Электронные компоненты №5/2009

содержание

№5/2009 8 Супермаркет фаундри-услуг 9 Новый год для отрасли 10 События рынка

РАЗРАБОТКА и КОНСТРУИРОВАНИЕ 12 Кирби Крил Расчет трансформатора обратноходового преобразователя

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ 16 Фози Беман Тенденции развития встраиваемых многоядерных СнК следующего поколения 22 Виктор Ежов Построение промышленных систем управления на базе процессора Intel Atom

28 Вэл Попеску, Гэри Гибсон Программная технология снижения потребляемой мощности встраиваемой системы 32 Барри Дэгэн Гибридные теплоотводы для оптимального охлаждения во встраиваемых системах

МК и DSP 34 Александр Квашин STM32F105/107 — новые линейки микроконтроллеров компании STMicroelectronics

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ 36 Андрей Агеноров, Валерий Ячменников Компоненты и решения «Компэл» для приложений силовой электроники и управления питанием 38 Ирина Ромадина Компания On SEMICONDUCTOR: откуда, куда, зачем

журнал для разработчиков

РЫНОК

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; Иван Покровский; Борис Рудяк; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; реклама: Антон Денисов; Елена Живова; Марина Лихинина; распространение и подпис­ка: Юрий Гонцов; Елена Кислякова; вёрстка, дизайн: Александр Житник; Михаил Павлюк; директор издательства: Иван Покровский Адрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35; Санкт-Петербург Большой проспект В.О., д. 18, лит. А; тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; тел./факс: (812) 336-53-85; эл. почта: 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, пр. 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 со­гла­ сия 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. Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 4000 экз. Изготовлено ООО «Стратим».

электронные компоненты

www. elcp.ru

СВЕТОТЕХНИКА и ОПТОЭЛЕКТРОНИКА 41 Генрих Сарычев, Евгений Мудрак, Илья Рахманчик Перспективы развития световых приборов на базе светоизлучательных диодов

МУЛЬТИМЕДИА и ТЕЛЕКОМ Стефан Рааб, Мадхави Чандра Mobile IP: эффективное решение для мобильного интернета. Часть 2* содержание

4

АНАЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ Владимир Матавкин Современное состояние развития дифференциальных и токоизмерительных усилителей*

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ Давиде Монтанари, Киммо Сааринен, Фабио Скальярини, Дитмар Цайдлер, Матти Нискала, Клес Нендер Плёночные конденсаторы*

* См. компакт-диск.

www. elcp.ru

Андржей Петкевич, Стефан Мелли Правильный выбор пассивных и активных фильтров подавления сетевых гармоник*

СТАНДАРТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ и ПАМЯТЬ Виктор Охрименко Новые горизонты флэш-памяти*

ТЕОРИЯ и ПРАКТИКА Екатерина Самкова Виды модуляции сигналов* 44 НОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ

НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ

contents # 5 / 2 0 0 9

E LEC TRO N IC COM PO N E NTS 20 0 9 #5 MARKET 8 Supermarket of Foundry Services 9 The New Year for the Industry

LIGHTING and OPTOELECTRONICS 41 Genrikh Sarychev, Evgeny Mudrak and Ilya Rakhmanchik Prospects of Light Units Based on LEDs

10 MARKET EVENTS

12 Kirby Creel Expedite Transformer Calculations for Flybacks

EMBEDDED SYSTEMS 16 Fawzi Behmann The ITRS Process Roadmap and Nextgen embedded multicore SoC design 22 Victor Ezhov Building of Industrial Control Systems Based on Intel Atom Processors 28 Val Popescu and Gary Gibson A Global Approach to Lower Energy and Higher Efficiency in Embedded Systems 32 Barry Dagan Hybrid Heat Sinks Provide Optimal Cooling for Embedded Systems

MCU and DSP 34 Alexander Kvashin New STM32F105/107 MCUs from STMicroelectronics

POWER ICs 36 Andrey Agenorov and Valery Yachmennikov Components and Solutions from Compel for Power Applications and Power Management 38 Irina Romadina On SEMICONDUCTOR: Where from, Where to, and What for

MULTIMEDIA and TELECOM Stefan Raab and Madhavi Chandra Mobile IP: Effective Solution for Mobile Internet.

Part 2*

ANALOG Vladimir Matavkin Present State of Differential and Current-measuring Amplifiers*

PASSIVE Davide Montanari, Kimmo Saarinen, Fabio Scagliarini, Dietmar Zeidler, Matti Niskala and Claes Nender Film Capacitors for Automotive and Industrial Applications* Andrzej Pietkiewicz and Stefan Melly Proper Selection of Passive and Active Power Quality Filters for the Mitigation of Mains Harmonics*

TYPICAL DIGITAL ICs and MEMORY Victor Okhrimenko New Horizons for Flash Memory*

THEORY and PRACTICE Yekaterina Samkova Types of Signal Modulation* 44 NEW COMPONENTS AT THE RUSSIAN

MARKET

* Presented on CD only.

электронные компоненты №5 2009

5 содержание

DESIGN and DEVELOPMENT

Дополнительные материалы

на компак т-диске К статье «Компания On SEMICONDUCTOR: откуда, куда, зачем» Руководство по выбору компонентов Презентация по Power Management

Таблица «Протоколы промышленных сетей (источник: Intel Corporation)

К статье «Программная технология снижения потребляемой мощности встраиваемой системы»

Power Factor Correction (PFC) Handbook, rev. 3

Техническая документация на новые встраиваемые процессоры Blackfin серии BF51x

Industrial Solutions Brochure, rev. 0

Техническое описание интегрированной среды VMX

Power Supply and Power Adapter Solutions, rev. 1

LED Driver Solutions, rev. 5 Automotive Solutions from On Semiconductor R4 Complete Clock Solutions, rev. 3

К статье «Расчет трансформатора обратноходового преобразователя» Техническая документация на LT3468 Руководство по проектированию трансформаторов (части 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7)

К статье «Построение промышленных систем управления на базе процессора Intel Atom» Техническая документация на процессор Intel Atom серии Z5xx Техническая документация на контроллер-концентратор Intel System Controller Hub US15W Руководство по программированию в системе команд IA-32

К статье «Правильный выбор пассивных и активных фильтров подавления сетевых гармоник» Требования стандартов Рекомендации по уменьшению гармонического состава Техническая документация на фильтры

К статье «Новые горизонты флэш-памяти» О стандарте ONFI 2.1 Техническое описание на TC58NVG ID-данные по NAND Flash

К статье «Виды модуляции сигналов» Lyons Richard, Understanding DSP’s Frequency Domain Gentile Ken, Fundamentals of Digital Quadrature Modulation Разновидности фазовой манипуляции Der Lawrence, Frequency modulation tutorial

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

Компании:

производите ли, дис трибьюторы, пос тавщики кор. обл. Agilent Technologies Inc.

6 содержание

2-я обл. Microchip Technology Corp.

21 Rutronik 15 Treston

19 МЭЛТ, ООО 43 Неон, ООО 48 Примэкспо, ООО 4 Резонит, ООО 18 Реом СПб, ЗАО

18 Александер Электрик Дон, ООО 43 Альбатрос Электроникс, ООО 27 Гранит-ВТ ЗАО Спб 4-я обл., 35, Компэл, ЗАО 39 11 МТ-Систем, ООО

www. elcp.ru

3-я обл. Симметрон, ЗАО 2 Синтез Микроэлектроника ЗАО 43 СМП, ООО 25 Элитан, ЗАО 1, 13 Элтех, ООО

Супермаркет фаундри-услуг Кризис — не самое подходящее время для старта новых проектов и создания компаний, однако находятся те, кто своим примером готов с этим поспорить. В Воронеже открылась фирма «Синтез Микроэлектроника» (www.syntezmicro.ru), заявившая о своей готовности содействовать российским дизайн-центрам в доступе к передовым технологиям лучших зарубежных кремниевых фабрик и сборочных производств.

8

Российские разработки в области микроэлектроники не уступают, а зачастую опережают лучшие зарубежные решения. Однако возможности отечественных полупроводниковых фабрик в освоении новейших технологий изготовления микросхем очень ограничены, и поэтому развитие российской микроэлектроники невозможно без использования передового опыта зарубежных компаний. Вместе с тем размещение заказа на получение фаундри-услуг — непростая задача для небольшого дизайн-центра. Крупные зарубежные кремниевые фаб­ рики не работают с мелкими заказчиками. В зарубежной практике эту проблему решают брокеры, которые объединяют заказы небольших и средних дизайнерских фирм и размещают их на известных заводах по производству микросхем. Российская компания «Синтез-Микроэлектроника» тоже решила пойти по этому пути, сделав услуги по размещению заказов на зарубежных кремниевых фабриках своей основной специализацией. Компания ставит смелую задачу — стать партнером передовых кремниевых мастерских для российского рынка микроэлектроники. Сегодня «Синтез-Микроэлектроника» уже работает с такими известными производителями как Freescale Se­mi­conductor, Honeywell, AMIS, X-Fab, а также со многими предприятиями из Юго-Восточной Азии. В базе данных компании имеется информация о возможностях едва ли не всех мировых производителей, оказывающих фаундри-услуги. Генеральный директор компании «Синтез Микро­ элек­троника» Дмитрий Боднарь говорит, что в сфере предоставления фаундри-услуг компания стремится быть похожей на супермаркет и работать по принципу: «у нас есть всё». Компания работает по всем направлениям технологий CMOS (Si, SiGe, SOI Rad Hard) до 90 нм; BiCMOS (Si, SiGe); BCD (до 800 В), а также по передовым технологиям дискретных приборов Trench MOSFET, IGBT, RF LDMOS с проектными нормами 0,35…0,4 мкм. Кроме того, «Синтез Мик­роэлектроника» предлагает российским компаниям услуги сборочных заводов Юго-Восточной Азии по всем видам корпусов и технологий. Возможна сборка с использованием чипов, изготовленных в России, а также изготовление чипов за рубежом с последующей сборкой на предприятиях этой или другой страны. Логистический и таможенный режимы выбираются исходя из требований заказчика. Стоит заметить, что далеко не все виды, в особенности кремниевых технологий, открыты для российских компаний. Получение разрешений в некоторых странах — довольно сложный и длительный процесс, и далеко не все способны это осилить. «Синтез Микроэлектроника» старается преодолеть барьеры на этом пути. Важный показатель работы брокера — сроки выполнения заказов. «Синтез Микроэлектроника» берется осуществить доставку заказа через 3—3,5 месяца (2 ме­с яца займет изготовление сложного чипа; 1 месяц — сборка; 0,5 месяца — логистика). Разработка и изготовление новых изделий могут быть выполнены за 5—6 месяцев.

WWW.ELCP.RU

Новая компания не чувствует себя новичком на российском рынке электроники, потому что она образована на основе ООО «Синтез», которое с 1992 г. специализировалось на поставках электронных компонентов для автомобильной электроники и имело статус второго поставщика продукции специального назначения. Специалисты компании, много лет работающие на рынке электронных компонентов, находятся, что называется, в теме и обес­печивают выполнение следующих дополнительных услуг и сервисов: – поиск и поставка нового или использованного за­ру­ беж­ного оборудования для полного цикла производства полупроводниковых приборов и изделий авто­э лек­т ро­ ники; – поставка импортных материалов для электронной промышленности (корпуса, выводные рамки, кремний, керамика и т.д.); – экспорт конкурентоспособной российской продукции (в настоящее время компания экспортирует СВЧтранзисторы некоторых российских компаний в США); – предоставление услуг российским дизайн-центрам по разработке полупроводниковых приборов и ИС для зарубежных заказчиков. «Синтез Микроэлектроника» осуществляет также поставки электронных компонентов. На этом рынке компания не конкурирует с крупными дистрибьюторами, а стремится восполнить пробелы, поставляя либо уникальные виды продукции, либо продукцию, которая не пользуется широким спросом, например приборы и чипы RF LDMOS, Trench MOSFET, IGBT, military-компоненты, моночипы автомобильного многофункционального регулятора напряжения. В 2008 г. «Синтез Микроэлектроника» разрабатывала два инновационных проекта по автомобильной электронике с участием зарубежных и российских компаний. Планировалось создание производства блоков автоэлектроники для отечественного рынка. Финансовый кризис внес коррективы в эти планы, но не отменил их. Участие в инновационных проектах в компании по-прежнему считают перспективным направлением деятельности. Импорт услуг и товаров необходим, но гораздо важнее формирование рынка потребительских товаров и их производство в России, поэтому «Синтез Микроэлектроника» открыта для предложений российских компаний по новым инновационным проектам с участием зарубежных инвесторов. В ближайших планах компании — расширение клиентской сети среди российских компаний, получение статуса официального представителя некоторых зарубежных кремниевых и сборочных производств в России. Все это позволит работать еще на более профессиональном уровне и упрочить позиции компании на рынке.

Новый год для отрасли 13–16 апреля 2009 г. в Москве работали выставки «ЭкспоЭлектроника» и «ЭлектронТехЭкспо», организованные компаниями «Примэкспо» и ITE Group plc при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ, Федерального агентства по науке и инновациям, Департамента радиоэлектронной промышленности, Федерального фонда развития электронной техники и ОАО «Российская электроника». Выставки собрали 406 компаний-участниц из 22 стран и 18 630 посетителей из 57 регионов России и 23 стран мира. Представители ведущих мировых компаний-производителей компонентов и оборудования консультировали специалистов и вели переговоры на стендах своих российских дистрибьюторов. Собственные экспозиции были у компаний Panasonic Industrial Europe, Tyco Electronics, Atotech, Kingbright, National Semiconductor, Rittal, PKC Group, Erich Rothe, Dupont, Memphis, Treston Oy, Huber + Suhner AG, National Instruments и др. Крупнейшие российские дистрибь­ ю­торы электронных компонентов занимали большую часть экспозиции «Экс­поЭлектроники», в их числе компании «Элтех», «Аргуссофт», «ФЭК», «Диал-Электролюкс», «Гамма СПб», ГК «Симметрон», «МТ-Систем», «ЭФО», «Гамма Выборг», «Платан», «Мик­ ро ЭМ», «Бурый медведь», «Петро­ Ин­Трейд», «Прософт», «Вест-Эл», «Пром­электроника», «ВЕКТ», «ЮЕ-Ин­ тер­ней­шнл», «Миландр», «ЭКМ», «Пром­ тех­комп­лект», «Дектел», «Берез­ка — электронные компоненты» и др. Поставщики и производители печатных плат — «Абрис», «Фастеко», «Эрикон», «Элара», «Резонит», «Пасифик Микроэлектроникс», «Доломант», «ПСБ Технолоджи», «Альтоника», «Орбита 1», Холдинг PCB Proffesional и др. — предлагали свои услуги по размещению заказов на территории экспозиций обеих выставок. Ведущие российские производители были представлены на коллективном стенде Департамента радиоэлектронной промышленности площадью 192 кв. м: «Ангстрем», «Аврора — Элма», «АЛМАЗ», «Альфа», «Восход», «Иртыш», «ОКБ Искра», группа «Кремний», «МЭЛТ», «Эркон», «Мстатор», «Светлана», «Орбита» и др. Многие производители

принимали участие в выставках с собственными экспозициями, а именно — «Томилинский Электронный Завод», ГРПЗ, завод «Эллипс», «НПК Система», «Морион», завод «Кварц», «Элтом», «СЭПО-ЗЭМ» и др. На выставке «ЭлектронТехЭкспо» можно было рассмотреть предложения по комплексному оснащению производства электроники. На стендах «Предприятия Остек», «Совтест АТЕ», «РТС Инжиниринга», компаний «Диполь», «РПТИ», «Ассемрус», Heraeus, «Клевер Электроникс», «ЭСТО», «Ай Ви Тек Электроникс», «МЭФ Оникс», Siba, «Электрон Сервис Технология», «Мастер Тул», «Элма СПб», «Петрокоммерц», «Абсолют Электроника», «Аргус Икс», «Спец­тех­о борудование», Lux Spol, «Евроклад», «Инженерные Технологии», «Индустрия-Сервис» и др. посетители имели возможность получить необходимую информацию о современных технологиях и познакомиться с последними новинками технологического оборудования и материалов для электронной промышленности. В этом году широко представлены были производители и поставщики контрольно-измерительного оборудования и приборов, особое внимание обращали на себя экспозиции крупнейших мировых производителей — Agilent Technologies, Fluke, Tektronix, Rohde & Schwarz, а также российских дистрибьюторов — «Прист», «Спринг Электроникс», «Эликс», «Серния», «НТНК», «Евроинтех» и др. Оценив успешные результаты прошедшей выставки, организаторы уже сейчас начали подготовку к новому форуму индустрии электроники, который пройдет 20—22 апреля 2010 г. в МВЦ «Крокус-Экспо».

электронные компоненты №5 2009

9 рынок

Выставки открыл круглый стол «Стратегия развития радиоэлектронной отрасли до 2015 г.», организованный «Примэкспо» совместно с Ассоциацией производителей электронной аппаратуры и приборов (АПЭАП). Участники круглого стола — руководители ведущих отечественных предприятий по производству электроники, представители госкорпораций, научно-внедренческих компаний и средств массовой информации — обсуждали условия, при которых отечественные производители могли бы обеспечивать производство более 50% всей потребляемой в стране радио­ электронной продукции. Участники дискуссии сошлись во мнении, что без кардинального изменения политики государства в области радиоэлектроники эта задача неосуществима. Сегодня ситуация такова, что российскому бизнесу, не говоря уже об иностранных инвесторах, выгоднее организовывать производство в Центральной Европе, чем в России. Обсуждались вопросы таможенной и налоговой политики, сертификации и подготовки кадров. Главной позитивной тенденцией было названо изменение политики государства в отношении частного бизнеса, и доказательством этих изменений стало то, что разработка «Стратегии развития радио­ электронной отрасли до 2015 г.» ведется Минпромторгом совместно с АПЭАП. Помимо круглого стола, в рамках деловой программы выставок прошло более 20 бизнес-мероприятий, организаторами которых стали: «Предприятие Остек», поисковая система eFind.ru, АПЭАП, НПП «Томилинский электронный завод», «ПКК Миландр», фирма «Оникс», Analog Devices Inc., Ineltek GmbH, компании «Евроинтех», «Сенсорлинклогистика», «Морион», «Роде и Шварц Рус», «ПКК Миландр», Huber + Suhner, «НПП «Родник», «НПК «Система» и др. Роль выставочных мероприятий во время кризиса, когда для игроков рынка особенно важно личное общение, высоко оценили многие участники выставок, назвав «ЭкспоЭлектронику» «Новым годом для всей отрасли электроники». На национальных стендах представили свою продукцию и услуги страны лидеры рынка производства высокотехнологичной продукции — Германия, Гонконг, Китай, Тайвань, Финляндия и впервые — Сингапур.

СОБЫТИЯ РЫНКА

| Вторая Всероссийская конференция производителей и разработчиков «Силовая электроника-2009» | 4-го июня в Международном информационно-выставочном центре состоялась вторая Всероссийская конференция производителей и разработчиков «Силовая электроника-2009», организованная ИД «Электроника». С докладом «Производство электроники в России в 2009 г.» выступил Иван Покровский, Генеральный директор, ИД «Электроника». Обзор рынка силовой электроники и анализ наиболее значимых проектов российских разработчиков представил Леонид Чанов, главный редактор, «Электронные компоненты». Станислав Флоренцев, генеральный директор, «Русэлпром-Электропривод», поделился опытом разработки гибридного автомобильного двигателя. Далее выступили Андрей Агеноров, директор, и Валерий Ячменников, руководитель отдела бизнес-юнитов, «Компэл», рассказавшие о новых компонентах и решениях для приложений силовой электроники и управления питанием. О решениях компании TI с использованием внешних силовых ключей рассказал Александр Казакевич, инженер по применению аналоговых компонентов, Texas Instruments. Владимир Башкиров, инженер, International Rectifier, представил новые MOSFET-транзисторы на основе GaN, а Андрей Колпаков, инженер, Semikron, дал обзор новой продукции этой компании, рассказав также о новейших технологиях и модулях. Зденек Збранек, инженер, On Semiconductors, представил новые решения своей фирмы. Участники конференции познакомились также с новыми технологиями в силовой электронике, прослушав доклад Евгения Обжерина, инженера, Infineon Technologies RUS. Далее с обзором новых технологий и продукции компании выступил Роман Фукалов, инженер, MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION. С содержательным обзором рынка кремниевых фабрик по производству полупроводниковых компонентов для силовой электроники выступил Дмитрий Боднарь, генеральный директор, «Синтез Микроэлектроника», предложивший в качестве одного из вариантов развития новейшей российской электроники организацию производства за рубежом. С докладом о новом поколении сверхъёмких электролитических конденсаторных структур выступили Владимир Слепцов, профессор, МАТИ, и Сергей Рязанцев, технический директор, инновационная компания «Восток». Идею развития бизнес-модели с привлечением дистрибьюторов для продвижения и продажи встраиваемых силовых модулей российской разработки представил Евгений Андреев, главный редактор, журнал «Встраиваемые системы». Во второй части конференции работали следующие секции: «Дискретные полупроводниковые компоненты и сборки», «Источники питания и преобразовательная техника» и «Электропривод». Многие участники отметили прошедшую конференцию как отличную возможность встретиться и пообщаться с коллегами, узнать о новинках рынка, обменяться мнениями. Учитывая, какие времена на дворе, можно только порадоваться, что у разработчиков, производителей и дистрибьюторов не пропал интерес к таким встречам. При этом следует отметить сравнительно невысокое количество представителей отечественных предприятий, не пожелавших принять участие в конференции, что, вероятно, вызвано и такими причинами как относительная закрытость российских предприятий электронной отрасли, пассивность руководства государственных организаций и их зависимость от гарантированного госзаказа. Подробнее см. www.russianelectronics.ru/leader-r/news/snabworldmarket/doc44894.phtml

новос ти

10

СОБЫТИЯ РЫНКА

| Уникальные технологии модулей Kontron на процессорах Intel Atom и ОСРВ QNX вызвали огромный интерес у петербургских специалистов | 27 мая 2009 г. компании SWD Software и «РТСофт» провели совместный семинар «Встраиваемые платформы Kontron и QNX на Intel Atom». Главной целью организаторов семинара «Встраиваемые платформы Kontron и QNX на Intel Atom» стало представление специалистам современных программно-аппаратных платформ на базе процессоров Intel. С этой целью была разработана программа, позволившая участникам мероприятия познакомиться с передовой технологией мгновенной загрузки ОСРВ QNX на примере сверхкомпактных модулей Kontron, разработанных на основе Intel Atom. Участниками семинара стали более 60-ти руководителей и ведущих специалистов компаний-разработчиков и производителей электронного оборудования и системных интеграторов из различных отраслей. Семинар открыл Алексей Рыбаков, технический директор ЗАО «РТСофт», выступлением, посвященным актуальному состоянию рынка встраиваемых компьютерных технологий (ВКТ). В докладе подчеркивалось, что фундаментальными достижениями ключевого игрока рынка ВКТ — корпорации Intel — за последние 10 лет явились разработка уникального экономичного микропроцессора Atom и переход на серийное производство микропроцессоров на основе 45-нм технологического процесса. В качестве наиболее яркого примера новейших ультракомпактных разработок на основе Intel Atom были рассмотрены открытые стандарты nanoETXexpress, microETXexpress, Pico-ITX. Вторым прозвучал доклад Александра Варварика, технического директора SWD Software. Докладчик рассказал об эффективном инструментарии разработки интеллектуальных систем управления — платформе QNX 6.4. Продолжили программу выступления Дмитрия Афонина, директора направления «Встраиваемые модули и платы», компания «РТСофт», и Владимира Махилева, инженера-программиста, компания «СВД Встраиваемые системы». В их докладах были рассмотрены новые возможности для разработчиков малогабаритных энергоэффективных встраиваемых систем, реализованные в модулях Kontron nanoETXexpress и microETXexpress на основе Intel Atom. Участники мероприятия узнали также о ключевых особенностях ОСРВ QNX при работе на Intel Atom. По заявлению Алексея Рыбакова, «в настоящее время архитектура Atom претендует не только на сегмент рынка открытых встраиваемых систем, но и на сегмент частнофирменных встраиваемых систем. Использование решений на основе этой архитектуры и анонсированных в рамках семинара новейших технологий обеспечит отечественным инженерам высочайший уровень разработок». www.rtsoft.ru

www. elcp.ru

Расчет трансформатора обратноходового преобразователя Кирби Крил (Kirby Creel), инженер-проектировщик Datatronics В статье предлагается новый способ расчета трансформатора обратноходового преобразователя, позволяющий существенно уменьшить долю метода проб и ошибок при конструировании трансформатора. Рассматриваемый метод расчета учитывает изменение таких параметров режима работы преобразователя как частота, длительность импульса, пиковый ток, емкость нагрузочного конденсатора и т.д. Статья представляет собой сокращенный перевод [1]. Введение

Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е

12

Обратноходовые преобразователи (ОП) часто используются для получения повышенного напряжения, например в дефибрилляторах, системах зажигания, фотовспышках и т.д. На рисунке 1 приведена упрощенная схема ОП, а на рисунке 2 — идеализированная временная диаграмма его работы. К преимуществам ОП относят простоту схемы, возможность создания высоковольтного напряжения на вторичной обмотке независимо от размера трансформатора, автоматическое ограничение тока короткого замыкания, глубокое регулирование выходного напряжения, возможность работы без дросселя на выходе. К недостаткам ОП причисляют: большие габариты трансформатора, крутые фронты переключения, что порождает проблемы с ЭМИ. Параметры временной диаграммы на рисунке 2 указаны для частоты 50 кГц и коэффициента заполнения 0,45. При включении силового ключа энергия запасается в трансформаторе, а при выключении — заряжает конденсатор; при увеличении напряжения на конденсаторе мертвое время возрастает. В ОП трансформатор часто рассмат­ ривают как индуктор. Индуктивность и ток первичной обмотки при открытом силовом ключе выражаются формулами: L = VA · ∆t/∆i,

(1)

IPEAK = VA · ∆t/L,

(2)

Например, при VA = 12 В; ∆t = 15 мкс и L = 60 мкГн ток IPEAK = 3 А, а W = 270 мкДж. Напряжение на выходной обмотке может достигать очень большой величины, например, в трансформаторе, используемом в ЭЛТ цветного ТВ, выходное напряжение составляло 35 кВ! Пример проектирования 1

Остановимся на случае, когда требуется достичь заданного напряже-

Рис. 1. Упрощенная схема ОП

где VA — приложенное напряжение; L — индуктивность трансформатора; ∆t — длительность импульса; ∆i — приращение тока в индуктивности за время ∆t. Энергия W, запасаемая в сердечнике, определится из выражения: W = 0,5LII2PEAK.

www. elcp.ru

(3)

Рис. 2. Идеализированная временная диаграмма ОП

ния, например зарядить конденсатор медицинского дефибриллятора. Исходные данные для разработки приведены в таблице 1. На первом шаге определим энергию заряда конденсатора.

WCAP = 0,5CV2CAP = 200 Дж.

(4) Следующий шаг — вычисление числа циклов заряда N. При частоте работы ОП равной 50 кГц получаем:

N = 10 c · 50000 импульсов/с = = 5·105 импульсов.

(5)

Третий шаг — определяем энергию, передаваемую трансформатору за каждый импульс.

WИМП = 200 Дж/5·105 = 400 мкДж (6) На четвертом шаге оценивается КПД схемы и энергия, потребляемая от источника питания (в нашем случае 12 В). При вычислениях пренебрегаем потерями в силовых ключах, диоде и трансформаторе. На рисунке 3 показан типовой график зависимости КПД ОП от энергии, передаваемой через трансформатор. Следует помнить, что эта зависимость примерная, и она может меняться в зависимости от используемых компонентов, схемотехники, трансформатора и т.д. Для нашего случая (200 Дж) значение КПД = 0,8, следовательно, энергия, потребляемая от первичного источника, в импульсе составит: WИМП = 400 мкДж/0,8 = 500 мкДж. (7) На пятом шаге определяются искомые параметры: индуктивность трансформатора и пиковый ток первичной обмотки. Из (1) и (3) получаем L = 12 · 9·10 –6/∆i и L = 2W/I2PEAK. Причем ∆i = IPEAK, а W = 500 мкДж; далее 12 · 9·10 –6/IPEAK = 2 · 500·10 –6/I2PEAK. Отсюда следует, что IPEAK = 9,259 А. Подставляя полученное значение в (2), получим L = 11,66 мкГн. Похожий расчет для зарядки конденсатора фотовспышки с временными диаграммами приведен в [2] при использовании микросхемы LT3468 1. Пример проектирования 2

Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е

14

Проиллюстрируем расчет трансформатора ОП еще одним примером (см. табл. 2). Аналогично проделанным выше вычислениям получаем: WCAP = 1,08 Дж; N = 500 тыс. циклов; WИМП = 4,32 мкДж — учитывая, что КПД = 50% (см. рис. 3); IPEAK = 80 мА; L = 1, 35 мГн. Зная индуктивность и пиковый ток первичной обмотки, можно приступить к процедуре выбора трансформатора. Последний в случае ОП рассматривается в виде двух дросселей, размещенных на общем магнитопроводе. В [3] проиллюстрирован выбор и коэффициента трансформации, и силового ключа, а в [4] детально 1

Рис. 3. Зависимость кпд от накапливаемой конденсатором энергии

описаны подробности проектирования трансформатора 2. Воспользовавшись этими указаниями, выберем n-1-канальный MOSFET типа IRFD220 с максимальным напряжением «сток– исток» равным 200 В. Определим коэффициент трансформации: с учетом запаса ограничим напряжение «сток–исток» 180 В, далее учтем 1,5-кратные выбросы при коммутации из-за индуктивности рассеяния и получим, что напряжение на первичной обмотке не должно превышать 120 В. Следовательно, коэффициент трансформации при выходном напряжении на вторичной обмотке 600 В должен быть равен 5 (600 В/120 В). Силовой ключ выбран с достаточно большим

максимально допустимым напряжением для того, чтобы уменьшить коэффициент трансформации, а, значит, и индуктивность рассеяния и тем самым уменьшить коммутационные потери. Далее, в соответствии с [4], выбираем: – сердечник — RM5I/-3F3; – каркас — RM5; – первичная обмотка — 60 витков проводом AWG31; – вторичная обмотка — 306 витков, провод AWG 41, коэффициент трансформации 5,1:1; каждый слой заполнен до конца, чтобы уменьшить индуктивность рассеяния. Результаты измерения параметров готового трансформатора:

Таблица 1. Исходные данные для проектирования, пример 1 Наименование параметра Конденсатор, мкФ Напряжение заряда конденсатора, В Время заряда, с Тип преобразователя Рабочая частота, кГц Максимальный коэффициент заполнения Максимальная длительность импульса, мкс Входное напряжение, В КПД Индуктивность первичной обмотки Ток (пиковое значение)

Численное значение 100 2000 10 Обратноходовой преобразователь в режиме непрерывного тока 50 0,45 9 12 См. шаг 4 и рис. 3 Требуется определить Требуется определить

Таблица 2. Исходные данные для проектирования, пример 2 Наименование параметра Конденсатор, мкФ Напряжение заряда конденсатора, В Время заряда, с Тип преобразователя Рабочая частота, кГц Максимальный коэффициент заполнения Максимальная длительность импульса, мкс Входное напряжение, В Индуктивность первичной обмотки Ток (пиковое значение)

Численное значение 6 600 10 Обратноходовой преобразователь в режиме непрерывного тока 50 0,45 9 12 Требуется определить Требуется определить

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

2

www. elcp.ru

– активное сопротивление первичной обмотки — 0,73 Ом; – активное сопротивление вторичной обмотки — 36,1 Ом; – индуктивность первичной обмотки — 1,305 мГн; – индуктивность рассеяния — 5,99 мкГн; – паразитная емкость вторичной обмотки — 10,2 пФ. Заключение

При разработке ОП следует обратить внимание на два обстоятельства.

необходимо оценить этот параметр. В наших примерах использовался полистирольный конденсатор. Литература 1. Kirby Creel Expedite Transformer Cal­cu­la­ tions for Flybacks.

2. Linear Technology Corp., LT3468 Data sheet, LT/TP0105 IK Rev A, 2003.

3. Pressman, Abraham I., Switching Power Supply Design//2nd Edition, McGraw-Hill, ISBN 0-07-052236-7, 1998.

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

15

Осторожно, подделка!

| Осторожно! Подделка памяти Ramtron! | В условиях экономического кризиса некоторые потребители электронных компонентов стремятся использовать любую возможность купить микросхемы по максимально низким ценам не у официального поставщика электронных компонентов. За последние несколько лет было официально зарегистрировано несколько случаев продаж контрафактной продукции FRAM-памяти. В одном из отмеченных случаев контрафактные микросхемы удалось идентифицировать по отличию схемы адресации истинной микросхемы Ramtron FM25160 от контрафактного продукта. Однако следует заметить, что микросхемы Ramtron могут иметь и схемы адресации, аналогичные контрафактным продуктам. Необходимо также обращать внимание на упаковочную маркировку, поскольку маркировки лотов Ramtron отличаются от маркировок других контрафактных лотов. Как следствие, в поддельных микросхемах содержатся кристаллы памяти других производителей, требующие иной адресации. О таких случаях известно компании Ramtron, поэтому она рекомендует покупать ее продукцию только у ОФИЦИ­А ЛЬ­ НЫХ авторизованных дистрибьюторов, список которых находится на ее сайте. На территории России официальным дистрибьютором продукции компании Ramtron является компания «Элтех». Как отличить подделку от оригинала? Подробнее см. на сайте «Элтеха». www.eltech.spb.ru

электронные компоненты №5 2009

Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е

Первое — при высоком выходном напряжении следует тщательно отнестись к размещению выводов трансформатора и разводке проводников, чтобы не возникало утечек. Другая проблема — выбор конденсатора. Выбор конденсатора с малыми токами утечки при заданных условиях может стать проблемой. Иногда производитель нормирует токи утечки как величину 0,1 от номинального напряжения. Однако токи утечки при зарядке конденсатора напряжением, близким к предельному, могут быть значительно выше. Поэтому

Тенденции развития встраиваемых многоядерных СнК следующего поколения Фози Беман (Fawzi Behmann), председатель маркетинговой комиссии, Power.org Исходя из общих макротенденций за последние 15 лет развития полупроводниковых технологий, т.е. из повсеместного распространения интернета и установления бесшовной мобильной связи, а также в силу преодоления ограничений, накладываемых законом Мура, участники проекта ITRS (http://www.itrs.net) (International Technology Roadmap for Semiconductors — Международный стратегический план развития полупроводниковых технологий) считают, что потребуются новые методы масштабирования и другая функциональность устройств, входящих в состав микросхемы и расположенных вне её.

в с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

16

Будущие полупроводниковые технологии можно в целом разделить на три категории: «геометрическое масштабирование» в соответствии с законом Мура; «эквивалентное масштабирование» — в ближайшие несколько лет, пока ещё будет действовать закон Мура; «функциональная диверсификация» — технология, которая будет работать по завершению действия закона Мура. Эти технологии окажут значительное влияние на сетевые встраиваемые приложения с новыми архитектурами СнК (SoC), в которых широко применяются такие элементы как многоядерность; иерархия кэша; ФнК (ФнК — фабрика на кристалле, в состав которой входят: контроллер кэш-памяти; ПДП-контроллер; контроллер памяти; контроллер прерывания — прим. ред.); ускоритель для увеличения производительности по запросу (On demand Accelerator Engine, AE); соединительные шины. Все эти элементы обеспечивают масштабируемое программное многоядерное/с ускорителем решение на базе СнК (Multi-Core/Accelerator Engine SoC, SoC-MC/AE), которое используется в широком ряде приложений от начального до профессионального уровней, поддерживает и расширяет функциональные возможности за счёт новых сервисов. Три «концепции Мура»

В то время когда действие закона Мура близко к завершению, участники проекта ITRS выдвинули концепцию More Than Moore («После Мура»), которая впервые была опубликована ITRS в 2005 г. Эта идея предусматривает интеграцию немасштабируемой функциональности, которую по большей части можно считать аналоговой функциональностью, включающей также пассивные компоненты, узлы с высоким

www. elcp.ru

напряжением питания для аналоговых компонентов, датчики, приводы и доступ к сетям/системе. На летней конференции ITRS были сформулированы следующие три «концепции Мура»: – Moore (закон Мура): геометрическое масштабирование; – More of Moore (закон Мура всё ещё работает): эквивалентное масштабирование; – More Than Moore (после закона Мура): функциональная диверсификация. Закон Мура в целом описывает геометрическое масштабирование, т.е. последовательное уменьшение физических размеров элементов встроенной логики и памяти при повышении плотности (стоимость в расчёте на функцию), производительности (скорость, мощность) и надёжности приложений. Концепция More of Moore связана с эквивалентным масштабированием совместно с геометрическим масштабированием и негеометрическими методами техпроцесса, которые влияют на электрические параметры кристалла. Концепция More Than Moore подразумевает реализацию в устройствах функциональности, которая необязательно масштабируется в соответствии с законом Мура, но обеспечивает добавленную стоимость конечному потребителю. Такой подход, как правило, предусматривает нецифровую функциональность (например, радиосвязь, управление энергопотреблением, использование пассивных компонентов, датчиков, приводов, СФ-блоков сторонних фирм) для перехода к решениям на базе системы в корпусе (СвК) или системы на кристалле (СнК). Набирает силу тенденция повышения функциональности кристалла,

которая не масштабируется в соответствии с законом Мура. Эту тенденцию скорее можно рассматривать как функциональную диверсификацию, а не масштабирование, однако она составляет часть той же технологии. Сочетание двух первых концепций позволяет создавать СнК и СвК, что скорее создаёт добавленную стоимость системы, чем это происходит при интеграции тех же функций в кристалл. Функциональная диверсификация в СнК

Сектор по радиокоммуникациям ITU-R (International Telecommunications Union — Международный союз электросвязи) в настоящее время изучает возможный спрос на объём трафика систем 2010 г., для того чтобы определить требуемую ширину полосы пропускания для разработки стандартов IMT-2000 (International Mobile Telecommunications — Международная система мобильной связи) и IMT-Advanced.

IMT-2000 являются системами мобильной связи третьего поколения, которые обеспечивают доступ к широкому ряду телекоммуникационных услуг, поддерживаемых сетями фиксированной связи (например, PSTN/ISDN/IP) и к другим сервисам для мобильных пользователей. К числу основных характеристик IMT-2000 относятся следующие: – возможность применения мультимедийных приложений в широком спектре сервисов и терминалов; – высокая степень совместимости устройств связи по всему миру; – совместимость сервисов в пределах стандарта IMT-2000 и фиксированных сетей; – высокое качество; – возможность роуминга по всему миру;

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

дительность и применимость ограничены существующими стандартами. По мере того как приложения становятся всё более сетецентрическими, устаревшие процессоры перестают удовлетворять современным требованиям к вычислительной производительности. Развивающаяся пакетно-ориентиро­ ванная среда характеризуется большим временем ожидания при обращении к памяти, которое с трудом поддаётся управлению с помощью стандартных процессорных архитектур. Этот недостаток оказывает серьёзное влияние на быстродействие процессора стандартного типа и эффективность управления нагрузкой. Архитектуры SoC-PE и SoC-MC/AE

Концепция More of Moore (см. табл. 1) обеспечивает конвергированную/интегрированную гетерогенную платформу (см. рис. 1) для создания масштабируемой интеллектуальной компактной экосистемы с добавленной стоимостью. Реализация платформы PE-SoC на основе масштабирования с использованием третьей концепции становится важной парадигмой будущего. В начале 2005 г. участники проекта ITRS представили образец архитектуры SoC-PE. Аббревиатура PE означает процессор, выполняющий специфическую

функцию для таких мобильных и беспроводных приложений как смартфоны или цифровые камеры, а также вычисления с высокой производительностью и корпоративные приложения. В качестве дополнения к этой архитектуре определяется образец мно­ гоядерной/с ускорителем архитектуры СнК для работы с сетевыми встроенными элементами, как показано на рисунке 1. Сетевая платформа SoC-MC/AE содержит следующие структурные элементы: – поддержка нескольких ядер (Multi-Core, MC) для обеспечения высокой скорости обработки данных при потреблении до 30 Вт; – под держка трёх уровневой иерархии кэша с тыльными кэшами L2, несколькими общими кэшами L3 и несколькими контроллерами памяти; – поддержка межпроцессорных соединений с высокой скоростью; – масштабируемая встроенная ФнК для параллельного неблокирующего аппаратного полностью кэшсинхронизированного платформенного подключения с возможностью масштабирования до 32-х ядер и поддержкой гетерогенных ядер; – исключение конфликтов на шине и поддержка существенно более широкой полосы пропускания для нескольких ядер;

Таблица 1. Сетевая платформа SoC-MC/AE в соответствии с «классификацией Мура» Структурные элементы сетевой платформы СнК

Многоядерность Иерархия кэша ФнК Совместимость — интерфейс NET Совместимость — периферийный интерфейс Ускорители по запросу Гибридное имитационное моделирование Экосистема

Закон Мура

More Moore

More than Moore

Геометрическое масштабирование × ×

Эквивалентное масштабирование

Функциональная диверсификация

× × × × × ×

электронные компоненты №5 2009

17 в с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

– миниатюрный терминал, используемый во всемирной системе связи. Ближайшие 5—15 лет будут ознаменованы также – появлением масштабируемых широкополосных сетей с большим мультимедийным контентом, позволяющих передавать сигнал в любую точку мира, в любое время и на любое устройство; – появлением рынков, на которых потребители станут играть основную роль в создании богатого мультимедийного контента; – появлением передовых IP-при­ ложений и сервисов, позволяющих управлять масштабируемыми сетями с широкой полосой пропускания; – появлением сложных многопроцессорных платформ, использующих многоядерные/многопоточные технологии и ускорители, которые поддерживают передовые приложения и сервисы; – совершенствованием технологического процесса вплоть до 10 нм; – появлением масштабируемого шифрования и антивирусных приложений, работающих во всей сети; – превращением домашней сети в комплексную среду передачи данных и мультимедиа; – появлением бесшовной мобильной связи дома, в офисе, в дороге. В противоположность приложениям для настольных компьютеров и серверов, а также из-за существенной разницы между внутренней тактовой частотой процессора и временем ожидания при обращении к памяти и вводе-выводе данных, сегодняшние архитектуры встроенного процессора не в состоянии обеспечить достаточную производительность для реализации описанных выше сценариев вычислений. Почти каждый серийно выпускаемый встраиваемый процессор общего назначения использует однопоточную архитектуру, чья произво-

– ускоритель (AE) с более высокой производительностью по сравнению с циклами обработки одного ядра, который позволяет уменьшить энергопотребление и площадь/стоимость кристалла; – поддержка среды гибридного моделирования, сочетающей точность имитации функций с точностью имитации циклов, для упрощения разработки программного обеспечения, прогноза рабочих параметров и оптимизации; – доступ к сетям/системам и экосистеме благодаря виртуализации с использованием многоядерной архитектуры оборудования. Сетевая платформа SoC-MC/AE содержит все необходимые элементы, обеспечивающие масштабируемое программное решение, которое работает с широким рядом приложений от начального до профессионального уровней, поддерживает и расширяет функциональные возможности за счёт новых сервисов. Многоядерность. Предполагается, что частота многоядерных процессоров будет превышать 1 ГГц. Эта платформа обеспечит маскимальное число команд, выполняемых за один такт (Instructions-per-Cycle, IPC), и максимальную частоту на 1 Вт/ площадь. Несколько ядер также снижают нагрузку на высокопроизводительные ускорители, вызванную повторяющимися и объёмными вычислительными операциями, увеличив число циклов обработки для реализации более высокой мощности или новых сервисов и приложений. Каждое ядро этой платформы будет иметь собственный тыльный кэш L2, причём центральный процессор (ЦП) получит прямой доступ к этому кэшу, обеспечив очень высокую производительность приложений. Кэш будет соответствовать всему диапазону скорости ЦП, что позволит снизить время задержки более чем на 50% в архитектурах «общая шина/общий кэш». Тыльный кэш L2 также позволит настраивать его содержимое между инструкцией и данными в соответствии с требованиями конкретного приложения, что облегчит разбиение памяти и улучшит

в с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

18

www. elcp.ru

быстродействие за счёт значительного уменьшения простоев ЦП. Кроме того, тыльный кэш L2 уменьшит трафик ФнК и основной памяти, что позволит снизить время задержки и увеличить полосу пропускания для других пользователей этой матрицы и системной памяти. Многопоточность и многопроцессорная обработка тесно связаны друг с другом. Действительно, если мультипроцессоры совместно используют только память или соединение, то многопоточные процессоры помимо этих ресурсов сообща используют блок выборки команд и логику, а при случае — и другие ресурсы. В одном многопоточном процессоре разные потоки состязаются за слоты и другие ресурсы, что ограничивает возможность параллельной обработки команд. Некоторые «многопоточные» модели программирования и архитектуры назначают новые потоки отдельным процессорам для параллельного исполнения команд. Иерархия кэша. Для преодоления ограничений в отношении существующих процессоров, которые работают в модели общего кэша, новый метод реализует в многоядерной сетевой платформе (МСП) трёхуровневую иерархию кэша. Кэш L1 сохраняется на ядре. Как уже ранее отмечалось, кэш L2 присутствует на ядрах в качестве тыльного кэша, который значительно улучшает быстродействие. Каждое ядро имеет собственный тыльный кэш L2, обеспечивающий следующее: – совокупную полосу пропускания, которую не в сосотоянии поддержать один общий кэш; – снижение времени задержки по отношению к системной шине; – тыльный кэш обеспечивает настройку политик ядер в соответствиии с различными рабочими наборами, что упрощает реализацию требуемой производительности, изоляции, приоритетов и качества обслуживания (QoS); – выделенный кэш отличается большей автономностью (в сравнении с единым коллективным кэшем) и служит подходящим блоком для управления ресурсами (например,

ряд микроконтроллеров для решения задач по достижению требуемой мощности и быстродействию и обеспечивая полную синхронизацию между ядрами. Подключение. МСП интегрирует обширное количество сетевых ресурсов и устройств ввода-вывода для поддержки высокопроизводительной архитектуры. Эти ресурсы предоставляют системным интегратором большие возможности по построению масштабируемых систем с большой производительностью. Сетевые платформенные нтерфейсы SoC-MC/AE и структурные элементы. Сетевая платформа SoC-MC/ AE поддерживает многие интерфейсы, включая RGMII, XGMIII и контроллер интерфейса SPI-4.2. К числу дополнительных высокоскоростных интерфейсов относятся PCI-X и последовательный интерфейс RIO. Интерфейс для периферийных устройств. Периферийные устройства и ПЗУ подключаются к МСП через порты интерфейса для периферийных устройств. Эти порты создаются с помощью 32-разрядной шины ввода-вывода и программируемого интерфейса GPIO (General-Purpose Input/Output). МСП оснащена такими стандартными шинами как I2C, каждый порт которой состоит из двух двунаправленных шин, а также шин последовательных данных (SD) и последовательной синхронизации (SCLK). Ускоритель по запросу. Ускоритель по запросу предназначен для повышения уровня производительности и гибкости МСП. Общая асинхронная архитектура позволяет снизить время задержки и многозадачной обработки без затраты ресурсов на переключение потоков. Благодаря ускорению достигаются преимущества в производительности по сравнению с использованием

одного ядра, снижаются энергопотребление и занимаемая кристаллом площадь, а, следовательно, и стоимость системы. Технология ускорителя по запросу включает следующие методы: – сопоставление с образцом для тщательной проверки пакетов и полную обработку содержимого; – декомпрессию/компрессию для распаковки данных с целью проверки и упаковки для отправления; – криптозащиту для соблюдения конфиденциальности, целостности и аутентификации; – справочные таблицы для анализа пакетов и классификации потока; – управление трактом данных для эффективного размещения ресурсов на кристалле; – распределение пакетов и управление очередями. Среда гибридного имитационного моделирования

Для сетевой платформы SoC-MC/AE потребуется имитационная модель всей системы — гибрид, сочетающий технологии точного моделирования цикла и функционального моделирования для облегчения разработки программного обеспечения, прогноза производительности системы и оптимизации приложений клиентов для МСП. Используя среду гибридного моделирования, которая позволяет легко переключаться между моделями функций и циклов, разработчики получат возможность переходить из одной операционной системы (ОС) в другую, от одного промежуточного ПО к другому, а также от приложения к приложению и разделять их на виртуализованной МСП с целью совершенствования, отладки и сравнительного тестирования ещё до реализации системы в кристалле.

электронные компоненты №5 2009

19 в с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

отключением энергии для её экономии). Однако существует несколько задач, для которых требуется общий кэш, например для связи промежуточных процессоров и работы на общих структурах данных. В этих случаях предлагается использовать мультимегабайтный кэш L3. Этот коллективный кэш с большой полосой пропускания увеличивает коэффициент успеха до максимального значения, одновременно обеспечивая быстрый доступ к памяти при вводевыводе и для блоков ускорителей. ФнК. Встроенная ФнК работает согласованно с кэшем, обеспечивая синхронный и параллельный доступы. Реализация инновационного тыльного кэша вместе с ФнК позволяет копировать данные, отслеживать вмешательство и полную синхронизацию оборудования. В МСП будет использоваться хорошо масштабируемая модульная ФнК, созданная в результате многих лет исследований. Она обеспечит кэшсинхронизованное параллельное подключение ядер с низкой задержкой. В отличие от общей шины, являющейся связующей средой между ядрами, памятью и периферийными устройствами, ФнК позволяет снизить проблемы арбитража шины и конкуренцию, с которыми сталкиваются другие многоядерные архитектуры по мере возрастания трафика в системе. ФнК играет роль сетки, позволяющей параллельному трафику поступать в систему и покидать её из любой точки, а не через единственный выход. Эта масштабируемая ФнК поддерживает групповые полностью синхронизированные операции в каждом цикле и легко адаптируется под большее число ядер. Матрица также поддерживает возможность гетерогенной кластеризации, позволяя использовать целый

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

в с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

20

Эта среда также позволяет легко проводить безопасные эксперименты с разделением, распараллеливанием и оптимизацией систем и приложений. Разработчики программного обеспечения получат возможность проверять свои идеи и настраивать производительность конкретных решений для тех или иных ситуаций без ограничений, накладываемых реальным оборудованием. Этот гибридный симулятор обладает следующими возможностями: – быстрая функциональная модель для МСП; – тщательно проработанная модель для имитации циклов для МСП; – полный пакет с инфраструктурой и средствами разработки ПО, разделения кодов, отладки, определения профиля и визуализации; – наблюдаемость статуса системы на уровне архитектуры и микроархитектуры, включая кэши и регистры для конвейерной обработки; – динамический контроль выполнения программ, включая точки прерывания, пошаговое исполнение и выполнение в обратном направлении; – способность закгрузки нескольких ОС. Главным преимуществом гибридного симулятора является его способность динамически переключаться в прямом и обратном направлениях между высокоскоростным функциональным режимом и более детализированным режимом моделирования цикла. Это позволяет разработчикам ПО быстро загружать ОС, выполнять код в критических точках, а затем переключаться в более подробный режим точной имитации цикла для анализа тех или иных частей программы, не ожидая результатов в течение нескольких дней. Как платформа разработки для мультиядерных систем гибридный симулятор

www. elcp.ru

предназначен для повышения гибкости системы и проведения экспериментов в бесконтактной среде, т.к. для работы в ОС или приложении не требуется каких-либо измерительных приборов. Разработчики ПО получают возможность сократить время создания приложений для целевой системы, улучшив при этом качество полученного кода.

лагаемые МСП показатели плотности обработки вынуждают разработчиков оборудования подумать о консолидации и перераспределении функций, которые были назначены дискретным ЦП или модулям. Эти решения будут влиять друг на друга в значительной степени по мере появления новых сервисов и функций системы. Как для программистов, так и разработчиков оборудования существует настоятельная потребность в создании очень гибкого многоядерного процессора, а также в отлаженных механизмах, облегчающих исследование будущих архитектур. В сетевой платформе SoC-MC/AE имеются ядра, каждое из которых обладает выделенным (тыльным) кэшем L2. Кроме того, эта платформа оснащается ускорителем по запросу, учитывающим требования конкретного приложения. Многоядерная платформа не только презназначена для того, чтобы удовлетворить настойчивым требованиям повысить производительность, но и облегчить её использование. Одним из серьёзных препятствий для реализации многоядерной системы в настоящее время является эффективность программирования и отладка. Ниже рассматриваются два наиболее вероятных сценария (см. рис. 2).

Доступ к экосистеме MC/AE

Разработчикам ПО для сетевых платформ MC/AE потребуется потратить значительное время на создание архитектуры программного обеспечения. Использование потенциала многоядерных процессоров приводит к необходимости предусмотреть параллельную обработку. Её реализация может оказаться сложным делом, учитывая долгий путь развития систем на одном ядре, которые по большей части обладают способностью к самосинхронизации. Сетевые приложения предлагают параллелизм на уровне крупных структурных единиц в виде обработки пакетов, и взаимодействие между каналами передачи данных и узлами управления настолько нарушено, что затрудняется создание дополнительного уровня параллельной организации. Если явно выраженный параллелизм в таком случае трудно себе представить, ситуация ещё более усложняется, когда требования к потоку данных превышают возможности единственного ЦП, или когда единственное ядро не в состоянии обеспечить необходимую реакцию панели управления. Выравнивание нагрузки и смешанные асимметричные/симметричные многопроцессорные среды на одном и том же устройстве — вопросы, которые призвана решить МСП. Пока программисты размышляют о том, как распределить задачи, пред-

Сценарий 1. Число ядер и производительность системы нормированы относительно одного ядра в 2007 г.

В этом сценарии производительность 45-нм системы в 3,6 раза превышает этот показатель 65-нм системы при соотношении ядер 3,7/1, соответственно. Аналогично, производительность 32-нм системы в 13,5 раз выше этого показателя для 65-нм системы при соотношении ядер 7,5/1. Из графика видно, что эта зависимость линейна. Сценарий 2. Число ядер и производительность системы нормированы относительно четырёх ядер в 2007 г.

В этом сценарии производительность 45-нм системы в 14,7 раза превышает этот показатель 65-нм системы при соотношении ядер 10,9/4, соответственно. Аналогично, производительность 32-нм системы в 54 раза выше этого показателя для 65-нм системы при соотношении ядер 30/4. Из графика видно, что эта зависимость линейна. Предполагаемые преимущества платформы SoC-MC/AE

При создании сетей в недалёком будущем больше не понадобится увеличивать рабочие частоты одноядерных архитектур. Добавление ядер повысит производительность (геометрическое масштабирование). Однако проблемы

с тем, как управлять тепловыделением во встраиваемой системе, гораздо превышают преимущества, достигаемые от повышения производительности при увеличении частоты ЦП. В связи с этим возникает необходимость рассматривать эту проблему с точки зрения развития платформы СнК. Возможно, разработчики будут бороться за полосу пропускания шины и память, масштабируемость и, что ещё хуже, за неиспользованные циклы обработки из-за недостаточно эффективного программирования. Добавление ускорителей позволит последовательно увеличивать производительность (эквивалентное масштабирование) сетевой платформы SoC-MC/AE, но использование этого оборудования потребует ещё больших инвестиций в программное обеспечение и симуляторы (функциональная диверсификация). Итак, сетевая платформа SoC-MC/AE предназначена не только для того, чтобы обеспечить превосходную производительность и энергоэффективность, но и совершить переход на многопроцессорные решения насколько можно быстрее и безболезненнее при поддержке ведущей в отрасли экосистемы. Таким образом, многоядерность, ускоритель и экосистема являются тремя факторами, которые изменят ландшафт сетей и обеспечат масштабируемую и поддерживаемую производительность для приложений и сервисов следующего поколения. Литература 1. ITU-R M.1645 «Future Development of IMT-2000 and IMTAdvanced», WG Spectrum, Document 8F revised draft, July 2007.

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

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

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

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

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

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

8. Semiconductor International, «Semicon West 2007» , June 2007, PP20.

9. Mobile Enterprise « Connecting Enterprise Solutions to Business Strategy, «Bettering Behavior, Mobile Tools», July, 2007, PP8, 19—25.

10. EE Times, «Freescale CEO: IC growth drivers shifting», July 2, 2007, PP8.

11. IEEE Micro, «Hot Chips 18», March–April, 2007, PP 7—9, «The AMD Opteron Northbridge Architecture», PP 10—21, «The Blackford Northbridge Chipset for the Intel 5000», PP 22–33, «ARM996HS: The First Licensable, Clockless 32-bit Processor core», PP. 58—68.

12. Power Architecture «Cell BE», «Cell Microprocessor», Wikipedia.

13. IEEE Computer Society, «Synergistic Processing in Cell's Multi-core Architecture», 2006, PP10—24.

14. ACM, «Evolution of Low Power Electronics and its Future Applications», ACM, 2003, PP2—5.

15. IEEE Comp Society, «CMOS Scaling for sub-90 nm to sub-10 nm», 2004, PP1–6.

16. IEEE Journal of Solid State, «CMOS Technology» Year 2010 ad Beyond», 1999, PP 357, 366.

17. IEEE «Proceeding of 8th IPFA 2001, «Direction of Silicon Technology from Past to Future», 2001, PP 1—35.

18. ITRS 2005 Publication «Introduction of «More than Moore» concept.

19. ITRS 2007 Summer Working Group Workshop/Public Conference «Work in progress on «more than Moore».

20. Semiconductor International, July 18th ITRS Summer Conference «Panel Focus on «More Than Moore», by Peter Siger, Editor-in-chief.

21. ITRS 2007 System Drivers Publications, Networking Driver «SoC Multicore/Accelerators Platform», Pages 3—5.

в с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

21

электронные компоненты №5 2009

Построение промышленных систем управления на базе процессора Intel Atom Виктор Ежов, ИД «Электроника» Появившиеся в последние годы новые виды ПК-совместимых промышленных систем управления являются, по сути, открытыми платформами, которые обладают всеми преимуществами ПК, включая программирование с использованием открытого кода, широкие возможности коммуникации и высокую гибкость. В статье описывается подход к разработке управляющей платформы с использованием процессора Intel Atom. Показано, как эти новые процессоры обеспечивают преимущества открытой архитектуры IA-32 и, в то же время, отвечают требованиям по мощности и стоимости, которые предъявляются к оборудованию для промышленных систем управления. Традиционные промышленные системы управления

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

22

Обычно промышленные системы управления реализуются с применением программируемых логических контроллеров (programmable logic controller — PLC) — устройств на базе микропроцессора, используемых для управления многими видами оборудования на предприятии. PLCконтроллеры программируются на языке стандарта IEC 61131 и спроектированы для применения в режиме реального времени в жёстких промышленных условиях. На протяжении двух десятков лет PLC-контроллеры использовались для построения специализированной аппаратной платформы, работающей под управлением операционной системы реального времени (ОСРВ). При выборе PLC-контроллера разработчик ограничен возможностями и функциями, которые предлагает тот или иной поставщик. Хотя такой подход предполагает простые для интеграции устройства, высококачественные компоненты и квалифицированную поддержку, он, в то же время, не подходит для реализации каких-либо нестандартных конфигураций системы.

PLC-контроллеры хорошо выполняли свои функции как отдельные блоки системы управления производства. Однако промышленная автоматика превратилась в сложную взаимосвязанную систему производственных ячеек (модулей), когда данные, необходимые для управления процессами, передаются в единую систему материальнопроизводственного планирования. Производство продуктов по принципу «строго вовремя» (Just in Time) и увеличение числа предлагаемых изделий

www. elcp.ru

заставляют компании развиваться в сторону реконфигурируемого производства. Включение всех элементов производственной системы в систему материально-производственного планирования предприятия требует новых коммуникационных интерфейсов, а также создаёт потребность в сборе статистической информации и других данных в каждой производственной ячейке. Кроме того, количество и сложность датчиков, используемых в производственной ячейке, увеличиваются, что часто создаёт трудности при их сопряжении с ПК. К ПК-совместимым системам промышленной автоматики

В последнее время наблюдается переход промышленных систем управления на стандартизированные платформы общего назначения на базе технологии ПК. Одной из основных причин такого перехода стало желание пользователей объединить их IT-систему с системой промышленной автоматики на базе единой сквозной платформы. Встраивание IT в систему автоматики происходит на полевом уровне (field level), датчики и исполнительные устройства которого становятся всё более интеллектуальными, а также на уровне управления (control level), где для замены традиционных PLC-контроллеров используется технология встраиваемых ПК. Кроме постепенного сближения IT-системы с системами промышленной автоматики, дополнительными факторами для перехода на ПК-совместимую архитектуру промышленных систем управления являются использование веб-сервисов и распространение сетей промышленного Ethernet.

Пакеты специальных программ для встраиваемых ПК-платформ позволяют выполнять функции, которые традиционно реализовывались на базе специализированной аппаратуры. Можно выделить слебующие несколько преимуществ такого подхода: – не требуется специализированная аппаратура; – интегрирование различных функций в одном устройстве (интерфейс человек-машина (human machine interface — HMI) и PLC-контроллер работают на одном встраиваемом ПК); – удобное сопряжение основных функций управления с функциями более высокого уровня; – возможность коммуникаций с помощью Ethernet или интернета. В настоящее время система промышленного управления включает сеть интеллектуального полевого оборудования (датчики, реле, исполнительные механизмы) и одно или несколько специализированных устройств для выполнения управляющих функций, которые называются контроллером. Дополнительные устройства могут использоваться для реализации интерфейса HMI, удаленной связи, хранения данных, упреждающего регулирования и других задач. Проблема несоответствия значений рассеиваемой мощности малопотребляющей платформы Intel (около 10 Вт) требованиям по мощности потребления встраиваемой платформы (порядка 1 Вт) была барьером для применения архитектуры Intel в полностью герметизированных устройствах без охлаждающего вентилятора, предназначенных для работы в тяжёлых условиях производства. Разработчики столкнулись с задачей поиска дорогих решений

Особенности процессора Intel Atom

Процессор Intel Atom обладает следующими особенностями.

– 45-нм технология компании Intel с применением high-K оксида гафния с металлическим затвором разработана для того, чтобы снизить потребляемую мощность, увеличить быстродействие и значительно увеличить плотность размещения транзисторов по сравнению с предыдущей 65-нм технологией.

– Множественные внутренние микрооперации (micro-ops) процессора могут быть скомбинированы в одну микрооперацию, которая выполняется за один цикл, что значительно улучшает производительность и снижает потребляемую мощность.

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

– Гиперпоточная технология (Intel® Hyper-Threading Technology) обеспечивает высокую эффективность конвейера (высокую удельную производительность на единицу мощности). Эта технология обеспечивает улучшенную скорость реакции системы в условиях выполнения нескольких заданий одновременно. В процессоре Intel Atom был использован двухканальный супер-

Рис. 1. Типовая платформа процессора Intel Atom

скалярный конвейер с выполнением команд по очереди, что позволило избавиться от логических каскадов планировщика выполнения команд, которые потребляли значительную мощность в процессоре Intel Pentium M. В результате потребляемая мощность процессора Intel Atom снизилась на 60% по сравнению с процессором Intel Pentium M. Кэш второго уровня (L2) процессора Intel Atom представляет собой 512-Кбайт память с 8-канальной ассоциативностью (с возможностью уменьшения числа каналов до нуля). В кэшпамяти реализована предварительная выборка второго уровня для оптимизации представления данных и команд для процессорного ядра. Интерфейс системной шины (front side bus — FSB) соединяет процессор с системным контроллеромконцентратором Intel System Controller Hub (Intel SCH). Системная шина была реализована на базе КМОП-технологии, которая позволила снизить потребляемую мощность на 40% по сравнению AGTL-интерфейсом. Одним из ключевых приёмов при реализации низкопотребляющей архитектуры Intel стал переход на 45-нм производственный процесс с применением транзисторов с металлическим затвором и диэлектриком High-K. В качестве материала с высокой диэлектрической постоянной (High-K) был выбран гафний, который в сочетании с металлическим затвором обеспечивает высокие характеристики транзистора. В конвейерах с выполнением команд по очереди (in-order pipelines)

для встраиваемых систем могут возникать проблемы простоя из-за времени задержки доступа к памяти. Решение этой задачи в процессоре Intel Atom было реализовано с помощью гиперпоточной технологии Intel HT Technology. Эта технология допускает создание логических процессоров в одном физическом ядре, которые способны выполнять команды независимо друг от друга. В результате объединения физических ресурсов логические процессоры остаются активными в течение более длительного времени. В результате такого подхода производительность процессора Intel Atom возрастает на 30% при выполнении многопотоковых задач. Процессор Intel Atom поддерживает расширения команд SIMD (которые были включены в стандартный набор команд IA-32) вплоть до набора команд Intel® Streaming SIMD Extensions 3.1 3. Эти команды можно использовать для реализации многих алгоритмов для мультимедииных приложений и обработки данных. Для минимизации потребляемой мощности и размеров встраиваемых систем для совместной работы с процессором Intel Atom был разработан контроллер-концентратор Intel® System Controller Hub (Intel® SCH). Он содержит контроллер памяти, графический контроллер и контроллер ввода/вывода на одном кристалле, который соединён с процессором по 400/533-МГц системной шине. На рисунке 1 изображена типовая платформа процессора Intel Atom. Для минимизации занимаемой на плате площади процессор и чипсет

1

Техническую документацию на процессор Intel Atom серии Z5xx см. на компакт-диске. Техническую документацию на контроллер-концентратор Intel System Controller Hub US15W см. на компакт-диске.

3 Руководство по программированию в системе команд IA-32 см. на компакт-диске.

2

электронные компоненты №5 2009

23 В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

для снижения выделения тепла в таких системах для того, чтобы использовать преимущества архитектуры ПК. Процессоры Intel Atom явились первыми из нового поколения устройств за последние годы, которые обеспечивают требуемые характеристики в тяжёлых условиях систем промышленной автоматики. Процессор Intel Atom серии Z5xx 1 позволил применить архитектуру Intel во встраиваемых приложениях малого форм-фактора, не использующих охлаждающий вентилятор и работающих в тяжелых тепловых условиях. Изготовленные по 45-нм технологии, эти процессоры с малым потреблением и высокой надёжность ю помещены в ультракомпактный корпус размером 13×14 мм. Эти процессоры работают совместно с контроллером-концентратором Intel System Controller Hub US15W 2, который включает контроллер графической памяти и контроллер ввода/ вывода, размещенные в одном компактном корпусе размером 22×22 мм. Эта платформа обеспечивает величину тепловой мощности менее 5 Вт и типовой средней мощности потребления менее 2 Вт.

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

24

предлагаются в сверхкомпактных корпусах размерами 13×14 мм и 22×22 мм, соответственно, что позволяет спроектировать полную систему, которая занимает площадь менее 6000 мм2. Си с т е м н ы й ко н т р о л л е р концентратор Intel System Controller Hub обладает характеристиками, которые позволяют его использовать во встраиваемых системах. Основными особенностями контроллера-концентратора являются следующие: – интерфейс памяти обеспечивает связь с 32-разрядной памятью DDR2 ёмкостью до 2 Гбайт на частоте системной шины (FSB); – 3D-графическая подсистема совместно использует системную память в конфигурации унифицированной архитектуры памяти (Unified Memory Architecture — UMA); – графический контроллер обеспечивает отличные 3D-характеристики, а также имеет возможность полностью декодировать аппаратными средствами видеопотоки (MPEG 2 и 4, H.264 WMV9/VC1 и других стандартов), тем самым освобождая главное ядро процессора от этой задачи; – графический контроллер имеет возможность выводить одновременно два независимых потока, используя LVDS- и SDVO-интерфейсы, причем эти интерфейсы можно сконфигурировать с помощью инструмента настройки графического драйвера. Встраиваемые приложения обычно определяются возможностями ввода/вывода данных. Контроллерконцентратор Intel SCH предоставляет разработчику ряд интерфейсов: USB, который может работать в режиме хоста или клиента; контроллеры SDIO/ MMC, которые поддерживают различные типы карт, и контроллер eIDE P-ATA, поддерживающий последние версии твердотельных накопителей и позволяющий разработчику управлять режимом низкого потребления. Кроме встроенных функций, контроллер Intel SCH имеет два порта PCI Express × 1 для расширения системы. Сравнение ПК-совместимой встраиваемой платформы с системой на базе специа­ли­зи­ ро­ванных устройств

По сравнению с традиционными PLC-контроллерам, промышленные контроллеры на базе встраиваемых ПК-процессоров выполняют контрольные функции разного рода (не только логическое управление, но и управление движением, приводами и процессами) на одной платформе. Это обеспечивает такие ключевые преимущества как возможность использовать единую 4

среду разработки, а также открытую программную архитектуру и сетевые интерфейсы. Особенностями промышленных контроллеров со встраиваемыми ПК-процессорами являются следующие: – тесная связь аппаратной части контроллера и программного обеспечения; – программируемость, которая позволяет программам поддерживать процесс управления на нескольких машинах или устройствах; – возможность управления модульными системами в промышленности — от станков на фабрике до оборудования на обрабатывающих заводах; – использование де-факто стандартных сетевых интерфейсов, языков программирования и протоколов; – обеспечение эффективной обработки данных и считывание портов ввода/вывода. Ключевым фактором при реализации проектов промышленного управления является обеспечение поддержки множества шинных сетей, которые функционируют на предприятии. Эти решения в области промышленных сетей обеспечивают сбор информации о результатах измерений, а также управляющих, диагностических и других данных. В приложениях, работающих в режиме реального времени, эти данные передаются между полевыми устройствами (датчиками, актуаторами и др.) и автоматизированными контроллерами. Протоколы широко используемых промышленных сетей для приложений промышленной автоматики приведены в таблице 1 4. При обсуждении возможностей промышленных систем управления часто говорят о системах реального времени. Но каковы требования к промышленным системам реального времени? Дело в том, что разные приложения имеют различные требования к таким системам. Наиболее строгие требования предъявляются к системам управления движением: время цикла должно быть не более 50 мкс, а допустимое значение джиттера (отклонения времени цикла) около 10 мкс. Для специальных приложений с более жесткими требованиями следует применять специализированную аппаратуру: обычные системы на базе промышленных сетей не способны обслуживать такие приложения. Типичное время цикла для систем управления положением лежит в диапазоне 1…4 мс, однако джиттер весьма мал — обычно менее 20 мкс. Обычная последовательная логика PLCконтроллера обычно не требует время

цикла менее 10 мс, а джиттер может составлять несколько мс. Для задачи связи с компьютерами более высокого уровня требования к временным параметрам лежат в секундном диапазоне. ПК-совместимые встраиваемые системы управления обычно разделяются на следующие подсистемы: – физические модули ввода/вывода; – промышленная сеть fieldbus; – OПК-клиент/сервер для связи интерфейсной платы с soft PLCконтроллером; – программный пакет для разработки soft PLC-контроллера; – OПК-клиент/сервер между soft PLC-контроллером и HMI-интерфейсом; – интерфейс человек-машина (HMI). Ключом к реализации всех возможностей новых промышленных контроллеров является программное обеспечение. Оно должно обеспечивать стабильность и надёжность ОСРВ при управлении вводом/выводом данных, синхронизации системы, исполнении приоритетов и других задач. Программное обеспечение должно также предусматривать широкий набор функций управления и анализа. В их число должны входить такие типовые управляющие функции как цифровая логика и ПИД-управление, а также менее распространенные функции, например такие как нечёткая логика (fuzzy logic) и возможность управления на основе моделирования. Программное обеспечение должно, кроме того, обеспечивать алгоритмы анализа для систем машинного видения и управления движением, возможность регистрации данных и поддержки сетевых коммуникаций с базой данных и другими системами промышленного предприятия. Встраиваемая ПК-совместимая система промышленного управления включает несколько взаимодействующих программных компонентов, которые рассматриваются в следующих разделах.

Soft PLC-контроллер

Одним из основных программных компонентов для нового класса контроллеров на базе технологии встраиваемых ПК является soft PLCконтроллер. Soft PLC-контроллер — это программная среда, используемая для моделирования PLC-контроллера во встраиваемом ПК. Используя soft PLC-контроллер, часть ресурсов ЦП резервируется для моделирования PLC-системы управления, а другая часть выделяется для операционной системы. Работа soft PLC-контроллера

Таблицу «Протоколы промышленных сетей (Источник: Intel Corporation, 2009)» см. на компакт-диске.

www. elcp.ru

идентична работе обычного PLC-контроллера: он реализует логику управления на стандартном языке программирования IEC 61131-3. Soft PLC-контроллер принимает данные от полевых устройств, обрабатывает их с помощью логики, реализованной на языке программирования IEC 61131-3, и, наконец, направляет выходные данные полевым устройствам и на HMI-интерфейс. Ключевым условием при разработке концепции промышленного ПК-совместимого контроллера является верификация функционирования приложения на базе soft PLC-контроллера в режиме реального времени. При этом наиболее важным свойством контроллера должно быть не только выполнение задания в определенный промежуток времени, но и способность выполнять циклически повторяющиеся задачи всегда в одно и то же время.

OПК — стандарт взаимодействия между программными компонентами

Выбор операционной системы

Различные варианты поведения системы возможны при выборе соответствующей операционной системы (ОС). Встраиваемый ПК может работать под управлением многозадачной ОС общего назначения, в которой несколько приложений выполняются совместно, а soft PLC-контроллер использует общие вычислительные ресурсы (совместно с ЦП и памятью). ОС гарантирует выполнение нескольких заданий путём планирования их времени запуска. Существуют три типа алгоритма планирования: разделение времени (timesharing), многозадачный режим (multi-programming) и режим реального времени. При разделении времени для каждого задания назначается точный отрезок времени. Задание должно освободить ЦП до окончания назначенного времени либо самостоятельно, либо по команде ОС (аппаратное прерывание). Режим раз-

деления времени предназначен для выполнения нескольких заданий одновременно или в последовательные промежутки времени. ЦП осуществляет связь со всей периферией встраиваемого ПК по одной или нескольким внутренним шинам. Несколько процессов использует эти шины, и их работа должна быть согласована ОС с работой soft PLC-контроллера и другими приложениями. Назначение времени каждому процессу зависит от их приоритета, который только частично определяется пользователем. По этой причине не так просто определить, какой процесс обслуживается ОС в данный интервал времени. По умолчанию все процессы имеют одинаковый приоритет. Это означает, что они располагают одинаковым временем ЦП. Следовательно, многозадачная ОС общего назначения, по существу, недетерминирована при выполнении параллельных приложений. Время работы управляющих приложений (подобных soft PLC-контроллеру) не может гарантироваться такими ОС. Это ограничение можно преодолеть только с помощью ОСРВ. ОСРВ разделяются на две категории, в зависимости от влияния на систему нарушения сроков выполнения задания: системы жесткого (hard real-time) и мягкого (soft real-time) реального времени. В режиме жесткого реального времени определённое действие должно выполняться к заданному моменту времени — в противном случае функционирование системы нарушается. ОСРВ для приложений жёсткого реального времени работает с низкими уровнями сигнала в тесном взаимодействии с аппаратной платформой. Эти ОСРВ, как правило, основаны на приоритетном упреждающем планировании, которое назначает фиксированную полосу пропускания процессора различным процессам. Для менее критичных приложений (режим мягкого реального времени) возможно использование обычных ПК, на которых запущена многозадачная ОС общего назначения с расширением для режима реального времени. Работа при-

электронные компоненты №5 2009

25 В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

Основной частью ПК-совместимой системы является интерфейс связи между полевыми устройствами и soft PLCконтроллером. Эта связь обеспечивается через интерфейс ввода/вывода, который соединен с полевыми устройствами и передает данные на ПК через программный интерфейс. Одним из таких интерфейсов, который предложен международной организацией OПК Foundation, является OLE for Process Control (OПК). Он представляет собой набор стандартных интерфейсов на основе технологии OLE/COM компании Microsoft. В приложении на базе стандартного интерфейса OПК возможно взаимодействие между системами автоматики и управления, полевыми системами/устройствами и офисными/деловыми приложениями обычно с помощью OПК-сервера. OПК-сервер гарантирует стандартный формат данных, к которым может иметь доступ каждый OПК-клиент, например сам soft PLC-контроллер. Soft PLC-контроллер действует как OПК-клиент при чтении и записи данных, принятых от полевых устройств через плату интерфейса, которая установлена на OПК-сервере. Архитектура OПК-клиент/сервер используется не только в качестве интерфейса между полевым и управляющим уровнем, но и для связи между soft PLC-контроллером и HMIинтерфейсом. В такой архитектуре обмен данными между отдельными программными пакетами играет важнейшую роль. Управляющая система в ПК-среде работает на основе набора циклических процессов, в основном циклов soft PLCконтроллера и циклов OПК-клиент/сервер. При анализе работы ПК-совмес­ти­мо­го решения следует обязательно измерять время каждого цикла в различных условиях работы системы. Следует учитывать также время, которое необходимо и для других процессов в системе, например время связи по сети fieldbus, длительность процесса преобразования интерфейсной платы, время отклика модуля ввода/вывода.

Рис. 2. Типовая аппаратная платформа процессора Intel Atom

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

26

ложений реального времени планируются с помощью этого расширения, что гарантирует почти детерминистское поведение системы. При запуске таких приложений необходимо использовать среду реального времени. Ещё одной возможностью является запуск приложения реального времени на обычной ОС (не ОСРВ) при условии, что системные параметры способны обеспечить желаемый результат. Другими словами, можно запустить soft PLC-контроллер на обычном ПК под управлением Windows или Linux, принимая в расчет, что работа компьютера управляется недетерминистской ОС, которая обеспечивает при этом достаточную эффективность выполнения функций управления. Такой подход означает, что производительность компьютера находится в пределах, допустимых для данного приложения, несмотря на возможные отклонения пропускной способности ПК. По этой причине необходимо определить контрольный тест для проверки производительности таких ПК-совместимых систем. Этот тест должен обеспечивать: – оценку параметров ПК-среды, в которой работает приложение; – инструменты для измерения временных параметров системы: время отклика на событие для прерываемых функций и джиттер для циклических функций.

www. elcp.ru

Система на базе процессора Intel Atom

На рисунке 2 представлена блок-­д иаграмма модульного PLCконтроллера на базе процессора Intel Atom. Семейство процессоров Intel Atom включает версию для промышленного диапазона рабочих температур, что позволяет проектировать системы, работающие без охлаждения с помощью вентилятора и подходящие для жёстких условий промышленной эксплуатации. Комбинация процессора Intel Atom с системным контроллеромконцентратором Intel System Controller Hub обеспечивает большинство интерфейсов связи, которые требуются для систем промышленного управления. Системный контроллер-концентратор выполнен в корпусе размером всего 22×22 мм и содержит встроенный графический контроллер, интерфейс цифрового аудио, интерфейс основной памяти и различные интерфейсы ввода/вывода периферии. Он поддерживает одноканальную память DDR2. Частота системной шины 400 или 533 МГц. Максимальный размер памяти 2 Гбайт. Имеются 8 портов USB 2.0 хоста и один порт USB 2.0 клиента. Параллельный интерфейс ATA поддерживает два дисковых привода. Для реализации и поддержки необходимых функций возможно подключение дополнительных чипов памяти

DRAM и чипов физического уровня (PHY). Дополнительно предусмотрены три коммутирующие матрицы: для трафика памяти; для трафика ввода/ вывода, а также сеть сообщений для решения различных задач. Для управления этими матрицами в микросхему северного моста (north bridge) встроен 8-разрядный микроконтроллер 8051. Встроенная подсистема 2D/3Dграфики может управлять дисплеем с разрешением 1366×768 пикселов в 24-битном представлении цвета. Встроенная видеоподсистема способна декодировать потоки 1080p HDTV с частотой 30 кадров в минуту, потребляя не более 150 мВт мощности. Она поддерживает видео стандартов MPEG1, MPEG2, MPEG4 и H.264 и совместима с графикой Microsoft DirectX 9 и DirectX 10. Поддержка всех протоколов промышленной сети и сети Ethernet реального времени обычно реализуется либо с помощью ASIC какого-либо OEM-производителя, либо с помощью FPGA. FPGA в этом случае представляет собой интеллектуальное расширение периферии для этой платформы, которое предоставляет дополнительные порты ввода/вывода, не содержащиеся в контроллере-концентраторе Intel System Controller Hub. Функционально FPGA связана с контроллером-концентратором через интерфейс PCI Express. Интерфейс

позволяет обмениваться данными между ЦП и FPGA с малой задержкой, обычно составляющей несколько микросекунд. Программное обеспечение, работающее на процессоре Intel Atom, реализует протоколы промышленной сети и Ethernet реального времени. Ряд независимых поставщиков программного обеспечения предоставляет программные пакеты для поддержки набора команд архитектуры IA-32. Размещение ЦП, чипсета в модуле и реализация промышленной сети и Ethernet реального времени на FPGA является легко масштабируемым решением в случае включения в систему новых модулей ЦП и модернизации, связанной с введением новых стандартов на промышленные сети. Преимущества такой архитектуры заключаются в следующем: – обеспечение максимальной гибкости при поддержки промышленных сетей и систем ввода/вывода; – малая потребляемая мощность, которая позволяет проектировать высокопроизводительные системы, работающие без вентилятора охлаждения; – использование интерфейса PCI Express для увеличения быстродействия системы ввода/вывода; – встроенная графика для интерфейса HMI;

Заключение

ПК-совместимые, или открытые, системы управления предоставляют инженеру свободу выбора аппаратной платформы, ОС и программной архитектуры. Вместо адаптации приложения к определенной архитектуре разработчик имеет возможность выбора аппаратных и программных компонентов, которые точно соответствуют требованиям к проекту и, в то же время, позволяют существенно снизить затраты и время разработки системы. Для построения таких систем можно использовать широко доступные процессоры, например

процессоры на основе архитектуры Intel. Процессор Intel Atom полностью совместим с архитектурой IA-32, что позволяет разработчикам применять широкий набор доступных программных средств. Преимущество таких систем для конечного пользователя заключается в том, что хорошо известная платформа для построения системы использует интеллектуальные полевые устройства нижнего уровня и PLC-контроллеры. Проектирование системы на базе общей платформы к тому же упрощает задачу совмещения IT-системы с системой автоматики на предприятии. Литература 1. Ian Gilvarry. IA-32 Features and Flexibi­li­ty for Next-Generation Industrial Control.

2. Roland Gerhmann, Gerald Carda. Lin­ king hardware to OS functionality to speed development of GUI-based apps.

3. Intro to Real-Time Operating Systems. полезные ссылки 1. Компактная материнская плата формата Nano-ITX на базе процессора Intel® Atom™.

2. Компактный компьютер на процессоре Intel® Atom.

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

НОВОСТИ МУЛЬТИМЕДИА

| LG объявляет о выпуске ультратонких полностью светодиодных ЖК-телевизоров | Компания LG представила в Сеуле два новых 55-дюймовых ультратонких жидкокристаллических LED-телевизора. В них реализовано более яркое и четкое изображение, что стало возможным благодаря использованию задней светодиодной подсветки, в состав которой входят 3 360 светодиодов. Это в семь раз больше, чем у освещенных по краю светодиодных телевизоров. Соотношение динамической контрастности полностью светодиодного ЖК-телевизора LG составляет 5 000 000 : 1 благодаря усовершенствованной технологии затемнения, которая делит экран на 200 блоков. Благодаря высокой частоте регенерации изображения 200 Гц, эти телевизоры сохраняют яркое, ровное изображение даже во время быстро сменяющихся динамичных сцен. В новом телевизоре использована запатентованная технология, которая позволяет достичь толщины корпуса в 24,8 мм. Она позволяет разместить светодиоды горизонтально и минимизировать расстояние между ними и экраном. Другим новшеством является усовершенствованная функция беспроводного соединения, которая устраняет необходимость сжатия изображения. Контент передается с DVD-плеера, игровой приставки или домашнего кинотеатра беспроводным способом без каких-либо искажений. Компания планирует активно расширять производство светодиодных ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой и достигнуть в следующем году уровня продаж в районе 3—4 млн. шт. Три разные модели будут представлены в различных рыночных сегментах. Ультратонкая модель будет позиционироваться как премиальный продукт среди других продуктов этой категории и будет анонсирована в конце этого года. В конце года компания представит более доступные 42-дюймовые и 47-дюймовые ЖК-телевизоры со светодиодной подсветкой. www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №5 2009

27 В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

– технология Intel Hyper-Threading Technology позволяет улучшить производительность в режиме реального времени; – весьма компактный корпус дает возможность построения систем с малым форм-фактором; – возможность обеспечения питания через Ethernet (включая питание TFT-дисплея); – разнообразные функции, встроенные в одну периферийную FPGA (LPC, интерфейс FWH, контроллер клавиатуры, шинный интерфейс, подобный Ethernet, CAN и т.д.); – простая адаптация интерфейсов различных промышленных шин к стандартным модулям связи.

Программная технология снижения потребляемой мощности встраиваемой системы Вэл Попеску (Val Popescu), Гэри Гибсон (Gary Gibson), VirtualMetrix, Inc.

В статье описана новая программная технология, разработанная компанией VirtualMetrix, которая позволяет управлять всеми производительными ресурсами системы на базе процессора. Данная технология обеспечивает минимизацию потребляемой энергии, увеличение эффективности процессора и снижение стоимости разработки программного обеспечения. Статья представляет собой сокращенный перевод [1]. Введение

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

28

Существует множество методов снижения мощности потребления встраиваемых систем на всех уровнях: от схемного до системного. Однако именно энергопотребление (мощность, потребляемая за единицу времени) несет ответственность за быстрый разряд батарей и рассеивание тепла. Поэтому для эффективного снижения энергопотребления следует минимизировать как потребляемую мощность, так и время. Как правило, ни одна из существующих технологий этого не предлагает. По большей части, эти методы предполагают снижение рабочей тактовой частоты до минимума во время ожидания. В частности, во встраиваемых процессорах Blackfin 1 компании Analog Devices применяется технология динамического управления питанием, которая предполагает изменение тактовой частоты и напряжения питания в зависимости от режимов работы. Однако для многих приложений этого бывает недостаточно. Еще одной возможностью для снижения энергопотребления является сокращение времени выполнения задания. Не все рабочие циклы процессора расходуются на полезную работу, но все они потребляют одинаковую мощность. Некоторых «пустых» циклов нельзя избежать, например многократных команд, однако длительность других процессов (простой конвейера из-за зависимости от данных или непопадания данных в кэш-память) можно уменьшить. Виртуализация, которая становится все более популярной, сделала возможной работу нескольких ОС на одном устройстве, причем эти ОС ничего не знают о существовании друг 1

друга. Можно ли доверить какой-либо из этих ОС оптимизацию частоты тактового сигнала для своих приложений, последствием чего может стать снижение времени работы процессора для приложений, управляемых другой ОС? Это может просто привести к срыву установленного срока их выполнения. Виртуализация сделала возможным конвергенцию аппаратных средств путем логической изоляции программных объектов, которые в противном случае могут влиять друг на друга. Во встраиваемых системах конвергентные системы обязательно будут включать приложения реального времени, которым должны быть выделены ресурсы процессора, достаточные для завершения заданий точно в срок. Фактически этим приложениям нужно достаточное «пространство для маневра»: время, зарезервированное для наихудшего срока выполнения приложения, необходимый объем кэш-памяти для хранения критичных программ и данных, зарезервированную полосу пропускания канала DMA для обработки потоков данных и т.д. Обеспечение всех этих ресурсов, вероятно, снизит общую эффективность конвергентной системы (меньше работы будет сделано за единицу времени), снизит возможности для других систем и т.д. По этой и другим причинам изолирование приложений посредством использования отдельных процессоров (антиконвергенция) остается популярным. Можно ли найти более эффективное решение? Новая концепция управления ресурсами

Выделим четыре ресурса работы ЦП, которые непосредственно влияют на то, как быстро и с каким потребле-

нием энергии выполняются программы: частота тактового сигнала, время выполнения программы, объем кэшпамяти и полоса пропускания канала DMA. Их нельзя оптимизировать раздельно, потому что они влияют друг на друга: чем меньше тактовая частота, тем больше времени требуется на выполнение задания; чем меньше объем кэш-памяти (больше число непопаданий в кэш), тем требуется больше времени и/или более высокая тактовая частота т.д. Четырехрукое «существо», каждая из рук которого соответствует одному из перечисленных выше рабочих ресурсов, может оптимизировать энергопотребление и эффективность до уровней, определяемых лишь физическими ограничениями. В ядре этого «сущест­ ва» находится алгоритм адаптивного выделения ресурсов, использующий обратную связь для сравнения работы, которую нужно выполнить, с уже выполненной работой. Разница между ними определяет решение по выделению ресурса. Этим «существом» и является программная интегрированная среда VMX 2. Работа, которую нужно выполнить, определяется сроком выполнения задания в приложении реального времени: обработать X байт за время Y или завершить не позднее времени Y после запускающего события. Оба ресурса — процессор или память — можно транслировать в полосу пропускания. Даже задания, не относящиеся к заданиям реального времени, имеют (программный) срок выполнения, в противном случае они будут отложены на не­определенное время. Понятие «работа завершена» в общем случае определяется величиной, которую

Техническую документацию на новые встраиваемые процессоры Blackfin серии BF51x см. на компакт-диске. Техническое описание интегрированной среды VMX см. на компакт-диске.

2

www. elcp.ru

Управление эффективностью системы с помощью VMX

Как осуществляется управление ресурсами с помощью интегрированной среды VMX? Периодически проверяется состояние всех работоспо-

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

собных и работающих заданий. Этот процесс осуществляется путем так называемых квантовых прерываний. На основе анализа всех ресурсов, необходимых для выполнения задания в срок, принимается решение о выделении того или иного ресурса. Решения о выделении ресурса редко имеют высокую точность, но они стремятся к этому. Однако смена заданий и изменения тактовой частоты имеют свою негативную сторону. Первое приводит к увеличению непроизводительных издержек, а второе ухудшает качество выделения ресурсов: изменение тактовой частоты занимает определенное время, поэтому лучше недолго использовать новую тактовую частоту, прежде чем снова менять ее. Для того чтобы гарантировать срок выполнения задачи без применения системы управления эффективностью VMX, нужно резервировать время, превышающее время работы задания в наихудшем случае. В виртуализованной системе это может означать, что нужно выделять порцию времени резидентной ОСРВ для гарантии успешного выполнения приложения и для обеспечения баланса основной ОС (например, Linux). Но в большинстве случаев ОСРВ не использует все зарезервированные циклы, и они становятся потерянными, т.к. их нельзя использовать для выполнения дополнительного приложения. В системе, управляемой с помощью VMX, ОСРВ не выделяется резерв времени; ее приложения просто получают точное количество времени, необходимое для выполнения заданий в срок. Сколько бы времени ни осталось, оно автоматически выделяется основной ОС. Если основная ОС имеет приложения реального времени, то им также выделяется точное количество необходимых ресурсов. Есть еще один барьер для конвергенции аппаратных средств: необходимо хранить критичные программы

и данные в кэш-памяти, что означает резервирование части кэш-памяти исключительно для этих нужд. В результате, остальная часть системы работает почти постоянно с меньшим объемом кэш-памяти, что плохо сказывается на общей производительности системы. При использовании системы VMX выделение нужного объема кэш-памяти является динамическим и обеспечивает гибкость в управлении ресурсов для критичных программ и данных. Программная интегрированная среда VMX является комплексным решением, состоящим из пакета инс­ тру­ментов разработчика (Developer Tool Kit) и менеджера эффективности системы (Performance Manager), который включает набор ядер и программные компоненты пользователя. В настоящее время VMX портируется в систему виртуализации на базе микроядра OKL4 компании Open Kernel Labs, однако в будущем планируется выпустить версии для других ОС, таких как Linux и Android. Структура взаимодействия интегрированной среды VMX с другими компонентами системы показана на рисунке 1. В системе VMX уровень виртуализации расширен с целью включения аппаратных ресурсов процессора для мониторинга показателей работы системы (число циклов программ и памяти, количество непопаданий в кэш-память и т.д.) и контроля питания (тактовая частота, напряжение, состояние системы питания: включено, выключено, дежурный режим и т.д.). Такие компоненты системы VMX как Performance Monitor (vPerfMon) и Power Control (vPCon) используют расширенную виртуализацию (vXV) для обеспечения менеджера эффективности системы VMX и других системных компонентов (микроядро OKL4 и его гостевые ОС) набором библиотек и прикладных программных интерфейсов (API). Менеджер эффективности системы использует данные от

электронные компоненты №5 2009

29 В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

можно подсчитать: время, полоса пропускания процессора/памяти/портов ввода-вывода и т.д., поэтому алгоритм может использовать любой, целесообразный с его точки зрения, показатель для определения ресурса, который необходимо выделить. Соотношение между временем и тактовой частотой понятно, а как насчет объема кэш-памяти? Очевидно, что чем больший объем кэш-памяти может использовать задание, тем меньше происходит непопаданий в кэш, поэтому задание может завершиться раньше или за то же время при работе на более низкой тактовой частоте. Размер кэш-памяти фиксирован, поэтому если отдать больший объем кэш-памяти запущенному заданию, то, вероятнее всего, уменьшится соответствующий объем кэш-памяти у ожидающего запус­к а задания, которое при возврате к работе испытает более высокую степень непопаданий в кэш-память. Зная состояние каждого задания относительно его сроков выполнения, можно придумать оптимальный алгоритм по распределению объема кэш-памяти: «жертвой» может выступать задание, которое находится наиболее близко к сроку своего завершения. Если текущее задание отстает по срокам и нуждается в ускорении, можно увеличить тактовую частоту и/ или увеличить время выполнения и/ или увеличить объем кэш-памяти. Но какой именно ресурс изменить? Все? Некоторые из них? Наилучший ответ можно найти, только зная состояние выполняемого и ожидающего запуска заданий. Быстродействие современных процессоров весьма непостоянно и не может быть рассчитано точно. Отклонения времени выполнения задания вызываются как различным числом команд приложения, так и наличием непредсказуемых простоев конвейера процессора. Эти два фактора делают прогнозирование времени выполнения довольно ненадежным. Кроме того, необходимо периодически делать коррекцию решений по выделению ресурса. Этот метод изолирует производительные ресурсы: предоставляет каждому программному объекту часть системных ресурсов, достаточную для корректного выполнения задания. Не нужно прерывать одно приложение для того, чтобы обеспечить другое необходимыми ресурсами.

Рис. 2. Результаты прогонов тестового видеофрагмента

vPerfMon для контроля работы задания и принятия решений о выделении производительного ресурса. Решения о распределении заданий реализуются совместно с собственным планировщиком задач микроядра, а решения по управлению питанием принимаются компонентом vPCon. Так как управление эффективностью может быть расширено до периферии с помощью драйверов, которые могут быть либо виртуализированы, либо нет (и, следовательно, неизвестны для микроядра), то для связи с гостевыми ОС применяется система уведомлений/подтверждений. Менеджер эффективности Performance Manager построен иерархически и состоит из агентов управления высокоуровневыми алгоритмами Management Agents и менеджерами эффективности Performance Managers, которые реализуют их. Поскольку некоторые из существующих систем могут уже включать решения по управлению питанием, интегрированная среда VMX предлагает набор открытых прикладных программных интерфейсов и библиотек для того, чтобы упростить их использование.

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

30

Пакет инструментов

Пакет инструментов разработчика Developer Tool Kit является одним из важнейших компонентов интегрированной среды VMX. Данные, полученные от vPerfMon во время выполнения заданий, обрабатываются, и отображаются сводные параметры системы (vPerf), такие как энергопотребление, показатель использования ресурсов, нагрузка, соответствие срокам выполнения задания, время простоя и т.д. Рабочие параметры системы подстраиваются, а данные воспроизводятся в режиме оффлайн до получения удовлетворительных результатов. Затем измененные параметры загружаются в систему, которая теперь оптими-

www. elcp.ru

зирована и готова к использованию. Инструменты могут быть использованы для анализа возможных вариантов развития системы, таких как увеличение тактовой частоты и размера кэшпамяти сверх установленного в аппаратуре, увеличение рабочей нагрузки или, наоборот, определение того количества нагрузки, которое система способна поддерживать и с каким уровнем энергопотребления. Другие решения по управлению питанием можно легко протестировать относительно системы управления эффективностью интегрированной среды VMX. Благодаря открытому интерфейсу, пакет инструментов VMX может быть привязан к другим инструментам разработки и отладки, что позволяет создать широкий набор программных средств от разработки приложения до системной оптимизации. В настоящее время пакет инструментов VMX поддерживает интеграцию с набором инструментов GNU, включая набор компиляторов GNU Compiler Collection (GCC), набор средств разработки GNU Binutils, включая компоновщик и ассемблер, отладчик GNU Debugger (GDB). Средство отладки GNU profiler (Gprof), которое может быть использовано для определения того, какая часть программы требует наибольшего времени выполнения, в сочетании с VMX vPerf может дать информацию, где и с какой целью программа непроизводительно расходует время (например, ограничение памяти, плохое прогнозирование ветвления или длительная блокировка ввода/вывода и т.д.). Поддерживается также OProfile — инструмент Linux, способный профилировать запущенный код. Этот инструмент использует инфраструктуру vPerfMon для сбора различного рода статистических данных, которые могут быть использованы для определения вида деятельности системы и ядра.

Результаты тестирования

Цели, поставленные системой VMX по увеличению эффективности процессора (уменьшение неиспользуемых циклов), снижению энергопотребления и локализации работы для гарантии сроков выполнения задания, были успешно подтверждены на наборе тестов, включая программу декодирования MPEG, производительность которой во многом зависит от данных. Такие тесты являются весьма сложными, поскольку в этих программах отношение наибольшего числа команд обработки кадра к наименьшему достигает 3:1. Кроме того, отклонения в скорости работы процессора при таких задачах весьма велики. Допустимые значения тактовой частоты и задержка при ее изменении ограничивают эффективность Performance Manager. На использованной для тестирования 210-МГц плате ARM 1176 был возможен выбор из 8 доступных значений тактовой частоты. Вначале задание запускается с максимальной тактовой частотой, затем vPerf воспроизводит данные и принимает решение о выборе оптимальной тактовой частоты (для минимизации энергопотребления). Затем из 8 доступных значений тактовой частоты vPerf выбирает значение, наиболее близкое к оптимальному. Таблица ступеней тактовой частоты (fTab) загружается в процессор. Весь процесс протекает автоматически. Таблицу fTab можно оптимизировать для общей загрузки или только для отдельного потока (или группы потоков). Поддерживаются множественные таблицы fTab. Воспроизведение одного видеофраг­мента

В качестве тестового был использован видеофрагмент с кодировкой H.263 длительностью 50 с, с разрешением

Рис. 3. Результаты прогонов двух тестовых видеофрагментов

Воспроизведение двух видео­фраг­ментов

Тот же видеофрагмент был воспроизведен одновременно на двух различных программных декодерах для сравнения методов изоляции производительных ресурсов: метод установки времени выполнения в наихудшем случае (Worst Case Execution Timing — WCET) и управление эффективностью в системе VMX. – Прогон 1: изоляция производительных ресурсов по методу WCET для первого видеофрагмента, с тем чтобы гарантировать отсутствие потери кадров для второго фрагмента. Это классическая модель изоляции, когда фрагмент 1 запущен в разделе ОСРВ, а фрагмент 2 — в другом разделе, где обычно находится основная ОС.

– Прогон 2: изоляция производительных ресурсов (для гарантии сроков выполнения) с помощью системы VMX. Результаты прогонов двух тестовых видеофрагментов показаны на рисунке 3. В прогоне 1 второй фрагмент начал значительно отставать, и было зафиксировано 398 (из 600) пропущенных кадров (см. таблицу рисунка 3). В прогоне 2 лишь один кадр был пропущен в двух видеофрагментах. Даже в прогоне 1 менеджер тактового сигнала системы VMX мог снизить тактовую частоту в разделе фрагмента 1, но ничего не мог сделать для раздела фрагмента 2, т.к. срок выполнения был пропущен. Заметим также, что как только фрагмент 1 завершается, фрагмент 2 захватывает процессор, что приводит к значительному снижению тактовой частоты и отсутствию нарушений сроков выполнения программы. Необходимо отметить, что если бы это были два приложения реального

времени, которым нужно было работать вместе, то в отсутствие системы VMX понадобились бы два, а не один процессор. Другими словами, если использовать только один процессор, то нельзя было бы запустить два приложения одновременно. Энергопотребление в данном тесте снизилось с 14,24 до 7,99 Вт∙c, а эффективность увеличилась с 0,27 до 0,39. Заключение

Преимущества управления эффективностью системы с помощью интегрированной среды VMX увеличиваются при использовании системы с более сложными процессорами. Для многоядерных процессоров способность системы VMX оптимизировать эффективность работы в двумерном пространстве (в пределах ядра и между ядрами) дает существенный выигрыш по сравнению с традиционными методами управления питанием и планированием заданий. Хотя управление эффективностью системы может быть полезно для многих приложений, оно особенно ценно для применения в мобильных телефонах, функциональность которых возрастает настолько, что приближается к возможностям мобильных компьютеров, в то время как батареи питания достигли пределов своего развития.

Литература 1. Val Popescu, Gary Gibson. A Global Approach to Lower Energy and Higher Efficiency in Embedded Systems. Ссылка на файл virtualmetrix_menegement на диске.

2. David Katz, Rick Gentile. Optimize performance and power with dynamic power management.

электронные компоненты №5 2009

31 В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

176×144 пикселов и частотой кадров 80 мс. Он был запущен в трех режимах: – прогон 1: без использования системы управления эффективностью VMX (тактовая частота 210 МГц); – прогон 2: с использованием системы управления эффективностью VMX с общей оптимизацией fTab; – прогон 3: с использованием сис­ темы управления эффективностью VMX с fTab, оптимизированной для этого задания. Результаты прогонов тестового видеофрагмента показаны на рисунке 2. Изображенная на графике тактовая частота усредняется за период (выбран равным периоду следования кадров) и включает тактовую частоту холостого хода. Соответствие заданным срокам выполнения задания представлено как время, оставшееся до срока окончания тестового фрагмента, деленное на период следования кадра. При фиксированной тактовой частоте (за исключением простоя) в прогоне 1 загрузка ЦП приблизительно соответствует числу циклов. Прогон 2 демонстрирует намного более низкие величины тактовой частоты, увеличенную загрузку ЦП и уменьшенные заданные границы времени. Зафиксировано лишь одно нарушение сроков выполнения задания (см. колонку Jitter на рисунке 2). В прогоне 3 использована оптимизированная для данного задания fTab, однако с уменьшением разброса тактовой частоты появилось намного больше нарушений сроков выполнения (12), хотя система сгладила кривую загрузки ЦП. Результаты данного теста показали снижение энергопотребления с 10,38 до 5,09 Вт∙c, а эффективность (исключенные команды/циклы) увеличилась с 0,3 до 0,53.

Гибридные теплоотводы для оптимального охлаждения встраиваемых систем Барри Дэгэн (Barry Dagan), главный технолог, Cool Innovations, Inc. Размер алюминиевых теплоотводов и вес медных радиаторов делают их непригодными во многих новых разработках встраиваемых систем. В статье описываются преимущества гибридных теплоотводов, которые отличаются малым весом за счёт использования в своей конструкции алюминия и хорошим рассеянием тепла, обеспечиваемым медью. Разработчики встраиваемых систем — от плат и модулей, используемых в самом современном оборудовании связи и сетей, до различных передовых решений — сталкиваются с проблемой теплоотвода. Современные полупроводниковые устройства рассеивают большое количество тепловой мощности, что приводит к значительному нагреву системы. В случае если бы имелось дополнительное пространство для охлаждения компонентов, разработчикам не потребовалось бы искать новые методы охлаждения. Однако такая возможность отсутствует — в лучшем случае это пространство не уменьшается от проекта к проекту. Во многих современных встраиваемых приложениях вопрос об отводе тепла побуждает разработчиков заменять алюминиевые радиаторы (см. рис. 1) намного меньшими, но более тежёлыми медными моделями. Разработчики сталкиваются с тем, что даже алюминиевые конструкции большого размера часто не годятся для таких приложений из-за относительно невысокой способности рассеивать тепло, что ограничивает суммарную эффективность теплоотвода. Благодаря тому, что коэффициент теплопроводности меди почти в два

раза превышает этот показатель у алюминия, медные радиаторы намного более эффективны для рассеивания тепла. Кроме того, теплоёмкость меди на 40% больше, чем у алюминия, и это значит, что динамические тепловые нагрузки лучше регулируются с помощью медных радиаторов. Тем не менее медные теплооотводы обладают двумя существенными недостатками — они значительно тяжелее и дороже алюминиевых. Гибридный вариант сочетает эффективность рассеяния тепла медных радиаторов, относительную дешевизну решения и значительно меньший вес. Охлаждение встраиваемых систем

Для снижения тепловых нагрузок, возникающих при эксплуатации современных полупроводниковых устройств во встраиваемых приложениях, требуется достаточно большая площадь поверхности радиаторов, что достигается за счёт их высоких рёбер. Однако во многих случаях такие распространённые стандарты как PCI Express, Compact PCI и ATCA накладывают серьёзные ограничения на размеры

Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е

32

Рис. 1. Радиатор с конусообразным расположением ребер

www. elcp.ru

компонентов платы, в т.ч. на радиаторы, которые должны быть невысокими. Развитая площадь поверхности в низкопрофильных системах достигается за счёт увеличения посадочной площади компонентов, а не их высоты, что существенно увеличивает площадь основания радиаторов. Таким образом, низкопрофильные радиаторы с большим посадочным местом всё чаще применяются во встраиваемых приложениях. Использование одного радиатора для охлаждения нескольких устройств является стандартным решением, позволяющим максимально увеличить площадь поверхности теплоотвода. Однако разработчики испытывают трудности в тех случаях, когда основание радиатора значительно превышает размер корпуса микросхемы, на которой он располагается. В результате большая часть площади радиатора используется неэффективно, т.к. рассеивает относительно малое количество тепла. В этих случаях использование алюминиевого радиатора нецелесообразно из-за недостаточной скорости рассеяния тепла, чего нельзя сказать о приспособлении из меди. Чтобы понять причину этого, рассмотрим тепловые свойства металлов для теплоотводов на примере медного и алюминиевого сплавов CDA 110 и AL 1100, соответственно, которые используются в производстве пластинчатых радиаторов. Соотношение удельных теплопроводностей сплава CDA 110 и AL 1100 составляет 2,712/1,510. Следовательно, радиатор на основе сплава CDA 110 на 80% эффективнее отводит тепло, чем на основе алюминиевого сплава. Как уже говорилось, такое повышение скорости тепловой отдачи происходит за счёт увеличения веса радиатора — плотность сплава CDA 110 в 3,1 раза больше, чем AL 1100. Медные теплоотводы часто используются для охлаждения нескольких устройств, где требуется быстрая

Способность рассеивать тепло и тепловое сопротивление

Рассчитывая эффективность теплоотвода, необходимо отличать общую охлаждающую способность от способности радиатора рассеивать тепло. Охлаждающую способность радиатора обычно описывают с помощью его теплового сопротивления, которое определяется как соотношение разности температур к количеству переданного тепла (°C/Вт). Чем ниже тепловое сопротивление, тем выше охлаждающая способность теплоотвода. Если способность рассеивать тепло, главным образом, зависит от удельной теплопроводности металла, то тепловое сопротивление является функцией нескольких факторов, включая удельную теплопроводность, а также площадь поверхности радиатора, обдув его воздухом, геометрию пластин и т.д. Разработчикам встраиваемых сис­ тем нет необходимости разбираться во всех тонкостях конструкции радиатора — достаточно понять в целом, как охлаждающая способность или тепловое сопротивление отличаются от способности рассеивать тепло, и знать основные эмпирические правила, касающиеся медных теплоотводов. Разработчики встраиваемых систем должны понимать, в частности, как использование меди влияет на тепловое сопротивление радиатора. Из двух моделей с идентичными конструкциями, одна из которых сделана из алюминия, а другая — из меди, вторая всегда обладает меньшим тепловым сопротивлением. Однако фактическое снижение величины теплового сопротивления наилучшим образом достигается в тех случаях, когда радиатор больше охлаждаемого полупроводникового устройства. Чем больше разница между посадочными площадями устройства и радиатора, тем лучше рассеивается тепло и больше разность между тепловым сопротивлением медного и алюминиевого радиаторов. Гибридные радиаторы

Для тех применений, в которых трудно обеспечить рассеивание тепла, гибридные радиаторы являются привлекательной альтернативой моделям, целиком состоящим из меди. Гибридные радиаторы имеют различные размеры и конфигурации, но используются они всегда по одному принципу — их основание, контакирующее с устройством, сделано из меди, а остальные части — из алюминия.

В силу того, что рассеивание тепла происходит вдоль основания радиатора, гибридные модели обеспечивают ту же эффективность рассеивания, что и целиком медные конструкции, и обладают сходной охлаждающей способностью. В то же время гибридные радиаторы имеют значительно меньший вес и стоимость по сравнению с медными конструкциями. Для встраиваемых приложений вес этих компонентов имеет важное значение. Кроме того, использование тяжёлых теплоотводов затрудняет их установку и соблюдение требований по устойчивости к вибрациям. Говоря другими словами, монтаж более тяжёлого медного радиатора может быть гораздо сложнее, в то время как гибридный теплоотвод не оказывает столь нежелательного эффекта на вес платы. В качестве примера различия в весе медной и гибридной конструкций можно привести широко распространённые модели пластинчатых радиаторов. Вес 8,0×8,0×1,0-дюймового теплоотвода более чем в два раза превышает вес гибридной модели с аналогичной конструкцией. Экспериментальные данные

Для демонстрации рабочих характеристик гибридных радиаторов был проведён эксперимент, в котором сравнивалась эффективность конструкций радиаторов, выполненных из меди, алюминия и сплава медь-алюминий (см. рис. 2). В эксперименте сравнивались такие типичные для встраиваемых систем параметры как размеры радиаторов, размеры охлаждаемого устройства и рассеиваемые тепловые нагрузки. В эксперименте использовались пластинчатые радиаторы одинаковой конструкции с основанием 4×4 дюйма, высотой 0,4 дюйма и 900 выводами диаметром 0,07 дюйма. Модель гибридного радиатора состояла из двух соединённых секций. Толщина нижней части основания составляла 0,1 дюйма; толщина алюминиевой части конструкции равнялась 0,3 дюйма. Эксперимент проводился трижды в соответствии с количеством моделей. В каждом случае радиатор помещали на верхнюю часть источника тепла размерами 0,5×0,5 дюйма и мощностью рассеивания 40 Вт. Теплоотвод размещали таким образом, чтобы источник тепла находился в точности посередине основания радиатора. Радиатор помещали

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

перед вентилятором, обеспечивавшем скорость воздушного потока равную 300 фут/мин. Измерение температуры теплоотвода проводилось после её стабилизации и определялось, насколько она выше температуры окружающей среды. Эксперимент с алюминиевым радиатором показал, что его температура превышала температуру окружающей среды на 23,2°C; соответствующее тепловое сопротивление — 0,58°C/Вт. Для медной конструкции эти показатели составили 23,2°C и 0,51°C/Вт, а для гибридного — 20,9°C и 0,52°C/Вт. Видно, что параметры медного и гибридного радиаторов почти совпали и превзошли параметры алюминиевого радиатора, что указывает на важность более быстрого рассеивания мощности вдоль основания. В то же время гибридный теплоотвод весил на 24% меньше модели, целиком выполненной из меди. Для более убедительной демонстрации эффекта теплового рассеивания в угловую часть каждого радиатора, наиболее удалённую от теплового источника, поместили вторую термопару. Общие результаты теста представлены в таблице 1. Результаты эксперимента показали, что у медного и гибридного радиаторов распределение температуры по площади значительно однороднее, чем у алюминиевого. Равномерное распределение температуры по поверхности радиатора свидетельствует о том, что он функционирует эффективно, хорошо рассеивая тепло.

33

Заключение

По мере роста тепловых нагрузок во встраиваемых системах становится чрезвычайно трудным обеспечить необходимое охлаждение с помощью стандартных алюминиевых радиаторов. Во многих случаях гибридные радиаторы позволяют решить эту задачу, отвечая требованиям по тепловой эффективности, размерам, весу и стоимости.

Табл. 1. Результаты теста Алюминиевый радиатор Температура источника тепла, выше окр. среды, ºC 23,2 Температура угловой части радиатора, выше окр. среды, ºC 19,0 Разность, ºC 4,2

Медный радиатор 20,3 19,2 1,1

Гибридный радиатор 20,9 19,6 1,3

электронные компоненты №5 2009

Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е

передача тепла от одной части радиатора к другой.

STM32F105/107 — новые линейки микроконтроллеров компании STMicroelectronics Александр Квашин, инженер по применению микроконтроллеров, «Компэл» Компания STMicroelectronics представила линейки STM32F105 и STM32F107 — продолжение своего семейства микроконтроллеров STM32 под названием Connectivity Line. Контроллеры построены на базе ядра Cortex-M3 (ARM7M) и работают на частоте до 72 МГц. В этой статье подробно не рассматриваются преимущества нового ядра ARM, но вкратце можно сказать, что Cortex-M3 — это тот процессор, который позволяет очень эффективно создавать портативные устройства, медицинское оборудование, приборы для промышленного управления, а также устройства с высокой вычислительной нагрузкой, с которой процессор хорошо справляется благодаря новым DSP-инструкциям. Встроенный в ядро Cortex-M3 системный таймер позволяет создавать приложения, которые можно легко переносить с одной аппаратной платформы на другую (если та тоже построена на контроллере с Cortex-M3). Особенно это актуально в задачах, где используется операционная система реального времени. Встроенный контроллер прерываний является также стандартным модулем процессора и не изменяется от одного производителя микросхем к другому. Обе линейки оснащены модулем USB On The Go, позволяющим работать USB-интерфейсу как в режиме Device, так и

34

Рис. 1. Внутренняя структура микроконтроллера STM32

WWW.ELCP.RU

в Host. Кроме того, STMicroelectronics предлагает в помощь разработчику библиотеку стандартных профилей USB. Отличительной особенностью новых представителей семейства стало и наличие блока Ethernet MAC, поддерживающего на аппаратном уровне протокол IEEE1588 (в STM32F107). Кроме USB и Ethernet, микроконтроллеры могут содержать еще до 12-ти дополнительных коммуникационных интерфейсов, что делает их по-настоящему универсальными. Специализированный блок PLL для интерфейса I2S, появившийся в новых представителях семейства, позволяет решать практически любую задачу, связанную с воспроизведением аудиосигнала. Таким образом, для получения линейного сигнала подходит любой звуковой ЦАП с интерфейсом I2S. В отличие от конкурентов, STM встраивает в свои контроллеры до трёх АЦП, которые могут оцифровывать сигнал с 16-ти внешних линий. Разрешающая способность АЦП — 12 бит. Кроме того, дополнительный канал перманентно настроен на выход встроенного температурного датчика. Это позволяет подстраивать встроенный высокочастотный RC-генератор в зависимости от окружающей температуры, тем самым достигая стабильности его работы во всём диапазоне температур в пределах ошиб-

ки менее 1%. Ещё один канал контролирует напряжение питания и вызывает прерывание, в случае если произошел выход за установленные пределы — это т.н. «аналоговый сторожевой таймер». Два сторожевых таймера обратного счета: один классический с собственным RC-генератором, второй — «оконного типа» — позволяют увеличить надёжность устройств в особо критических к сбоям приложениях. Система защиты тактирования, обеспечивающая автоматический переход на встроенный RC-генератор в случае сбоя генератора с внешним резонатором, также позволяет без дополнительных компонентов существенно увеличить надёжность разрабатываемого устройства. Контроллер прямого доступа в память имеет 12 каналов и позволяет производить передачу информации из памяти в память, из периферийного блока в память и из периферии в периферию. Не только каждый аппаратный коммуникационный модуль (USART, I2C, SPI и т.д.) работает с DMA-контроллером — в DMA-режиме передавать информацию могут такие модули как АЦП и таймеры. Эта гибкость позволяет существенно разгрузить контроллер, избавив его от программного решения задач сбора и передачи информации. Интерфейс внешней памяти позволяет подключать как статическую память, так и флэш-память, а также другие периферийные устройства с параллельным интерфейсом, например дисплеи. Специализированный ШИМ-контроллер позволяет организовать управление двигателями: предусмотрен синхронный инверсный выход каналов ШИМ-модуля, аппаратно добавляются задержки для обеспечения мёртвого времени. Для создания приложений управления двигателями компания ST предлагает программную библиотеку, с помощью которой можно существенно уменьшить время разработки и быстрее вывести продукт в серию.

Единое питание 2,4...3,6 В, а также входы, позволяющие принимать сигналы до 5 В, упрощает использование этого микроконтроллера при модернизации старых систем, в которых имеется большое количество 5-В обвязки. Как уже было отмечено, контроллеры STM32 имеют несколько источников тактирования: – высокочастотный кварцевый генератор; – высокочастотный внутренний RC-генератор; – кварцевый генератор часов реального времени на 32768 Гц; – генератор низкочастотный типа RC для тактирования сторожевого таймера и часов реального времени. Таким образом, проектируемое устройство может работать практически без дополнительных внешних компонентов, используя внутренний RC-генератор. Архитектура STM32 предусматривает очень гибкое управление линиями ввода-ввода. Битовые операции позволяют программно переключать порты с частотой до 18 МГц. Заключение

Новые микроконтроллеры, как и предыдущие модели, продолжают поддерживать идеологию программноаппаратной совместимости внутри семейства STM32. На текущий момент семейство представляют 75 микроконтроллеров, сгруппированных в линейки: Access Line STM32F101, USB Line STM32F102, Performance Line STM32F103 и Connectivity Line STM32F105/107. Это многообразие позволяет разработчику выбрать оптимальный вариант решения без лишних периферийных модулей или памяти, позволяя добиться наименьшей цены готового изделия. Богатая периферия, большой объём памяти и цена, равная цене 8-битного контроллера, позволяют применять эти приборы в широком ряде задач индустриального и бытового применений

35

электронные компоненты №5 2009

Компоненты и решения «Компэл» для приложений силовой электроники и управления питанием Андрей Агеноров, директор, «Компэл» Валерий Ячменников, технический руководитель направления «Полупроводники», «Компэл» В статье рассказывается о четырех больших группах товаров для силовой электроники — силовых полупроводниках, компонентах управления питанием, пассивных компонентах и готовых решениях, представленных в линейке поставок компании «Компэл».

36

В последние десятилетия в мире большое внимание уделяется вопросам энергосбережения, в частности в области электроники. В США и странах Европы появ­ ляются все новые законодательные нормы, ограничи­ вающие энергопотребление электронных устройств или запрещающие использовать оборудование с КПД ниже определенного значения, а также определяющие другие технические параметры изделий электроники и электротехники. Все это во многом способствует раз­ витию новых технологий в области силовой электро­ ники и управления питанием. Стремительно возрас­ тающая доля потребления электроэнергии мобильными устройствами только ускоряет этот процесс. Компания «Компэл», уделяя особое внимание такой продукции в своей линейке поставок, предлагает российским произ­ водителям самый большой выбор компонентов и реше­ ний для приложений силовой электроники и управле­ ния питанием. К сожалению, история не сохранила наименования первого проданного «Компэлом» полупроводникового компонента. Но с очень большой вероятностью можно предположить, что это был именно силовой прибор, поскольку одна из ключевых компетенций компании с самого момента образования — компоненты для прило­ жений силовой электроники и управления питанием. До 35% поставляемых на рынок СНГ полупроводников состав­ ляет именно эта группа продукции, и в настоящее время компания уделяет самое большое внимание развитию и расширению этой линейки поставок. На сегодня в ней присутствуют четыре большие группы товаров для сило­ вой электроники: силовые полупроводники, компоненты управления питанием, пассивные компоненты для силовой электроники и готовые решения. Опишем вкратце каждую из этих групп и их характеристики. Самая большая группа товаров, которую «Компэл» представляет своим заказчикам — это компоненты Таблица 1. Основные функциональные элементы построения источников питания, представленные в каталоге «Компэл» Линейные стабилизаторы, LDO

TI, Maxim, ST, IR, NXP, ONS

Импульсные AC/DC-контроллеры

TI, Maxim, ST, IR, NXP, ONS

Импульсные AC/DC-регуляторы

ST, ONS

Импульсные DC/DC-контроллеры

TI, Maxim, ST, IR, ONS

Импульсные DC/DC-регуляторы

TI, Maxim, ST, IR, ONS

Контроллеры ККМ

TI, ST, IR, ONS

Драйверы ключей

TI, Maxim, ST, IR, NXP, ONS

WWW.ELCP.RU

управления питанием. Имея в качестве партнеров лиде­ ров мирового рынка в этой области — Texas Instruments, Maxim Integrated Products, NXP Semiconductor, International Rectifier, STMicroelectronics, а с прошлого года и On Semiconductor, «Компэл» может предложить самые совре­ менные или самые экономичные решения в этой области, предоставляя на выбор заказчиков продукцию двух и более производителей. В таблице 1 приведен список основных компонентов для построения источников питания от различных произ­ водителей — партнеров компании «Компэл». Таблица объ­ единяет большую группу импульсных преобразователей (как AC/DC, так и DC/DC), диапазон применения которых распространяется на индустриальные (12…36 В), телеком­ му­ни­кационные (36…72 В), автомобильные (12…24 В) и универсальные (90…240 В (АС)) приложения, но не ограни­ чивается ими. Кстати, компания Texas Instruments, акцентируя внимание на важности управления электропитанием, выделила его в отдельный бизнес-юнит — Power Mana­ gement. Силовые полупроводники — вторая большая группа товаров, в которую входят диоды различных типов, тири­ сторы, MOSFET-транзисторы, IGBT-транзисторы, сборки и модули этих устройств. Имя «Компэл» традиционно ассоциируется с компанией International Rectifier. Однако после того как компании Vishay Intertechnology была про­ дана технология производства высоковольтных MOSFETтранзисторов, линейка силовых полупроводников компании несколько сузилась. Но и сейчас International Rectifier остается мировым лидером на рынке силовых полупроводников, развивая новые технологии MOSFETтранзисторов. Недавно International Rectifier представила революционную технологию производства силовых полу­ проводников на базе нитрида галлия (GaN), позволяющую изготавливать устройства с потерями на проводимость и переключение в десять раз меньшими, чем современные аналоги. Область высоковольтных MOSFET-транзисторов замыкает продукция компаний ON Semiconductor и STMicroelectronics, выпускающей транзисторы с рабочим напряжением до 1500 В. Максимальное рабочее напряжение IGBT-транзисторов, представленных в линейке «Компэл», достигает 1700 В (Semikron). Мощные тиристоры — 3600 B обратного на­пря­ жения — также производит компания Semikron. Про диоды хочется отметить лишь то, что кроме компаний, известных своими дискретными компонентами, такую группу продукции как диоды с защитой от электростатики до ±30 кВ производит Maxim Integrated Products. Группа

силовых проводников в линейке поставок «Компэл» пред­ ставлена в таблице 2. Понимая необходимость комплексной поставки ком­ понентов, в частности для приложений силовой электро­ ники, «Компэл» развивает направление пассивных ком­ понентов. Сегодня партнерами «Компэл» в этой области являются компании Yageo, Hitachi, Sumida и Electronicon. Партнерство с компанией Electronicon еще только начина­ ется. Потребность в ее продукции (высоковольтных кон­ денсаторах) возникает при работе с продукцией Semikron. В таблице 3 представлена продукция производителей пассивных компонентов из линейки поставок «Компэл». В этой таблице указаны далеко не все типы изделий (и дале­ ко не всех производителей), которую можно приобрести в «Компэле». Особняком стоит четвертая группа товаров — гото­ вые или полуготовые решения в области управления пи­танием, а именно модульные источники питания. Ак­тив­но развивая это направление на протяжении мно­гих лет, «Компэл» сегодня представляет, наверное, самую большую в России номенклатуру источников питания. Заказчик может выбрать устройства мощностью 0,25 Вт…8 кВт, конструктивно выполненные для монтажа на шасси, DIN-рейку, на плату, в 19”-стойку, в отдельном корпусе. Основные партнеры «Компэла» по модульным источни­ кам питания — Mean Well, TDK-Lambda, Chinfa, Power-One, RECOM, PEAK. По продажам продукции Mean Well «Компэл» является дистрибьютором №1 в России, а Россия занимает 2-е место в Европе по продажам этой продукции. Компания Mean Well специализируется исключительно на разработке и производстве готовых источников пита­ ния и выпускает в основном встраиваемые источники питания: – сетевые источники питания в корпусе для монтажа на шасси мощностью 5…8 кВт; – открытые источники питания для монтажа на шасси (5…250 Вт); – источники питания для монтажа на печатную плату (5…20 Вт); – источники питания для установки на DIN-рейку (10…960 Вт); – полузаказные конфигурируемые клиентом источники питания (450…1000 Вт); – сетевые адаптеры (5…200 Вт); – зарядные устройства (6…1000 Вт); – DC/DC-преобразователи для монтажа на печатную плату (0,5…30 Вт); – DC/DC-преобразователи для монтажа на шасси (5…1000 Вт); – DC/AC-инверторы (100…3000 Вт). По оценкам Venture Development Corporation, компания Mean Well занимает 19 место на мировом рынке встраи­ ваемых сетевых источников питания. Это очень высокая позиция, поскольку на этом рынке работают сотни ком­ паний. Традиционно сильная сторона продукции Mean Well — источники питания для промышленной автомати­ ки. В этом сегменте рынка компания занимает 4 место в мире. В 2009 г. компания сконцентрировала свое внимание на развитии широкой линейки продукции для промышлен­ ной автоматизации, энергосберегающих источниках пита­ ния, модулях питания для светодиодного освещения. Дистрибьюторское соглашение с компанией TDKLambda «Компэл» заключил в прошлом году. TDK-Lambda является лидером мирового класса в области проекти­ рования, производства и маркетинга высоконадежных AC/DC-источников питания, DC/DC-преобразователей и фильтров для измерительного и испытательного обору­ дования, промышленной автоматики, телекоммуникаций,

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

обработки данных и т.д. Компания выпускает источники питания мощностью 5 Вт…5 кВт для монтажа на шасси; DC/DC-преобразователи для монтажа на печатную плату и на шасси мощностью 1,5 Вт…1 кВт; программируемые источники питания мощностью 200 Вт…100 кВт; высоко­ вольтные источники питания мощностью 500 Вт…50 кВт с выходом 1…50 кВ; сетевые фильтры для монтажа на шасси или DIN-рейку с входным током 1…1000 А. Таким образом, предложение источников питания от «Компэл» расширилось за счет высоконадежных и высоковольтных изделий. Резюмируя все сказанное, нужно отметить, что при выборе элементной базы для разработки любого устрой­ ства силовой электроники, будь то источник питания, электропривод или сварочный аппарат мощностью до единиц киловатт, предназначенный для работы в одно­ фазных (220 В), трехфазных (380 В) сетях или в DC/DC-при­ ло­жениях, заказчик может приобрести все необходимые компоненты в компании «Компэл» в режиме «одного окна». Нашими основными партнерами в области более мощных приложений, таких как тяговые приводы, приводы насо­ сов и другого оборудования, работающего от сети 660 В, а также оборудования, работающего на мощностях от десятков киловатт до 2,5 МВт являются компании Semikron и Electronicon (см. рис. 1). В заключение нужно отметить очень важный принцип «Компэла» в формировании номенклатуры и инженерной поддержки проектов заказчиков. Этот принцип характе­ ризуется английским термином broadliner и означает воз­ можность поставок определенной группы товаров от двух и более производителей, производящих аналогичную про­ дукцию. Такой подход позволяет предлагать разнообраз­ ные варианты решений от самых разных производителей и, тем самым, всегда быть на стороне заказчика. Таблица 2. Сводная таблица силовых полупроводников в линейке поставок «Компэл» Диоды выпрямительные, Шоттки, защитные

Maxim, ST, Semikron, IR, NXP, ONS

Тиристоры, симисторы

ST, Semikron, NXP, ONS

MOSFET

IR, ST, Semikron, TI, ONS

IGBT

IR, ST, Semikron, ONS

Сборки MOSFET

IR, ST, Semikron

Сборки IGBT

IR, ST, Semikron

Сборки диодные

IR, ST, Semikron

Биполярные транзисторы

ST, NXP, ONS

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

Sumida

Конденсаторы электролитические

Hitachi

Конденсаторы танталовые

Hitachi

Конденсаторы пленочные

Hitachi, Electronicon

электронные компоненты №5 2009

37

Компания On Semiconductor: откуда, куда, зачем Ирина Ромадина, менеджер по продукции ON Semiconductor, «Компэл»

38

ON Semiconductor Corporation, штаб-квартира которой находится в г. Феникс (шт. Аризона), была выделена из компании Motorola в августе 1999 г. В качестве стартового капитала ON Semiconductor получила от Motorola бизнес материнской компании в части производства дискретных полупроводниковых компонентов (диоды, транзисторы, тиристоры). В марте 2000 г. в состав ON Semiconductor вошла компания Cherry Semiconductor Corporation, которая привнесла в бизнес направление аналоговых интегральных микросхем и решений для силовой электроники и автоэлектроники. Это приобретение расширило список заказчиков ON Semiconductor за счет таких компаний как Chrysler, Ford и General Motors. Дальнейшее развитие основных фондов ON Semi­con­ ductor шло по пути приобретения надежных активов. В 2006 г. таким приобретением стало производство компании LSI Logic в Грешеме (шт. Орегон). Новые производственные площади включали более 9 тыс. кв.м «чистых» комнат при общей площади около 45 тыс. кв.м. Это существенно расширило производственные возможности ON Semiconductor, особенно благодаря опыту персонала. Бывшие сотрудники LSI Logic обогатили ON Semiconductor опытом реализации субмикронных технологий для производства аналоговых и цифровых компонентов и поддержки собственно производства. Приобретенное у LSI Logic оборудование позволяло достичь проектных норм в 0,18 мкм, а в перспективе — перейти на производственный процесс с топологией 0,13 мкм. Развитие производственной базы было важно для ON Semiconductor, у которой к этому времени было уже 200 прямых заказчиков и более 300 непрямых OEM-заказчиков. Компания активно работала на рынках компьютерной техники, автоэлектроники, потребительской и промышленной электроники, беспроводной связи и сетевого оборудования. Список оборудования, в котором использовались компоненты ON Semiconductor, включал компьютеры, игровые системы, серверы, встроенные системы промышленного оборудования и автомобилей, маршрутизаторы, коммутаторы, системы хранения данных в сети и автоматизированное контрольно-измерительное оборудование, включая портативные приборы. В сотовых телефонах четырех из пяти ведущих компаний-производителей стояли компоненты ON Semiconductor. Компания стала надежным поставщиком фильтров защиты от электромагнитных помех, аналоговых коммутаторов, аудиоусилителей, DC/ DC-регуляторов, драйверов светодиодов для портативных терминалов беспроводной связи. Открытие инженерного центра по разработке решений (Solution Engineering Center) в Сеуле (Корея), позволило компании наладить поставки корейским производителям сотовых телефонов и портативных цифровых устройств. Для закрепления на рынке Азиатско-тихоокеанского региона компания ON Semiconductor открыла инженерный центр по разработке решений в Тайпее (Тайвань). Основными направлениями работы центра стала поддержка заказчиков, заинтересованных в создании надежных решений для систем питания компьютеров и решений общего назначения в области преобразования характеристик источников питания.

1

См. LED DRIVER SOLUTIONS на компакт-диске.

WWW.ELCP.RU

К середине первого десятилетия нового века относятся серьезное внедрение продуктов ON Semiconductor в проекты автомобилестроителей США: компания выпустила ряд микросхем для интерфейса CAN, расширила линейку регуляторов напряжения. Развитию поддержки европейских производителей автоэлектроники со стороны компании ON Semiconductor способствовало открытие ею летом 2007 г. инженерного центра по разработке решений в Мюнхене. В задачи этого центра входит разработка систем питания для климат-контроля, встроенных систем управления различными кузовными функциями, трансмиссией, а также питания систем безопасности и развлечений. В конце 2007 г. ON Semiconductor приобрела у Analog Devices бизнес, связанный с производством регуляторов напряжения и компонентов для мониторинга тепловых режимов компьютерных систем. В начале 2008 г. ON Semiconductor завершила приобретение AMIS Holdings. С этим приобретением компания связывает возможность своего присутствия на рынке медицинского оборудования и военных/аэрокосмических приложений, где до сих пор присутствие компании ON Semiconductor в общей деловой активности составляло по нескольку процентов. На протяжении последних 10 лет AMIS Holdings имел прочные контакты с производителями медицинских систем, поставляя для них решения цифровой и смешанной обработки сигналов, а также сенсорные решения для имплантируемого оборудования и оборудования медицинской диагностики, использующего системы графического отображения. С разработчиками военных и аэрокосмических систем AMIS Holdings сотрудничал более 30 лет. Специализированные цифровые микросхемы и микросхемы для смешанной обработки сигналов AMIS Holdings используются в интеллектуальных системах наведения ракет и системах управления полетом гражданских самолетов.

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

17 июля 2008 г. ON Semiconductor завершила интеграцию в свой состав компании Catalyst, которая известна как производитель различных видов памяти, драйверов светодиодов, DC/DC и LDO, а также цифровых потенциометров. Продукция Catalyst применяется в автомобильной электронике, системах навигации, беспроводных модемах, сетевом оборудовании, системах отображения информации. Компания ON Semiconductor относится к тем производителям электронных компонентов, продукция которых используется в широком кругу применений общего назначения. Номенклатура производимых компанией микросхем описывается достаточно длинным перечнем: – контроллеры AC/DC и DC/DC; – ИОН и супервизоры напряжения; – формирователи и распределители тактовых сигналов; – драйверы светодиодов 1 и ЖКИ;

Табл. 1. Присутствие компании ON Semiconductor в отраслевых сегментах потребителей электроники Рыночный сегмент Автомобильная электроника 2 Телекоммуникации и связь Компьютерная техника Потребительская электроник Индустриальная электроника 3 Медицинская электроника Военная/аэрокосмическая электроника

40

% 21 20 20 17 15 5 2

– силовые драйверы и драйверы реле; – драйверы полевых и биполярных транзисторов (MOSFET и IGBT); – полевые и биполярные транзисторы (MOSFET и IGBT); – драйверы шаговых двигателей; – защитные ИМС; – специализированные аудио DSP; – усилители и компараторы; – аналоговые ключи; – тиристоры; – диоды; – выпрямители; – интерфейсы (CAN, LIN, I2C, PLC, HART, Fieldbus); – дифференциальная логика (ECL); – стандартная логика; – СИМС для цифровой и смешанной обработки сиг­налов; – память. Производственные мощности ON Semiconductor расположены в США (шт. Аризона и Орегон), в Китае, Чешской республике, в Японии, Малайзии, на Филиппинах. Распределение поставок компании по рыночным сегментам представлены в таблице 1. Компания ON Semiconductor Corporation приобрела мировую известность в первую очередь как поставщик электронных компонентов для систем управления питанием в электронном оборудовании, используемом в автомобильной промышленности, в телекоммуникационных и компьютерных системах, в бытовой технике и современных цифровых устройствах потребительского рынка, в медицинском и промышленном оборудовании, в военных и аэрокосмических системах. Помимо компонентов для систем питания, в числе своих главных продуктовых направлений компания называет также компоненты для формирования и распределения тактовых сигналов и стандартные компоненты. Кратко целевую направленность поставок компании ON Semiconductor и принципы их организации позволяют понять маркетинговые слоганы компании. На сайте www.onsemi.com рядом с логотипом ON Semiconductor размещены надписи Power Solutions from ON Semi­con­duc­ tor и Selection. Service. Support. По группе продуктов High Frequency Clock 4 and Data Management, включающей компоненты для формирования тактовых сигналов и их распределения на основе логических схем с эмиттерными связями (emitter-coupled logic), компания лидирует с рыночной долей в 75%. Среди конкурентных преимуществ ON Semiconductor необходимо отметить, что ее опыт в использовании кор-

2

пусов с миниатюрными форм-факторами обеспечивает не только высокие характеристики изделий, но и позволяет экономить место на печатных платах, что очень важно для миниатюризации встроенных систем оборудования. Так в апреле 2008 г. компания представила заказчикам три новых MOSFET-семейства NTUD312x в ультракомпактном корпусе SOT-963. Имея в плане габариты 1×1 мм, компонент в корпусе SOT-963 требует для размещения площадь на 30% меньше, чем конкурирующие MOSFET-решения в корпусе SOT-723 и на 60% меньше, чем в SOT-563. Высота корпуса SOT-963 (0,5 мм) позволяет свободно использовать новые MOSFET NTUD312x в самом современном портативном оборудовании. Весь бизнес компании ON Semiconductor разбит на несколько направлений 5: Automotive and Power Regu­la­ tion 6 (усилители, компараторы, регуляторы напряжения и источники опорного напряжения, преобразователи AC/DC и DC/DC, транзисторы IGBT и MOSFET); Computing Products (компоненты для компьютерных систем); Digital and Consumer Products (компоненты для бытовой техники и цифровых устройств потребительского рынка); Standard Products (стандартные компоненты) и Manufacturing Services (поддержка производства). Помимо собственно поставок, компания ON Semiconductor оказывает заказчикам помощь в разработках. Для этого она создала инженерные центры по разработке решений (Solution Engineering Center) в Сеуле, в Тайпее, в Портленде (шт. Орегон), в Мюнхене и в Сан-Хосе (шт. Калифорния). Благодаря этим центрам и инженерным ресурсам всей компании поддержку проектов и разработки ON Semiconductor ведет в США (в штатах Аризона, Калифорния, Род-Айленд, Техас, Орегон), в Китае, в Чехии, в Корее, Ирландии и во Франции. На НИОКР в компании направляется около 8% доходов. А с учетом полнофункционального веб-сайта (который теперь существует и в русскоязычном варианте) и линий телефонной поддержки компания способна оказывать помощь своим заказчикам 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Законной гордостью компании ON Semiconductor является ее система логистики. Производя около 30 млрд изделий в год (линейка продуктов компании включает более 29 тыс. наименований), компания ON Semiconductor способна доставить заказанные компоненты заказчикам тогда и туда, где им это потребуется. В настоящее время у компании 580 прямых заказчиков по всему миру; более 200 OEM-производителей она обеспечивает продукцией через дистрибьюторов. В числе потребителей продукции ON Semiconductor — компании Motorola, Delta, Hewlett-Packard, Hella, Schneider, GE, Samsung, Continental Automotive Systems, Siemens, Honeywell, Apple, Dell, Nokia, Intel и Sony. Широкая номенклатура электронных компонентов от ON Semiconductor позволяет выбрать необходимые микросхемы, ее инженерные ресурсы — в полной мере использовать технические достоинства выбранных изделий в конечных решениях заказчика, а система логистики, объединенная с возможностями логистики «Компэла», обеспечивает ритмичность производственных поставок.

См. AUTOMOTIVE SOLUTIONS FROM ON SEMICONDUCTOR на компаккт-диске. См. INDUSTRIAL SOLUTIONS BROCHURE на компакт диске.

4 См. COMPLETE CLOCK SOLUTIONS на компакт-диске.

5 См. «Руководство по выбору компонентов» на компакт-диске.

6 См. презентацию по Power Management, решения Power Supply and Power Adaptor Solutions и руководство Power Factor Correction Handbook на компакт-диске.

3

WWW.ELCP.RU

Перспективы развития световых приборов на базе светоизлучательных диодов ГЕНРИХ САРЫЧЕВ, д.т.н., академик РАЭ РФ., ООО «ВНИСИ» им. С.И. Вавилова ЕВГЕНИЙ МУДРАК, к.т.н., ООО «ВНИСИ» им. С.И. Вавилова ИЛЬЯ РАХМАНЧИК, инженер, ООО «ВНИСИ» им. С.И. Вавилова В статье рассматриваются параметры светоизлучающих диодов (СД) и условия их эксплуатации в световых приборах, обеспечивающие выход СД на широкий рынок светотехнической продукции. дают все основания рассчитывать на то, что в ближайшие 2—3 года будут получены СД со световой отдачей 150 лм/Вт в массовом производстве. К сожалению, опубликованных в открытой печати сведений о возможном прогрессе в стоимости СД нам пока неизвестны. Исключение составляет работа [7], где даётся прогноз снижения стоимости 1 лм излучаемого СД до нескольких центов. Сегодня разработчик световых приборов покупает СД мощностью в 1 Вт (100 лм) за 150—200 руб. Тем не менее из некоторых источников известно, что ведущие фирмы намерены снизить стоимость изделий в 2—4 раза, хорошо понимая, что без этой акции надежды на массовое внедрение изделий тщетны. В таблице 1 сопоставлены техникоэкономические параметры СД и традиционных источников света. Из неё следует, что по удельной стоимости в расчёте на световой поток (этот показатель в существенной мере определяет покупную, первоначальную цену изделия) СД проигрывают разрядным лампам (даже в перспективе). Однако при оценке по ресурсному показателю (руб./(лм∙ч)) перспектива более обнадёживающая. Более полная информация о перспективе внедрения СД представлена в таблице 2, где даны сравнительные оценки приведённых затрат некоторых групп световых приборов (СП) в расчёте

на 10 лет работы. Эти расчёты показывают, что в настоящее время по первоначальной цене СП на СД проигрывают СП с разрядными лампами. Доводы по преимуществу светодиодных светильников по приведённым затратам могут быть, тем не менее, использованы маркетологами уже сейчас. В перспективе покупные цены сравниваемых изделий сближаются, а затраты (на электроэнергию, обслуживание и амортизацию) становятся явно предпочтительными для СП на СД. Реализация всей номенклатуры СП представленной в таблице 1, предполагает решение ряда научно-технических задач. Одной из отличительных особенностей СД в сравнении с традиционными источниками света является зависимость их светотехнических характеристик от температуры кристалла. На рисунках 1, 2 и 3 приведены полученные нами зависимости световых характеристик СД типа XLD-AL-001 компании Cree. Недавняя публикация [8] свидетельствует об ещё больших проблемах, связанных с тепловым режимом СД. На рисунке 4 представлена зависимость срока службы СД в функции температуры кристалла* [8]. Эти данные говорят о том, что заявляемые производителями приборов сроки службы 80—100 тыс. ч по мень-

Табл. 1. Удельные стоимостные показатели ламп Тип ИС СД (XLD-AL-001WT) Cree, 1 Вт ЛЛ Мощность 18…65 Вт РЛВД Мощность 80…1000 Вт МГЛ, кварц Мощность 70…1000 Вт МГЛ, керамика Мощность 70…150 Вт КЛЛ Мощность 11…23 Вт Натрий Мощность 100…400 Вт

Удельный стоимостной показатель в расчёте на потребляемую мощность, руб./Вт 2008 г. Перспектива 200 50 0,9—8,0 0,75—2,7 3,9—10 9,3—19,2 8,47—14,1 1,1—3,9

Удельный стоимостной показатель в расчёте на световой поток, руб./лм 2008 г. Перспектива 2 0,3 0,03—0,12 0,014—0,065 0,03—0,108 0,1—0,228 0,14—0,256 0,01—0,039

Удельный стоимостной показатель в расчёте на световую энергию, руб./(лм.ч) 2008 г. Перспектива 20∙10–6 3∙10–6 –6 (2,4—7,8)∙10 (0,57—6,4)∙10–6 (3,3—10)∙10–6 (9,8—18,7)∙10–6 (14—25,8)∙10–6 (0,44—2,4)∙10–6

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

электронные компоненты №5 2009

41 С в е тот е х н и к а и о п тоэл е к т ро н и к а

Быстрый прогресс светоизлучающих диодов (СД) в последние 10—15 лет вызвал повышенное ожидание их роли в современной светоиндустрии. Эти ожидания аргументировались очевидными преимуществами СД: высокой световой отдачей, сверхвысоким ресурсом, пониженными затратами на обслуживание, управляемостью динамикой света и регенерируемостью белого света, глубокой диммируемостью без изменения цвета, безртутностью и т.д. [1—3]. Однако указанные преимущества могут реализоваться на широком рынке светотехнической продукции только при условии адекватных достижений трёх основных параметров: световой отдачи, срока службы и стоимости СД. Как показывают последние оценки фирмы Cree, срок службы белых СД в дальнейших прогнозах может быть принят на уровне 80—100 тыс. ч. Имеющиеся сведения об изменении их цветности должны быть особо проверены и, в случае необходимости, приняты специальные меры по повышению стабильности работы люминофора [3—4]. По состоянию на конец 2008 г. световая отдача СД передовых фирм составила 90…100 лм/Вт, причём оценки сделаны фирмой Lumiled Lighting [1—5]. Реальные достижения фирмы Оsram (155 лм/Вт при токе 350 мА) [6] также

Рис. 1. Световая отдача СД как функция температуры

шей мере некорректны. Нам не известны конструкции, в которых температура СД была бы ниже окружающей температуры. В лучших решениях температура СД достигает 50…60°С при окружающей температуре 20…25°С, что соответствует сроку службы прибора порядка 50 тыс. ч. В большинстве случаев температура корпуса 50…60°С адекватна температуре СД порядка 70…80°С, т.е. сроку службы прибора 10—15 тыс. ч. При традиционном подходе к конструированию световых приборов (СП) тепловой режим источников света обеспечивается съёмом тепла с корпуса СП за счет свободной конвекции окружающего воздуха. При этом с корпуса традиционных СП снимаются тепловые потоки порядка 300…3000 Вт/м2. Нижний диапазон соответствует СП с

Рис. 4. Срок службы СД как функция температуры кристалла

Рис. 2. Световая отдача как функция мощности СД

Рис. 3. Световой поток как функция мощности СД

люминесцентными лампами. Верхний предел — СП с разрядными лампами высокого давления. При том же подходе к конструированию СП на базе СД имеются два варианта: первый — СД монтируются на плате, находящейся внутри корпуса светильника; второй — монтаж СД осуществляется непосредственно на корпусе СП. В первом — допустимые удельные тепловые нагрузки не должны превышать 200 Вт/м2. Во втором варианте съём тепла может быть увеличен вдвое. В любом случае максимальный поток с 1 м2 площади радиатора СД в рассматриваемом случае может составить не более 105 лм, что близко к параметрам люминесцентных светильников, но более чем на порядок величины ниже, чем у СП с разрядными лампами высокого давления. Эти соображения говорят о том, что прогнозируемое повышение световой отдачи СП и снижение их стоимости могут быть недостаточны для серьёзной диверсификации светодиодной технологии в светотехнику. Нам представляется, что решение проблемы находится на пути интенсификации отвода тепла от СД при одновременном агрегировании кристаллов

на меньшей площади (кластеры), причём поиски путей интенсификации теплосъёма следует искать на пути использования наиболее интенсивных тепловых процессов, связанных с фазовым переходом вещества, который происходит при температурах, близких к оптимальной температуре кристалла (40…60°С). В работе [9] рассмотрен случай фазового перехода — парообразование жидкости. Оценки показывают, что при плотности теплового потока 104…105 Вт/м2 для жидкости с температурой кипения, близкой к 40…60°С (этиловый, метиловый спирты, пентан, аммиак) коэффициент теплоотдачи составляет 103…104 Вт/ (м2∙К), а температурный напор — 1...10°С. Это говорит о принципиальной возможности реализации такого пути интенсификации съёма тепла с СД. Второй путь съёма тепла — термоэлектрическая система охлаждения (эффект Пельтье) — позволяет в принципе получить температуру окружающей среды. Таким образом, имеется возможность в максимальной степени использовать ресурсный потенциал светоизлучающих диодов, правда, за счёт некоторого усложнения конструкции и дополнительных затрат электроэнергии.

Табл. 2.1 Технико-экономический расчёт стоимости и приведённых затрат СП на СД в сравнении с СП на традиционных ИС п/п 1

С в е тот е х н и к а и о п тоэл е к т ро н и к а

42

1-1 1-2 1-3 2 2-1 2-2 2-3 3 3-1 3-2 3-3 4 4-1 4-2 4-3 5 5-1 5-2 5-3

Стоимость, затраты Тип СП СП для общественных зданий (RTF 2×28 Вт Т5) Аналог на СД по 2008 г. Аналог на СД по 2011–12 гг. Аналог на СД по 2011–12 гг. СП для промышленных зданий (РСП05-250-001) Аналог на СД по 2008 г. Аналог на СД по 2011—12 гг. Аналог на СД 2011—12 гг. . СП для промышленных зданий (ГСП17-250) Аналог на СД по 2008 г. Аналог на СД по 2011—12 гг. Аналог на СД по 2011—12 гг. СП для улиц (РКУ15-250-151) Аналог на СД по 2008 г. Аналог на СД по 2011—12 гг. Аналог на СД по 2011—12 гг. СП для животноводческих комплексов Аналог на СД по 2008 г. Аналог на СД по 2011—12 гг. Аналог на СД по 2011—12 гг.

www.elcp.ru

Стоимость прибора Q10–Приведенные, и лампы СП, руб. годовые затраты, руб.

9400 Сп = 3643 Сл = 300 Сп = 2300 Сл = 7200 10260 Сп = 2300 Сл = 3200 7200 Сп = 2300 Сл = 1600 5540 Сп = 2635 Сл = 300 27430 Сп = 3000 Сл = 15000 22120 Сп = 3000 Сл = 6700 15790 Сп = 3000 Сл = 3350 14450 Сп = 3000 Сл = 1000 31000 Сп = 3400 Сл = 22500 30080 Сп = 3400 Сл = 10000 19400 Сп = 3400 Сл = 5000 17400 Сп = 4953 Сл = 300 29750 Сп = 3400 Сл = 22500 30080 Сп = 3400 Сл = 5000 19400 Сп = 4953 Сл = 300 17400 Сп = 2200 Сл = 100 12260 Сп = 2400 Сл = 3600 13010 Сп = 400 Сл = 1600 11490 Сп = 2400 Сл = 800 11170

Примечание τ = 20000 ч ηСД = 48 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/Вт ηСД = 32 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/Вт ηСД = 32 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт τ = 15000 ч ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/Вт ηСД = 67 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/Вт ηСД = 67 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт τ = 10000 ч ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 150 лм/Вт ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/Вт ηСД = 50 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/Вт τ = 15000 ч ηСД = 100 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/Вт ηСД = 67 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/Вт ηСД = 67 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт τ = 20000 ч ηСД = 24 шт. Ссд = 150 руб./шт. η = 100 лм/Вт ηСД = 16 шт. Ссд = 100 руб./шт. η = 150 лм/Вт ηСД = 16 шт. Ссд = 50 руб./шт. η = 150 лм/Вт

Рассмотренный новый подход к проектированию СП с использованием мощных кластеров СД предполагает новые методы построения оптических систем прибора. Оптические особенности СД позволяют, в принципе, создавать вторичную оптику на самих чипах, решая, таким образом, формирование конечного продукта — КСС. Однако этот путь имеет своим следствием существенное увеличение габаритов кластера, что в ряде случаев неприемлемо (увеличение габаритов СП, снижение плотности теплового потока с уходом из зоны режима кипения). Второй путь — максимальное уменьшение размеров кластера, размещение его внутри прибора (либо на его корпусе) и использование «финишной» отражающей или преломляющей оптики. И, наконец, третий путь — формирование специально рассчитываемой поверхности, на которой располагаются СД без использования оптики вторичной или отражателя. Совершенно очевидно, что в некоторых случаях (более сложная конфигурация КСС) можно использовать комбинацию этих приёмов. В заключение заметим, что существующие в настоящее время стандарты по полупроводниковым приборам относятся к нормированию одиночных светоизлучающих диодов. Современные приборы на основе СД представляют собой, как правило, модульные конструкции и рассматривать их как простую совокупность одиночных СД недостаточно корректно. В этой связи актуальна разработка специальных стандартов по терминологии, нормированию световых приборов на базе СД и методам (в т.ч. фотометрическим) их измерения. От редакции

Литература 1. Форум по проблемам и перспективам применения светодиодов LED Forum, Светотехника, № 6, 2007 г.

2. M. George Craford. High Power LEDs for Solid State Lighting: Status, Trends and Challenges J.Light&vis.Env 2008, Vol.32, #2 р. 58—68.

3. Форум-семинар “International LED & FPD Executive Forum and Seminar”, Корея, Сеул, июнь, 2008 г.

4. А.Г. Полищук, А.Н. Туркин. Деградация светодиодов на основе гетероструктур нитрида галлия и его твердых растворов// Светотехника, № 5, 2008г. с. 44—47.

5. Компания Cree//www.prochip.ru.

6. Мировой рекорд в лаборатории Оsram: значительное увеличение яркости и эффективности белых светодиодов// osram.ru.

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

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

9. Г.С. Сарычев, Е.И. Мудрак. Интен­си­фикация съёма теп­ла со светоизлучающих диодов/Известия Академии элек­тро­тех­ни­че­ ских наук РФ, №2, 2008 г., с.73—76.

Полезные ссылки 1. По драйверам светодиодов компаний Aimtec, Micrel и Semtech.

2. Новые источники MeanWell для светодиодных систем.

43 С в е тот е х н и к а и о п тоэл е к т ро н и к а

В статье были подробно рассмотрены особенности эксплуатации светодиодов. Однако не менее важный вопрос при использовании светодиодных источников света — корректный выбор источника питания (ИП), от которого зависит срок службы светильников, цена, а также возможность работы их от пониженного напряжения питания. Большое число компаний выпускает такие ИП. Подробнее об источниках питания мы собираемся рассказать в следующих статьях.

электронные компоненты №5 2009

Новые компоненты на российском рынке ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Портативный полнофункциональный осциллограф эконом-класса от Agilent

Компания Agilent Technologies Inc. представила новое семейство цифровых осциллографов серии 1000, которые по своим функциональным возможностям не уступают более дорогостоящим приборам. В новую серию входят 6 двух- и четырехканальных моделей с верхней границей полосы пропускания 60, 100 или 200 МГц. Глубина корпуса новых осциллографов — всего 127 мм, а вес — 3 кг. Среди ключевых преимуществ новой серии осциллографов Agilent 1000 можно отметить следующие.

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

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

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

Agilent Technologies Inc. www.agilent.ru

44

Дополнительная информация: см. Agilent Technologies Inc.

МК И DSP Новые 16-разрядные микроконтроллеры с низким током потребления в режиме ожидания от Microchip

Компания Microchip анонсировала семейство 16-разрядных микроконтроллеров PIC24F16KA с новой технологией nanoWattTM, обеспечивающей самый низкий ток потребления в режиме ожидания среди существующих микроконтроллеров — не более 20 нА. Низкое энергопотребление в сочетании с интегрированной памятью EEPROM и миниатюрным маловыводным

WWW.ELCP.RU

корпусом делает микроконтроллеры семейства PIC24F16KA идеальным решением для портативных устройств с батарейным питанием. Микроконтроллеры PIC24F16KA обеспечивают ток покоя 20 нА благодаря новой технологии nanoWatt XLP, которая предоставляет разработчикам гибкие возможности по экономии энергии, используя множество источников пробуждения, таких как часы реального времени (RTCC), сброс по провалу напряжения (BOR), прерывания, сторожевой таймер, изменение состояния портов ввода/вывода. Новые микроконтроллеры, выполненные по технологии nanoWatt XLP, идеально подходят для использования в таких устройствах как удаленные датчики, которые могут работать более 20 лет от одной батарейки. Кроме малого энергопотребления и миниатюрного исполнения, микроконтроллеры семейства PIC24F16KA обладают производительностью 16 MIPS и поддерживаются эффективным C-компилятором, что позволяет реализовывать сложные алгоритмы. К тому же, микроконтроллеры PIC24F16KA включают два компаратора полного размаха (rail-to-rail), модуль mTouchTM для работы с емкостными сенсорами, интерфейсы SPI, I2C и 2×UART. Предполагаемые сферы применения микроконтроллера: потребительская и промышленная электроника, медицинская техника. Для ознакомления с новым семейством предлагается колодка под отладочную плату Explorer 16 с контроллером PIC24F16KA (MA240017).

Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology

АНАЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ Первые в мире операционные усилители со встроенной схемой однократной калибровки от Microchip

Компания Microchip анонсировала первые и единственные в мире ОУ с технологией mCal — встроенной схемой калибровки, компенсирующей напряжение смещения при включении питания при помощи детектора сброса, либо по состоянию внешнего вывода. Это обеспечивает изначально низкое напряжение смещения, а также минимальный дрейф напряжения смещения со временем и при изменении температуры, что является весьма привлекательным для применения в контрольноизмерительном оборудовании. Полоса рабочих частот до 50 МГц и выход полного размаха (rail-to-rail) с током до 95 мА делают MCP65x идеальными для применения в различных приложениях потребительского, промышленного и медицинского назначения. Большой выходной ток, позволяющий MCP65x работать на значительную нагрузку, делает возможным применение ОУ в различных устройствах, в то время как выход полного размаха обеспечивает большой динамический диапазон. Новые ОУ найдут применение также в высокоскоростных приложениях. Примерами таких приложений могут быть микрофонные предусилители, оптические детекторы, сканеры штриховых кодов, медицинское мониторинговое оборудование, ультразвуковое оборудование и т.д.

Кроме того, компания Microchip предлагает демонстрационную плату MCP651 Evaluation Board (MCP651EV-VOS). Она является простым способом измерения разброса входных напряжений в соответствии с документацией, а также измерения, связанного с напряжением питания, синфазным напряжением, выходным напряжением, входным напряжением смещения и их зависимостью от температуры и помех. ОУ MCP651 доступны в 8-выводном корпусе SOIC, а MCP652 — в 8-выводном SOIC и DFN (3×3 мм), MCP655 — в 10-выводном MSOP и DFN (3×3 мм).

Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Новый модуль для беспроводной связи стандарта IEEE802.15.4 с увеличенной дальностью и сертифицированный стек ZigBee® PRO от Microchip

Компания Microchip расширяет номенклатуру решений для беспроводных сетей IEEE802.15.4 и ZigBee® для применения во встроенных системах. Модуль MRF24J40MB — второй законченный модуль приемопередатчика на диапазон 2,4 ГГц от Microchip, разработанный для поверхностного монтажа. Модуль содержит малошумящий входной усилитель (LNA), увеличивающий чувствительность приемника; выходной усилитель, увеличивающий мощность передатчика до 20 дБм; печатную антенну; схему согласования. Модуль обеспечивает совместимость с приемопередатчиками стандарта IEEE802.15.4, а увеличенная мощность передатчика позволяет расширить сферы применения в беспроводных сетях IEEE802.15.4 на базе ZigBee- или пользовательского протоколов. Кроме того, компания Microchip предоставляет новый сертифицированный стек протоколов ZigBee PRO для организации беспроводных сетей IEEE 802.15.4 на базе PICмикроконтроллеров. В совокупности стек протоколов ZigBee PRO, приемопередатчик MRF24J40 и любой из 16-разрядных контроллеров PIC24 или dsPIC33 формируют совместимую платформу ZigBee PRO, сертифицированную в альянсе ZigBee. Для систем, где не требуется большого количества узлов и функциональной совместимости с ZigBee, предлагается более простой и недорогой стек протоколов MiWi™ или MiWi P2P, также построенный на основе стандарта IEEE 802.15.4. Все предлагаемые Microchip стеки протоколов доступны для бесплатной загрузки с сайта www.microchip.com/Wireless. Компания Microchip предлагает также отладочную плату MRF24J40MB PICtail™ Plus Daughter Board (AC163028-2). Это дочерняя плата, подключаемая к популярной отладочной плате разработчика Explorer 16. Дополнительно, для слежения и анализа трафика, путей прохождения и декодирования пакетов в сети, предлагается анализатор беспроводных сетей ZENA™ Wireless Network Analyser.

Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology Многоканальные компактные узкополосные радиомодули для промышленного применения от Circuit Design

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

Оба устройства совместимы с предыдущими моделями: передатчиком CDP-TX-04S-R и приемником CDP-RX-03AS-R. Новые устройства имеют несколько дополнительных функций. Если у предыдущих моделей был всего лишь один радиочастотный канал, то новые устройства запрограммированы на работу в четырех каналах. Кроме того, в пределах основного диапазона ISM (426 МГц в Японии, 434 и 869 МГц в Европе, 915 МГц в США) частотную таблицу можно настроить в соответствии с требованиями заказчика. Кварцевый генератор с термостабилизацией, используемый в качестве генератора опорной частоты для радиокомпонентов, обеспечивает стабильность работы на ВЧ. Если предыдущая модель работала в диапазоне –10…60°C, то у нового устройства этот диапзон увеличился до –20…65°C. При выходной мощности 10 мВт (5 мВт при 869 МГц, 1 мВт при 426 МГц, 0,5 мВт при 915 МГц), установленной для узкополосных ЧМ- и супергетеродинных приемников с двойным преобразованием частоты и высокой чувствительностью в европейской ISM-полосе частот, диапазон связи (в пределах прямой видимости) составляет до 600 м.

CDP-TX-05M-R/CDP-RX-05M-R характеризуются следующими особенностями: – совместимость со стандартами R&TTE (EN300220) и RoHS — 434-МГц версия и 869-МГц версия для европейского рынка; – ARIB-T67 — 426-МГц версия для японского рынка; – FCC Part15.249 — 915-МГц версия для рынка США; – компактность и малый вес у передатчика: 22×12×6 мм, 3 г; у приемника — 36×26×8 мм, 13 г; – 4 ВЧ-канала с 25-кГц разделением каналов с узкополосной ЧМ; – супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты и высокой чувствительностью –120 dBm (434 МГц SINAD 12 дБ). Области применения: – дистанционное управление в промышленности; – системы безопасности и сигнализации; – телеметрия и мониторинг; – системы слежения.

Circuit Design, Inc. www.circuitdesign.jp

Дополнительная информация: см. Circuit Design, Inc.

АЦП/ЦАП Cдвоенные быстродействующие АЦП с низким энергопотреблением от Analog Devices

Компания Analog Devices Inc. анонсирует 18 новых недорогих сдвоенных АЦП с разрешающей способностью 10…16 разрядов. Новые АЦП обладают лучшими в своем классе динамическим диапазоном и шумовыми характеристиками, а также способны экономить до 60% потребляемой энергии по сравнению с энергопотреблением аналогичных компонентов конкурентов.

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

электронные компоненты №5 2009

45

бляющий всего 376 мВт. AD9251 — сдвоенный 14-разрядный АЦП, который потребляет всего 86 мВт на канал при рабочей частоте 80 МГц и позволяет сэкономить до 50% потребляемой энергии. Все приборы новой серии работают от одного источника питания напряжением 1,8 В для аналоговых входов и 1,8 или 3,3 В для цифровых КМОП-выходов, в то время как выходы семейства AD9268 работают от источника 1,8 В с уровнями КМОП или LVDS. Кроме того, в микросхемы встроена программируемая схема распределения тактовых импульсов и данных, а также схема генерации и вывода тестовых сигналов. Совместимые по выводам, сдвоенные АЦП доступны в разных градациях по быстродействию. Наименование AD9204BCPZ-20 AD9204BCPZ-40 AD9204BCPZ-65 AD9204BCPZ-80 AD9231BCPZ-20 AD9231BCPZ-40 AD9231BCPZ-65 AD9231BCPZ-80 AD9251BCPZ-20 AD9251BCPZ-40 AD9251BCPZ-65 AD9251BCPZ-80 AD9258BCPZ-80 AD9258BCPZ-105 AD9258BCPZ-125 AD9268BCPZ-80 AD9268BCPZ-105 AD9268BCPZ-125

Разрешение, Рабочая частота, Потребляемая мощность, бит МГц мВт/канал 10 20 33 10 40 48 10 65 68 10 80 82 12 20 35 12 40 51 12 65 71 12 80 84 14 20 39 14 40 54 14 65 74 14 80 86 14 80 182 14 105 252 14 125 376 16 80 182 16 105 252 16 125 376

Analog Devices Inc. www.analog.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ЗАО

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

Компания Аvalue представляет новую серию панельных компьютеров с сенсорным экраном диагональю 25 и 22 см. Компьютеры имеют следующие основные характеристики: – высокопроизводительный процессор Intel® Atom 1,6 ГГц (с технологией Hyper Threading — 2 виртуальных ядра); – защита фронтальной панели от пыли и воды IP 65; – возможность работы в широком диапазоне питающих напряжений 10…28 В; – сенсорный экран с размером по диагонали 25 и 22 см; – интерфейсы и разъемы: 2×Gigabit Ethernet, 1 Compact Flash, 2 COM-порта (RS-232, RS-232/422/485), 4×USB 2.0, звуковые входы и выходы, дополнительный разъем VGA, разъем miniPCIe. Аvalue www.avalue.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ЗАО

WWW.ELCP.RU

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

Компания Murata Power Solutions начала выпуск DC/DC-прео­б­ разователей мощностью 1 Вт со стабилизированным выходом серии NTF. Преобразователи имеют одиночный выход, гальваническую развязку вход/выход 1000 В DC и расширенный диапазон входных напряжений (см. таблицу ниже). Отличительные особенности: – вход дистанционного управления включением/выключением преобразователя; – подстройка выходного напряжения в пределах ±10%; – продолжительная защита от короткого замыкания на выходе (до 15 с).

DC/DC-преобразователи серии NTF найдут применение в любых устройствах с питанием от батарей или аккумуляторов и позволят снизить производственные расходы за счет применения автоматизированного монтажа на печатную плату. Внешний вид

Серия

Мощность, Вт

Вход, В DC

Выход, В/мА DC

NTF

1

4…6 В; 9…15 В; 18…36 В

5/200; 12/83; 15/66

Основные характеристики: – рабочий диапазон температур –40…85°С; – MTBF до 1 400 000 часов; – габариты 18×17,8×6,5 мм.

Murata-PS www.murata-ps.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ЗАО

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ

46

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Новые мощные светодиоды от High Power Lighting

Корпорация High Power Lighting (HPL) объявила о начале выпуска новых SMD-светодиодов серии SHOCK мощностью 1 Вт. Серия SHOCK — это низкая цена и высокий световой поток. Следует отметить, что низкая стоимость светодиода достигнута не в ущерб качеству. Традиционно, компания HPL при подходе к разработке изделий уделяет особое внимание производственному процессу и новейшим достижениям в области полупроводникового освещения. Не исключением стали и новые светодиоды. Светодиоды серии SHOCK обладают уникально малыми размерами — 4×4×1,7 мм с первичной оптикой, а толщина самого корпуса всего 0,34 мм. Новый светодиоды работают на токе 350 мА и излучают световой поток 80 лм в холодном белом цвете (HPL-H40ZW1BA), при этом значение максимального импульсного тока составляет 500 мА. Помимо белого цвета излучения, светодиоды серии SHOCK выпускаются красного (длина волны 625 нм), синего (470 нм), зеленого (525 нм), оранжевого (615 нм), янтарного (590 нм) цветов, а также УФ- и ИК-спектров. При разработке новинок компания HPLighting позаботилась о конечных потребителях, предлагая выбор вторичной оптики компактных размеров. Сейчас доступны исполнения с углами 15°, 25° и 45°. Ниже приведены краткие технические данные на некоторые светодиоды с первичной оптикой.

Наименование

Световой поток, лм

Цвет

HPL-H40ZB1BA

10

Синий

HPL-H40ZG1BA

55

Зеленый

HPL-H40ZR1BA

35

Красный

HPL-H40ZW1BA

80

Холодный белый

Тепловое сопротивление, °С/Вт

Угол, град.

10

140

ОАО «Морион» www.morion.com.ru

Дополнительная информация: см. «Морион», ОАО

High Power Lighting www.hplighting.com.tw

Дополнительная информация: см. «НЕОН-ЭК», ООО

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ Новые высокочастотные малошумящие прецизионные кварцевые генераторы от ОАО «Морион»

ОАО «Морион» (СанктПетербург) представляет качественно новые высокочастотные малошумящие прецизионные кварцевые генераторы. Это вибро-акустоустойчивые прецизионные генераторы ГК148-ТС и ГК213-ТС, выпускаемые в категории качества «ВП». Ключевой особенностью кварцевого генератора ГК148-ТС является отсутствие собственных механических резонансных частот конструкции в диапазоне до 2 кГц, что позволяет 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 56…100 МГц. Особенностью кварцевого генератора ГК213-ТС является практическое отсутствие у данного прибора деградации фазовых шумов при воздействии ШСВ. Реализованный уровень фазовых шумов не более –135 дБ/Гц для отстройки 100 Гц и не более –160 дБ/Гц для отстройки 10 кГц. ГК213-ТС обеспечивает стабильность частоты до 1·10 –7 в интервале рабочих температур –55…70˚С и долговременную стабильность частоты до 3·10 –7 за год. Диапазон частот 48…100 МГц. Основные стандартные частоты 48, 56, 60 и 100 МГц.

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

Agilent Technologies Inc. 115054, Москва, Космодамианская наб., 52, стр.1 Тел.: +7 (495) 797-3928 tmo_rus@agilent.com www.agilent.ru Circuit Design, Inc. International Business Division 7557-1 Hotaka, Azumino, Nagano 399-8303, Japan Тел.: +82 (0)263-82-1024 Факс: +81 (0)263-82-1016 info@circuitdesign.jp www.circuitdesign.jp Microchip Technology 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 «НЕОН-ЭК», ООО 199178 С.-Петербург, ВО, 8-я линия, д.79 Тел./факс: (812) 335-00-65 www.e-neon.ru www.powerled.ru «Элтех», ООО 198035, С.-Петербург, ул. Двинская, 10, к. 6А Тел.: (812) 635-50-60 Факс: (812) 635-50-70 info@eltech.spb.ru www.eltech.spb.ru

47

Новости мобильных приложений

| Samsung выпустила новый мобильный процессор | Компания Samsung Electronics представила S5P6440 — новейший продукт в серии прикладных процессоров на базе архитектуры ARM11, который производится с применением низковольтной CMOS-технологии по проектным нормам 45 нм. Чип основан на ARM1176 с тактовой частотой 533 или 667 МГц. Процессорное ядро, интегрированные аппаратные ускорители и периферийные интерфейсы соединяются 64-битовой шиной AXI (166 МГц), что обеспечивает быстродействие ввода/вывода, необходимое для мультипроцессорной работы. Входящий в состав S5P6440 ускоритель 2D-графики совместим со стандартным API OpenVG, поддерживающим продвинутые функции сглаживания, альфа-смешения, а также векторную графику для плавного масштабирования без потери качества. Система коррекции ошибок работает с устройствами MLC NAND, контроллер DRAM совместим с mDDR (mobile DDR) и с недорогой памятью DDR2. Чип включает также интерфейс DSI (display serial interface) Альянса MIPI , который упрощает дисплейный разъем и использует дифференциальный сигнал, снижающий электромагнитные помехи. Образцы S5P6440 в корпусе FBGA (13×13 мм) уже предоставляются ключевым заказчикам; масштабный выпуск продукта начнется в III квартале. www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №5 2009

Вторая Конференция

ARM developers 17FORUM сентября 2009 г. УЧАСТНИКИ КОНФЕРЕНЦИИ: • Разработчики и руководители отделов разработки OEM-компаний; • Контрактные разработчики; • Инженеры-программисты компаний-производителей микроконтроллеров ПРОГРАММА КОНФЕРЕНЦИИ Пленарная часть

10:00 —13:00 − Обзор мирового рынка микроконтроллеров, положение ARMмикроконтроллеров на рынке в целом и по сегментам. − Развитие технологии ARM: представление новых разработок и перспектив развития. − ARM-community – взаимодействие и синергия: производители полупроводников, дизайн-хаусы, OEM-компании, разработчики и производители встраиваемых систем, средств разработки. − Презентации новых производителей микроконтроллеров: особенности, преимущества, области применения.

14:00 — 18:00 Работа секци й

− ТЕЛЕКОМ И МУЛЬТИМЕДИА (для разработчиков телеком оборудования, оборудования приема цифрового телевидения, автомобильной мультимедийной аппаратуры, гаджетов) − ПРОМЫШЛЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ЗДАНИЕМ (для разработчиков промышленной автоматики, систем безопасности, контроля доступа, пожарной безопасности, торгового оборудования, счетчиков) − РАЗРАБОТКА СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ ARM (для разработчиков SoC)

•

Стоимость участия в конференции — 6000 руб. для одного представителя компании.

•

Для подписчиков, рекламодателей и участников конференций ИД «Электроника» действуют скидки.

За более подробной информацией обращайтесь в оргкомитет конференции. Контактное лицо: Наталия Ясенцева Тел.: (495) 741-7701, доб. 2331; e-mail: n.yasentseva@ecomp.ru