы Bulk Metal® Foil компании Vishay могут удовлетворять всем требуемым характеристикам стабильности. Следующие технические характеристики резисторов, выполненные по технологии Bulk Metal® Foil компании Vishay (см. рис. 1), уникальны и не повторяются у резисторов, изготовленных по другим технологиям: – низкий температурный коэффициент сопротивления — до 0,2 ppm/°C и менее; – точность исполнения номинала — 0,001%;

Рис. 1. Резисторы компании Vishay, изготовленные по технологии Bulk Metal® Foil

Рис. 2. Классификация изученных причин токовых шумов в резисторах

WWW.ELCP.RU

– отсутствие ёмкостных и индуктивных составляющих в сопротивлении; – уход номинала под воздействием полной нагрузки в течение 2000 ч при температуре 70°C составляет ±0,005%; – устойчивость к электростатическому разряду величиной выше 25 кВ; – время термостабилизации после шоковых температурных воздействий — менее 1 с; – уровень наводимой термоЭДС — менее 1 мкВ/°C; – низкий уровень токовых шумов; – высокая линейность, низкий уровень ухода номинала при воздействии напряжения. Низким уровнем токовых шумов и высоким уровнем линейности резисторы Bulk Metal® Foil компании Vishay обязаны материалам, из которых они изготовлены, а именно — фольге из специального сплава, нанесенного методом холодной прокатки толщиной в несколько мкм. Каждый резистор на практике имеет некоторую нелинейность номинала (нелинейность ВАХ). Степень нелинейности зависит от микрофакторов (внутренняя микроструктура резистивного материала) и макрофакторов (неточность лазерной подгонки, микрорастрескивание резистивного элемента из-за лазерной подгонки, неудовлетворительного качества контактов между резистивным элементом и выводами). Среди микроструктур наибольшей линейностью характеризуются чистые металлы и их сплавы, такие как фольга в резисторах Bulk Metal® Foil. При нанесении одинаковых материалов слоями тонких плёнок линейность улучшается. Меньшей линейностью обладают композитные материалы, например, резистивная металлокерамика в толстоплёночных резисторах или карбоновые композиты в карбоновых композитных резисторах. Макрофакторы, являющиеся причиной нелинейности в других типах резисторов, не значимы для резисторов, изготовленных по технологии Bulk Metal® Foil. На самом деле, лазерная обрезка топологии фольговых резисторов требуется только для устранения «неправильных» элементов топологии, изменяющих путь протекания тока по резистивному элементу. Выводы фольгового резистора являются неотъемлемой частью резистивного элемента. Такой подход к конструкции резистора надежно страхует от нежелательных контактных явлений. На рисунке 2 представлены известные причины возникновения токовых шумов в современных резисторах. Причиной термического шума является тепловое движение электронов в резистивном материале. Этот параметр ухудшается по мере увеличения номинала и температуры. Понизить уровень термического шума можно, снижая номинал и температуру. Уровень флуктуационного шума зависит от количества заряженных носителей и их флуктуации в единице объёма. Такой шум можно понизить, уменьшая ширину топологического рисунка или увеличивая ток. Спектральная плотность напряжения при шумах обоих типов равномерно распределена в полном диа-

пазоне частот. Уровень шумов такого типа не зависит от типа резистивного материала. Фликкер-шум обратно пропорционален распределению напряжения по частоте. Его уровень всегда зависит от типа резистивного материала. Остаточный шум можно снизить, уменьшив ширину полосы частот, ток или увеличив удельное сопротивление резистивного материала, т.е. за счёт резисторов большей мощности или менее шумящего резистивного материала. Карбонокомпозитные резисторы имеют весьма высокий уровень шумности, как и любые другие толстоплёночные или тонкоплёночные материалы. Наименьшей шумностью обладают металлы и их сплавы (фольга, проволока). По этой причине резисторы, изготовленные по технологии Bulk Metal® Foil, являются наилучшим выбором для применений с жёстко ограниченным уровнем шума. Высокая точность исполнения номинала, являющаяся неотъемлемой характеристикой резисторов Bulk Metal®

Foil компании Vishay, даёт большие преимущества в схемах с малошумящими дифференциальными усилителями, которые страдают от синфазных шумов. Такие шумы понижают частотный диапазон работы дифференциальных усилителей. Коэффициент ослабления синфазного сигнала измеряется в децибелах, зависит от коэффициента усиления усилителя и подбора резисторов в резистивном делителе в цепи обратной связи усилителя. При сравнении усилителей с одинаковыми коэффициентами усиления и номиналами резисторов в цепи обратной связи, изготовленных по толстоплёночной технологии (с точностью 1%), тонкоплёночной технологии (с точностью 0,1%), технологии Bulk Metal® Foil (с точностью 0,01%) величина коэффициента ослабления синфазного сигнала составила 46, 66 и 86 дБ, соответственно. В других случаях усилители, в которых используются резисторы Bulk Metal® Foil, имеют более высокие значения коэффициента ослабления синфазного сигнала.

НОВОСТИ ДАТАКОМ | УТВЕРЖДЕНА СПЕЦИФИКАЦИЯ СТАНДАРТА BLUETOOTH 4 | Организация Bluetooth SIG утвердила спецификацию беспроводного стандарта Bluetooth 4.0. Новая версия Bluetooth будет ориентирована на пониженное потребление энергии, сообщается в официальном пресс-релизе. Теперь производители устройств с модулями Bluetooth смогут предоставить свои решения на базе нового стандарта для тестирования и сертификации на предмет соответствия его требованиям. После этого устройства с Bluetooth 4 смогут выйти на рынок. Новый стандарт найдет применение в новых видах электроники, которые ранее не оснащались модулями беспроводного доступа. В частности, Bluetooth SIG считает перспективным использование стандарта в медицинской технике, спортинвентаре и устройствах для обеспечения безопасности. Спецификация Bluetooth 4 была представлена в декабре 2009 г. Сообщалось, что новая версия стандарта увеличит дальность беспроводной связи, снизит потребление энергии во всех режимах, а также позволит создать устройства, которые будут работать на протяжении нескольких лет от одной небольшой батареи. Ожидается, что первые устройства с поддержкой Bluetooth 4 появятся до конца 2010 г. www.russianelectronics.ru

Электронные компоненты №6 2010

О НОВИЗНЕ ПРОЦЕССОРОВ INTEL CORE I3/I5/I7. Часть 2 * ЛЕОНИД АКИНШИН, к.ф-м.н.

КОМПЬЮТЕР-НА-МОДУЛЕ В КОНСТРУКТИВЕ COM EXPRESS BASIC (KONTRON ETXEXPRESS-AI)

Коротко продук т Kontron ETXexpress-AI можно охарактеризовать как компьютер-на-модуле формата COM Express Basic, обладающий расширенными графическими возможностями, повышенной производительностью, конфигурируемой шиной PCI Express и надежной двухканальной памятью с функцией коррекции ошибок ECC. Этот продукт призван обеспечивать высокую производительность вычислений и графики в задачах класса High End (см. рис. 4). Интегрированный видеоконтроллер обеспечивает для Kontron ETXexpress-AI поддержку интерфейса DisplayPort, стандарта OpenGL 2.1 и аппаратное ускорение функций DirectX 10, что позволяет организовать на основе данного изделия быструю высококачественную визуализацию. Графическая производительность данного компьютерана-модуле более чем в 2,5 раза превышает графическую производительность решений на базе мобильных чипсетов Intel GM45 и Intel GS45. Для использования в ответственных задачах продукт Kontron ETXexpressAI оснащается ECC-памятью объ-

емом до 8 Гбайт и опциональным защитным модулем TPM (Trusted Platform Module). Изделие Kontron ETXexpress-AI доступно в версиях с процессорами Intel Core i7-620UE (тактовая частота 1,06 ГГц), Intel Core i7-620LE (частота 2,00 ГГц), Intel Core i5-520E (2,40 ГГц) и Intel Core i7-610E (2,53 ГГц, самый быстрый вариант). Все модификации поддерживают до двух модулей двухканальной памяти DDR3 SO-DIMM с функцией ECC объемом до 4 Гбайт каждый и имеют разъем COM Express COM.0 Type 2, куда выведено множество различных интерфейсов: порт PCI Express Graphics второй версии (может быть сконфигурирован как 2 порта PCI Express x8), 6 портов PCI Express x1, 4 канала Serial ATA, канал ATA, 8 портов USB 2.0, порт Gigabit Ethernet, двухканальный интерфейс LVDS, выход VGA и входы/выходы звуковой подсистемы Intel HDA (High Definition Audio). Наличие интегрированных интерфейсов PCI 2.3 позволяет включать в состав системы старые компоненты, не поддерживающие шину PCI Express. Благодаря ЦП нового поколения, способствующих более эффективному использованию электроэнергии и увеличению пропускной способности, модуль Kontron ETXexpress-AI

В С Т РА И В А Е М Ы Е С И С Т Е М Ы

Рис. 4. Компьютер-на-модуле Kontron ETXexpress-AI (конструктив COM Express Basic) поддерживает различные процессоры серий Intel Core i5 и Intel Core i7 и обеспечивает многократный прирост производительности в графических приложениях

* Начало см. в ЭК5.

WWW.ELCP.RU

поднимает планку производительности на высоту, недоступную аналогичным решениям на базе встраиваемых процессоров Intel Core 2 Duo. Новый компьютер-на-модуле может быть очень полезен OEM-производителям, работающим на рынках игрового оборудования, решений типа digital signage (технология представления информации с помощью дисплеев, проекционных систем и т.д.), сетевых и телекоммуникационных систем, медицинской техники и средств промышленной автоматизации, а также в оборонном, аэрокосмическом и правительственном сегментах. Для COMмодуля Kontron ETXexpress-AI предлагаются пакеты поддержки на базе операционных систем Windows 7, Windows XP, Linux (включая Red Hat Enterprise, SuSE, Red Flag и Wind River Linux) и VxWorks. ПЛАТА В КОНСТРУКТИВЕ COMPACTPCI 6U (KONTRON CP6002)

В отличие от рассмотренных выше изделий, продукт Kontron CP6002 позволяет использовать преимущества процессоров Intel Core i5/i7 на классической платформе CompactPCI. Данная плата высоты 6U удовлетворяет спецификации PICMG 2.16 и может использоваться для построения мощных конфигураций с быстрыми внутрисистемными соединениями Gigabit Ethernet. Процессор Intel Core i7 и современный экономичный чипсет мобильной серии обеспечивают для этого изделия уникальное сочетание высокой вычислительной и графической производительности с низким энергопотреблением и богатой мультимедийной функциональностью. Довольствуясь пассивным охлаждением, плата Kontron CP6002 может нести до 8 Гбайт запаянной памяти DDR3 (частота 1066 МГц) с функцией ECC, имеет разъем CompactFlash для установки высоконадежных флэшнакопителей соответствующего формата и доступна в трех классах исполнения: R1, R2 и R3. Первая версия предназначена для стандартных приложений с воздушным охлаждением. Версия R2 может эксплуатироваться

В С Т РА И В А Е М Ы Е С И С Т Е М Ы

в расширенном температурном диапазоне –40...70°C и отвечает требованиям VITA 47 EAC3/EAC6 по ударам и вибрации. Плата Kontron CP6002 в исполнении R3 имеет полностью кондуктивное охлаждение и удовлетворяет спецификации VITA 47 ECC4. Благодаря процессорам Intel Core i7-610E (тактовая частота 2,53 ГГц) и Intel Core i7-620LE (2,0 ГГц), изделие Kontron CP6002 демонстрирует высочайшую производительность на ватт потребляемой мощности. Плата построена на контроллереконцентраторе ввода-вывода Intel Mobile QM57 и предоставляет для подключения дисплеев фронтальный разъем VGA плюс два дополнительных тыльных интерфейса. В наличии имеется бортовой контроллер HDA. Развитая коммуникационная подсистема включает также 4 порта Gigabit Ethernet, 4 тыльных канала Serial ATA с поддержкой массивов RAID 0/1/5/10, наплатные разъемы для подключения жестких дисков и флэшнакопителей с интерфейсом Serial ATA, 6 портов USB 2.0 и 2 последовательных порта. Кроме того, возможна установка одного мезонина PMC/XMC и бортового жесткого диска формата 2,5 дюйма с интерфейсом Serial ATA. Для приложений с высокой интенсивностью ввода-вывода доступны версии Kontron CP6002 с двумя сокетами PMC/XMC. Совок упность харак теристик платы Kontron CP6002 позволяет рекомендовать ее для сверхнадежных систем, где требуются комплектующие с высокой устойчивостью к ударно-вибрационным нагрузкам и память с коррекцией ошибок ECC. Дополнительную надежность данному продукту придают защитный модуль TPM (Trusted Platform Module) 1.2, продублированный концентратор встроенного кода и интерфейс интеллектуального управления IPMI (Intelligent Platform Management Interface, спецификация PICMG 2.9 R1.0). Кроме того, поскольку изделие Kontron CP6002 базируется на компонентах из семейства Intel Embedded Roadmap, оно харак-

Рис. 5. Модель «тик-так»

WWW.ELCP.RU

теризуется увеличенным жизненным циклом. Все перечисленные характеристики делают данную плату топовым CompactPCI-продуктом высшей производительности, рассчитанным на жесткие условия эксплуатации и ориентированным на рынки спецприменений. Особенности развития

В настоящей статье мы попытались дать оценку такому неоднозначному рыночному явлению как Intel Core i3/ i5/i7 и помочь читателям выработать собственное адекватное отношение к новому семейству процессоров Intel. А оно, как видно, подразумевает довольно широкий спектр отношений. Появление полупроводниковых изделий серии Intel Core i3/i5/i7 можно воспринимать как абсолютно естественное предсказуемое событие, о котором компания Intel предупреждала достаточно давно и которое диктуется самой логикой развития современной индустрии микропроцессоров. Горизонт планирования в этой отрасли составляет два года (см. рис. 5), и потому все, кто хочет подготовиться к появлению новых процессоров на основе информации из открытых источников, такую возможность имеют и активно ею пользуются. Кроме того, хорошо известно, что, невзирая на экономические кризисы, корпорация Intel в своей деятельности неукоснительно следует принципу «тик-так»: существующее ядро переводится, например, с 65 нм на 45 нм, т.е. на технологический процесс с более высоким разрешением (тик), затем специально под этот техпроцесс разрабатывается новое ядро (так), после чего оно переводится на техпроцесс с еще более высоким разрешением (тик) и т.д. (см. рис. 5)2 . Знание данного принципа теоретически позволяет даже заглянуть за горизонт планирования Intel и спрогнозировать для себя характеристики будущих процессоров до того, как они будут анонсированы под самым первым рабочим названием. Платформа Intel Core i3/i5/i7 демонстрирует не только рост коли-

чественных показателей, но и признаки перехода количества в качество. Развитие по такому важнейшему эксплуатационному показателю как производительность на ватт потребляемой мощности вывело процессоры Intel Core i3/i5/i7 на принципиально новый уровень, который позволяет, в частности, всерьез говорить о конкуренции между x86-совместимыми чипами и чипами с микроархитектурой AltiVec в традиционных AltiVecприложениях (см. ниже). Платформа Intel Core i3/i5/i7, таким образом, является сущностью глубоко диалектичной, содержащей в себе изначальное противоречие между претензиями на революционную новизну и фактической эволюционностью, огромной важностью процессоров Intel Core i3/i5/i7 для рынка Embedded как лучших на сегодняшний день ЦП с системой команд x86 и отсутствием каких-либо концептуальных или же архитектурных прорывов. С профессиональной точки зрения, процессоры Intel Core i3/i5/i7 — это вершина инженерной, научной и производственной мысли, это объективно лучшие серийные микропроцессоры для абсолютно всех рынков, включая рынок Embedded. Но появилась платформа Intel Core i3/i5/i7 не в результате революции, а как очередной этап быстро протекающего эволюционного процесса. Поэтому, уважаемые читатели, если кто-либо будет рекомендовать вам процессоры Intel Core i3/i5/i7 как принципиально новые революционные продукты — не верьте разнузданной рекламе. В платформе Intel Core i3/i5/i7 заключена новизна особого свойства. Это новизна эволюционного толка, полностью лишенная эффекта неожиданности, но вместе с тем весьма масштабная по широте охвата встраиваемых платформ и приложений. Это новизна, закрепляющая и усиливающая существующий многоядерный тренд и даже осмеливающаяся угрожать самому факту существования таких важнейших альтернативных технологий как PowerPC (см. следующий раздел). Высокопроизводительные x86-совместимые процессоры сегодня можно найти в 19-дюймовых платформах, на слотовых платах PICMG 1.x, на модулях типа COM, в оборудовании стандартов CompactPCI, VME, VPX, MicroTCA/AdvancedMC, AdvancedTCA и др. Число конечных систем на базе таких ЦП постоянно растет. Ясно, что с течением времени данный перечень будет лишь расширяться. В частности, процессоры Intel Core i3/i5/i7 обязаны появиться на модулях PC/104 и разнообразных совме-

Конкурентная борьба

А каких новостей в связи со всем сказанным следует ждать из лагеря конкурентов Intel? Прежде всего, там, как и прежде, не будет единства, поскольку у входящих в этот лагерь компаний очень мало точек соприкосновения. Компания AMD выпускает процессоры с архитектурой x86, ориентируясь в первую очередь на массовый рынок; компания Freescale — процессоры с архитектурой PowerPC, находящие спрос почти исключительно во встраиваемых сегментах. Объединяет их лишь наличие общего конкурента, с которым они не могут ничего поделать ни вместе, ни поодиночке. И если AMD, по крайней мере, способна выдерживать задаваемый корпорацией Intel темп, то Freescale, увлекшаяся интеграционными играми, явно теряет инициативу: отставание от Intel по такому банальному, но от того не менее важному показателю как нанометры, грозит стать катастрофическим. А ведь нанометры, точнее, выраженное в нанометрах разрешение технологического процесса, определяет энергопотребление конечной системы в гораздо большей степени, чем степень интеграции входящих в нее полупроводниковых устройств. Уже сегодня ничто не мешает реализовать в микросхеме центрального процессора весь чипсет и память в придачу, но если такая система-накристалле будет изготавливаться по нанометровым нормам 10-летней давности, покупателей на нее не найдется, поскольку ее энергопотребление окажется существенно выше, чем у решения традиционной компоновки с энергоэффективным 32-нм процессором, чипсетом и ОЗУ в виде отдельных микросхем и модулей. Преимущес тва процессоров x86 по сравнению с процессорами PowerPC очевидны: это и теснейшая связь с миром массовых систем, автоматически означающая низк ую стоимость совместимых

базовых аппаратных и программных средств, и доступность гигантского количества готового ПО, и наличие огромного множества квалифицированных специалистов. Благодаря увеличению числа ядер в одном корпусе и переходу на технологические процессы со все более высоким разрешением, современные x86совместимые ЦП уже не уступают устройствам PowerPC по удельному быстродействию, а по абсолютной производительности даже обгоняют их. В контексте оборонных и аэрокосмических приложений, которыми сегодня во многом ограничивается сфера применимости процессоров PowerPC компании Freescale, недостаток у x86-оборудования ровно один: консервативность соответствующего рынка. Впрочем, благодаря своим высочайшим потребительским качествам, ЦП марки Intel теснят микроархитектуру PowerPC даже там, где она безраздельно властвовала на протяжении десятилетий, и где перемены не очень-то приветствуются. Заметим, что в связи с бурным прогрессом в секторе x86-совместимых устройств будущее компании Freescale и всей индустрии PowerPC становится весьма благодатной темой для спекуляций. Даже представители Intel, обычно ведущие себя по отношению к конкурентам вполне корректно, позволяют себе публично ставить под сомнение перспективы технологии AltiVec, на которой базируются все высокопроизводительные решения марки Freescale. Пожалуй, корпорацию Intel можно понять: в отличие от карманной конкурентки AMD, играющей на одном с Intel поле и постоянно проигрывающей, компания Freescale является для нее чужаком. Конкурентная борьба между Freescale и Intel, по сути, только началась и идет лишь в одном сегменте — спецприменений. Случись с Freescale что-нибудь плохое, американское антимонопольное ведомство и бровью не поведет, поскольку на рынке высокопроизводительных ЦП для оборонных и аэрокосмических приложений формально останутся еще целых два поставщика: Intel и AMD. Тем не менее, на наш взгляд, конкурентам Freescale еще рано радоваться. Оборонные и аэрокосмические приложения — рынок очень специфический, и продукция Freescale пользуется на нем огромным уважением. Хотя x86-совместимые процессоры применяются в задачах данного типа все шире, зависимость рынка спецприменений от микроархитектуры PowerPC сильна настолько, что полное ее вытеснение, если

оно когда-нибудь все же произойдет, представляется делом весьма отдаленного будущего. А вот о судьбе AMD можно высказаться гораздо более определенно: несмотря на явное техническое и маркетинговое отставание от лидера, этой компании ничего не угрожает. Гарантией тому — все то же антимонопольное ведомство США, которое в случае исчезновения AMD немедленно обрушит свой гнев на Intel как на единственного оставшегося в живых поставщика высокопроизводительных процессоров для персональных компьютеров, серверов и ноутбуков, а также многих классов встраиваемых приложений. Поскольку наличие хотя бы одного конкурента для корпорации Intel жизненно необходимо, можно с уверенностью утверждать, что альтернативные источники поставок на рынке x86-совместимых процессоров будут существовать всегда. Правильное восприятие

По нашему мнению, восприятие процессоров Intel Core i3/i5/i7 как обновленных или принципиально новых, эволюционных либо революционных неизбежно страдает однобокостью. Гораздо правильнее видеть в них реальные продукты, подходящие либо неподходящие для решения конкретных задач. И тогда все немедленно становится на свои места. Если вам нужны по-настоящему высокопроизводительные встраиваемые решения, совместимые с максимально широким спектром аппаратных и программных средств, существующих или будущих, вашей разработки или покупных, вы непременно выберете продукты на базе Intel Core i3/i5/i7, поскольку на сегодняшний день указанные качества выражены в них в максимально возможной степени. Хотелось бы выразить надежду, что нам удалось в достаточной мере раскрыть эту мысль, показав «масштабы бедствия» под названием Intel Core i3/i5/i7. Не добавляя ничего принципиально нового к сделанному своими великими предшественницами, платформа Intel Core i3/i5/i7 развивает достигнутый ими успех на всех направлениях как официально утвержденная продолжательница их дела, объективно достойная данного статуса по своим техническим и эксплуатационным параметрам. А посему вопрос перевода высокопроизводительных решений на рельсы Intel Core i3/i5/i7 является в настоящее время весьма злободневным не только для поставщиков базовых аппаратных средств, но и для их клиентов.

Электронные компоненты №6 2010

61 В С Т РА И В А Е М Ы Е С И С Т Е М Ы

стимых с PC/104 форматов. Это неизбежно: коль скоро ЦП серии Intel Core i3/i5/i7 идут на смену чипам Intel Core 2, они будут использоваться как минимум во всех тех задачах, где сегодня используются процессоры Intel Core/Intel Core 2, а также в тех задачах, где потребность в высокопроизводительных ЦП начинает подвигать разработчиков к реальным действиям. Платформу Intel Core i3/i5/i7 во встраиваемых приложениях ждет не просто успех, а настоящий триумф. Но если бы мы назвали этот грядущий триумф революцией, мы погрешили бы против истины.

FSK-МОДЕМЫ ДЛЯ PLC-СВЯЗИ: СТАНДАРТЫ, ПРОИЗВОДИТЕЛИ, КОМПОНЕНТЫ ВИКТОР ОХРИМЕНКО, техн. консультант, НПФ VDMAIS В статье дан обзор существующих спецификаций узкополосной PLCтехнологии, а также рассмотрены их особенности. Кроме того, приведена информация о компонентах, предназначенных для создания PLCмодемов с использованием частотной модуляции. Этот вид модуляции обеспечивает скорость передачи данных 0,3…10 Кбит/с. В последние годы благодаря применению более эффективных видов модуляции сигнала, подтвердивших свою надежность в других проводных и беспроводных технологиях, удалось повысить скорость передачи до 128…576 Кбит/с.

ВВЕДЕНИЕ

Первые попытки использования силовых линий электроснабжения для передачи сигналов были предприняты еще в начале XX в. вскоре после того, как электросети получили широкое распространение. В 1930 гг. передача данных по линиям электропередач основывалась на технологии под названием RCS (Ripple Carrier Signaling). В ней использовалась модуляция сигнала вида ASK (Amplitude Shift Keying — амплитудная манипуляция), а передача сигналов осуществлялась в полосе частот 125…3000 Гц. Скорость передачи данных была сравнительно небольшой (всего несколько бит в секунду), однако этого было вполне достаточно для дистанцион-

СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

62 Рис. 1. Виды модуляции, используемые в узкополосной PLC-технологии

Рис. 2. Принцип передачи PLC-сигнала по силовым линиям (50 Гц)

WWW.ELCP.RU

ного управления устройствами сети и ее реконфигурации. В последние годы все большее распространение, в т.ч. для высокоскоростного обмена информацией в офисных и промышленных зданиях и сооружениях, находит широкополосная технология передачи данных по электрическим сетям, обеспечивающая скорость передачи до 200 Мбит/с. В системах автоматического считывания показаний разного рода датчиков и в других приложениях находит применение узкополосная PLC-технология, которая обеспечивает скорость передачи до 128 Кбит/с и более в полосе частот 42…89 кГц (CENELEC A) и до 576 Кбит/с в полосе 9…500 кГц (FCC) [1–6]. На диаграмме, приведенной на рисунке 1, показаны виды модуляции сигнала, используемые в узкополосной PLC-технологии. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, однако модуляция с расширением спектра S-FSK и DCSK (Differential Code Shift Keying — дифференциальная кодовая манипуляция) обеспечивает более надежную передачу данных в условиях нестабильности параметров канала связи. Поэтому системы, созданные на их базе, широко применяются в сетях типа AMR (Automatic Meter Reading — автоматическое считывание показаний счетчиков). Использование в узкополосной PLC-технологии модуляции вида FSK, S-FSK и DCSK обеспечивает приемлемую достоверность информации, однако недостаток этих видов модуляции — пока еще сравнительно невысокая скорость передачи данных. В последние годы пристальный интерес и повышенное внимание обращено к технологии на основе OFDM (Orthogonal Frequency

Division Multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением), использование которой позволяет существенно увеличить пропускную способность канала связи, поскольку расширение функциональности автоматизированных систем типа AMR/AMI/AMM требует, соответственно, увеличения скорости передачи данных. СТАНДАРТЫ И СПЕЦИФИКАЦИИ

В PLC-технологии для передачи информационного сигнала используется та же электропроводка, по которой осуществляется энергоснабжение. Как правило, частота информационного сигнала значительно выше частоты промышленных электросетей переменного тока (50/60 Гц), а напряжение сигнала во много раз ниже, чем 110/200/220/380 В. Упрощенно принцип передачи PLC-сигнала по силовым линиям электросетей частотой 50 Гц иллюстрирует рисунок 2. Выделение информационного сигнала обычно осуществляется с помощью ВЧ-фильтров, а созданные на их базе устройства, в общем случае, служат в качестве согласующего аппаратного интерфейса (coupling interface). Поскольку провода электросети одновременно являются физической средой передачи информационного сигнала, при выборе рабочей полосы частот необходимо принимать во внимание следующие факторы. Во-первых, необходимо учитывать затухание сигнала при его распространении по электропроводке. Затухание имеет сильно выраженную зависимость от частоты сигнала и длины линии, что приводит, в конечном счете, к существенному ухудшению отношения сигнал/помеха.

– IEC 61334-5-2: Frequency shift keying (FSK) profile (частотная манипуляция); – IEC 61334-5-3: Spread spectrum adaptive wideband (SS-AW) profile (адаптивный широкополосной профиль с расширенным спектром); – IEC 61334-5-4: Multi-carrier modulation (MCM) profile (модуляция с несколькими несущими); – IEC 61334-5-5: Spread spectrumfast frequency hopping (SS-FFH) profile (профиль быстрого скачкообразного изменения частоты). При частотной манипуляции (FSK) значениям 0 и 1 информационной последовательности соответствуют определенные частоты синусоидального сигнала c постоянной амплиту-

дой. По сравнению с амплитудной манипуляцией ASK, модуляция типа FSK обеспечивает лучшую помехоустойчивость, поскольку помехи, как правило, вносят искажения амплитуды, а не частоты сигнала. Спецификации физического уровня (PHY), а также канального подуровня MAC (Media Access Control) для PLC-систем, в которых для передачи данных используется модуляция вида S-FSK, приведены в стандарте IEC 61334-5-1. Основное отличие между FSK и S-FSK заключается в том, что при модуляции типа S-FSK разнос частот F(0) и F(1), кодирующих 0 и 1 информационной последовательности, существенно больше, чем при модуляции FSK. В системах с использованием модуляции с расширением спектра

Рис. 3. Распределение частот в стандарте CENELEC

Электронные компоненты №5 2010

63 СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

Во-вторых, при выборе частотного диапазона для обеспечения электромагнитной совместимости оборудования следует также учитывать требования существующих нормативных ограничительных документов. В США действует стандарт FCC, в Европе — CENELEC. В этих стандартах для передачи данных по электросетям определены уровни напряжений PLC-сигнала и разрешенные диапазоны частот (см. рис. 3) в полосе 3…148,5 кГц (CENELEC) или 3…500 кГц (FCC). Нормы на допустимые уровни высокочастотных элек тромагнитных излучений приведены в соответствующих стандартах — FCC Part15 subpart B/C, EN/IEC 61131-2, EN 55011 и др. В стандарте IEC 61334, который был утвержден в конце 1990-х гг., даны общие требования к системам автоматики с распределенными каналами связи, в которых в качестве физической среды для передачи данных используются электросети среднего и низкого напряжения. В настоящее время имеют силу следующие технические спецификации и стандарты МЭК (IEC — International Electrotechnical Commission) для узкополосной PLCтехнологии [1]: – IEC 61334-5-1: The spread frequency shift keying (S-FSK) profile (частотная манипуляция с расширением спектра);

Рис. 4. Структурная схема PLC-модема ST7570

вида S-FSK разнос частот составляет 10 кГц и не зависит от скорости передачи [1, 2, 6]. В системах S-FSK, по сути, на физическом уровне используется та же бинарная частотная манипуляция, что и в FSK-системах. При этом больший разнос частот позволяет увеличить помехоустойчивость при наличии узкополосных помех и вместе с тем сохранить простоту реализации метода. В стандарте IEC 61334-5-1 не регламентируются значения частот

F(0) и F(1), т.к. они должны выбираться в соответствии с рекомендациями CENELEC. Предусматриваются две скорости передачи данных: 600 или 1200 бит/с, допускается также скорость передачи 2400 бит/с. В технических спецификациях IEC 61334-5-4 описаны требования к системам, в которых для передачи данных применяется модуляция с несколькими несущими (Multi-Carrier Modulation — MCM). На физическом

Таблица 1. Основные параметры микросхем ST7540/ST7570 Наименование

ST7540

ST7570

EN50065 (CENELEC)

EN50065 (CENELEC), FCC part 15

Скорость передачи данных, бит/с

4800

2400

Модуляция

FSK

S-FSK

Аппаратный ускоритель

—

AES (128 бит)

Стандарты

Процессорное ядро Встроенный протокол

нет данных

DSP + 8051

—

IEC 61334-5-1 (PHY, MAC)

Интерфейсы

UART, SPI

Напряжение питания, В

7,5…13,5/3,3/5,0

Диапазон рабочих температур, °С

64 СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

Кол. выводов и тип корпуса (размеры, мм)

–40…85 HTSSOP-28 (9,7×6,4)

QFN-48 (7×7)

Таблица 2. Основные параметры PLC-модемов AMIS-30585/49587 Наименование Стандарты Скорость передачи данных, бит/с

AMIS-49587

AMIS-30585

EN50065 (CENELEC), IEC 61334-4-32, IEC 61334-5-1 2400/2880

Модуляция

1200/1440 S-FSK

Полоса частот, кГц

9…95 (CENELEC А)

Процессорное ядро

ARM7 TDMI (16 бит)

Интерфейс

SCI

Напряжение питания, В

3,3

Диапазон рабочих температур, °С Кол-во выводов и тип корпуса (размеры, мм)

WWW.ELCP.RU

–25…70

–40…85 PLCC-28 (12,4×12,4)

уровне предусматривается использование одного из видов MCMмодуляции, а именно, модуляции OFDM. Частоты поднесущих и их количество выбираются в соответствии с рекомендациями спецификаций IEC 61334-5-4, причем разнос частот поднесущих составляет 4,5 кГц. Для модуляции поднесущих рекомендуется применять относительную фазовую манипуляцию (Differential Phase-Shift Keying — DPSK). Чтобы увеличить надежность передачи при ухудшении параметров канала связи, в спецификациях IEC 61334-5-4 предусматривается возможность использования сверточного кодирования, что приводит, соответственно, к снижению в два раза скорости передачи данных. Для сохранения целостности данных рекомендуется применять CRC-коды, а использование специальной преамбулы гарантирует надежную синхронизацию даже в случае резкого ухудшения условий приема/передачи. Количество поднесущих (J) выбирается из соотношения 1 ≤ J ≤ N/2 – 1, где N = 64. Максимальная частота поднесущей — 139,5 кГц. Следует отметить, что в отличие от стандарта IEC 61334-5-1, MCM-спецификации не являются полноценным международным стандартом, а относятся к классу технических спецификаций. В этих спецификациях отсутствует множество требований, и поэтому они нуждаются в существенной доработке и уточнениях. ПРОИЗВОДИТЕЛИ

Ниже приведена информация о компонентах, разработанных для передачи данных в узкополосных PLCсетях с использованием манипуляции типов FSK, S-FSK и BPSK. Ведущая роль в разработке и производстве однокристальных PLC-модемов принадлежит компаниям STMicroelectronics, ON Semiconductor и Advanced Digital Design S.A. Компания STMicroelectronics (www. st.com) начала производство первых микросхем PLC-приемопередатчиков еще в 1990 гг. Для кодирования данных в них использовался метод частотной манипуляции (FSK), и они имели скорость передачи данных 1,2/2,4 Кбит/с. В последние годы компания предлагает микросхему PLC-модема ST7538Q и усовершенствованную модель ST7540 со скоростью передачи до 4,8 Кбит/с. ST7538Q и ST7540 — полудуплексные синхронно-асинхронные FSKприемопередатчики, разработанные для передачи данных через силовые линии электропередачи. Микросхемы предназначены для использования в системах управления средствами автоматизации зданий, в т.ч. в системах

F(0) = Fнесущей + (ΔF)/2; F(1) = Fнесущей – (ΔF)/2, где ΔF — частотная девиация равная 1×скорость передачи или 0,5×скорость передачи. Таким образом, при скорости передачи 2400 бит/с частотная девиация может составлять 2400 или 1200 Гц. Микросхема ST7538Q функционально совместима с выпущенной ранее ST7537 и изготавливается в корпусе TQFP-44, а ИС ST7540 — в корпусе HTSSOP-28. В конце 2009 г. компания STMicro electronics расширила семейство микросхем (ST7538Q/ST7540), ориентированных на использование в узкополосных PLC-сетях, выпустив новую

микросхему PLC-модема ST7570 по технологии 0,18 мкм. Микросхема ST7570 представляет собой полудуплексный модем, в котором для передачи данных используется модуляция с расширением спектра S-FSK. Для формирования несущих применяется метод прямого цифрового синтеза (Direct Digital Synthesizer — DDS). PLCмодем ST7570 предназначен для передачи данных по электрическим сетям низкого напряжения и соответствует требованиям стандартов EN50065 (CENELEC) и FCC part 15. Модем ST7570 содержит процессорное ядро 8051, а, кроме того, DSP-ядро. Связь с хостконтроллером поддерживается через интерфейс UART или SPI. Основные параметры микросхем ST7540/ST7570 даны в таблице 1, структурная схема PLC-модема ST7570 приведена на рисунке 4. Одна из ведущих компаний по производству интегральных микросхем — компания ON Semiconductor (www.onsemi.com) — после приобретения компании AMI Semiconductor (www.amis.com), прежде хорошо известной как разработчик компонентов для узкополосной PLC-технологии, приступила к массовому выпуску однокристальных PLC-модемов. Микросхему PLC-модема AMIS-30585 компания AMI Semiconductor анон-

сировала еще в 2005 г. В настоящее время компания ON Semiconductor для организации низкоскоростных PLC-сетей предлагает полудуплексные модемы AMIS-30585/49587, предназначенные для передачи данных по линиям электропередач с низким и средним напряжением. Области применения модемов AMIS-30585/49587 следующие: автоматизированные системы удаленного считывания показаний датчиков, системы управления уличным освещением, устройства домашней автоматизации, а также системы охранной/пожарной и иной сигнализации. Основные параметры PLC-модемов AMIS-30585/49587 приведены в таблице 2. Предназначенный для работы в расширенном диапазоне температур новый модем AMIS-49587 был анонсирован в конце 2009 г. Он обеспечивает скорость передачи данных до 2400 или 2880 бит/с, соответственно, при частоте сети 50 или 60 Гц. Кроме того, предусмотрена возможность работы со скоростью 300/600/1200 бит/с. Для кодирования данных используется модуляция вида S-FSK (IEC 61334-5-1). Значения частот F (0) и F (1), выбираются из диапазона частот 9…95 кГц (полоса CENELEC А), разнос частот F(0) и F(1) составляет 10 кГц. В новом модеме AMIS-49587 реализованы

Электронные компоненты №5 2010

65 СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

безопасности и контроля температуры и освещенности, системах дистанционного управления уличным освещением, автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии [4, 5]. В модемах ST7538Q/ST7540 предусмотрено использование следующих несущих частот: 60/66/72/76/82,05/86/ 110/132,5 кГц. Выбор частот осуществляется на программном уровне. Значения частот F(0) и F(1) , кодирующих 0 и 1 информационной последовательности, вычисляются из следующих соотношений [4]:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рис. 5. Структурная схема PLC-модема ADD1010

СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

также требования спецификаций раздела IEC 61334-4-32 LLC (Logical Link Control). При динамическом диапазоне сигна ла 40 дБ гарантируется частота появления ошибочных кадров (Frame Error Rate — FER) на уровне 0%. При динамическом диапазоне 80 дБ FER составляет уже 8% [6]. Длина кадра — 288 бит. Чувствительность приемника 0,4 мВ. Встроенная система ФАПЧ синхронизирована с частотой электросети (50/60 Гц) и используется для синхронизации передачи данных на скоростях 300/600/1200/2400 бит/с. В качестве вычислительного ядра используется 16-разрядное процессорное ядро ARM 7TDMI. Для связи с хост-контроллером реализован асинхронный двухпроводный интерфейс (TxD, RxD). Микросхемы AMIS30585/49587 выпускаются в корпусе PLCC-28 и совместимы между собой по расположению выводов. Испанская компания Advanced Digital Design S.A. (ADD) со штабквартирой в Сарагосе — одна из ведущих компаний по разработке IP-ядер, заказных микросхем ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) и систем на кристалле (System-on-aChip — SoC). Для PLC-коммуникаций компания ADD (www.addsemi.com) предлагает для использования в автоматизированных системах управления/контроля AMM (Automated Meter Management) и системах удаленного считывания показаний датчиков типа AMR (Automatic Meter Reading) ряд законченных решений для создания интеллектуальных узлов сети. Среди них система на кристалле ADD1000B (с поддержкой протокола KNX), а также функционально-законченный

WWW.ELCP.RU

PLC-модем ADD1010, содержащий стандартное 8-разрядное процессорное ядро 8051, контроллер MACуровня ADD1210 и собственно PLCмодем ADD1310. Структурная схема ADD1010 приведена на рисунке 5. Для передачи данных в модеме используется модуляция FSK и S-FSK в соответствии с требованиями спецификаций IEC61334-5-2 и IEC61334-5-1. На MAC-уровне ADD1010 поддерживает протоколы EHS, KNX и IEC61334-432. Скорость передачи данных находится в диапазоне 0,6…4,8 Кбит/с, частота несущей — 60…132,5 кГц. В реализованных в модеме протоколах предусмотрено также использование CRC- и FEC-кодов. Напряжение питания модема 3,3 В. Кроме того, компания ADD разработала и предлагает ряд других решений на базе программируемой логики Xilinx (XC4000XLA и Virtex E). В PLC-оборудовании, например компании ZIV Medida или Echelon Corp., для передачи данных используется модуляция типа BPSK (Binary Phase Shift Keying — двоичная фазовая манипуляция). Системы, построенные на базе BPSK, в сравнении с системами, в которых используется модуляция типа ASK или FSK, обеспечивают более низкую вероятность ошибок при приеме/передаче данных [1, 3]. Для реализации технологии LonWorks при построении сетей с использованием электропроводки компания Echelon Corp. (www.echelon.com) выпускает приемопередатчики серии Power Line Smart Transceivers — PL 3120/3150/3170, содержащие 8-разрядное процессорное ядро Neuron с тактовой частотой 10…20 МГц.

Рассмотренные стандарты и спецификации далеко не единственные из существующих. На практике, кроме перечисленных, наибольшее распространение в настоящее время получили спецификации HomePlug C&C [3], продвигаемые альянсом HomePlug Powerline Alliance, а также спецификации, предложенные европейским альянсом PRIME. В спецификациях HomePlug C&C предусмотрено использование модуляции с расширением спектра типа DCSK, обеспечивающей скорость передачи данных до 7,5 Кбит/с. Альянс PRIME для узкополосной PLC-технологии разработал требования к системам, в которых используется OFDM-модуляция с возможностью адаптации к параметрам физической среды передачи. Применение этого метода позволило в полосе частот 42…89 кГц (CENELEC A) поднять скорость передачи данных до 128 Кбит/с. Европейский парламент принял декрет, в котором провозглашается, что в странах членах Европейского Союза к 2022 году все потребители электричества должны быть снабжены интеллектуальными электронными электросчетчиками. В докладе американской Федеральной комиссии по регулированию в области энергетики FERC (Federal Energy Regulatory Commission) констатируется, что интеллектуальные электросчетчики составляют примерно 5% от общего их количества. В Китае инвестируются большие средства в проекты создания автоматизированных сетей с целью ужесточения контроля потребления электроэнергии. Несомненно, что вместе с развитием и повсеместным внедрением автоматизированных систем учета и контроля электроэнергии большие перспективы имеет и сопутствующая им PLC-технология. Более полную информацию об узкополосной PLC-технологии, существующих стандартах и ИМС PLC-модемов можно найти в [1–6]. ЛИТЕРАТУРА 1. State-of-the-art Technologies & Protocols.D2.1/part 4. — OPEN Meter, 2009 (www. openmeter.com). 2. Description of the state-of-the-art PLCbased access technology. D2.1/part 2. — OPEN Meter, 2009 (www. openmeter.com). 3. HomePlug Command & Control (C&C). Overview. White Paper. — HomePlug Powerline Alliance, 2008 (www.homeplug.org). 4. ST7538Q. FSK power line transceiver. — STM, 2006 (www.st.com). 5. ST7570. S-FSK power line networking system-on-chip. — STM, 2009 (www.st.com). 6. AMIS-49587. Power Line Carrier Modem. Product Preview. — ON Semiconductor, 2009 (www.onsemi.com).

СОЗДАНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ С ПОДДЕРЖКОЙ PCI EXPRESS НА ОСНОВЕ FPGA ГРЕГ ЛАРА (GREG LARA), Xilinx

Современные FPGA могут применяться во встраиваемых процессорах в качестве моста между стандартными линиями PCI Express и специализированными прикладными встраиваемыми устройствами ввода-вывода. Гибкость матриц FPGA и наличие предустановленных интерфейсов делают их универсальными компонентами для тонкой настройки связей в системе. Матрицы FPGA играют важную роль во встраиваемых системах, поскольку позволяют сопрягать заказные аппаратные блоки, работающие по разным протоколам, ускорять обработку сигнала и осуществлять управление в режиме реального времени. Идет процесс слияния двух независимых направлений развития электроники, что увеличивает пользу от применения FPGA и дает гибкое платформенное решение для проектирования встраиваемых систем. Системы промышленного управления перешли с программируемых логических контроллеров (PLC) на стандартные платформы общего назначения, основу которых составляют процессоры промышленного класса. Одним из примеров этого перехода является система, состоящая из малопотребляющего процессора Intel Atom и набора микросхем (hub chip set) системного контроллера. Чип hub содержит контроллер памяти, графи-

ческий контроллер и набор наиболее распространенных интерфейсов. Помимо всего прочего, он упрощает расширение возможностей вводавывода с помощью пары одноканальных портов PCI Express. В то же время входящие в объединения ARM и MIPS компании, выступающие за экологически безопасные технологии, приложили много усилий для создания мостов PCI Express и других необходимых IP-блоков, чтобы обеспечить в своих платформах поддержку этого практически повсеместно используемого стандарта. Так, существуют такие приложения, в которых наряду с основными процессорами WinTel (ЦП Intel, работающий на ОС Windows) используются микропроцессоры ARM, выполняющие только некоторые ключевые процедуры для повышения КПД системы и, соответственно, увеличения срока службы аккумуляторов. Холдинг ARM разработал собственный 32-разрядный

СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

Рис. 1. Соединение процессора Atom с FPGA линиями PCI Express

WWW.ELCP.RU

процессор Cortex-M3, который может применяться в качестве основы высокопроизводительной недорогой платформы для широкого круга применений, в т.ч. в микроконтроллерных и автомобильных системах, системах промышленного контроля и беспроводных сетях. Другое направление — это быстрая адаптация протоколов PCI Express, которые были предложены компанией Intel в 2004 г. в качестве нового поколения интерфейсов связи для ПК. В настоящее время технология вышла за рамки компьютерных приложений, перешла во встраиваемые системы, обеспечивая более высокое быстродействие и снижая расход энергии, и, в конечном счете, стоимость устройств. Современные недорогие FPGA находят применение и в этом направлении — в них установлены совместимые с PCI Express интерфейсы, последовательные приемопередатчики и конечные точки PCI Express. Применение процессоров совместно с FPGA — более гибкое и масштабируемое решение, чем традиционные ЦПУ в сочетании со специализированными или заказными СБИС (см. рис. 1). Топология PCI Express обеспечивает идеальную линию связи с широкой пропускной способностью между процессорами и FPGA, что позволяет создавать специализированные интерфейсы и реализовывать нестандартные периферийные устройства. Гибкая архитектура оптимально разделяет программные и аппаратные части устройства, достигая компромисса между характеристиками, стоимостью и потреблением системы. Гибкость FPGA позволяет освободиться от ограничений, связанных с фиксированной функциональностью, и избежать риска устаревания компонентов.

от потребностей рынка и встраивают последовательные приемопередатчики в недорогие семейства матриц. Компания Intel представила технологию PCI Express в 2004 г., поскольку компьютерной технике на тот момент требовалось большая полоса пропускания, а общая шина не позволяла этого достичь из-за фазовых сдвигов и конфликтов. Таким образом, прямая связь была реализована по последовательному каналу. Стандарт PCI Express 1.1 обеспечивает скорость 2,5 Гбит/с, а, учитывая кодирование 8b/10b, теоретический предел полезной скорости передачи составляет 2,0 Гбит/с. Стандартом определяются также многополосные связи для приложений, в которых требуется более высокая скорость обмена. Более поздние версии стандарта увеличили пропускную способность PCI Express до 5 Гбит/с (версия 2.0) и даже 8 Гбит/с (версия 3.0). Однако для встраиваемых систем с умеренным потреблением PCI Express 1.1 обеспечивает достаточное быстродействие. Благодаря высокой пропускной способности и малогабаритной реализации протоколы PCI Express являются естественным выбором для организации связи между FPGA и процессором во встраиваемой системе. Дальнейшее уменьшение стоимости, потребляе-

мой мощности и занимаемого размера достигается путем перенесения технологии PCI Express в тело матрицы. Эти преимущества реализуются в недорогих FPGA нового класса путем добавления в матрицу последовательных приемопередатчиков, конечных точек PCI Express и других функциональных модулей, необходимых для полноценного обеспечения связи. Эти нововведения повышают системную интеграцию и стали удачным решением для построения заказных периферийных устройств для встраиваемых процессорных систем. Матрицы FPGA со встроенной PCI Express обеспечивают гибкую инфраструктуру для подсоединения устройств к локальной сети предприятия и создания сетей промышленного управления, использующих протоколы Ethernet реального времени, такие как Profinet, EtherCAT, GigE Vision и SERCOSIII. Кроме того, на FPGA можно реализовать аппаратные ускорители, которые возьмут на себя выполнение сложных алгоритмов, например ПИД-управление двигателями в полевых условиях. Матрицы FPGA упрощают процедуру расширения функционала устройства. Гибкая структура портов ввода-вывода позволяет подключать множество датчиков и производить одновременную независимую предварительную

Электронные компоненты №6 2010

69 СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

СИСТЕМА В ЦЕЛОМ

Последовательная пакетная пересылка данных была разработана для облегчения обмена большим объемом информации на больших расстояниях. Альтернативными способами связи являются высокоскоростные соединения между двумя устройствами или двумя платами внутри одного устройства. Матрицы FPGA в настоящее время стали неотъемлемой частью высокоскоростных систем связи. В связи с этим современные FPGA, начиная с Virtex-II (Xilinx), имеют встроенные высокоскоростные последовательные приемопередатчики. Синхронные последовательные каналы связи обеспечивают высокую пропускную способность и в то же время позволяют упростить плату, снизить ее потребление и упростить схему тактирования по сравнению с шинными архитектурами. До недавнего времени к последовательному обмену относились как к чему-то сложному, что используется только в ультрасовременных системах, где требуется невероятно высокое быстродействие. Однако в связи с растущими требованиями в настоящее время даже в массовых электронных системах применение последовательных каналов оправдано. Производители FPGA не отстают

Рис. 2. Реализация конечной точки PCI Express на Spartan-6 LTX

можности, включая и модули последовательной связи, которые были прерогативой только самых продвинутых ПЛИС. Это позволяет разработчикам реализовывать сложные периферийные функции, в т.ч. аппаратные ускорители и разгрузочные модули, эффективно используя полосу пропускания при обмене данными с ЦП по линиям PCI Express. Программные IP-модули предоставляют удобное решение для построения конечных точек PCI Express на основе встроенных в матрицу приемопередатчиков. Еще более удачный подход — реализовать модуль PCI Express в теле самой FPGA. В этом случае снизится стоимость и потребление системы, поскольку будет задействовано меньше транзисторов, чем в программируемой матрице. Кроме того, освобождается много логических вентилей для реализации других функций. Напомним, что прежде это было возможно только в дорогих FPGA, а теперь — даже в самых простых. Хотя реализованные в теле матрицы конечные точки PCI Express рассматриваются как аппаратные, они все же обладают большим запасом гибкости благодаря настройкам, которые может устанавливать пользователь. В число таких параметров входят максимальная полезная нагрузка, опорная частота, декодирование, фильтрация сигналов индексных регистров и т.д. Средства разработки генерируют файлы, необходимые для завершения проектирования блоков PCI Express. Они позволяют установить требуемые конфигурационные возможности путем настройки синхронизации и буферов памяти, а также установки интерфейса на прикладном уровне конечной точки. РЕШЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАКАЗНЫХ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ

70 СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

Рис. 3. Образец сопряжения PCI Express и Gigabit Ethernet

обработку собранных данных. Один из примеров тому — обработка изображения в системах машинного зрения. Организация надежной системы связи по последовательным каналам требует определенных навыков, которыми может похвастаться не каждый разработчик. ПОЛНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ — ЛУЧШЕЕ РЕШЕНИЕ

Для реализации конечной точки PCI Express необходимо изготовить последовательные приемопередатчики и

WWW.ELCP.RU

логические схемы, которые образуют законченный физический уровень. Кроме того, потребуются дополнительные логические схемы для формирования канального и сетевого уровня (иногда его называют уровнем транзакций), а также модули памяти для буферирования транзакций. До недавнего времени последовательные приемопередатчики были доступны только в самых дорогих и современных FPGA, однако в настоящее время ситуация изменилась, и даже недорогие модели имеют такие же характеристики и воз-

Для отладки кода программисты уже давно пользуются платформами для разработки, которые поставляют производители процессоров. Теперь аналогичная возможность появилась и у разработчиков систем на основе ПЛИС. Платформенный подход, когда в арсенале разработчика имеется не только сам кристалл, но и готовые IP-блоки, средства разработки и оценочные комплекты, значительно упрощает проектирование заказных встраиваемых периферийных устройств. Демонстрационные проекты помогают быстро связать все эти ресурсы в единое целое и создать собственное устройство. Недорогое семейство Spartan-6 LTX компании Xilinx имеет встроенный модуль PCI Express со всеми ресурсами,

необходимыми для рационального расхода энергии и разгрузки ЦП для обработки критичных ко времени задач, и заказные аппаратные ускорители для выполнения сложных вычислительных функций (см. рис. 2). Матрицы Spartan-6 LTX содержат малопотребляющие GTP-приемопередатчики и выполненные в слое кремния конечные точки PCI Express, которые образуют одиночную линию связи первого поколения. Перенесенная на кристалл одна конечная точка освобождает около 7000 логических ячеек. FPGA семейства Spartan-6 LTX прошли проверку на соответствие стандарту PCI Express 1.1 по электрическим требованиям и требованиям по совместимости в специализированных лабораториях, принадлежащих PCI-SIG (PCI Special interest group — организация, которая подготовила и ведет сопровождение стандарта). По итогам испытаний матрицы Spartan-6 LTX и разработанные для них оценочные платы SP605 включены в список устройств, поддерживающих PCI Express.

Connectivity Kit. В комплекте имеется предустановленный и отлаженный проект-пример подключения, загруженный на плату SP605 (распространяется вместе с FPGA). Набор также содержит полный пакет ISE Design Suite для встраиваемых систем, драйверы устройств и файлы с исходными кодами. Ключевая особенность Spartan-6 FPGA Connectivity Kit — предоставление полной лицензии на модуль Bus Mastering Packet DMA, который позволяет эффективно использовать высокую скорость работы последовательного передатчика в модуле системной памяти. Все необходимое ПО и файлы загружены в USB-флэш-память и представлены в печатном виде в руководстве по аппаратной настройке и руководстве по работе. Все это позволяет разработчикам проектировать собственные системы максимально быстро и качественно. В дополнение к наборам Xilinx компания Avnet предлагает решение для построения специализированных интерфейсов для FPGA и встраиваемого ПО на основе ОС Windows для систем, состоящих из процессора Atom и матрицы Spartan-6 LTX.

СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ ЛИТЕРАТУРА 1. G. Lara. Low-Cost PCI Express-Compliant FPGAs Enable a Plethora of Peripherals//RTC MAGAZINE. January. 2010.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ | SAMSUNG INDIA АНОНСИРОВАЛА ПЕРВЫЙ ТЕЛЕФОН НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ | Представьте себе людей, живущих в бедных сельских районах или на окраинах городов, где нет электричества. Действительность такова, что даже там люди пользуются мобильными телефонами. Samsung India презентовала первый мобильный телефон, работающий на солнечных батареях и, соответственно, заряжаемый солнечной энергией. Новинка носит название Solar Guru и заряжается везде, где светит солнце — и на территории Индии, и на территории других стран. Solar Guru — это первый мобильный телефон подобного рода, который появится на рынке. Все ранее известные модели до сих пор так и остались проектами только на бумаге. 60 долл. — очень доступная цена, чтобы сделать аппарат со временем популярным, особенно в южных странах. Один час солнечной зарядки обеспечивает 5—10 мин работы в режиме разговора. Для полной зарядки телефона требуется 40 ч, но это приблизительные данные, которые ещё уточняются. Возможность не зависеть от электрических сетей для зарядки мобильного телефона будет экономить деньги пользователей и сделает мобильную связь ещё более доступной. www.russianelectronics.ru

71 СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

Пакет ISE Design Tool упрощает задачу разработчика, автоматически генерируя заказные IP-ядра LogiCORE для конфигурирования интерфейса PCI Express. Инструмент CORE Generator обеспечивает графический интерфейс пользователя (GUI), чтобы было удобнее настраивать основные параметры конечной точки, в т.ч. параметры GTP-приемопередатчиков и конечной точки PCI Express, модулей буферных ОЗУ и схем тактирования. Кроме того, CORE Generator содержит интерфейс прикладной части PCI Express (см. рис. 3). Набор инструментов ChipScope Pro Serial I/O позволяет оценивать характеристики линии и производить тонкую настройку установок приемопередатчика GTP. Для удобства проектирования оценочные платы имеют торцевой разъем PCI Express, что позволяет легко протестировать возможности FPGA в рамках стандартной компьютерной платформы и затем приступить к собственному проекту. Для подсоединения к оценочной плате специализированных разъемов или дополнительных схем предусмотрен слот для карты FPGA Mezzanine Card (FMC), который принимает все карты более низкого уровня от Xilinx и других производителей. Демонстрационные проекты (образцы разработки) помогают быстро ознакомиться с принципами соединения всех элементов системы и оценить возможности FPGA, после чего начать разработку специализированного устройства. Так, проект, демонстрирующий интерфейсные возможности FPGA, предоставляет все необходимые на начальном этапе исходные коды, скрипты, драйверы, интерфейсы API и GUI и другое ПО, а также документацию для построения и отладки надежных последовательных линий связи. Этот проект представляет собой полнофункциональный мост между протоколами Gigabit Ethernet и PCI Express, обеспечивая эффективную платформу для оценки всех ключевых компонентов Spartan-6 LTX (см. рис. 3): GTP-приемопередатчиков, конечных точек PCI Express, контроллера памяти с поддержкой DDR, DDR2, DDR3, SDRAM и LPDDR. Рассматриваемый демонстрационный проект содержит ряд IP-блоков, в т.ч. модуль прямого доступа (ПДП) к памяти Bus Mastering Packet DMA компании Northwest Logic и модуль локальной связи Ethernet MAC с тремя режимами (XPS, LL, TEMAC). Модуль ПДП с помощью конечной точки PCI Express позволяет разгрузить поток данных, проходящих через ЦП, и обеспечивает высокоскоростную передачу данных между системной памятью и FPGA. При этом конечная точка PCI Express отвечает за интерфейс с ЦП, а канал Gigabit Ethernet реализует функции сетевой интерфейсной карты. Для упрощения проектирования периферийных устройств с поддержкой PCI Express компания Xilinx предлагает все три этих элемента в одном наборе Spartan-6 FPGA

Электронные компоненты №6 2010

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ ШИНЫ INTEL QPI ДЕЙВ КОУЛМАН (DAVE COLEMAN), инженер по применению, Intel Corporation МАЙКЛ МИРМАК (MICHAEL MIRMAK), инженер, Intel Corporation

В статье представлены основные принципы построения высокоскоростной шины передачи данных QPI компании Intel. Описаны особенности разработки моделей ключевых компонентов системы на базе шины QPI: драйверов, приемников и системы межсоединений. Рассмотрены важнейшие факторы, влияющие на точность моделирования, и методы анализа полученных результатов. Статья представляет собой сокращенный перевод [1]. LTI-СИСТЕМЫ

В настоящее время многие высокоскоростные последовательные системы передачи данных разрабатываются с использованием методов, которые многие годы широко применялись при проектировании радиочастотных и СВЧ-систем. Методы моделирования интерфейса на базе шины QuickPath Interconnect (QPI) корпорации Intel основаны на том, что такие системы являются линейными и инвариантными во времени (Linear and Time-Invariant — LTI). Линейность означает, что система удовлетворяет принципам масштабируемости и суперпозиции. Масштабируемость предполагает, что при увеличении количества входов системы пропорционально увеличивается количество выходов. Согласно принципу суперпозиции, выходной сигнал системы представляет собой результат суммирования входных сигналов. Если входы и выходы системы не меняются во времени, как в случае резисторной цепи, система является инвариантной во времени. Прибор с памятью не всегда является инвариантным во времени. В таком устройстве

выходной сигнал зависит от предыдущего состояния системы. LTI-система сочетает линейность и инвариантность во времени, так что сигнал, передаваемый по такой системе, всегда приводит к появлению одного и того же сигнала на выходе, вне зависимости от его поступления на вход. На выходе такой системы происходит суммирование сигналов всех входов, причем амплитуду сигнала на выходе можно определить по амплитуде сигнала на входе. Для LTI-систем итеративный (т.е. с помощью последовательных шагов) подход к анализу состояния системы не требуется, следует лишь иметь данные о начальном состоянии системы. Поскольку ее характеристики не меняются со временем, каждый битовый поток не подвергается отдельному анализу. По принципу суперпозиции, индивидуальные характеристики передаваемых по шине предыдущего, текущего и последующего битов могут быть суммированы и сформирована общая характеристика интерфейса для любой комбинации данных. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ

Для анализа целостности сигнала в системе на базе шины QPI компании Intel рекомендуется применять временное моделирование битовых потоков и импульсной характеристики. Временное моделирование шины QPI включает разбиение топологии системы на части и учет наиболее существенных эффектов каждого блока в системной модели. Основными частями топологии шины являются: – передатчики; – приемники; – межсоединения.

А Н А Л О ГО В Ы Е КО М П О Н Е Н Т Ы

Моделирование передатчика

Рис. 1. Схема простого передатчика

WWW.ELCP.RU

Моделирование драйверов шины QPI основано на трех ключевых элементах:

– моделирование источников тока, ключей и выходного импеданса; – моделирование корректирующих цепей; – выбор входных тестовых сигналов и фильтров. В общем случае, схема драйвера шины QPI весьма похожа на те, которые используются для интерфейсов PCI Express, Serial ATA, USB и других последовательных интерфейсов, применяемых в компьютерных платформах. Упрощенно передатчик можно представить в виде источников тока, как показано на рисунке 1. (Могут быть также использованы драйверы на базе источников напряжения. Однако на практике с помощью таких схем труднее добиться баланса скорости распространения фронта сигнала по двум дифференциальным линиям из-за разброса параметров технологического процесса, уровня напряжения и температуры). Уровни напряжения логических 0 и 1 формируются с помощью управляемых ключей, включенных между источником тока и выходами драйвера по комплементарной схеме. Резисторы нагрузки на каждом выходе драйвера преобразуют ток в напряжение, когда соответствующий ключ закрыт. В реальной схеме каждый ключ представляет собой один транзистор или набор транзисторов с конечным сопротивлением канала в открытом состоянии. Выходная нагрузка также имеет конечный импеданс и обычно представляет собой ряд параллельных резисторов, включенных последовательно с транзисторами, которые обеспечивают автоматическую компенсацию импеданса. Источник тока обычно состоит из одного или более управляющих транзисторов, работающих в режиме насыщения, так что их выходной ток слабо меняется при изменении напряжения. Импеданс драйвера может меняться в зависимости от состояния ключа

Рис. 2. Детализированная модель передатчика

Рис. 3. Полная модель передатчика

А Н А Л О ГО В Ы Е КО М П О Н Е Н Т Ы

и напряжения по различным причинам. Во-первых, импеданс источника тока небесконечен. Во-вторых, использование для управления транзисторов или транзисторов с последовательным сопротивлением не обеспечивает постоянное сопротивление во всем диапазоне напряжений. Наконец, транзисторы, изготовленные по современному КМОП-про= цессу, имеют небольшую область насыщения, по сравнению с напряжением питания. В результате, отклонение напряжения питания может вызвать выход источника тока из области насыщения и, следовательно, из режима постоянного тока. Вся схема может быть смоделирована с использованием весьма небольшого количества компонентов и списка соединений, полученного с помощью любой коммерческой программы SPICE. Более реалистичная

WWW.ELCP.RU

модель драйвера содержит идеальный источник тока с параллельно включенным сопротивлением и емкостью, что отражает реальный импеданс источника тока, как показано на рисунке 2. Кроме того, в модель включена емкость, параллельная выходному резистору, а ключи представлены в виде резисторов с весьма высоким импедансом в выключенном состоянии и очень низким импедансом — во включенном состоянии. В модель может быть добавлен конденсатор на входе ключа (не показан) для имитации реальных переходных процессов на ключах. Моделирование переходных процессов во временной области обычно выполняется с помощью средств аналогового моделирования, таких как SPICE. Для этого необходимо задать набор входных сигналов управления ключами драйвера в аналоговом представлении

с реальной длиной фронтов, а не в виде идеальных уровней логического 0 и логической 1, как принято в цифровых пакетах разработки (например, при использовании VHDL или Verilog). Для точного представления модели при разработке схем для шины QPI в модель драйвера добавляют ограничители напряжения и фильтры, как показано на рисунке 3. Для представления комбинации данных, которые передаются драйвером, можно использовать источники аналогового напряжения в диапазоне от 0 до 1 В DC. Ограничители напряжения позволяют моделировать изменение выходного напряжения, вызванное отклонениями в технологическом процессе, напряжении питания и температуры, связанными с крупносерийным производством. Фильтры (как правило, Бесселевы) позволяют подавить высокочастотные помехи, присутствующие в аналоговом битовом потоке. В отличие от PCIe, шина Intel QPI 1.0 не использует схему кодирования, подобную 8b/10b или 64b/66b. Набор входных сигналов для моделирования буфера может поэтому содержать сигналы любой частоты. Этот набор сигналов, однако, должен содержать какойлибо код шифрования. Еще одним компонентом, который необходимо моделировать при разработке системы на базе шины QPI, является корректор канала передачи данных. В шине QPI, подобно PCIe, Serial ATA и другим последовательным дифференциальным интерфейсам, используется коррекция, которую называют также предыскажениями или компенсацией предыскажений. Предыскажения подразумевают, что характеристика системы в полосе пропускания сглаживается путем повышения выходной мощности драйвера на высоких частотах для компенсации высокочастотных потерь. Компенсация предыскажений подразумевает, что характеристика системы сглаживается путем уменьшения выходной мощности драйвера на низких частотах для согласования с потерями на высокой частоте. В обоих случаях частотная характеристика сглаживается, что уменьшает межсимвольные помехи и джиттер в системе. Обычно в последовательных дифференциальных интерфейсах могут использоваться только два источника тока для усиления выходного сигнала и компенсации межсимвольных помех. Более сложные системы, особенно системы на базе соединительной (материнской) платы с множеством разъемов, могут потребовать дополнительных драйверов для компенсации более сложной отражающей среды. Каждый дополнительный драйвер можно смоделировать как источник тока со всеми необходимыми компонентами.

Моделирование приемника

В современных системах на базе QPI не требуется компенсация с помощью конфигурируемых приемников, поэтому схема и соответствующая модель приемника довольно просты, по сравнению с передатчиком.

Как показано на рисунке 4, приемник QPI можно смоделировать в виде резистора и конденсатора, включенных параллельно. Сам приемник содержит оконечную нагрузку, компенсируемую автоматически, как в случае драйвера. Как в любом буфере, контактный вывод устройства имеет емкость, т.к. обеспечивает соединение между этим выводом и другими компонентами приемника. Величина этой емкости незначительно меняется в зависимости от технологического процесса, напряжения и температуры, что следует учитывать при создании модели. В более сложных системах частью схемы может быть усилитель, включенный после R-C-цепи. Усилитель представляется в виде таблицы частотнозависимых значений напряжений, которая задает характеристику усилителя в диапазоне полосы пропускания интерфейса. Моделирование компонентов системы межсоединений

Активными устройствами канала QPI являются только драйвер и приемник. Остальные части шины — это корпуса устройств, проводники печатных плат, разъемы компонентов, переходные отверстия в печатной плате, а также межплатные и тестовые разъемы. Эти элементы межсоединений можно смоделировать несколькими способами, включая использование: – RLGC-матриц W-элементов; – списка соединений SPICE для компонентов R, L и C, плюс источники тока и напряжения. Межсоединения могут быть также смоделированы с использованием S-параметров. Обычно, все модели межсоединений строятся с помощью анализатора полей. Этот инструмент моделирования анализирует распределение электрических и магнитных полей в межсоединениях в двух или трех измерениях. Наиболее распространенной двумерной моделью межсоединений в настоящее время является модель на основе W-элементов RLGCматрицы. Модели проводников на базе R LG C- м а т р и ц ы включают приведенные значения собственной и взаимной индуктивности (L) и емкости (C) на единицу длины отдельной дорожки или группы дорожек межсоединений. В модель могут быть также включены постоянные и

Рис. 4. Буфер приемника

частотно-зависимые сопротивления (R) и проводимости (G), которые отражают потери. Предполагается, что поведение электрических параметров проводников меняется только по их длине (другими словами, т.к. RLGC-матрицы — двумерные, то они не отражают изменения свойств в поперечном сечении проводника заданной длины). Наиболее распространенным форматом W-элементов являются отдельные матрицы L, C, R, и G, причем R- и G-матрицы разделяются на матрицы переменного и постоянного тока. Матрицы индуктивности и сопротивления относятся к проводникам линий передачи данных, а матрицы емкостей и проводимостей относятся к диэлектрику около проводника. Обычно предполагается, что для RLGC-матрицы применимо так называемое телеграфное уравнение и, кроме того, индуктивность и емкость не меняются с частотой. Обычно полагается, что соотношение между матрицами сопротивления и проводимости определяется исходя из следующих уравнений: R(f) = R0 + RS

G(f) = G0 + Gdf, где f — частота. Вполне допустимые для низкочастотных межсоединений, эти уравне-

Электронные компоненты №6 2010

75 А Н А Л О ГО В Ы Е КО М П О Н Е Н Т Ы

Для упрощения анализа сложной системы драйверов модель должна содержать параметризованные значения импеданса драйвера (в виде резисторов и конденсаторов), выходную мощность каждого источника тока, ожидаемый размах напряжения на выходе, а также параметры входных сигналов управления (например, скорость нарастания фронта сигнала). Выходной ток каждого драйвера можно установить в соответствии с оптимальными коэффициентами коррекции, необходимыми для снижения или подавления межсимвольных помех в системе. Следовательно, формат используемой для представления драйвера модели должен поддерживать управление переменными всех этих компонентов. Такие форматы как Verilog-A и SPICE обеспечивают, как правило, достаточно хороший баланс между скоростью моделирования, стоимостью программы и простотой модели. Форматы Verilog-AMS и VHDL-AMS менее привлекательны из-за более дорогих инструментов, которые их поддерживают, а традиционный формат IBIS (версии 4.0 и ниже) требует отдельных моделей для каждой переменной, что усложняет анализ системы и необходимость регулировки параметров модели. В общем случае буфер для моделирования шины QPI подобен тому, который используется для моделирования интерфейсов SMI или PCIe (производительностью 5 ГТ/с) на серверной платформе. Основное отличие состоит в том, что в PCIe компенсация буфера ограничена лишь одним из двух или трех вариантов установки («компенсация отключена», 3,5 или 6 дБ). Следует учесть еще несколько моментов при конкретной реализации канала QPI. Во-первых, при добавлении драйвера в систему мощность не возрастает. Другими словами, общая мощность, обеспечиваемая некомпенсированным и компенсированным передатчиком, должна быть одинаковой. При компенсации изменяется только распределение мощности в зависимости от коэффициентов компенсации. Простым способом проверки того, что используются корректные драйверы, является сложение абсолютных значений их децимальных коэффициентов (например, 0,8; −0,15; −0,05). Их сумма должна быть равна 1,0. Инструменты и модели Intel выполняют это автоматически.

ния могут нарушать базовые физические соотношения для систем, работающих на высоких частотах. Табличная форма W-элементов на основе RLGC-матриц обеспечивает точную частотную зависимость компонентов R, L, G и C, поэтому такой формат представления данных рекомендуется для моделирования гигагерцовых систем. Недостаток метода на основе W-элементов заключается в его ограниченном представлении взаимосвязи элементов. В W-элементе не учитываются связи с элементами вне двумерной плоскости, в которой анализатор полей захватывает данные для модели. Влияние топологии печатной платы

А Н А Л О ГО В Ы Е КО М П О Н Е Н Т Ы

Разводка компонентов системы на базе шины QPI может быть не всегда проста. Даже для проектов без разъемов проводники могут иметь меньшую ширину в изолированной области под или около компонентов для того, чтобы обеспечить высокую плотность разводки. Импеданс проводников в этой области будет отличаться от основной части проводников. Эти участки следует моделировать отдельно для того, чтобы учесть возможность появления потенциальных источников межсимвольной интерференции. Модели проводников должны также отражать отклонения свойств печатных плат при массовом производстве. Руководства по проектированию платформы Intel определяют отклонения импеданса для каждого интерфейса на каждом слое печатной платы. При создании моделей следует учитывать не только импеданс, но также потери и другие эффекты, связанные с особенностями производства печатных плат. Среди параметров, которые нужно включить в расчет, — рабочая температура и влажность в системе, а также эффективная диэлектрическая постоянная и тангенс угла потерь для печатных плат. Проводники печатной платы, расположенные вблизи друг от друга и имеющие общие конечные точки, хорошо описываются с помощью модели на основе RLGC-матрицы. Однако из-за проблем описанных выше взаимной связи формат W-элементов предполагает, что все линии модели должны иметь точно одинаковую длину. В реальных конфигурациях платы встречается рассогласование длины проводников, и в данной ситуации может потребоваться применение более сложных методов моделирования (например, 3D-анализаторы полей). Стекловолоконные нити печатной платы могут оказывать существенное влияние на эффективную диэлектрическую проницаемость платы. Этот

WWW.ELCP.RU

эффект не всегда легко удается компенсировать в процессе моделирования системы. Полный 3D-анализатор полей может учитывать взаимодействие сигнала с областями стекла и эпоксидной смолы, однако это возможно только в том случае, когда доступна детальная информация о свойствах материалов каждого компонента диэлектрика. Кроме того, для успешного анализа этим методом необходимо знать точную ориентацию стекловолоконных нитей относительно проводников. Более практичным подходом для учета влияния стекловолокна является допущение однородности диэлектрика, имеющего наихудшие электрические параметры. Для платформы Intel существуют специальные руководства по разводке проводников для уменьшения эффекта стекловолокна в печатных платах, и при моделировании анализируются установленные этими руководствами допуски. Наиболее совершенные модели потерь в проводниках учитывают скин-эффект, когда эффективная толщина металла проводников уменьшается. С увеличением рабочих частот сигнал в проводниках мигрирует в сторону меньших размеров проводников, и эффективное сопротивление увеличивается. Простой расчет может дать информацию о глубине, на которую сигнал проникает в металлический проводник. При создании модели и анализе потерь в проводниках необходимо также учитывать шероховатость поверхности металлической фольги, которая используется при производстве плат для улучшения адгезии проводников к плате. Корпуса и разъемы

В общем случае, корпуса как передатчика, так и приемника моделируются с использованием комбинации W-элементов (для подложки корпуса, которая весьма схожа с печатной платой) и эквивалентной модели SPICE (для переходных отверстий и шариковых выводов корпуса, которые недостаточно хорошо описываются с помощью 2D-методов). Эти корпуса поставляются вендорами и не могут быть модернизированы каким-либо образом системным разработчиком. В большинстве случаев, отклонения импеданса корпусов и длины проводников могут быть смоделированы. В системах, использующих шину QPI, процессоры обычно имеют разъемные соединения, а концентратор ввода/ вывода припаивается непосредственно на печатную плату. В результате, набор моделей для представления шины Intel QPI включает процессорный разъем в составе модели корпуса

процессора, который моделируется подобно корпусам. Соединители

Наиболее вероятно, что соединители для шины Intel QPI используются в многопроцессорных системах на базе процессоров Intel Xeon или Intel Itanium. Например, системы, смонтированные в стойке, могут включать 4, 8 и более процессоров и/или концентраторов ввода/вывода, присоединенных с помощью разъемов к системной плате. Электрически соединитель для шины Intel QPI должен обеспечивать малые потери, хорошее согласование импеданса со специфицированным значением (85 Ом) и низкие перекрестные помехи между сигналами. Кроме того, следует учитывать, что некоторые конструкции соединителей (например, с расположенными под углом 90° выводами) могут вносить больше отклонений в расстояние, проходимое сигналом, по сравнению с другими конструкциями. Перед тем как выполнить моделирование, следует найти оптимальное соотношение между точностью модели соединителя и временем моделирования. Хорошим методом преобразования данных о параметрах переходных отверстий и соединителей в SPICEформат эквивалентной схемы является аппроксимация дробной функцией (Rational Function Approximation — RFA). Однако, размер модели прямо пропорционален точности моделирования. Более крупные модели требуют больше времени моделирования. По этой причине во многих случаях более практичной альтернативой является применение W-элементов для моделирования соединителей. Однако отметим, что W-элементы, не будучи 3D-моделями, дают более оптимистичные результаты относительно величины перекрестных помех. В некоторых случаях моделирование во временной области возможно с помощью непосредственного использования частотных моделей (например, моделей на базе S-параметров, используемых в SPICE). Однако следует учитывать, что для моделирования шины Intel QPI данные этой модели должны соответствовать ширине полосы пропускания до 100 ГГц, и точность модели должна быть весьма высока. Переходные отверстия

Концептуально метод моделирования переходных отверстий весьма схож с тем, который используется для соединителей. Любая модель, используемая для представления переходного отверстия, должна включать эффект взаимной связи с другими переходными отверстиями и ближайшими эле-

Анализ системы во временной области

Моделирование канала шины Intel QPI основано на анализе формы сигналов, которые формируются инструментом SPICE. Модели драйвера, приемника и линий передачи объединяются в список соединений. На драйвер подаются входные импульсы или битовый поток, а на выводах приемника формируется выходной сигнал. Обработка этих сигналов выполняется программными инструментами Intel, формируется глазковая диаграмма и, опционально, комбинация битов для наихудшего случая. Некоторые ключевые моменты моделирования и последующей обработки результатов обсуждаются далее. Типы анализа

Модели компонентов шины Intel QPI поддерживают два вида анализа. Первый вид анализа — это битовый поток, когда на вход драйвера подают комбинации битов (логических нулей и единиц). Эта комбинация может быть произвольной длины и определена пользователем или сгенерирована в результате последующей обработки других сигналов. Другой вид анализа — это анализ пиковых искажений (Peak Distortion Analysis — PDA), который основан на передаче драйвером по шине единичного импульса или бита. Этот импульс, длительность которого составляет только один единичный интервал (UI), используется в LTI-системе для снятия характеристик, касающихся отражений в системе. Для суммирования импульсной характеристики и отражений в системе используется процесс свертки, что позволяет определить наименьший уровень напряжения логической 1 и наивысший уровень напряжения логического 0 для данной топологии. Затем может быть построена глазковая диаграмма наихудшего случая для данного интерфейса. Заметим, что списки соединений, требуемые для моделирования и обеспечиваемые компанией Intel, исполь-

Рис. 5. Перекрестные помехи и импульсная характеристика приемника

зуют три дифференциальные пары (6 сигналов). При анализе PDA на внешние пары не подаются никакие сигналы. На них демонстрируется эффект перекрестных помех из-за электромагнитной связи между проводниками на печатной плате, корпусах и разъемах. На центральную пару подается один импульс. При анализе битового потока на всех трех парах могут присутствовать различные входные сигналы. Межсимвольные и перекрестные помехи

Для выявления эффекта межсимвольных помех необходимо выполнять моделирование на достаточно длительном интервале времени с использованием определенной комбинации битов для того, чтобы проанализировать поведение системы в наихудшем случае. Кроме того, для поиска наиболее сильного эффекта межсимвольных помех необходимо учитывать крайние случаи разрыва непрерывности полного сопротивления в шине для данной топологии. Инструменты Intel обеспечивают битовые комбинации для крайних случаев для любой топологии шины. Как уже было сказано, предлагаемые компанией Intel топологии в качестве примера разводки шины QPI включают три дифференциальные пары. Поскольку перекрестные помехи являются основной причиной снижения напряжения логической 1 и повышения напряжения логического 0 глазковой диаграммы, эту конфигурацию следует использовать при моделировании любой топологии печатной платы. На рисунке 5 показано влияние перекрестных помех от центральной

дифференциальной пары сигналов на внешние дифференциальные пары. Поскольку эффект перекрестных помех может существенно влиять на системные характеристики, требуется выполнять тщательную проработку топологии и анализ помех при разработке надежной системы на базе шины Intel QPI. Джиттер

Джиттер может возникать из-за эффекта межсимвольных помех, а также от других источников помех, таких как источники питания, и перекрестных помех от других сигналов, наведенных на проводники шины. Для анализа при моделировании во временной области джиттер обычно не включается в управляющие битовые комбинации и модели приемника. При моделировании рассматривается только джиттер, причинами которого являются межсимвольные помехи и взаимная связь с другими сигналами шины QPI. Другие источники джиттера учитываются в спецификации и закладываются в общую глазковую диаграмму на выводах приемника. ЛИТЕРАТУРА 1. Dave Coleman, Michael Mirmak. Time Domain Modeling and Simulation of Intel QuickPath Interconnect Circuits.

Электронные компоненты №6 2010

77 А Н А Л О ГО В Ы Е КО М П О Н Е Н Т Ы

ментами печатной платы. Модель также должна корректно отражать паразитную емкость переходного отверстия. Потери на рассеивание энергии в переходных отверстиях малы, однако их длина может быть значительной относительно скорости фронта сигнала, передаваемого через них. Соответственно, переходное отверстие может напоминать линию передачи, поэтому следует учитывать это при расчете общего импеданса для представления переходного отверстия в модели. Полоса пропускания для модели переходного отверстия должна быть близкой к той, которая используется для любого соединителя в системе.

МИКРОСХЕМА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ВОСЬМИРАЗРЯДНОГО БУФЕРНОГО ФОРМИРОВАТЕЛЯ 5861АП1У ЛЕОНИД АВГУЛЬ, к.т.н., заместитель генерального директора по научной работе, НТЦ «ДЭЛС» БОРИС ИВАНОВ, начальник отдела, ОАО «ГСКБ «Алмаз-Антей» ВИКТОР КРЯЖЕВ, начальник отдела, НТЦ «ДЭЛС» СЕРГЕЙ КУРНОСЕНКО, к.т.н., начальник отдела, НТЦ «ДЭЛС» СЕРГЕЙ ТЕРЕШКО, к.т.н., генеральный директор, НТЦ «ДЭЛС» .

В статье представлено техническое описание микросхемы быстродействующего восьмиразрядного буферного формирователя 5861АП1У. Отличительные особенности микросхемы – высокая нагрузочная способность (до 60 мА по каждому выходу), возможность объединения выходов с увеличением выходного тока до 480 мА, наличие встроенного устройства адаптивной фильтрации коротких помех, широкий рабочий диапазон температур (–60…125°С), напряжение питания 4,5…5,5 В.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Микросхема 5861АП1У — восьмиразрядный буферный формирователь с высокой нагрузочной способностью. Микросхема может быть использована для передачи цифровых сигналов по длинным линиям связи с возможностью защиты от импульсных помех. Микросхема изготавливается по КМОП-технологии и имеет ТТЛ-совместимые входы и выходы. Конструктивно она выполнена в планарном металлокерамическом корпусе типа Н16.48-1В с четырехсторонним расположением выводов. Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 1, а ее основные параметры — в таблице 2.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Режимы работы микросхемы представлены в таблице 3. Микросхема работает в двух режимах, определяемых значением сигнала SEL. При SEL = «0» цифровая фильтрация отключена, и микросхема осуществляет транзит входных сигналов на

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

С ТА Н Д А Р Т Н Ы Е Ц И Ф Р О В Ы Е МИКРОСХЕМЫ И ПАМЯТЬ

Структурная схема микросхемы 5861АП1У приведена на рисунке 1. Микросхема содержит восемь идентичных каналов, каждый из которых включает в себя схему транзита, цифровой фильтр, мультиплексор и выходной буфер. Кроме того, микросхема содержит схему управления, которая осуществляет синхронизацию и управление режимами работы микросхемы. Таблица 1. Назначение выводов микросхемы Обозначение DI [7:0] EN [7:0] DO [7:0] C SEL Vсс GND

Назначение Входная шина данных Входная шина сигналов разрешения Выходная шина данных Вход сигнала синхронизации Вход сигнала выбора режима Вывод питания от источника напряжения Общий вывод

WWW.ELCP.RU

Рис. 1. Структурная схема микросхемы

выход микросхемы. При SEL = «1» входные сигналы проходят через цифровой фильтр, где проводится селекция коротких импульсных помех. Сигнал на входе EN служит для разрешения работы соответствующего канала. При EN = «0» канал функционирует в зависимости от значения сигнала

SEL. При EN = «1» на выходе DO формируется низкий логический уровень, и любые изменения сигнала на входе DI игнорируются. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА

Функциональная схема цифрового фильтра представлена на рисунке 2. Цифровой фильтр распознает короткие одиночные импульсы, которые идентифицируются как «помеха», и не пропускает их на выход. При этом на выходе схемы сохраняется предыдущее состояние. Помехами считаются импульсы, во время действия которых происходит менее двух изменений сигнала синхронизации на входе С (см. рис. 3). При этом длительность помех может быть как меньше полупериода сигнала синхронизации (первый и второй импульсы на рис. 3), так и больше полупериода, но меньше периода сигнала синхронизации (третий импульс на рис. 3). Входные сигналы, во время действия которых приходит как минимум два фронта синхросигнала, считаются полезными и выдаются на выход микросхемы с задержкой на два такта сигнала синхронизации (см. рис. 4). Поскольку функционирование цифрового фильтра определяется параметрами сигнала синхронизации C, то изменением его частоты можно настраивать фильтр на селекцию помех требуемой длительности.

Рис. 2. Функциональная схема цифрового фильтра

Рис. 3. Временная диаграмма работы цифрового фильтра. Входные сигналы — помехи

Рис. 4. Временная диаграмма работы цифрового фильтра. Входные сигналы — полезные Таблица 2. Основные параметры микросхемы Обозначение Норма параметра параметра Не менее Не более

Напряжение питания, В

UCC

4,5

5,5

Ток потребления, мА

ICC

–

5,0

Динамический ток потребления, мА

IОCC

–

150

Выходной ток низкого уровня, мА

IOL

–

60*

Выходной ток высокого уровня, мА

IOH

–

|–60|*

Время задержки распространения при включении (выключении), нс

tPHL (tPLH)

–

Частота следования импульсов тактовых сигналов, МГц

–

Температурный диапазон, °С

–60

125

* Микросхема допускает объединение выходов с целью увеличения суммарного выходного тока. При этом соответствующие входы микросхемы обязательно должны быть также объединены.

Таблица 3. Режимы работы микросхемы Входы SEL EN DI 0 0 0 Передача данных 0 0 1 без фильтрации 0 1 Х Режим работы

Передача данных с фильтрацией

C Х Х Х

Выход DO 0 1 0 0* 1*

* Выдача сигналов на выходы осуществляется с задержкой на два такта сигнала синхронизации С. X — безразличное состояние на входе: любое напряжение низкого или высокого уровня.

79 С ТА Н Д А Р Т Н Ы Е Ц И Ф Р О В Ы Е МИКРОСХЕМЫ И ПАМЯТЬ

Наименование параметра, единица измерения

НОВОСТИ ПАССИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ | ПРИБОРНЫЕ РАЗЪЕМЫ C8 С СЕТЕВЫМИ ФИЛЬТРАМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ | Приборные разъемы IEC фирмы Schurter с фильтрами электромагнитных помех (серия 5008) являются комбинацией приборного разъема IEC-C8 с сетевым фильтром. Сетевой однокаскадный фильтр рассчитан на номинальные токи 2,5 A по нормам IEC или на 6 A по нормам UL. Разъемы производятся в стандартном и медицинском исполнениях. Интегрированный в приборном разъеме прямо на сетевом входе фильтр электромагнитных помех обеспечивает электромагнитную совместимость. Имеются изделия с резьбовым креплением или для монтажа на защелке, что упрощает установку. Разводка осуществляется через контакты разъема. Серии имеют допуски ENEC и cURus и соответствуют требованиям стандартов для офисного и медицинского оборудования (IEC60950, IEC60601-1). Фильтры предлагаются в стандартном и медицинском исполнениях. www.eetimes.eu

Электронные компоненты №5 2010

OLED-ТЕХНОЛОГИЯ — ПЕРСПЕКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЯ? ВЛАДИМИР КОНДРАТЬЕВ, тех. консультант, ИД «Электроника» Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode — органический светодиод, ОСД) — следующий шаг на пути эволюции твердотельного освещения (Solid State Lighting, SSL), источником которого служат полупроводники, а не нить накала или газ. Твердотельные источники света являются наиболее энергоэффективными, имеют более длительный срок службы и более экологичны. В статье, представляющей собой авторизованный перевод [1, 2], рассматриваются характеристики ОСД и возможности их применения. РАЗНИЦА МЕЖДУ СД И ОСД

В обеих технологиях свет генерируется полупроводниками, которые преобразуют электрическую энергию в световое излучение. Светодиоды позволяют создавать цветовые эффекты, что намного превышает возможности ламп накаливания. В качестве источников света, обеспечивающих высокую энергоэффективность, у СД и ОСД большое будущее. Однако на этом сходство между ними заканчивается. Существует ряд различий между СД и ОСД по структуре, типу излучаемого света и способам их применения, за счет которых они дополняют друг друга. СРАВНЕНИЕ ОСД И СД ПО ТИПУ ИЗЛУЧАЕМОГО СВЕТА

света, тогда как ОСД — плоские панели, которые испускают равномерный свет, распределенный по всей поверхности устройства. Излучение от них более спокойное, теплое, рассеянное и неяркое. Благодаря тонкой и плоской конструкции ОСД, у них большие возможности монтажа, чем у СД или любых других источников света. СД за счет компактности превосходят ОСД в способности создавать направленное излучение. ОСД никогда не смогут заменить светодиоды, у которых особые области применения, однако эти типы светодиодов очень хорошо дополняют друг друга, обеспечивая различные возможности в новом оптико-цифровом осве-

Ключевая разница между структурами ОСД и СД заключается в том, что ОСД созданы на основе органических полупроводников (например, тех, которые используются в органических солнечных элементах), тогда как основу СД составляет неорганический кристалл. Имеется также визуальное отличие между этими двумя типами твердотельных источников света. СД представляют собой мерцающие точки Т Е О Р И Я И П РА К Т И К А

Рис. 1. Структура ОСД

WWW.ELCP.RU

Рис. 2. Яркость ОСД является функцией источника напряжения (а) и плотности тока (б)

щении, которое находит все большее применение как энергосберегающая технология. ПРИНЦИП РАБОТЫ ОСД

ОСД представляет собой тонкопленочную многослойную структуру из органических полупроводников, помещенных между катодом и анодом (см. рис. 1). При подаче на анод положительного относительно катода напряжения возникает поток электронов, протекающий через пленочную структуру от катода к аноду. Анод, в свою очередь, забирает электроны из проводящего слоя, или отдает дырки. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Этот процесс сопровождается испусканием электромагнитного излучения в области видимого света. Яркость излучения определяется напряжением между электродами и плотностью тока (см. рис. 2). Для генерации излучения разного цвета при создании пленок используются разные материалы. Принцип действия ОСД идентичен тому, который работает в СД: транспортный и эмиссионный слои являются органическими эквивалентами тонких InGaN-пленок, применяемых в конструкции голубых или зеленых СД. Однако имеются и важные различия. Белые светодиоды ограничены по размеру, который составляет около 1 мм2, тогда как ОСД можно изготавливать размером в 1 м2. В зависимости от применяемого органического материала для эмиссионного слоя, ОСД могут излучать любой цвет, в т.ч. белый с разной цветовой температурой.

Таблица 1. Оптические характеристики источников света Характеристика

Стандарт

Светоотдача, лм/Вт Яркость, кд/м Срок службы L70, ч

ОСОБЕННОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОСД

До сих пор стеклянная подложка ОСД — единственный прозрачный материал, который защищает внутреннюю структуру ОСД от воздействия влаги и воздуха. В настоящее время ведется работа по созданию пластмассовой подложки, обеспечивающей необходимую защиту. Такая подложка позволит изготовлять гибкие и пластичные ОСД-панели для осветительных нужд, превратив любую — плоскую или изогнутую — поверхность в источник света. Вероятно, гибкие панели на основе органических светодиодов появятся через 5—8 лет. Органические светодиоды имеют уникальные характеристики и возможности, которые могут оказать большое влияние на применяемые методы освещения. Во-первых, ОСД создают мягкий рассеянный свет, а не яркое излучение. Излучение у ОСД равномерное, сопровождается малым тепловыделением, очень хорошо регулируется (см. рис. 2, 3). Благодаря таким качествам этот тип светодиодов широко используется дизайнерами, художниками и архитекторами при создании новых концепций освещения, которые позволяют в корне изменить привычный вид помещений. Перечисленные характеристики ОСД совместно с их высокой светоотдачей и продолжительным сроком службы — далеко не все параметры, определяющие возможность работы ОСД в качестве источников света в светильниках. С точки зрения перспективы разработки, производителей светильников интересуют следующие оптические характеристики любого источника света (см. табл. 1). Производители ОСД, как правило, называют три параметра ОСД белого свечения: светоотдача (лм/Вт), яркость (кд/м) и срок службы (ч). Первые два хорошо известны, а в отношении срока службы надо сказать несколько слов. В соответствии со стандартом IES LM-80-08, определяющим время деградации, номинальный срок сохранности светового потока Lp — это «рабочее время, в течение которого световой поток СД сохраняется на уровне p от начального значения». Например, для

ANSI C78.377

Коэффициент цветопередачи, RA

CIE 13.3-1994

Сортировка по цвету

ANSI C78.377

Универсальный показатель ослепленности

CIE 117-1995

подсветки дисплея используются ОСД со значением L50, а в архитектурном освещении — L70. Как правило, многие производители заявляют о соответствии времени деградации их изделий на уровне L50. Чтобы получить значение для L70, следует разделить на два величину для L50. К началу этого года показатели коммерчески пригодных белых ОСДпанелей для освещения были следующими: светоотдача — 15 лм/Вт; яркость — 1000 кд/м2; время деградации L70 — 5 тыс. ч. Однако технология органических светодиодов быстро развивается. Например, производитель Visionox представил макет настольной лампы, у которой эти параметры были следующими: 40 лм/Вт; L70 — 50 тыс. ч. В соответствии с законом Хейца, который успешно предсказал удвоение

световой яркости СД каждые 1,5 года, можно разумно заключить, что светильники для архитектурного освещения вот-вот появятся. Производители ОСД называют сроки в 3—5 лет. Возникает разумный вопрос: что представляет собой светильник на органических светодиодах? ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОСД

В ближайшие несколько лет дизайнеры, архитекторы и другие потребители продукции на основе ОСД будут использовать ее во многих приложениях. В результате интенсивной научноисследовательской работы осваиваются новые области применения изделий с использованием органических светодиодов. Возможно, в скором будущем появятся переливающиеся разными цветами потолки, стеклянные стены,

Рис. 4. Перспективы развития ОСД по версии Philips Lighting

Таблица 2. Преимущества ОСД-освещения в настоящее время Характеристики Тонкая конструкция Малый вес Рассеянный неяркий свет

Преимущества Большие возможности проектирования Идеальный источник света в чувствительных к весу приложениях Отсутствие бликов В настоящее время этот показатель сравним с показателем галогенных Высокая светоотдача ламп. В будущем его значение увеличится до 140—150 лм/Вт Экологичность Отсутствие вредных материалов в конструкции Простота утилизации Низкое напряжение Безопасность эксплуатации Таблица 3. Перспективы ОСД-освещения Характеристики Регулировка цвета Высокая цветопередача Прозрачность и гибкость

Преимущества Использование ОСД разного цвета расширяет возможности проектирования Увеличивается диапазон применения Интеграция в приложения Источник света невидим в выключенном состоянии

Электронные компоненты №6 2010

Т Е О Р И Я И П РА К Т И К А

Рис. 3. Источник света на основе ОСД с регулируемой яркостью, компания Philips Lighting

IES LM-80-08

Относительная цветовая температура, К

Рис. 5. Типичный спектр ОСД белого свечения

Т Е О Р И Я И П РА К Т И К А

освещаемые взмахом руки, или окна, начинающие светиться с наступлением темноты [1]. ОСД будут востребованы там, где необходим ровный свет, яркость и цвет которого можно регулировать, а также в подсветке поверхностей произвольной формы (см. рис. 4 и табл. 2 и 3). Однако многие производители ОСД не считают, что их изделия заменят традиционные лампы [2]. Дизайнеры освещения мечтают о создании светящихся обоев — механически гибкого источника света, который можно использовать в любом помещении. Вопрос в том, примут ли эту радикально иную концепцию освещения потребители, которые привыкли пользоваться лампами, заслоняясь при необходимости от прямого света? Для ответа на этот вопрос достаточно вспомнить модную полвека назад концепцию «светящихся потолков» на кухнях в жилых помещениях или в футуристических фильмах. Однако большинству потребителей она не пришлась по душе. Заметным исключением стало освещение в Чикагском художественном институте, где мягкое, не дающее теней, излучение хорошо подошло для экспозиции скульптур и картин. Многие другие примеры говорят о том, что предпочтительным является направленное освещение с тенями. Несмотря на то, что большинство потребителей не принимает идею светящихся обоев и потолков, существует рынок миллионов люминесцентных трофферов (встраиваемых светильников), которые подлежат замене. Похоже, энергоэффективные ОСД-панели станут идеальным решением этой задачи. Существует, однако, иная проблема — ослепляющий эффект. ОСЛЕПЛЯЮЩИЙ ЭФФЕКТ

Сила света линейных люминесцентных трофферов ограничена при больших углах зрения для предотвращения ослепляющего эффекта. Например, стандарт ANSI/IESNA RP-1 устанавливает максимальную интенсивность в диапазоне от 300 кд при 65°С до 60 кд при 85°С. Более специфичные требования

WWW.ELCP.RU

стандарта CIE 117 определяют универсальный показатель ослепленности для направленных светильников. Для моделирования освещения в помещении компания Lighting Analysts предлагает профессионалам пакет программного обеспечения AGi32, с помощью которого устанавливаются количественные показатели. Нельзя заменять ОСД-панелями линейные люминесцентные трофферы направленного излучения, если при этом не используются оптические методы управления яркостью панелей при больших углах зрения. К сожалению, единственный способ добиться этого, не уменьшив светового потока панелей, заключается в повышении их яркости до уровня линейных люминесцентных ламп Т8 — 10000 кд/м2. ОСД-панели можно использовать в качестве источников света в подвесных линейных светильниках ненаправленного излучения, однако при этом требуется обеспечить Ж-образное распределение силы света, чтобы избежать неприглядных ярких участков на потолке. Опыт проектирования таких светильников говорит о том, что при этом также необходимо реализовать яркость порядка 10000 кд/м2. ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА

В ОСД белого свечения, как правило, используются разные электролюминесцентные материалы для создания красного, зеленого и синего излучения (см. рис. 4). Балансируя между светоотдачей каждого материла, производитель ОСД устанавливает относительную цветовую температуру (CCT — Correlated Color Temperature) в широком диапазоне значений. Для рынка архитектурного освещения это диапазон 2700…6500 К (ANSI C78.377). Недостаток такого подхода заключается в том, что каждый электролюминесцентный материал имеет свой срок службы L70, причем у синих ОСД этот показатель, как правило, вполовину меньше, чем красных и зеленых материалов ОСД. По мере старения панели в ней неизбежно исчезают синие оттенки. Однако для телеприемников с ОСДэкраном такой проблемы не существует, поскольку каждый цветовой пиксел независимо управляется видеоконтроллером. Все, что требуется в таком случае, это время от времени устанавливать приемлемый цветовой баланс дисплея. У ОСД-панелей белого свечения отсутствует управление цветом. В результате изменение их цвета может стать неприемлемым задолго до окончания времени деградации по уровню L70. Грубый расчет показывает, что это может произойти после снижения уровня светового потока на 1—3%.

Что значит «неприемлемое» изменение цвета? Стандарт ANSI C78.377 допускает изменение чистоты белого цвета СД в пределах 7-шаговых эллипсов МакАдама. Существует также стандарт ANSI C78.376, который определяет меньшие — 4-шаговые эллипсы МакАдама для линейных и некоторых компактных люминесцентных ламп. Одно из решений проблемы изменения цвета состоит в использовании для каждой из полос красных, зеленых и синих ОСД-материалов отдельных драйверов и оптической обратной связи — метода, применяемого для твердотельных светильников с RGBсветодиодами. Однако при этом эксплуатация ОСД-панелей значительно усложняется. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Требования к ОСД-светильникам для архитектурного освещения, касающиеся ослепляющего эффекта и изменения цвета в процесс эксплуатации, важны, но не исчерпываются только этими вопросами. Имеются и другие параметры, которые следует принять во внимание — например, показатель цветопередачи и однородность яркости. Необходимо также учитывать проблемы, связанные с источником питания и теплоотводом той энергии, которая не преобразуется в свет. Несмотря на тот оптимизм, который испытывает индустрия светотехники в отношении развития технологий органических светодиодов, производители этой продукции, возможно, не в полной мере оценивают потребности архитектурного освещения. Однако в результате масштабных исследований становится ясно, что через некоторое время технологии ОСД достигнут в своем развитии следующего этапа и станут востребованными на рынке осветительного оборудования. После того как будут найдены фосфоресцирующие голубые источники света, обеспечивающие достаточно продолжительный срок службы, технически возможные значения светоотдачи превысят 110 лм/Вт. При этом наиболее сложным аспектом в реализации освещения на основе органических светодиодов является признание со стороны рынка конечных потребителей. Чтобы получить его, требуется обеспечить высокое качество продукции, утвердить стандарты и установить хорошие контакты между всеми участниками рынка. ЛИТЕРАТУРА 1. Siegfried Luger. OLED Technology — Status of a Promising Lighting Solution// www.led-professional.com. 2. Ian Ashdown. The Future of OLED Lighting//www.led-professional.com.

Цифровой USB-термометр BM1707 с мониторингом температуры через интернет Цифровой термометр ВМ1707 осуществляет измерение температуры и термостатирование с возможностью передачи данных через интернет. Приведены описание и общий вид устройства, электрическая схема и рекомендуемое расположение элементов на печатной плате. СЕРГЕЙ СЛЕПНЁВ Предлагаемый блок представляет собой многоканальный цифровой термометр, подключаемый к персональному компьютеру через порт USB. При желании к термометру можно подсоединить внешнее исполнительное устройство (блок реле) и подключать или отключать нагрузки при изменении температуры (осуществлять термостатирование). Устройство ВМ1707 полезно для применения в быту, дома, на даче, в бане. С его помощью можно производить измерения температуры окружающей среды, контролировать рабочую температуру морозильников и холодильных установок, управлять различными нагрузками в автономном режиме, протоколировать измеренную температуру, формировать файл с текущими показаниями в HTML-формате (т.е. контролировать текущую температуру и состояние нагрузок через Интернет), управлять нагрузкой с помощью командного файла.

датчика могут незначительно нагреваться при работе. Также на точность измерения влияет защитная термоусадочная оболочка, поэтому возможны небольшие погрешности измерения температуры (не более 0,5°С). Более точное измерение обеспечивается применением внешних датчиков температуры. Их можно приобрести дополнительно и подключить согласно схеме, приведенной на рисунке 3.

Рекомендуемая длина соединительной линии — не более 100 м. При близкой к предельной длине линии следует использовать качественный провод: витую пару 5 категории. При наличии электромагнитных помех желательно, чтобы кабель был экранирован. В автономном режиме работы устройство не требует подключения к компьютеру и питается от любого

Рис. 1. Вид печатной платы

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА

85 Рис. 2. Принципиальная схема устройства Табл. 1. Технические характеристики Параметр Напряжение питания, В Ток потребления не более, мА Диапазон измеряемых температур, °С Штатный температурный датчик Допустимое количество датчиков** (при желании докупаются отдельно) Количество каналов управления нагрузкой** Точность,°С Размеры печатной платы, мм

Значение 3,6…5 (от шины USB либо внешнего источника питания) 30* –55…+125 DS18B20 До 32 датчиков типа DS18B20, DS18S20, DS1820 или DS1822 2 ±0,5 38×15

* зависит от количества подключенных датчиков ** дополнительные датчики температуры и исполнительные устройства при необходимости приобретаются и подключаются самостоятельно

Электронные компоненты №6 2010

П О С Л Е РА Б О Т Ы

Общий вид печатной платы устройства представлен на рисунке 1. Электрическая принципиальная схема термометра приведена на рисунке 2. В таблице 1 указаны технические характеристики ВМ1707. Центральная часть устройства — микроконтроллер ATtiny45, работающий на частоте 16,5 МГц. Датчики подключаются через разъем J2 параллельно друг другу. Устройство может работать как в автономном режиме (контроль текущей температуры и управление приборами), так и под управлением специализированной программы для персонального компьютера. При подключении к ПК напряжение питания подается через USB-порт J1. В автономном режиме работы — через разъем J2. Температ урный сенсор DA1 размещен на плате устройства. Электронные компоненты вблизи

Табл. 2. Перечень элементов ОбозначеНаименование Количество ние J1 USBAP-1P 1 J2 Con PLS-40R 1 (на 8 устройств)

Рис. 3. Схема подключения внешних датчиков и мощных силовых нагрузок

R1, R2

RES 0603 51R 1%

RES 0603 120K 5%

R4, R5 R6, R7 DD1 DA1 C1 VD1, VD2 LED1 LED2 Печатная плата

RES 0603 1K8 1% RES 0603 2K 5% ATtiny85-20SU DS18B20+ TECAP 4.7/16V B 10 FDLL4148 SML-211UT R SML-211YT Y

2 2 1 1 1 2 1 1

BA1707

сетевого адаптера 5 В с разъемом USB. В качестве источника питания можно использовать стандартные литиевые элементы с напряжением 3,6…5 В, подключенные к выводу Vdd разъема J2. Через этот же разъем может быть реализовано управление внешней нагрузкой, например, используя исполнительный элемент BM146 либо другое аналогичное устройство, собранное самостоятельно. Считанные датчиками данные можно отслеживать с помощью специальной программы (см. рис. 4) или через интернет. КОНСТРУКЦИЯ

Рис. 4. Интерфейс программы работы с термометром

а)

П О С Л Е РА Б О Т Ы

Конструктивно цифровой термометр выполнен на двусторонней печатной плате BA1707 из фольгированного стеклотекстолита (см. рис. 1). Через USB-разъем J1 устройство подключается к ПК. Дополнительные датчики температуры, а также исполнительные устройства подключаются к разъему J2. Схематическое расположение деталей на печатной плате и их соединение показано на рисунках 5 и 6. В таблице 2 приведен перечень элементов для самостоятельной сборки термометра. Необходимое ПО для микроконтроллера можно найти на сайте www.masterkit.ru. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

б) Рис. 5. Вид печатной платы сверху (а) и снизу (б)

Рис. 6. Монтажная плата с деталями

WWW.ELCP.RU

Заказать данный цифровой термометр BM1707 можно на сайте www.masterkit.ru. Техническая консультация и вопросы практического применения устройства можно задать по телефону +7(495)234-7766 или электронной почте infomk@masterkit.ru. ЛИТЕРАТУРА 1. http://w w w.masterkit.ru/main/set. php?code_id=565375. 2. http://w w w.masterkit.ru/main/set. php?code_id=169987.

Альтернативный источник питания для Hi-Fi-систем ТОН ГИСБЕРТС (TON GIESBERTS) и ТЕЙС БЭКЕРС (THIJS BECKERS), инженеры лаборатории Elektor

Можно ли просто соединить последовательно два импульсных ИП, чтобы получить симметричный ИП для УМ? В чем «подводные камни» и как повысить качество ИП? На все эти вопросы отвечают инженеры Elektor. При выборе ИП мы предусмотрели, что они могут быть перегружены до того, как их выходное напряжение упадет. В первом эксперименте в качестве нагрузки для S-60-24 использовался резистор номиналом 8 Ом (24 В · 8 Ом = 72 Вт). При этом напряжение начало падать, когда схема стала потреблять больше, чем 3 А (22 В на сопротивлении 7 Ом). Таким образом, пока наш ИП работает нормально. В исходной схеме УМ на плате присутствуют два электролитических конденсатора емкостью 10 мФ, которые развязывают ИП и силовые транзисторы. Когда усилитель работает на полной мощности и низкой частоте (около 20 Гц), мощности ИП не хватает, чтобы полностью зарядить эти конденсаторы, и в цепи питания появляются сильные нерегулярные пульсации. Это обусловлено тем обстоятельством, что пиковый ток, необходимый для заряда конденсаторов, настолько велик, что срабатывает схема защиты. Если конденсаторы убрать, помехи от усилителя заметно усиливаются. Оптимальное решение — поставить конденсаторы

меньшей емкости, 1 мФ. В этом случае искажения увеличиваются, но не на много (0,042% вместо 0,032% на частоте 80 кГц). Искажения усиленного сигнала при питании от сетевого трансформатора составляют 0,002%. Анализ Фурье спектра выходного сигнала подтвердил различия. Как видно из рисунка 1, помехи от ИП сильно возрастают после частоты 20 кГц, т.е. вне звукового диапазона. Согласно технической документации, источники S-60 переключаются при частоте 77 кГц, что подтверждается анализом спектра. При увеличении мощности звукового сигнала эти частотные составляющие становятся менее заметными, и преобладают гармоники звукового сигнала. Все компоненты по крайней мере на 70 дБ ниже основной частоты, это меньше 0,1 мкВт. На рисунке 2 показана увеличенная часть спектра. Отсюда видно, что частоты переключения двух соединенных последовательно ИП не совпадают. Причиной тому служат две компоненты с частотами 69 и 93 кГц.

ЭКСПЕРИМЕНТ

Для проверки правильности нашего предположения подсоединим ИП к УМ, собранному на биполярных транзисторах с изолированным затвором. Данный усилитель рассчитан на рабочее напряжение 43 В, однако для уменьшения выходного напряжения требуется изменить лишь задержку включения питания, что мы и сделаем, установив предел 30 В. Соединим два источника последовательно. Поскольку модели, которые мы выбрали, не имеют подключения к общей земле, то возникновение случайных КЗ исключено.

87 П О С Л Е РА Б О Т Ы

Обычно в качестве двуполярного источника питания (ИП) для усилителей мощности (УМ) используется тороидальный трансформатор с мостовым выпрямителем и пара мощных электролитических конденсаторов. Эта схема довольно дорогая, однако не каждый радиолюбитель решится изготовить собственную, более дешевую. Проверим, можно ли получить симметричный ИП с приемлемыми характеристиками из двух готовых однополярных импульсных источников, если соединить их последовательно. Если эксперимент пройдет успешно, то такая схема будет дешевле трансформаторной. На рынке представлено много импульсных ИП с фиксированным выходным напряжением 12, 24 или 48 В. Среди них нужно выбрать модель, обеспечивающую достаточный ток для питания динамиков, имеющих сопротивление 4...8 Ом. Для проведения эксперимента мы взяли по две пары однополярных ИП S-60-24 и LPS-75-24 производства Mean Well. Источник S-60-24 имеет мощность 60 Вт, а LPS-75-24 более мощный, 75 Вт. Соединив последовательно одноименные ИП, получим два симметричных источника и сравним их характеристики.

Рис. 1. Спектр выходного сигнала при питании от двух S-60

Электронные компоненты №6 2010

веден на рисунке 3. Видно, что выше звукового диапазона спектр гораздо более гладкий. На рисунке 4 показано увеличенное изображение на диапазоне, близком к частоте переключения. Спектр содержит меньше посторонних компонент, и они более слабые, чем в случае S-60. ВЫВОДЫ

Рис. 2. Увеличенная часть спектра на рис. 1

Рис. 3. Спектр выходного сигнала при питании от двух LPS-75

88 П О С Л Е РА Б О Т Ы

Рис. 4. Увеличенная часть спектра вблизи частоты переключения LPS-75

При нормальных условиях большая часть мощности расходуется на низких частотах. Посмотрим, как работает схема на 20 Гц. Выходная мощность S-60 на 20 Гц составляет 30 Вт при нагрузке 8 Ом, 39 Вт при 6 Ом, 42 Вт при 5 Ом и 44 Вт при 4 Ом. На частоте 1 кГц максимальная выходная мощность достигает 57 Вт на нагрузке 4 Ом (54 Вт на 100 Гц). Чем ниже импеданс нагрузки, тем сильнее падает выходная мощность во время скачков сигнала. Очевидно, ИП работает на пределе возможностей.

WWW.ELCP.RU

СРАВНЕНИЕ

Чтобы понять, является ли полученный спектр нормальным для данного типа ИП, мы проделали тот же эксперимент для ИП, собранного на моделях другого семейства того же производителя. ИП LPS-75-24 не имеет защиты и его максимальный выходной ток составляет 3,2 А. Мы получили, что выходное напряжение начинает падать, когда схема потребляет 4 А, что на 25% больше заявленного значения. Полный частотный спектр усилителя при питании от данного источника при-

Напряжение пульсаций на выходе S-60 оказалось больше, чем указано в документации, около 20 мВ вместо 150 мВ. Самый простой способ их уменьшить — это использовать пару дросселей в цепи питания. Дроссели 64 мкГн/3А мало влияют на спектр, зато добавляют много искажений. Дополнительные конденсаторы также только навредили, поэтому быстрого решения нам найти не удалось. Это, однако, вовсе не означает, что рассматриваемые ИП не подходят для звуковых систем. Несмотря на факт, что искажения на частотах до 80 кГц больше, чем при питании от источников другого типа, шум от переключения пренебрежимо мал, примерно 100 нВт на 77 кГц. Согласно измерениям, LPS-75-24 имеет лучшие характеристики. Возможно, это обусловлено конструкцией источников. В источнике S-60 разъем питающей сети находится в непосредственной близости к выходу низкого напряжения. В LPS-75 эти выводы расположены на противоположных сторонах платы и не влияют друг на друга. В модели S-60 есть схема защиты. Это безопаснее, однако для наших целей имеет небольшое значение. С данным типом ИП связана еще одна проблема: они рассчитаны на постоянную нагрузку. В УМ среднее значение тока на полуволне составляет примерно треть от пикового (imax / π). Значит, каждый ИП отвечает за половину мощности, а это 30…40 Вт при нагрузке 4 Ом. Однако на практике ток, как правило, не достигает пиковых значений. Другой вариант — взять специализированный ИП для звуковых схем, например SAPS400. Он может обеспечивать более высокие пиковые значения тока. В заключение скажем, что хотя испытанные ИП, собранные из двух последовательных однополярных импульсных источников, оказались далеки от идеальных, зато в отличие от трансформаторных они имеют низкую стоимость. По вопросам приобретения образцов или сотрудничества с Elektor обращайтесь к Антону Денисову: anton@elcp.ru, тел.: (495) 741-77-01. Оформить бесплатную еженедельную подписку на новостную рассылку от издания Elektor можно на сайте www. elektor.com.

Новые компоненты на российском рынке АНАЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Усилители для термопар с компенсацией холодного спая от Analog Devices

Компания Analog Devices представила новые недорогие усилители семейства AD849x, спроектированные специально для работы с термопарами типов K и J со встроенной схемой компенсации холодного спая. Каждый из четырех усилителей преобразует входной сигнал с термопары в выходное напряжение с коэффициентом 5 мВ/°C, которое может быть подано на вход АЦП или микроконтроллер. Встроенная схема компенсации холодного спая обеспечивает точные измерения в широком диапазоне температур окружающей среды. Высокое подавление синфазных помех (0,1°С/В) позволяет повысить точность измерений и использовать термопары с длинными проводниками. Основные сферы применения усилителей: промышленные и медицинские измерения, тестовое и аналитическое оборудование. Краткие технические характеристики: – напряжение питания: 2,7…36 В (однополярное) или до ±18 В (биполярное); – номинальный ток потребления: 180 мкА; – нелинейность коэффициента усиления: 0,1%; – высокоомный дифференциальный вход; – вход подстройки смещения; – выходное напряжение с коэффициентом 5 мВ/°С, выход полного размаха rail-to-rail; – диапазон рабочих температур: –40…125°С; – тип корпуса: 8-MSOP. Микросхемы доступны для заказа в образцах, серийное производство запланировано на конец лета 2010 года. Микросхема

Тип рабочей термопары

AD8494

AD8495

AD8496

AD8497

Температура компенсации холодного спая, °С

стабилизатор (1,8…12 В) и источник опорного напряжения (1,25 и 2,5 В) позволяют обеспечить питание интеллектуального датчика и периферии непосредственно от самой микросхемы и сократить число внешних компонентов. Модули контроля сбоев и самодиагностики повышают надежность системы. Высокая линейность и низкий температурный дрейф ЦАП позволяют отказаться от калибровки прибора в процессе изготовления и последующей его эксплуатации. Совместимость со стандартом HART без ухудшения характеристик, а также невысокая цена делают новый ЦАП AD5421 идеальным выбором для систем и датчиков промышленной автоматики, программируемых логических контроллеров и других высоконадежных систем для различных отраслей промышленности. Миниатюрный 28-выводной корпус TSSOP поможет сэкономить место на печатной плате и уменьшить габариты устройства. Интерфейс управления и данных SPI упрощает сопряжение ЦАП с микроконтроллером или процессором. Краткие технические характеристики ЦАП: – диапазон рабочих напряжений питания: 1,7…5,5 В (цифровая часть) и 5,5…55 В (аналоговая часть); – номинальный ток потребления: 250 мкА; – интегральная нелинейность: 0,0015% (15 разрядов минимум); – диапазон выходных значений по току: 3,2…24 мА, 3,8…21 мА, 4…20 мА. Analog Devices Inc. www.analog.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ООО

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ

Тип корпуса

0…50 MSOP-8 25…100

Analog Devices Inc. www.analog.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ООО

АЦП/ЦАП Прецизионный 16-разрядный ЦАП с интерфейсом «токовая петля» от Analog Devices

Компания Analog Devices представила самый точный в отрасли 16-разрядный ЦАП со встроенной системой управления питанием для применения в интеллектуальных преобразователях 4-20 мА с питанием непосредственно от токовой петли. Его точность более чем в три раза выше, а потребление на 55% ниже в сравнении с аналогичными изделиями других производителей. Микросхема AD5421 — это полностью законченное решение для построения приборов и устройств с интерфейсом «токовая петля 4-20 мА». Встроенный программируемый

Встраиваемые промышленные компьютеры для 19-дюймовой стойки на базе недорогих плат компании Avalue

Для установки в 19-дюймовую стойку до недавнего времени компания «Элтех» могла предложить только высокопроизводительные серверы компании RadiSys. Теперь для менее ресурсоемких задач, не требующих обеспечение сверхвысокой надежности, компания «Элтех» предлагает серию компьютеров в стоечном исполнении на базе недорогих промышленных плат компании Avalue. Промышленный компьютер можно реализовать на базе широкого выбора плат Avalue, в том числе с процессорами Intel Core i7 или AMD Phenom II. В качестве корпуса можно использовать стандартное шасси для монтажа в 19-дюймовую стойку с форм-факторами от 1U до 8U. Таким образом, обеспечивается уникальная возможность реализации собственного стоечного компьютера необходимой конфигурации от недорогих компьютеров размера 1U и стандартных промышленных компьютеров размера 4U до высоконадежных серверных систем с резервированием размерами 6U или 8U. Возможен заказ (в виде опции) моющихся фильтров для вентиляторов охлаждения корпуса.

Электронные компоненты №6 2010

Один из вариантов конфигурации промышленного сервера начального уровня для монтажа в 19-дюймовую стойку содержит: промышленную материнскую плату Avalue EAXQ45 с чипсетом Intel Q45/ ICH10DO, процессор Intel Celeron E1500 (2,2 ГГц), ОЗУ 1 Гбайт, жесткий диск 120 Гбайт, корпус 4U, соответствующий стандарту EIA RS-310C. Стоимость такого сервера составляет всего 780 долл. США. Основными приложениями встраиваемых компьютеров в 19-дюймовой стойке являются: промышленные шкафы управления, центры обработки данных, кластерные системы с резервированием и др. Дополнительную информацию можно получить по электронной почте avalue@eltech.spb.ru.

– быстродействующие блоки для защиты от бросков напряжения; – быстродействующие анализаторы качества электроэнергии; – измерители амплитуды и частоты переменного напряжения/тока/мощности с высокой частотой обновления показаний. algorithmist@mail.ru

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Аvalue www.avalue.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ООО

Новый DC/DC-преобразователь серии CN-A от TDKLambda

ДАТЧИКИ

Microchip расширяет возможности технологии mTouch™ — емкостные кнопки с металлической лицевой панелью

Компания Microchip представляет уникальную технологию емкостного детектирования через металлическую панель. Новое недорогое и надежное решение, основанное на популярной технологии mTouch™, обеспечивает емкостное детектирование нажатия сенсорных кнопок через перчатки с наличием жидкости на передней панели, а также позволяет использовать символы Брайля. Разработчики могут интегрировать данное решение в текущие и новые разработки на базе 8-, 16- и 32-разрядных микроконтроллеров PIC®. Полная информация о новой технологии доступна по адресу: www.microchip. com/mtouch. Сенсорные кнопки mTouch представляют собой хорошую альтернативу традиционным механическим кнопкам и клавиатурам, т.к. позволяют сконструировать герметичное устройство с современным внешним видом и дизайном. Основными сегментами рынка для этого решения являются: бытовая техника, промышленная электроника и автоэлектроника. Низкое энергопотребление (ток потребления менее 5 мкА) позволяет применить его в приложениях с батарейным питанием. Особенности технологии mTouch. – Единственная технология емкостного детектирования через металлическую панель. – Недорогое решение для сенсорных клавиатур широкого спектра применения. – Реагирует на касание в перчатках, с жидкостью на панели; можно использовать символы Брайля. – Технология применима для 8-, 16- и 32-разрядных микроконтроллеров PIC®. Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Модуль для вычисления параметров синусоидального сигнала

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;

WWW.ELCP.RU

Компания TDK-Lambda, одна из ведущих компаний на рынке источников питания, представила новый DC/DC-преобразователь с широкодиапазонным входом 60…160 В DC для применения на железнодорожном транспорте и в энергетике. Данный преобразователь выпускается в 3-х модификациях мощностью 30, 50 и 100 Вт с выходным напряжением 5, 12, 15 и 24 В. Компактные размеры (форм-фактор 1/4 brick) и широкий диапазон рабочих температур (–40…100°С) делают этот источник питания весьма удобным для применения. Детальную информацию о преобразователях серии CN-A можно найти по адресу http://www.yeint.ru/images/preobr_ serie_cn-a.pdf. TDK-Lambda www.lambda.com

Дополнительная информация: см. «ЮЕ-Интернейшнл», ЗАО

КВАРЦЕВЫЕ ПРИБОРЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ

Новые высокочастотные малошумящие прецизионные кварцевые генераторы от ОАО «Морион»

ОАО «Морион» (СанктПетербург) представляет новые высокочастотные малошумящие виброакустоустойчивые прецизионные кварцевые генераторы ГК148-ТС и ГК213-ТС, выпускаемые в категории качества «ВП». Ключевой особенностью ГК148-ТС является отсутствие собственных механических резонансных частот конструкции в диапазоне до 2 кГц, что позволяет существенно снизить уровень фазовых шумов при воздействии широкополосной случайной вибрации (ШСВ). Прибор обеспечивает температурную стабильность частоты 5 . 10 –7 в интервале рабочих температур –50…70°С и долговременную стабильность частоты 5 . 10 –7 за год. Напряжение питания 12 В, выходной сигнал SIN. Прибор доступен к поставке в диапазоне частот от 56 МГц до 100 МГц. В генераторе ГК213-ТС деградация фазовых шумов при воздействиях ШСВ практически отсутствует. Реализованный уровень фазовых шумов не превышает –135 дБ/Гц для отстройки 100 Гц и не более –160 дБ/Гц для отстройки 10 кГц. ГК213-ТС обеспечивает стабильность частоты до 1 . 10–7 в интервале рабочих температур –55…70°С и долговременную стабильность частоты до 3 . 10–7 за год. Диапазон частот 48…100 МГц. Основные стандартные частоты 48, 56, 60 и 100 МГц. Уникальные характеристики по уровню фазовых шумов в условиях жестких механических воздействий делают указанные генераторы эффективным решением для применения в различных типах наземного и бортового радиолокационного и другого оборудования, а также для любых видов синтезаторов частот.

Дополнительная информация об этих и других новых приборах доступна на обновленном сайте ОАО «Морион» www.morion.com.ru. ОАО «Морион» www.morion.com.ru

Дополнительная информация: см. «Морион», ОАО

МК И DSP

Компания Analog Devices расширяет линейку высокопроизводительных процессоров с плавающей запятой семейства SHARC

Компания Analog Devices представила новые устройства, расширяющие семейство SHARC — 32-разрядные цифровые сигнальные процессоры с плавающей запятой серий 2147x и 2148x. Благодаря оптимальному сочетанию производительности и цены, а также наличию встроенной памяти объемом до 5 Мбит, процессоры высокопроизводительного семейства 2148x и малопотребляющего семейства 2147x позволяют эффективно решать задачи для широкого спектра применений, в том числе для портативных устройств. Используя процессоры SHARC 2148x и SHARC 2147x, разработчики могут воспользоваться преимуществами полной совместимости всего семейства SHARC по коду, а также обширным пакетом средств разработки от Analog Devices для достижения нового уровня эффективности проектирования системы на базе самых производительных в отрасли 32-разрядных цифровых сигнальных процессоров с плавающей запятой. Процессоры серии SHARC 2148x, ранее предназначенные в основном для вычислений с плавающей запятой в специализированных многопроцессорных системах с внешней памятью, теперь стали более доступны для разработчиков, которые стремятся обеспечить высокоточные вычисления в устройствах массового спроса. Процессоры семейства SHARC 2148x обладают на 33% большей производительностью (400 МГц) и на 250% большим объемом встроенной памяти (5 Мбит), чем конкурирующие 32-разрядные цифровые сигнальные процессоры с плавающей запятой. Это делает семейство SHARC 2148x идеальным выбором для таких приложений, как высококачественное аудио и домашние кинотеатры, а также для современных промышленных систем, где требуются высокоточные вычисления с плавающей запятой на базе недорогого однокристального решения. Analog Devices Inc. www.analog.com

Дополнительная информация: см. AUTEX Ltd

Новые отладочные средства разработки на базе микроконтроллеров PIC32 от Microchip

Компания Microchip представляет два новых отладочных средства для разработки современных устройств на базе 32-разрядных микроконтроллеров PIC32. Плата расширения Multimedia Expansion Board предназначена для разработки интерактивных графических интерфейсов и беспроводных сетевых решений. Новый расширенный отладочный набор для сенсорных клавиатур mTouch™ представляет собой плату на основе микроконтроллеров PIC32. На базе платы расширения Multimedia Expansion Board можно оценить и испытать решения для работы с различны-

ми графическими индикаторами независимо от конкретного типа дисплея. Кроме того, на плате имеются: 24-разрядный стерео аудио кодек (микрофонный вход, линейный выход, наушники), встроенный модуль Wi-Fi, 3-осевой акселерометр и 5-позиционный джойстик. Плата расширения Multimedia Expansion Board представляет собой единственное на рынке комплексное решение для 32-разрядных микроконтроллеров. Расширенный отладочный набор mTouch™ имеет плату на базе микроконтроллеров PIC32 и позволяет разработчикам экспериментировать с различными сенсорными слайдерами и кнопками, работающими на емкостном принципе. Для удобства работы в комплекте поставки имеется приложение для инструмента разработки Windows mTouch Diagnostic Tool, позволяющее легко контролировать и настраивать параметры каждого сенсора. Это приложение доступно бесплатно в среде MPLAB последних версий. Входящие в комплект платы на базе 8- и 16-разрядных микроконтроллеров PIC® позволяют разрабатывать сенсорные приложение не только для PIC32, но и для младших приборов семейства. Дополнительная информация доступна по адресу: www.microchip.com/pic32. Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology

Новые микроконтроллеры семейства PIC24F с поддержкой графики от Microchip

Компания Microchip представила восемь микроконтроллеров семейства PIC24FJ256DA, которые содержат три модуля аппаратного графического ускорения и контроллер дисплея, а также ОЗУ емкостью до 96 Кбайт. Такая интеграция снижает общую стоимость системы и делает доступным применение графических цветных дисплеев в широком классе встраиваемых систем, избавляя от необходимости использования внешних микросхем ОЗУ и контроллера дисплея. Кроме того, микроконтроллеры содержат USB-периферию и интерфейс для поддержки емкостных сенсоров и клавиатур. Семейство PIC24FJ256DA позволяет разработчикам перейти от применения простых сегментных дисплеев к STN-, TFT- и OLED-дисплеям с разрешением VGA. Это семейство также содержит до 24-х емкостных каналов mTouch™, которые позволяют реализовать большое количество емкостных кнопок и слайдеров. Интегрированный модуль полноскоростного USB Host/Device/On-the-Go позволяет реализовать обновление программного обеспечения, сохранение данных и настроек. Микроконтроллеры PIC24FJ256DA могут найти применение в следующих приложениях: потребительская электроника (термостаты, беспроводные телефоны, пульты управления, игровые аксессуары), бытовая техника (кофе-машины, печи, холодильники, стиральные машины), промышленные устройства (удаленные и POS-терминалы), портативные медицинские устройства (измерители уровня сахара в крови, измерители артериального давления, портативные измерители ЭКГ). Для быстрого создания приложений компания Microchip предлагает программный инструмент Graphics Display Design Centre, который предоставляет готовые решения и библиотеки для разработчиков. Дополнительно к графической библиотеке предоставляется бесплатная программа Graphics Display Designer, которая позволяет разработчикам быстро спроектировать графический интерфейс пользователя. Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology

Электронные компоненты №6 2010

СВЕТОТЕХНИКА И ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

Мощные светодиоды серии Yi от компании Everlight

Мощные светодиоды и их сборки стали востребованными компонентами для разработчиков современных осветительных приборов. Прогресс в области технологии производства мощных светодиодных кристаллов позволяет перейти от одноплатных многокристальных сборок к однокорпусным решениям. Компания Everlight, которая предлагает высокоэффективные сверхъяркие светодиоды, представила мощные 4-кристальные сборки серии Yi. Эта серия светодиодных сборок для поверхностного монтажа представляет собой высокоэффективные источники света высокой яркости в компактном корпусе на керамической подложке и отличается очень низким тепловым сопротивлением. Эти светодиоды предназначены для создания приборов основного, производственного и сигнального освещения, а также прожекторов и рекламной подсветки. К особенностям серии Yi относятся широкий угол обзора 105°, высокая влагостойкость уровня JEDEC 1 и антистатическая защита до 2 кВ. Выбрать необходимый оттенок свечения позволяет удобная биновка стандарта ANSI. Соответствие экологическим стандартам RoHS и стойкость к деградации кристаллов уровня IESNA LM80 обеспечивают безопасную и долговременную эксплуатацию приборов серии Yi в светодиодных источниках нового поколения.

Светодиодные лампы от компании NATIONSTAR

Малое энергопотребление в сочетании с долгим сроком службы, экологическая безопасность, лучшая светоотдача, монохромность свечения, отсутствие вредного мерцания и паразитного ультрафиолетового спектра делают светодиодные лампы перспективными устройствами для замены традиционных ламп накаливания. Решающим фактором при выборе светодиодных ламп является наличие у производителя этих приборов собственной линии по изготовлению светодиодных компонентов. Компания NATIONSTAR, производящая сверхъяркие мощные светодиоды, представляет широкую линейку ламп стандартных размеров, которые позволяют осуществить быстрый переход на новое поколение световых источников. Светодиодные лампы NATIONSTAR имеют высокую световую отдачу порядка 100 лм/Вт. Конструкция ламп сочетает в себе поликарбонатную колбу и алюминиевое основание. Разнообразие цветовых оттенков и вариантов исполнения оптических элементов дают возможность выбрать источник света для любых приложений основного и вспомогательного освещения. Nationstar www.nationstar.ru

Дополнительная информация: см. «Политекс», ООО

Everlight Electonics www.everlight-electronics.ru

Дополнительная информация: см. «Политекс», ООО

Мощные светодиоды серии Tsan от компании Everlight

Использование однокорпусных сборок мощных светодиодных кристаллов является оптимальным способом создания компактных и высокоэффективных световых источников. Сочетание компактности и мощности таких устройств позволяет изготавливать приборы с уникальными оптическими и конструктивными характеристиками. Прожекторы, фары и подвесные светильники могут стать значительно более яркими при тех же габаритных размерах. Высокие достижения в разработке подобных многокристальных сборок позволили компании Everlight при создании серии Tsan разместить в одном корпусе 9 кристаллов сверхъярких светодиодов общей мощностью 10 Вт. Керамическая подложка размером 10×10 мм компактного SMD-корпуса обеспечивает оптимальные тепловые режимы работы. Светодиод обладает высокой степенью влагозащиты и долговременной стойкостью к деградации характеристик кристалла. Угол обзора 135° позволяет использовать приборы как в системах основного освещения, так и в узконаправленных светильниках при использовании вторичной коллиматорной оптики. Серия Tsan имеет высокий показатель антистатической защиты и бинуется по категориям яркости, рабочего напряжения, длины волны и монохромности. Everlight Electonics www.everlight-electronics.ru

Дополнительная информация: см. «Политекс», ООО

WWW.ELCP.RU

AUTEX Ltd 117997, Mосква, ул. Профсоюзная д.65 Тел.: (495) 334-7741, 334-9151 Факс: (495) 334-8729, 234-9991 info@autex.ru www.autex.ru Microchip Technology Тел.: (812) 325-5115 sale@gamma.spb.ru www.microchip.com «Морион», ОАО 199155, С.-Петербург, пр. Кима, д. 13а Тел.: (812) 350-75-72, (812) 350-9243 Факс: (812) 350-72-90, (812) 350-1559 sale@morion.com.ru www.morion.com.ru «Политекс», ООО 123308, Москва, Хорошевское ш., 43-В Тел./факс: (495) 755-91-15 box@radiodetali.ru www.radiodetali. ru «Элтех», ООО 198035, С.- Петербург, ул. Двинская, 10, к. 6А Тел.: +7 (812) 635-50-60 Факс: +7 (812) 635-50-70 info@eltech.spb.ru www.eltech.spb.ru «ЮЕ-Интернейшнл», ЗАО 197342, С.-Петербург, ул. Торжковская 5, офис 426 Тел.: (812) 324-40-08 Факс: (812) 327-43-04 yesupport@yeint.ru www.yeint.ru www.rsrussia.ru