Электронные компоненты №6/2009

содержание

№6/2009 8 Время ответить на вызов 10, 31, 39, 41, 56 События рынка

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ 11 Андрей Колпаков MiniSKiiP® IPM — новая архитектура интеллектуальных модулей средней мощности 15 Оптопары для поддержки мощных импульсных преобразователей с высокой скоростью переключения 17 Пол Гринлэнд Разработка системы питания устройства с использованием POL-преобразователей 20 Мэтью Рено, Ивз Ганьон Импульсные бездроссельные стабилизаторы избавляют от необходимости использовать дорогостоящие внешние компоненты

25 Джон Беттен Накачка и сброс — больше энергии, чем вы ожидали!

28 Цезаре Боккиола Оптимизация схемы повышающего преобразователя с коррекцией коэффициента мощности 32 Арефин Мохаммед Развитая логика управления повышает эффективность возобновляемых источников энергии 35 Владимир Бродин, Игорь Булатов Модуль TE-STM32F103 — встраиваемое решение на основе микроконтроллера с ядром Cortex-M3

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И DSP 40 Технология nanoWatt компании Microchip

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 42 Виктор Ежов Стандартизация и расчет тепловых характеристик мощных светодиодов

4 содержание

49 Иван Сыроваткин Мощные светодиоды High Power Lighting

ГЕНЕРАТОРЫ И СИНТЕЗАТОРЫ СИГНАЛОВ 51 Юрий Никитин, Сергей Дмитриев Новый радиочастотный синтезатор частот с дробным коэффициентом деления ADF4193

www. elcp.ru

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА и СИСТЕМЫ 57 Хелен Бёрни, Дж. О’Риордан Сканер импеданса для контроля свёртывания крови

ТЕОРИЯ и ПРАКТИКА 59 Екатерина Самкова Увеличение ресурсов сети 61

НОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ

contents # 6 / 2 0 0 9

E LEC TRO N IC COM PO N E NTS 20 0 9 #6 MARKET 8 Time to Accept Challenge

MCU and DSP 40 nanoWatt Technology from Microchip

10, 31, 39, 41, 56 market events

LIGHTING and OPTOELECTRONICS 11 Andrey Kolpakov MiniSKiiP® IPM — New Architecture of Intellectual Mean Power Units 15 Optocouplers Support High Power, High Speed Switching Inverters 17 Paul Greenland Developments in Point of Load Regulation 20 Mathieu Renaud and Yves Gagnon Inductorless Switching Regulators Eliminate Costly External Component 25 John Betten Pump and Dump — Delivering More Power Than You Thought Possible!

28 Cesare Bocciola Optimizing PFC Boost Converter Design 32 Arefeen Mohammed Control Intelligence Improves Renewable Energy Efficiency 35 Vladimir Brodin and Igor’ Bulatov TE-STM32F103 Unit As a Cortex-M3 MCU-based Embedded Solution

42 Victor Ezhov On the Standardization of Thermal Characterization of LEDs 49 Ivan Syrovatkin Powerful LEDs from High Power Lighting

WAVEFORM GENERATORS AND SYNTHESIZERS 51 Uriy Nikitin and Sergey Dmitriev New ADF4193 RF Synthesizer with Fractional Division Ratio

5

TEST and MEASUREMENT 57 Helen Berney and J.J. O'Riordan Impedance Measurement Monitors Blood Coagulation

THEORY and PRACTICE 59 Yekaterina Samkova Spread Spectrum 61 NEW COMPONENTS AT THE RUSSIAN

MARKET

электронные компоненты №6 2009

содержание

POWER ICs

Дополнительные материалы

на компак т-диске К статье «Разработка системы питания устройства с использованием POL-преобразователей»

К статье «Стандартизация и расчет тепловых характеристик мощных светодиодов»

Техническая документация на SC417

Стандарт EIA/JEDEC JESD51.1

Paul Greenland. Developments in Point of Load Regulation

Техническое описание тестового оборудования TeraLED компании Mentor Graphics

Imlementing point-of-load power architectures: An overview of recent products and technologies John Tucker. How to fine tune Point-of-Load regulation in Digital TVs

К статье «Импульсные бездроссельные стабилизаторы избавляют от необходимости использовать дорогостоящие внешние компоненты» Моделирование и анализ модуляции с пропуском импульсов Определение и расчет PSRR

К статье «Оптимизация схемы повышающего преобразователя с коррекцией коэффициента мощности» Техническая документация на транзистор IRGP4068D Указания по применению микросхемы IR1150 и описание демонстрационной платы IRAC1150-300W Cesare Bocchiola. Optimizing PFC Boost Converter Design.

P. Ram Mohan, M. Vijaya Kumar, O. V. Raghava Reddy.

Simulation of a Boost PFC Converter with Electro Magnetic Interference Filter // International Journal of Electrical Systems Science and Engineering

Andras Poppe, Clemens J.M. Lasance. On the Standardization of Thermal Characterization of LEDs Cathy Biber. Effect of Thermal Environment on LED Light Emission and Lifetime OSTAR®-Lighting Application Note, OSRAM Opto Semiconductors GmbH LEW E3A Datasheet, OSRAM Opto Semiconductors GmbH Thermal Management of OSTAR® Projection Light Source Application Note, OSRAM Opto Semiconductors Understanding Power LED Lifetime Analysis, Philips Lumileds White Paper

К статье «Новый радиочастотный синтезатор частот с дробным коэффициентом деления ADF4193» Рис. 7–14 Табл. 4–14

К статье «Увеличение ресурсов сети» J. Meel. Spread spectrum. Introduction J. Meel. Spread spectrum. Applications

Компании:

производите ли, дис трибьюторы, пос тавщики 6 содержание

21 Agilent Technologies Inc. 7 EEMB 4-я обл. International Rectifier Москва IR/ Компэл 2 Microchip Technology Corp.

2-я обл. МТ-Систем, ООО 19 МЭЛТ, ООО 4 Резонит, ООО 48 Реом СПб, ЗАО 3-я обл. Симметрон, ЗАО

19 Александер Электрик Дон, ООО

16 СМП, ООО

34 Альбатрос Электроникс, ООО

37 Терраэлектроника, ООО

31 Гранит-ВТ ЗАО Спб 13 Компэл, ЗАО

www. elcp.ru

1, 29 Элтех, ООО

Время ответить на вызов После того как рынок электронных компонентов резко «просел» в начале кризиса, наступил своего рода период стабилизации. Падение продаж остановилось на уровне 30—50%, и теперь от этого нового уровня измеряются новые удачи и неудачи поставщиков. Произошли серьезные изменения в политике закупок, в работе с клиентами, в кадровой политике дистрибьюторов. Вместе с тем, кризис стал стимулом для развития новых направлений и сервисов. О позитивных возможностях в период кризиса мы поговорили с Евгением Левиным, президентом компании Rainbow Technologies.

РЫНОК

8

— Компания Rainbow Technologies, будучи белорусской по происхождению, тем не менее активно работает на российском рынке и наряду с двумя другими белорусскими поставщиками («ФЭК, «РСП») входит в двадцатку крупнейших дистрибьюторов электронных компонентов в России. Чем, на Ваш взгляд, объясняется такая активность белорусских поставщиков, может быть, у них есть какие-то особые преимущества?

— Не думаю, что есть какие-то особые преимущества, и не знаю истории прихода на российский рынок других белорусских дистрибьюторов. Возможно, они пришли сюда уже сложившимися компаниями с широкими продуктовыми линейками. Наш пример другой. Мы начали работать в России в 1998—99 гг., будучи монобрендовой компанией, представляющей Dallas Semiconductor. За плечами было мало опыта, и именно в России мы приобретали необходимые навыки и опыт. Поэтому я не говорил бы о Rainbow Technologies как о белорусской компании, пришедшей на российский рынок. Предприятие росло и формировалось в России, как любая другая российская компания с той лишь разницей, что старт был более поздним. Если же задуматься над тем, почему белорусские поставщики хорошо чувствуют себя на российском рынке, то этому способствуют общий опыт и отсутствие языкового барьера. К тому же, белорусский рынок электронных компонентов не имеет большой емкости, и для компаний, которые достигли определенных высот и стремятся двигаться дальше, выход на российский рынок вполне естественен: на нем больше возможностей. Кстати, есть и обратные процессы. Но далеко не все коллеги из России заинтерессованно работают в Беларуси. По той же самой причине.

— Сегодня Rainbow Technologies известна уже как мультибрендовый поставщик электронных компонентов. Продукция каких производителей обеспечивает компании основные объемы продаж?

— Да, теперь Rainbow Tech­no­l o­ gies — это мультибрендовая компания, и мы с самого начала стремились представлять интересы нескольких ведущих производителей компонентов. Исторически сложилось, что базовыми для нас стали два бренда — Maxim (ранее Dallas Semiconductor) как преимущественно аналоговая компания и Atmel как цифровая. При этом у нас есть прямые соглашения и с другими производителями компонентов, продукцию которых мы широко представляем, но такого объема и уровня отношений, которые отличают сотрудничество с Maxim и Atmel, они не достигают.

— Можно ли сказать, что с самого начала своей деятельности компания Rainbow Technologies развивалась по модели проектной дистрибуции?

— Если мы согласимся под термином «проект» понимать и поставки компонентов под производственную программу, и содействие заказчику в решении инженерных вопросов, то Ваше предположение верно. Мы никогда не стремились быть компанией складского типа и выстраиваем свою деятельность вокруг обслуживания потребительских интересов. Когда мы говорим, что ориентируемся на клиентов, это свидетельствует о нашей готовности выполнять их требования — поставлять широкую номенклатуру продукции в максимально сжатые сроки. Что привлекает клиентов при выборе поставщика? Далеко не всегда только цена. Во-первых, важен производитель, известность бренда, а потом — сервисы, культура обслуживания, опе-

Компания Rainbow Technologies, основанная в 1992 г. в Минске, специализируется на поставках импортных электронных компонентов. Помимо головного офиса в Беларуси, Rainbow Technologies имеет четыре представительства в России (в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге и Новосибирске) и одно — на Украине (в Киеве). Штат компании составляет около 150 человек.

www. elcp.ru

ративность, надежность, стабильность поставок. Если клиенты делают выбор в пользу продукции тех производителей, которых мы представляем, то в остальном мы стараемся работать так, чтобы их не разочаровать.

— Известно, что раньше Ваша компания разрабатывала конечную продукцию (системы безопасности, системы управления доступом) и продвигала ее под брендом Rainbow Technologies. Продолжаете ли Вы совмещать дистрибуцию и разработки?

— Компания создавалась инженерами, и дистрибуция у нас родилась из инженерных проектов: в 1992 г. мы работали над проектом платежной системы и вышли на электронные карточки Dallas. Сегодня мы не просто продолжаем совмещать дистрибуцию с разработками, но и интенсивно развиваем это направление. В Минске у нас есть инженерная группа, собственное производство, где выполняются не только наши, но и сторонние заказы на монтаж печатных плат. Новые проекты рождаются на стыке инженерных увлечений и опыта дист­ рибьютора: как дистрибьюторы мы видим интересные микросхемы, на основе которых можно сделать прорывные решения; как инженеры понимаем, какими свойствами эти решения должны обладать. Лет шесть назад мы решили заняться системами мониторинга транспорта, транспортной навигацией, потому что нам было интересно развивать GSMтехнологии и применение GPS-систем. Сейчас разработано уже целое семейство подобных устройств, которые мы сами производим и реализуем потребителям. Мы работаем в кооперации с белорусскими фирмами, разрабатывающими программное обеспечение, т.е. реализуем совместный продукт, в котором нам принадлежит аппаратное решение, а нашим партнерам — программное обеспечение. Это стало отдельным бизнесом, и в Беларуси в этом сегменте рынка мы занимаем

— Тогда давайте поговорим о нем подробнее. Вы считаете, что направление светотехники имеет хороший потенциал развития?

— Тематикой мощных светодиодов мы занимаемся около двух лет и полагаем, что это станет большим и серьезным направлением деятельности. Свет — это перспективный, гигантский рынок, работа в этой области требует высокой инженерии, я и сейчас не могу сказать, что нам все здесь легко и по­нятно. Развивая это направление, мы предприняли несколько решительных шагов. Во-первых, получили дистрибуцию фирмы Cree, которая прекрасно известна в СНГ. Сейчас мы намерены выстроить продвижение продукции Cree через свои офисы. Во-вторых, совместно с «Компэл» мы создали компанию «Светотроника», которая специализируется на разработке и поставках решений для производителей светотехнической продукции. «Светотроника» создает специальные решения под заказ игроков рынка светотехники, не конкурируя с ними. Это принципиальная позиция: мы не будем

конкурировать с компаниями, которые выходят на рынок конечной продукции и делают лампы, светильники. Мы стремимся к тому, чтобы эти компании видели в нас партнеров-поставщиков интересующих их решений, и в этом направлении мы намерены серьезно развить свои возможности. Когда мы слышим: «мы умеем делать и продавать светильники, умеем делать корпуса, оптику, сделайте нам такую «начинку», чтобы наши светильники стали светодиодными», то понимаем, что это — клиент «Светотроники». Тот, кто уже умеет работать с мощными светодиодами, тоже интересен «Светотронике», которая обеспечит его качественными компонентами. Сейчас сформировано подразделение «Светотроники» в Москве, есть небольшое отделение в Санкт-Петербурге, и мы думаем о создании офисов в других городах.

— Не возникает ли в связи с открытием «Светотроники» конкуренции между нею и клиентами Rainbow Technologies?

— Разумеется, если Rainbow Tech­ no­lo­gies и «Компэл» будут находить клиентов, заинтересованных в светодиодах, они будут с ними работать. Но эти компании не специализируются на светотехнике, в то время как «Светотроника» ориентируется на развитие только этого направления. Ее сотрудники должны быть энергичнее в поисках клиентов, должны уметь то, что отличает высоких профессионалов: рассчитать, спроектировать светильник, обоснованно подобрать компоненты, спрогнозировать поведение светильника во времени — поверьте, эти навыки чрезвычайно важны. И для этого компания будет иметь необходимый инструмент. Кроме того, клиенты у «Светотроники» и Rainbow Technologies/«Компэл» очень разные. Поэтому мы уверены, что у компании есть все шансы зарекомендовать себя на рынке в качестве центра компетенции в области светотехники.

— А как в целом Вы могли бы охарактеризовать уровень конкуренции

на российском рынке ЭК? В самом начале кризиса много говорили о вероятности слияний и поглощений компаний…

— Это было одно из «плановых» ожиданий, считалось, что кризис спровоцирует серьезные потрясения на рынке, но пока громких событий не произошло. С точки зрения здравого смысла, некоторые укрупнения, наверное, были бы полезны, но с российским менталитетом соглашаться на подобные шаги очень тяжело. Однако что-то менять призывает энергичное присутствие на российском рынке глобальных дистрибьюторов, позиции которых в период кризиса должны усилиться. И вот почему. Раньше потребители компонентов старались планировать производство и, соответственно, закупки, и это позволяло им выстраивать долгосрочные отношения с представителями компаний-производителей. В условиях нестабильного финансирования происходит смещение акцентов от долгосрочного планирования к аварийному. Открылось финансирование — нужно срочно получить комплектацию и начать производство. В этой ситуации глобальные поставщики с широкой линейкой и большим складом имеют серьезные преимущества. И они не скрывают, что в последнее время на общем фоне падения продаж у них увеличивается число запросов, причем даже на позиции, которые они раньше не поставляли. С каждым годом и без того активное продвижение глобальных дистрибьюторов усиливается. И в этом смысле локальным компаниям имеет смысл предпринять какие-то действия по выстраиванию противовесов. Если бы кризис подтолкнул российских дистрибьюторов к определенным шагам в этом направлении, то, на мой взгляд, это было бы правильно, потому что рано или поздно отвечать на эти вызовы придется.

9

Беседовала Елизавета Воронина РЫНОК

лидирующие позиции среди национальных производителей. Долгое время мы не выносили инженерию за пределы белорусского офиса, но в последние полтора-два года сформировались интересные проекты и в Москве. Московская инженерная группа Rainbow Technologies специализируется на выполнении заказных разработок. У нас всегда были инженеры, работающие по традиционной модели FAE (field application engineer — инженер по применению), а недавно мы приняли на работу еще несколько хороших, интересных специалистов, которые усиливают направление разработок и позволяют расширить спектр наших предложений рынку. Основные области, в которых заказные разработки наиболее активно развиваются, это навигация и светотехника. Светодиодная тематика — новое и очень интересное для нас направление развития.

Новости из мира дисплеев

| LG Display приступит к производству 30-дюймовых OLED-панелей для телевизоров | LG Display, входящая в состав LG Group, планирует приступить к производству 30-дюймовых светодиодных (OLED) панелей для телевизоров в 2012 г., — сообщает TradingMarkets со ссылкой на заявление главного исполнительного директора компании Квон Ян Су (Kwon Young-soo). Производство телевизионных OLED-панелей должно стать новым источником дохода компании. До конца 2009 г. планируется нанять 1,7 тыс. сотрудников для исследовательских работ и разработки OLEDтехнологий. На днях компания заявила о намерении, в связи с возрастающим спросом, инвестировать 2,5 млрд. долл. в строительство дополнительной линии по производству ЖК-панелей восьмого поколения в Корее. Массовое производство панелей на этой линии планируется запустить во 2-й половине 2010 г.

www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №6 2009

События рынка

| Решения Dassault Systèmes для повышения эффективности разработки и управления производственными процессами | В недавнем отчете аналитической компании IC Insights, Inc. указано, что 17 из 20 ведущих компаний по производству полупроводников используют систему ENOVIA Synchronicity DesignSync, а также PLM-решения для ускорения вывода изделий на рынок, управления расходами и совершенствования процесса вторичного использования интеллектуальной собственности. Система ENOVIA Synchronicity DesignSync и PLM-решения — программные продукты компании Dassault Systèmes (DS), являющейся мировым лидером в области трехмерного проектирования и управления жизненным циклом продукта. Система ENOVIA позволяет производителям полупроводников усовершенствовать процессы совместной разработки и внедрения стандартизации в управление производством. Рик Стентон (Rick Stanton), директор направления «Глобальной стратегии и решений в области полупроводниковой промышленности», Dassault Systèmes, считает, что полупроводниковые компании в настоящее время испытывают острую необходимость в сокращении расходов производства и в быстром выводе на рынок инновационных решений, обладающих высоким спросом на рынке. Подобные противоречивые требования могут привести к срывам сроков поставок и перерасходам ресурсов, способных погубить проект. Используя систему ENOVIA Synchronicity DesignSync, эти компании смогут не только справиться с большинством указанных затруднений, но и найти необходимый баланс между эффективностью программного обеспечения и оборудования. Решение, именуемое ENOVIA Synchronicity DesignSync Data Manager, является компонентой платформы V6 и позволяет полупроводниковым компаниям организовать полный сбор конструкторских и производственных данных в масштабе всего предприятия, оптимизировав бизнес-процессы, снизив количество ошибок и ускорив выход продуктов на рынок. Кроме того, внедряя такого рода технологии, компании могут успешнее справиться с растущей сложностью изделий, легче управлять распределенной по всему миру рабочей силой, что требует обновления данных в реальном времени, а также оптимально распределять процессы для того, чтобы управлять расширяющейся глобальной цепочкой поставок.

О компании Dassault Systèmes Dassault Systèmes — мировой лидер в области 3D- и PLM-решений (управление жизненным циклом изделия), которые позволяют увеличить прибыль для более чем 100 тыс. заказчиков из 80 стран. С 1981 г. DS занимается разработкой и продажей программного обеспечения и услуг, которые помогают эффективно реализовать производственные процессы и увидеть жизненный цикл изделия от этапа его создания до утилизации в 3D. В портфель решений Dassault Systèmes входят следующие программные продукты: CATIA для виртуального проектирования продукции; SolidWorks для 3D-проектирования; DELMIA для виртуального производства; SIMULIA для виртуального тестирования; ENOVIA для взаимодействия и совместного управления бизнес-процессами и жизненным циклом изделий; 3DVIA для для создания виртуального опыта потребления. Компания Dassault Systèmes имеет многолетний опыт сотрудничества в сфере высоких технологий и полупроводников. Решения Dassault Systèmes успешно реализованы в более чем 130 полупроводниковых компаниях, например STMicroelectronics, Nokia, ARM, Intel, Sony Ericsson и т.д. www.3ds.com

| Рентген-контроль от «Абрис-Технолоджи» | Компания «Абрис-Технолоджи», входящая в холдинг RCM Group (СанктПетербург), предлагает услугу рентген-контроля. Рентген-установка Phoenix позволяет достигать полного увеличения до 10000 крат (разрешение 0,2 мкм) при проведении рентген-контроля электронных блоков, печатных плат, BGA-компонентов и различных электронных устройств — мобильных телефонов, КПК и др. в случае, когда необходимо выявить внутренний дефект. Услуга предоставляется по запросам клиентов, независимо от внутреннего производственного процесса. Требования к образцам: по весу — до 5 кг, по размеру — до 71×56 см. Отлаженная процедура оформления документов и приёмки продукции позволяет максимально быстро приступить к выполнению заказа, а благодаря гибкому графику работы срочные заказы могут быть выполнены за 1 рабочий день. По результатам исследования заказчикам предоставляется полный протокол с описанием и фотографиями обнаруженных дефектов. www.rcmgroup.ru

РЫНОК

10

| Компания Wavecom стала частью Sierra Wireless | Завершилась сделка по приобретению компании Wavecom ведущим поставщиком беспроводных решений корпорацией Sierra Wireless. Таким образом, Sierra включает в линию поставок своих компонентов продукцию эксперта в области технологий коммуникаций M2M (machine-to-machine). В результате объединяются усилия двух мировых лидеров отрасли. Каких последствий могут ожидать пользователи решений Wavecom от произошедшего события? Прежде всего, новых разработок, неординарных подходов к решению своих задач, расширения возможностей для сотрудничества с отлично зарекомендовавшим себя производителем. Неизменным останется качество и надежность компонентов, традиционно высокий уровень сервиса. На данном этапе слияния приоритетным для руководства компаний является безопасность для текущего бизнеса и последовательность в переходе от одного названия компании к другому. Поэтому все выпускаемые продукты Wavecom продолжат свое существование под ранее известными наименованиями и тем же брендом. Все возможные изменения в продуктовой линейке будут происходить планомерно, открыто, с предварительными консультациями и последующим уведомлением самого широкого круга пользователей. Мы всегда в курсе последних изменений и будем информировать наших партнеров о ходе событий всеми доступными способами.

Sierra Wireless www.sierrawireless.com

www. elcp.ru

MiniSKiiP® IPM — новая архитектура интеллектуальных модулей средней мощности Андрей Колпаков, инженер по применению, Andrey.Kolpakov@semikron.com Широкое внедрение новых технологий IGBT позволяет решить основную задачу современного рынка силовой электроники — повышение эффективности преобразования энергии. Решение этой проблемы во многом облегчается при использовании интеллектуальных силовых модулей (IPM). В предлагаемой статье рассказывается о новом миниатюрном IPM [1, 2], предназначенном для построения промышленных приводов мощностью до 15 кВт. Уникальным узлом модулей серии MiniIPM является интегральный драйвер, разработанный с применением технологии SOI (Silicon On Insulator), позволяющей подавить эффект защелкивания и резко повысить устойчивость схемы к наведенным перенапряжениям обеих полярностей. Высокой популярности данных компонентов способствует применение пружинных сигнальных выводов вместо традиционных паяных контактов, что упрощает монтаж модулей и их замену в случае необходимости. Специальные испытания данного типа соединений показали их высокую устойчивость к микровибрациям и фреттингу, а также долговременную стабильность контактных свойств в условиях достаточно мощных применений [4]. Технология прижимного контакта

В основе конструкции выпускаемых в настоящее время стандартных силовых ключей лежит медная базовая плата толщиной 2…3 мм, на которой размещается изолирующая керамическая DBCпластина с чипами IGBT и диодов. База, с помощью которой производится крепление модуля на радиатор и осуществляется отвод тепла, является в то же время элементом конструкции, ограничивающим срок службы компонента. При изменении температуры силового ключа в сопрягающихся слоях возникают термомеханические напряжения, вызванные разницей коэффициентов теплового расширения КТР (или CTE — Coefficient of Thermal Expansion). Вероятность разрушения слоя оценивается с помощью т.н. фактора риска, являющегося произведением разницы КТР на площадь контакта. Самым проблемным является соединение базовой платы и DBC-керамики, имеющее наибольшую площадь. Тепловые стрессы вызывают изгиб элементов конструкции (т.н. биметаллический эффект) и приводят к постепенному разрушению связей. Эти напряжения создаются и при производстве модулей в процессе пайки керамики на базу. Для их компенсации

используется технологический предварительный изгиб медной пластины. Правильно выбранное усилие и радиус изгиба позволяют обеспечить хорошую результирующую плоскостность основания модуля и избежать образования полостей при установке на радиатор. Однако из-за вязкопластичных свойств припоя происходит временная релаксация и постепенная деформация после пайки. Компенсировать данный эффект не позволяют никакие технологические приемы. Анализ приведенных выше фактов привел к разработке, начавшейся более 10 лет назад, силовых ключей прижимного типа компании SEMIKRON, конструкция которых не содержит базовой платы. Технология прижимного контакта (pressure contact technology) была внедрена в модулях семейства SKiiP, ставшего одним из самых популярных в секторе высоконадежных преобразователей большой мощности. Следует отметить, что исключение базовой платы приводит к некоторому ухудшению распределения тепла в основании модуля. Однако этот недостаток компенсируется за счет более тонкого слоя теплопроводящей пасты. Поскольку у прижимных конструкций отсутствует биметаллический эффект, толщина слоя может быть уменьшена со 100 мкм (номинальное значение для стандартных ключей) до 20…30 мкм. При этом главное, чтобы конструктив SKiiP обеспечивал равномерное давление по всей поверхности DBC-платы. С другой стороны, преимущества прижимной системы очевидны: меньшая масса, пониженное тепловое сопротивление и высокая стойкость к термоциклированию. Пружинные контакты

Внешний вид прижимного модуля MiniIPM с установленным на изолирую-

электронные компоненты №6 2009

11 М икрос хемы с и л овой элек тро ник и

На рынке маломощных применений, к которым относятся приводы с моторной мощностью до 2 кВт, популярность интегральных силовых модулей, вытесняющих схемы на дискретных компонентах, растет лавинообразно. В отношении подобных устройств термин IPM в большинстве случаев означает трехфазный инвертор MOSFET/IGBT с интегральным драйвером. Как правило, в таких модулях чипы припаиваются к несущей рамке с выводами, устанавливаемой в штампованный пластиковый корпус. В свою очередь, интеллектуальные силовые модули высокой мощности строятся на базе конструктивов, содержащих керамическую изолирующую плату с чипами IGBT и диодов и отдельную печатную плату схемы управления. К недостаткам подобных компонентов можно отнести сложные промежуточные соединения и невозможность эффективного отвода тепла, рассеиваемого элементами драйвера. Оба названных решения плохо подходят для реализации IPM среднего диапазона мощности (3…20 кВт) из-за низкой теплопроводности материалов корпусов в первом случае и трудности интеграции платы управления в малогабаритном конструктиве во втором. Как правило, специализированные приводные модули имеют конфигурацию CIB (Converter — Inverter — Brake); они объединяют в одном корпусе элементы выпрямителя, инвертора IGBT и тормозного каскада, необходимые для построения стандартного привода электромотора. Миниатюрные силовые ключи MiniSKiiP, разработанные компанией SEMIKRON и предназначенные для построения приводов мощностью до 30 кВт, выпускаются в версиях CIB и АС (трехфазный инвертор).

Рис. 1. Модуль IPM MiniSKiiP® с пружинными контактами и интегральным драйвером

Ми крос х емы си л овой эл ек т ро ни ки

12

щей подложке интегральным драйвером показан на рисунке 1. В условиях современного производства большое значение имеет пригодность конструкции компонента к автоматизированной сборке, простота его подключения и замены. В модулях семейства MiniSKiiP все силовые и сигнальные соединения осуществляются с помощью пружинных контактов, что обеспечивает следующие преимущества: 1) не требуется применение паяльного оборудования при монтаже, исключаются усталостные эффекты пайки; 2) установка модуля на радиатор и его подключение к плате управления осуществляется за одну технологическую операцию с помощью одного крепежного винта; 3) прижим платы управления к контактной поверхности MiniSKiiP производится посредством штатной прижимной крышки; 4) замена самого модуля и платы занимает минимум времени; 5) пружинные контакты обеспечивают высокую стойкость сборки к механическим воздействиям. Использование конструктива, подобного MiniSKiiP, обеспечивает определенные удобства и для разработчиков модулей, которые могут оптимизировать положение контактов на DBC-плате для улучшения динамических характеристик. Гибкость в отношении выбора дизайна контактного интерфейса позволяет сводить к минимуму количество внутренних связей, что способствует упрощению конструкции и повышению надежности. В интеллектуальных силовых модулях MiniSKiiP® IPM отдельно сгруппированы силовые терминалы с близким потенциалом и управляющие входы. Этим обеспечиваются удобство подключения и защита от внешних воздействий. Максимальная токовая нагрузка на одну пружину MiniSKiiP составляет 20 А в длительном режиме, при этом перегрев контакта не превышает 40°С. Сильноточные соединения (выходы и выводы питания) образуются группами из трех параллельных контактов, что повышает допустимый уровень тока до 60 А. Одной из важнейших проблем силовой электроники является обеспечение

www.elcp.ru

долговременной стабильности параметров в предельных условиях эксплуатации, и в связи с этим многие разработчики подозрительно относятся к пружинным соединениям. Такое отношение вызвано негативным опытом эксплуатации сигнальных разъемов, особенно в условиях высоких вибраций, а также при низких уровнях напряжений и токов. Однако концепции прижимных контактов MiniSKiiP и разъемных соединений принципиально отличаются. Главное различие состоит в величине и направлении действия прижима. У традиционных разъемов величина контактного усилия ограничена необходимостью обеспечения многократных циклов сочленения на уровне около 10 Н/мм2. У модулей MiniSKiiP усилие прижима намного выше, и оно направлено вдоль оси контакта. Давление 20…100 Н/мм2, создаваемое крепежным винтом и прижимной крышкой при сборке, обеспечивает высокую надежность и долговременную стабильность контактных свойств. Следует отметить, что эта величина соизмерима с аналогичным показателем для резьбовых соединений терминалов стандартных силовых модулей (50 Н/мм2). Поверхность пружин MiniSKiiP имеет серебряное покрытие, что обеспечивает оптимальные контактные характеристики при давлении на пружину в диа­ пазоне 4…6 Н. Специальные ускоренные испытания подтверждают, что контактная пара «пружина — площадка печатной платы» надежно работает как при традиционных способах металлизации плат (SnPb), так и при новых, соответствующих экологическим директивам RoHS [3,4]. К ним относятся покрытие химическим оловом (Sn) с выравниванием горячим воздухом (HAL — Hot-Air-Leveling) и сплавом «никель-золото» ENIG (Ni/Au). При использовании пружинных контактов не рекомендуется применение органических защитных покрытий (organic surface protection — OSP). Пружины изготавливаются из высокотехнологичного сплава К88, разработанного компаниями Wieland Werke и Olin Brass специально для данного способа соединения. Материал К88 отличается большим пределом текучести (550 МПа), хорошей способностью к формованию и изгибу, отличной электропроводностью и высокой временной стабильностью механических характеристик в диапазоне температур до 200°С. Для стабилизации контактного сопротивления, исключения нежелательных эффектов электромиграции и нарастания нитевидных кристаллов поверхность пружин имеет металлическую пассивацию. В результате этого механические и контактные свойства выводов MiniSKiiP сохраняются в течение всего срока службы модулей. Основным критерием при выборе материала покрытия площадок печатной

платы (PCB) является достижение низкого и стабильного переходного сопротивления контактной пары, образованной поверхностью пружины и токонесущими дорожками PCB. Единственным материалом, подходящим для совместного использования практически с любым покрытием печатной платы (сплав NiAu, HAL Sn, химическое олово, сплав PbSn), является серебро (Ag). Неудачной контактной парой являются золото и олово (Au/Sn), поскольку большая разница электрических потенциалов (около 1,5 В) приводит к активному разложению олова и образованию продуктов коррозии. Надежность пружинных соединений подтверждена и многолетним опытом эксплуатации, прежде всего в лифтовых приводах, где чаще всего используются компоненты семейства MiniSKiiP. Показательным является тот факт, что на сегодня более 300 млн пружин успешно работают в модулях SEMIKRON по всему миру.

SOI-драйвер с усовершенствованными каскадами сдвига уровня

В интеллектуальном модуле MiniSKiiP IPM, содержащем высоковольтный чипдрайвер (HVIC), реализованы основные преимущества силовых ключей данного типа: высокая степень интеграции, надежность и удобство прижимной технологии подключения. Интегральная микросхема устройства управления затворами разработана на основе технологии SOI, впервые внедренной SEMIKRON для компонентов такого типа [5]. Основным преимуществом данной технологии, предусматривающей электрическую изоляцию каждого полупроводникового элемента, является низкий ток утечки при повышенной рабочей температуре. Благодаря изоляции активных компонентов гарантируется полное подавление паразитных триггерных структур и эффекта защелкивания при всех условиях эксплуатации, включая короткое замыкание. Специалисты, работающие с высоковольтными устройствами управления MOSFET/IGBT, имеющими полупровод­ никовые каскады сдвига уровня, знают, что защелкивание, наблюдаемое зачастую даже в области номинальных токов, может привести к выходу как самого драйвера, так и силовых ключей. Технология SOI обеспечивает высокий иммунитет к наведенным переходным напряжениям обеих полярностей с уровнями вплоть до напряжения пробоя MOSFET. Все сказанное в сочетании с расширенным температурным диапазоном (Tjmax = 200°C) позволяет использовать чип-драйверы SOI для построения высоконадежных IPM. Интегральный драйвер MiniSKiiP, работающий при напряжении питания 12…17 В, способен управлять тремя верхними и

Рис. 2. Схема каскада сдвига потенциала для ключа верхнего уровня ВОТ (а) и нижнего уровня ТОР (б)

Рис. 3. Характеристики переключения 600-В SOI-драйвера при напряжении сдвига +20 В (а) и –20 В (б)

ные напряжения, полярность которых может быть как положительной, так и отрицательной. Вследствие этого уровень сигнала затвор–эмиттер IGBT может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от знака наведенного потенциала. В результате изменяются

динамические характеристики силового ключа, наблюдаются ложные срабатывания, в худшем случае транзистор выходит из строя. Точно также при воздействии переходных перенапряжений может искажаться и токовый сигнал, снимаемый с резистивного шунта

13 Ми кро с х емы си ло во й эл ек трон ики

тремя нижними ключами трехфазного инвертора и чоппером, который может быть использован в качестве тормозного каскада или корректора коэффициента мощности (ККМ). Устройство обеспечивает формирование «мертвого времени» для предотвращения сквозных токов (функция Interlock). Входы управления совместимы с уровнями логики TTL (5 B) и CMOS (3,3 B), время задержки составляет 300 нс. Схема защиты драйвера выполняет все базовые функции, выключая выходные транзисторы при снижении напряжения управления (UVLO — Under Voltage LockOut) и перегрузке по току (OCP — Over Current Protection). Принципиально новым элементом структуры SOI-драйвера, позволившим резко повысить устойчивость схемы к наведенным перенапряжениям, являются усовершенствованный каскад сдвига уровня в канале управления IGBT верхнего и нижнего плеча. Высокие фронты тока, возникающие при ком­ мута­ции ключей инвертора, являются причиной возникновения всплесков напряжения, уровень которых пропорционален скорости изменения тока di/dt и паразитной индуктивности цепи коммутации LS (в соответствии с выражением dV = di/dt . LS). В результате этого между сигнальным выводом эмиттера IGBT и опорной точкой схемы управления наводятся переход-

электронные компоненты №6 2009

Рис. 4. а) работа 600-В SOI-драйвера при воздействии шумового смещающего сигнала; б) топология кристалла драйвера

М икрос хемы си л овой эл ек т ро ники

14

схемы защиты — негативные последствия в этом случае аналогичны. При работе маломощных IPM амплитуда коммутационных выбросов обычно не превышает предельных для IGBT значений, поскольку малы величины di/dt и LS. Однако с ростом мощности уровень переходных перенапряжений растет лавинообразно, делая этот эффект опасным как для силового ключа, так и для драйвера. Новая концепция каскада сдвига уровня была разработана специально для защиты выходов схемы управления от наведенных со стороны силовых каскадов перенапряжений обеих полярностей. Упрощенная принципиальная схема усовершенствованных каскадов сдвига потенциала для ключей верхнего и нижнего уровня (ТОР и ВОТ) показана на рисунке 2. Каждый каскад управляется по двум независимым каналам, в которых используются полевой транзистор и последовательный блокирующий диод. В зависимости от полярности напряжения между входными и выходными каскадами драйвера, для преобразования сигнала используется схема сдвига ТОР или ВОТ. При этом неработающий канал блокируется соответствующим диодом, а для формирования выходного сигнала устройства используется логический вентиль (OR). Реализация схемы сдвига каскада ТОР (2б) оказывается более сложной, поскольку не существует достаточно хороших высоковольтных p-MOS-транзисторов. По этой причине в данном случае используется импульсная схема преобразования сигнала на высоковольтном nDMOSтранзисторе и высоковольтных диодах. Импульсный режим работы позволяет снизить величину перекрестных токов и уровень потерь переключения. Усовершенствованная концепция сдвига уровня позволяет существенно повысить иммунитет драйвера к вариациям опорных напряжений, величина которых ограничивается только напряжением пробоя MOSFET. Работа схемы сдвига при статическом смещении опорного сигнала на +20 и –20 В демонстрируется с помощью графиков, приведенных на рисунке 3. Устройство с легкостью компенсирует и динамиче-

www.elcp.ru

ские помехи, как это показано на рисунке 4а. Обратите внимание, что импульсы управления затворами сохраняют почти идеальную форму, несмотря на воздействие шумового сигнала, смещающего потенциал эмиттера относительно напряжения на опорном выводе драйвера. Расположение основных элементов структуры на кристалле SOI-драйвера, включая высоковольтные DMOS-транзисторы и диоды схемы сдвига уровня для обоих каналов, показано на рисунке 4б. Изолирующая DBC-плата MiniIPM изготавливается из оксида алюминия Al2O3 толщиной 0,38 мм со слоем омеднения 0,2 мм, нанесенным на обе стороны керамики. Первым этапом процесса сборки является установка силовых чипов и датчика температуры на керамику методом пайки. Кристалл HVIC и SMD-резисторы затворов соединяются с DBC-платой с помощью токопроводящего клея. Контакты, расположенные на верхнем слое силовых чипов, подключаются к токонесущим шинам алюминиевыми проводниками диамет­ром 300 мкм методом ультразвуковой сварки. Диаметр проводников, используемых для сигнальных подключений, составляет 50 мкм. Далее пластиковый корпус с размещенными в нем пружинными контактами устанавливается на керамическую DBC-плату и заливается силиконовым гелем, обеспечивающим герметичность и улучшающим распределение тепла. Необходимо отметить, что установка чипа драйвера непосредственно на керамику позволяет эффективно отводить от него тепло, что особенно важно при работе схемы управления на высоких частотах. При размере кристалла 4,9×3,1 мм удается обеспечить величину теплового сопротивления около 4°С/Вт. Для сравнения стоит заметить, что при установке аналогичного чипа в корпусе SOP28 значение Rth составляет около 75°С/Вт. При токе управления затвором около 1 А это позволяет драйверу IPM эффективно управлять силовым инвертором мощностью до 15 кВт. Заключение

По данным исследования рынка силовых полупроводниковых компонентов,

Рис. 5. DBC-плата модуля MiniSKiiP с интегрированным SOI-драйвером

проводимого британским исследовательским институтом IMS (British Market Research Institute), доля SEMIKRON в области производства миниатюрных модулей CIB составляет 30% в мире и более 46% — в Европе. Ожидается, что популярность данных компонентов в виде IPM с интегрированным драйвером будет расти. Это подтверждается постоянно растущим спросом на модули IPM, предназначенные для разработки промышленных приводов средней мощности. Для создания интеллектуального силового модуля на базе MiniSKiiP была разработана интегральная высоковольтная микросхема (HVIC) 7-канальной схемы управления затворами IGBT. Кристалл драйвера устанавливается непосредственно на керамическую DBCподложку модуля, что обеспечивает эффективный отвод тепла и кратчайшие связи выходов драйвера с затворами IGBT при минимальной индуктивности цепей управления. Благодаря усовершенствованной концепции сдвига уровня новой схемы управления удалось существенно повысить помехозащищенность и надежность работы нового IPM. Модули серии MiniIPM способны стать новым промышленным стандартном в диапазоне приводных мощностей 5…15 кВт. Литература 1. U. Scheuermann, MiniSKiiP® IPM — Advan­c­ed Module Architecture for Medium-Power Applications, SEMIKRON International 2. U. Scheuermann, P. Beckedahl: The Road to the Next Generation Power Module — 100% Solder Free Design, Proc. CIPS 2008, ETG-Fachbericht 111, 111–120, Nürnberg, 2008.

3. F. Lang, U. Scheuermann: Reliability of Spring Pressure Contacts under Environmental Stress, Microelectronics Reliability 47 (2007), 1761–1766.

4. А. Колпаков, Надежность пружинных контактов в условиях индустриальных сред. «Силовая Электроника» №4, 2006.

5. B. Vogler, M. Roßberg, R. Herzer, L. Reußer, T. Wurm: 600V Converter/Inverter/Brake (CIB) — Module with integrated SOI Gate Driver IC for Medium-Power Applications, Proc. CIPS 2008, ETGFachbericht 111, 261–265, Nürnberg, 2008.

Оптопары для поддержки мощных импульсных преобразователей с высокой скоростью переключения Инженер-разработчик, компания Avago Technologies

В приложениях с высокой скоростью переключения возникновение электромагнитных помех может привести к неправильной работе системы и выходу ее из строя. Оптопары для управления затвором с сильноточным выходом и большим ослаблением синфазного сигнала являются хорошим решением этой проблемы, т.к. они обеспечивают защиту от помех и высокий допустимый ток в приложениях с мощными IGBT и IGBT с большими скоростями переключения.

QG — суммарный заряд, необходимый для включения IGBT, где VGE — напряжение управления затвором. Обычно QG указан в техническом описании производителя IGBT. Пиковое значение тока управления затвором и средняя мощность Pavg рассчитываются следующим образом: IG,PEAK = VGE/RG,

(1)

Pavg = VGE∙QG∙fs,

(2)

высокого значения. Для прохождения сквозь затвор большой емкости на этом интервале требуется высокий пиковый ток, в противном случае IGBT будет медленно включаться (см. уравнения 3 и 4). Из-за высокой емкости в области плато требуется обеспечить большой пиковый ток, особенно для приложений с высокой скоростью переключения.

где: QG — суммарный заряд затвора IGBT; f S — частота переключения IGBT (см. рис. 2). Цикл заряда затвора можно разделить на три временных интервала — t0, t1 и t2. Эффективная емкость затвора и пиковый ток во время каждого из них вычисляются из формул: QX = IG,X∙tX,

(3)

QX = VGE,X∙CX,

(4)

Рис. 1. CIES — входная емкость IGBT; CGS — емкость затвор-коллектор; CGE — емкость затвор-эмиттер

где х = 0, 1, 2 и указывает определенный временной интервал. Мощные IGBT-транзисторы и их одновременное переключение

Среднеэффек тивную емкость затвора в зависимости от его напряжения можно определить из рисунка 2. Это значение не отражает «истинную» нагрузку драйвера затвора, что объясняется наличием плато Миллера, на котором напряжение имеет практически постоянную величину, несмотря на то, что заряд продолжает накапливаться. На интервале t1 емкость затвора достигает

Рис. 2. Типичная зависимость заряда затвора IGBT от VGE определяет среднеэффективное значение эффективной емкости затвора

электронные компоненты №6 2009

15 М икрос хемы с и л овой элек тро ник и

Затворы транзисторов IGBT должны управляться стабильными уровнями напряжения включения и выключения и относительно большим током, чтобы обеспечить быстрое переключение между соответствующими состояниями. Кроме того, требуется большой управляющий ток для переключения IGBT с большой номинальной мощностью. Чтобы понять значение цепи драйвера с сильноточным затвором для преобразователя, рассмотрим технические требования на разработку и такие параметры IGBT как заряд, емкость, напряжение и частота переключения. Входная емкость часто используется в качестве исходного пункта для проектирования управляющей цепи затвора. В техническом описании IGBT входная емкость CIES меняется в диапазоне от нескольких пикофарад до сотен нанофарад. CIES является суммой емкости между коллектором и затвором (CGC) и емкости между затвором и эмиттером (CGE), т.к. они параллельны друг другу (см. рис. 1). Эта емкость IGBT значительно меняется в зависимости от напряжения коллектора. Вариации напряжения коллектора и конденсатор Миллера увеличивают входные емкости в 3—5 раз относительно значения CIES, указанного в техническом описании транзистора. Из-за этой разницы параметры цепи управления затвором, рассчитанной на основе приведенной в описании входной емкости, обычно неправильные. На рисунке 2 QGE — заряд, протекший за время t0, в течение которого напряжение затвора изменилось от нулевого значения до значения, соответствующего плато Миллера.

QGC — заряд, протекший за время t1;

Рис. 3. Неинвертирующий токовый буфер, состоящий из транзисторов Q1 и Q2, обеспечивает значительный ток управления и большой коэффициент усиления по току

Рис. 4. Сопротивление затвора способствует замедлению времени переключения

Рис. 5. Использование оптопары для управления затвором позволяет ослабить синфазный сигнал при электромагнитных помехах и других шумах

Ми крос х емы си л овой эл ек т ро ни ки

16

В приложениях, в которых используются IGBT с большим номиналом, пиковый ток является фактором, ограничивающим скорость переключения. В схожих приложениях применяется драйвер сильноточного одиночного затвора, позволяющий совместно использовать функции управления и снижать число компонентов. Как правило, драйвер затвора с 2,5-А пиковым током может управлять IGBT с номиналами до 1200 В и 100 А, а драйверы с выходным максимальным током 5 А — IGBT с номиналами до 1200 В и 100 А. Эти требования к номинальным значениям меняются в зависимости от частоты переключения и окружающей температуры. Для очень мощных IGBT используется неинвертирующий токовый буфер, повышающий ток управления затвором транзистора (см. рис. 3). У буферных транзисторов Q1 и Q2 большие

www.elcp.ru

максимально допустимый ток и коэффициент усиления по току. Следует поместить токовый буфер в схеме как можно ближе к IGBT, чтобы свести к минимуму паразитную индуктивность петли зарядного и разрядного тока.

Резистор затвора RG , предназначенный для управления пиковым током IGBT, помещается за цепью буфера. Для быстрой зарядки и разрядки емкости затвора IGBT цепь драйвера затвора должна иметь низкий импеданс. Благодаря низкоимпедансному тракту и большому выходному току затвора реализуется высокая скорость переключения IGBT. Однако такое переключение создает другие проблемы — из-за увеличения скорости изменения dV/dt появляются электромагнитные помехи, которые могут привести к ошибочным входным сигналам на микросхеме драйвера затвора и, в конечном счете — к неправильной работе всего приложения. Для предотваращения этой ситуации используют ограничивающие резисторы в цепи включения и выключения затвора (см. рис. 4), тем самым увеличивая его сопротивление. В свою очередь, это приводит к замедлению времени переключения, что идет вразрез с требованием обеспечить высокую скорость. В этой ситуации используется оптопара, позволяющая ослабить синфазный сигнал при возникновении электромагнитных помех и другие шумы. Разные земли для входа светодиода и выхода IGBT, а также экранированный корпус внутреннего светодиода обеспечивают требуемую защиту от шума. У идеальной микросхемы драйвера затвора IGBT большая скорость переключения, высокие допустимый пиковый ток и помехоустойчивость. Из рисунка 2 видно, что в результате большой скорости переключения напряжение затвора достигает плато Миллера. На этом плато управляющее напряжение имеет относительно постоянное значение, а микросхеме драйвера затвора требуется обеспечить высокий ток для быстрой зарядки емкости Миллера. За этим плато драйвер продолжает обеспечивать зарядку до полного завершения цикла.

Разработка системы питания устройства с использованием POL-преобразователей Пол Гринлэнд (Paul Greenland), вице-президент по маркетингу, Semtech Corporation Постоянное увеличение числа шин питания на плате и появление новых поколений микросхем требуют новых решений в области управления питанием. В статье рассмотрены особенности применения локализованных к нагрузке стабилизаторов в различных системах питания. Материал представляет собой перевод [1]. ниями по обеспечению надежности, удобства обслуживания и низкой чувствительности к помехам. Таким образом, концепция локализованной к нагрузке стабилизации не нова, а причиной ее повсеместного внедрения стало постоянное увеличение пропускной способности и функциональности электронного оборудования. Возросло количество шин питания на системной плате и, вместе с этим, увеличилась сложность микросхем, представляющих нагрузку. Кроме того, технология изготовления интегральных схем нагрузки также влияет на электрические характеристики POL-преобразователя, особенно на способность быстрого отклика на переходные процессы в нагрузке. При производстве КМОП-мик­р о­ схем с целью интеграции на кристалле большей вычислительной мощности и увеличения тактовой частоты используются все меньшие размеры элементов. При топологических нормах менее 90 нм параметры транзисторов аналоговых блоков микросхем, таких как ФАПЧ в приемопередатчиках, существенно ухудшаются. В частности, деградируют вольт-амперные характеристики транзисторов. Это приводит к рассогласованию каскадов схем,

а также к подавлению синфазного сигнала и пульсаций источников питания. Кроме того, рабочие характеристики также ограничены из-за преимущественного использования схем с несимметричным входом для экономии площади кристалла. Существуют также причины экономического характера, которые заставляют искать решение проблемы путем разработки систем управления питанием: набор фотошаблонов для изготовления микросхем по субмикронным топологическим нормам стоит свыше 1 млн. долл., что делает их модификацию весьма дорогой. Следующее поколение КМОП-микросхем требует для нормального функционирования чрезвычайно малое время установления напряжения питания, а также низкий уровень пульсаций и помех. Решения на основе локализованной к нагрузке стабилизации должны иметь широкую полосу пропускания цепи управления и низкий динамический выходной импеданс, чтобы импульсная нагрузка не создавала пульсаций и помех по питанию. Так как количество шин питания на системной плате увеличивается из-за сложности применяемых схемных решений, разработчики обрати-

Рис. 1. Классическая распределенная архитектура электропитания

электронные компоненты №6 2009

17 М икрос хемы с и л овой элек тро ник и

Локализованные к нагрузке (point of load) стабилизаторы напряжения — POL-преобразователи — использовались в элек тронных системах в течение ряда лет, особенно там, где нагрузка наиболее чувствительна к помехам. Например, в радиоприемниках всегда применялась изоляция чувствительной нагрузки от наводок источника питания с помощью локальных линейных стабилизаторов. Когда появилось первое поколение мощных микропроцессоров в настольных персональных компьютерах, потребовался модуль стабилизации напряжения для низковольтового сильноточного источника питания его ядра. Использование централизованного AC/DC-преобразователя было нецелесообразно из-за резистивных потерь в кабелях, проводниках печатных плат и разъемах. При перек лючении быстродействую щего и мощного микропроцессора с одного режима работы в другой изменение потребляемого им тока происходит ступенчато, что представляет еще одну проблему для централизованного преобразо вания напряжения. Эта проблема связана с индуктивным сопротивлением проводников и накоплением энергии на электролитических конденсаторах. В середине 80-х гг. компания Bell Northern Research ввела понятие «источник питания в месте использования» (point of use power supply — PUPS) для модульных DC/DC-преобразователей. Так появилась распределенная архитектура электропитания, схема которой показана на рисунке 1.

POL-преобразователи широко использовались в военных и авиакосмических приложениях, в которых модульность и межблочная изоляция являются обязательными требова-

Рис. 2. Архитектура питания с промежуточной шиной

Рис. 3. Централизованная архитектура управления

Ми крос х емы си л овой эл ек т ро ни ки

18 Рис. 4. Схема включения ЛНС SC417

лись к архитектуре системы питания с промежуточной шиной (Intermediate Bus Architecture — IBA). Эта архитектура, которая показана на рисунке 2, была разработана для применения, в основном, в телекоммуникационном и сетевом оборудовании. В такой системе, как правило, на краю платы расположен преобразователь напряжения изолированной шины, который питается от безопасного сверхнизкого напряжения (Safety Extra Low Voltage — SELV) и формирует

www.elcp.ru

промежуточную шину, по которой напряжение распределяется к POLпреобразователю. Например, плата Ethernet-маршрутизатора среднего класса может содержать до 30 шин питания с независимой стабилизацией. Линейная стабилизация маломощных шин питания (обычно до 1,5 А) осуществляется с помощью стабилизаторов с низким падением напряжения (LDO-стабилизаторов). Однако ограничения, введенные электроэнергетическими компания-

ми на общую мощность системы, а также требования заказчиков по увеличению пропускной способности и функциональности устройств заставили проектировщиков рассмотреть возможность применения эффективных импульсных стабилизаторов во всех системах, кроме самых маломощных. Если есть ограничения по входной мощности системы или по способности отвода тепла из замкнутого пространства, то единственным способом увеличить производительность системы является применение более эффективных решений по управлению питанием. Так как КМОП-микросхемы управления питанием позволяют достичь необходимый уровень плотности тока и, в то же время, обеспечить сложный алгоритм управления, разработчики системы питания снизили напряжение промежуточной шины до менее, чем 6 В, т.е. ниже пробивного напряжения 5-В КМОП-схем. В настоящее время ведется дискуссия о преимуществах и недос татках централизованного и распределенного управления в распределенной системе питания. В централизованной архитектуре управления, показанной на рисунке 3, POL-преобразователь имеет цифровой интерфейс и возможность программирования, но не содержит энергонезависимую память. Управление POL-преобразователем осуществляется по цифровому интерфейсу с помощью управляющей микросхемы, которая по существу представляет собой специализированный микроконтроллер. С помощью программирования POLпреобразователя в системе устанавливаются начальные условия или параметры по умолчанию в случае прерывания сигнала управления. Считается, что применение энергонезависимой памяти в POLпреобразователе не отвечает требованиям по надежности, т.к. стабилизатор рассеивает тепло. Иное направ ление развития заключается в том, что POLпреобразователь рассматривается как автономное устройство, которое работает по своему алгоритму управления, периодически оповещая централизованный сторожевой таймер или микросхему управления. Каждый из этих подходов имеет свои достоинства, однако заказчики в общем случае предпочитают централизованную архитектуру управления на этапе массового производства и распределенную архитектуру управления при разработке системы, т.к. это обеспечивает оптимальные затраты.

Другим вопросом, представляющим интерес для разработчика системы, является то, что схема прогнозирования отказов в POL-преобразователе, которая осуществляет мониторинг температуры в различных точках системы, а также других параметров, таких как амплитуда напряжения пульсаций, могла бы обеспечить сигнализацию об отказе в цепи нагрузки. Упреждающий анализ неисправностей представляет особый интерес для разработчиков систем высокой степени надежности. В высоконадежных системах (с уровнем работоспособности 99,999%) способность предупреждения об отказе и проведения технического обслуживания без существенных потерь времени является принципиальным требованием. Эта технология доступна сегодня даже в условиях офиса: многие фотокопировальные устройства, которые подсоединены к сети, могут самостоятельно связываться с сервисными компаниями. Впервые пользователь узнает о необходимости сервисных работ на оборудовании, когда инженер из сервисной службы появляется в офисе для того, чтобы провести ремонт. Такой подход особенно важен в том случае, когда компании осуществляют удаленное хранение и обработку данных через интернет, используя среду «облачных вычислений» (cloud computing). На рисунке 4 изображена схема включения POLпреобразователя SC417 1, который представляет собой заметное достижение в многолетних разработках компании Semtech Corporation в области специализированных POL-преобразователей. Технология локализованной к нагрузке стабилизации непрерывно развивается вместе с появлением новых поколений микросхем, изготовленных с помощью самых передовых технологий, что позволяет реализовывать различные сложные приложения. Например, производители FPGA предложили помещать источник питания в корпус вместе с его комплексной нагрузкой. Поставка продукта, который работает от стандартной шины питания, является привлекательным решением: в настоящее время большинство FPGA-приложений поддерживает поиск неисправностей в системе управления питанием. Однако такой уровень миниатюризации непросто реализовать: катушка индуктивности для такого устройства должна иметь профиль не более 0,5 мм.

Литература 1. Paul Greenland. Developments in Point of Load Regulation.

2. Imlementing point-of-load power architectures: An overview of recent products and technologies.

3. John Tucker. How to fine tune Point-of-Load regulation in Digital TVs.

Ми кро с х емы си ло во й эл ек трон ики

19

1

Техническую документацию на SC417 см. на компакт-диске.

электронные компоненты №6 2009

Импульсные бездроссельные стабилизаторы избавляют от необходимости использовать дорогостоящие внешние компоненты Матьё Рено (Mathieu Renaud), старший разработчик по управлению питанием, Dolphin Inc. Ив Ганьон (Yves Gagnon), исполнительный директор, Dolphin Inc. Традиционно для источников питания используются дроссельные импульсные стабилизаторы (ИС). В настоящее время для преодоления некоторых ограничений, испытываемых встраиваемыми дроссельными импульсными стабилизаторами, в малопотребляющих и высокоинтегрированных электронных системах стали использоваться бездроссельные архитектуры. В этой статье проводится качественное и количественное сравнение между обоими типами импульсных стабилизаторов по таким параметрам как стоимость реализации (список расходуемых материалов и количество выводов) и рабочие параметры (КПД, шум и надёжность). Статья представляет собой перевод [1]. Стоимость реализации и список расходуемых материалов

И с т о ч н и к и п и та н и я

20

Наиболее существенными ограничениями для дроссельных стабилизаторов (см. рис. 1) являются стоимость и размер дросселей. Во многих случаях эти ограничения являются определяющими при разработке встраиваемых решений. Для того чтобы их преодолеть, приходится выбирать недорогие дроссели, которые рассеивают больше мощности, что приводит к ухудшению КПД. Например, ИС дроссельного типа может терять до 10% КПД, если в нем используется недорогой дроссель вместо дросселя с низким ESR (Equivalent Serial Resistance — эквивалетным последовательным сопротивлением). В результате основное преимущество этих стабилизаторов нивелируется. С другой стороны, в бездроссельных ИС (см. рис. 2) используются только один или два небольших и недорогих керамических конденсатора (Cf1 and Cf2) вместо дорогостоящего дросселя. На самом деле для конкретного выходного конденсатора дроссель ИС примерно в 5—10 раз дороже, чем конденсаторы бездроссельного стабилизатора, и занимают настолько же меньшее место. При небольшом токе (<25 мА) можно даже установить эти конденсаторы на подходящей площадке кристалла, что позволяет создать встраиваемое решение для эффективного преобразования напряжения. Кроме того, стабилизато-

www.elcp.ru

ру в этом случае требуется только один внешний выходной конденсатор. Опубликованные исследования встраиваемых дроссельных импульсных стабилизаторов с интегрированными дросселями ясно показывают, что для устройств этого типа необходимы очень высокие частоты переключения. Это требование весьма непривлекательно из-за низкого КПД, большого размера

кристалла и требований со стороны технологии изготовления кристалла. Следует заметить, что обычно для компенсации сопряженного полюса, образованного LC-фильтром (дросселем и выходным конденсатором) ИС дроссельного типа, необходимы внешние пассивные компоненты для обеспечения устойчивости регулировочной петли и оптимальных рабочих характе-

а)

б)

Рис. 1. Типовые повышающий (а) и понижающий (б) дроссельные импульсные стабилизаторы

а)

б)

Рис. 2. Типовые бездроссельный импульсный стабилизатор (а) и бездроссельный импульсный стабилизатор (б) с навесными конденсаторами (б)

ристик. Для бездроссельных стабилизаторов такая компенсация не требуется, что еще больше снижает стоимость пассивных компонентов. Количество требуемых выводов может оказаться основным недостатком бездроссельного метода. Из рисунков 1 и 2 видно, что у дроссельных ИС четыре вывода (VIN, VOUT, V X и GND), тогда как у бездроссельных устройств: 3—7 выводов (VIN, VOUT, Cf11, Cf12, Cf21, Cf22 и GND), в зависимости от величины выходного тока и соотношения между VIN и VOUT. Кроме того, для дополнительных внешних компонентов схемы компенсации в дроссельных решениях обычно требуются два вывода. Таким образом, для дроссельного типа требуются 4—6 выводов, а для бездроссельного — 3—7. Рабочие характеристики и КПД

Известно, что бездроссельные ИС, или преобразователи с подкачкой зарядов, имеют меньший КПД, чем дроссельные аналоги, регулирующие входное напряжение. Однако у используемых в настоящее время

многорежимных бездроссельных ИС в стандартном диапазоне напряжения батарей КПД в среднем такой же, как и у дроссельных ИС. В преобразователях с подкачкой зарядов применяется несколько топологий для создания требуемых коэффициентов преобразования. Например, в бездроссельном ИС с двумя навесными конденсаторами для разных режимов переключения используются 11 коэффициентов преобразования К пр: 4/1, 3/1, 2/1, 3/2, 4/3, 1, 3/4, 2/3, 1/2, 1/3 и 1/4. В настоящее время на рынке предлагаются бездроссельные ИС, в которых выбор коэффициента выполняется автоматически. Поскольку КПД определяется как ε = VOUT/(VIN∙Кпр), то, меняя значения VIN и VOUT, можно автоматически выбирать требуемый коэффициент преобразования так, чтобы КПД был максимально большим в соответствии с рабочей точкой VIN/VOUT. Например, на рисунке 3 показано, как меняется КПД двух бездроссельных ИС с двумя навесными конденсаторами в диапазоне напряжений 2,6...5,5 В. Видно, что у такого решения среднее значение КПД больше 80% во всем диа-

Рис. 3. КПД в зависимости от входного напряжения бездроссельного ИС

И с т о ч н и к и п и та н и я

22

Рис. 4. Типичная кривая зависимости КПД от нагрузки для ИС дроссельного типа с ШИМ (а) и для бездроссельного типа компании DOLPHIN (б) при VIN = 3,3 В и VOUT = 1,8 В 1

Моделирование и анализ модуляции с пропуском импульсов см. на компакт-диске.

www.elcp.ru

пазоне входного напряжения, полностью совпадающем с диапазоном ИС дроссельного типа. Кроме того, работа с фиксированным значением коэффициента преобразования при VIN = 5 В и VOUT = 3,3 В обеспечивает КПД равный 85%. Поскольку портативные электронные системы работают в нескольких режимах, сама система и ее блоки могут потреблять существенно разные токи. ИС, обеспечивающие питание этих блоков, должны функционировать и иметь высокий КПД во всем диапазоне выходного тока. Следовательно, другим важным вопросом является то, как меняется КПД в зависимости от тока нагрузки ИС. В большинстве импульсных стабилизаторов дроссельного типа используется регулировочная петля ШИМ. Такой подход обеспечивает высокий КПД при максимальной нагрузке, который, однако, быстро уменьшается при ее снижении. На рисунке 4 изображена кривая типичной зависимости КПД от тока нагрузки в ИС дроссельного типа с ШИМ-регуляцией. Видно, что КПД быстро падает при уменьшении нагрузки. Для того чтобы этого не происходило, в дроссельных ИС часто применяется регулировочная схема с частотно-импульсной модуляцией (Pulse Frequency Modulation) или с модуляцией с пропуском импульсов 1 (Pulse Skipping Modulation). Однако недостаток этих схем — в существенном ухудшении качества регулирования и в значительном увеличении собственного выходного шума (см. следующий раздел). Из рисунка 4 видно, как ESR дросселя влияет на максимально достигаемый КПД. Для того чтобы реализовать значения КПД, указанные в технических описаниях поставщиков ИС дроссельного типа, необходимо использовать дроссели с очень низким ESR, какими бы большими и дорогостоящими они ни были. Инженерам часто приходится выбирать недорогие дроссели, сообразуясь с ценовыми ограничениями. Следовательно, у ИС дроссельного типа часто среднее значение КПД находится в диапазоне 80...85% при значениях выходного тока 10...100% от I OUT (см. рис. 4). Реальное среднее значение КПД ИС дроссельного типа снижается до такого уровня, при котором размер и стоимость даже недорогого дросселя не оправдываются по сравнению с меньшими и недорогими керамическими конденсаторами, используемыми в бездроссельных ИС. У бездроссельных импульсных стабилизаторов КПД также снижается

при меньших нагрузках, однако в ряде компонентов, например компании DOLPHIN Integration, применяется инновационная схема регулировки, которая позволяет снизить потери мощности ИС при уменьшении нагрузки и сохранить оптимальное значение КПД для более чем 99% значений тока нагрузки (см. рис. 4) без ухудшения параметров стабилизации и шума. Из рисунков 3 и 4 видно, что выбор ИС на основе его КПД должен осуществляться после выбора максимально реализуемого КПД при максимальной нагрузке. При этом необходимо учесть изменение КПД в зависимости от рабочих режимов (VIN, VOUT, IOUT, ...) системы.

Рис. 5. Выходной шум ИС дроссельного и бездроссельного типов

Амплитуда выходного шума

Рис. 6. Асинхронный и синхронный ИС дроссельного типа

Рис. 7. Характеристики синхронных ИС

Снижение амплитуды собственных помех переключения достигается путем увеличения емкости выходного конденсатора, что, в свою очередь, еще значительнее меняет резонансную частоту LC-фильтра, лежащую в рабочей полосе частот аудио­ усилителя. Шум подложки

Пульсация тока представляет собой удвоенную амплитуду тока, проходящего через дроссель (см. рис. 7), и определяется как ∆IL = f(Vout∙Vin)/(L∙fSW). Зачем понижать пульсацию тока? Это делается по трем главным причинам: снижение пульсаций выходного напряжения; снижение инжекции заряда в подложку и поддержание опти-

мального КПД на большем диапазоне выходного тока. Первая причина достаточно очевидна, т.к. пульсация выходного напряжения ИС дроссельного типа пропорциональна пульсации тока дросселя. Чтобы понять вторую причину, давайте вспомним основные принципы построения дроссельных ИС. Воспользуемся в качестве примера дроссельным понижающим ИС, заметив при этом, что изложенные ниже соображения верны и по отношению к дроссельному повышающему ИС. Известны два вида стабилизаторов (см. рис. 6): асинхронный (а) и синхронный (б). Существуют также другие типы этих устройств, созданные на основе этих двух, но их рассмотрение выхо-

2

Определение и расчет PSRR см. на компакт-диске.

электронные компоненты №6 2009

23 И с т о ч н и к и п и та н и я

При разработке приложения необходимо также учесть шум со стороны цепи питания. Этот шум источника напряжения, поступающий через стабилизатор, имеет две составляющие: шум PSRR 2 (Power Supply Rejection Ratio — коэффициент подавления пульсаций напряжения питания), идущий от входа стабилизатора на его выход, и собственный шум, производимый стабилизатором. До тех пор пока у дроссельного и бездроссельного ИС достаточно широкий спектр сигнала и большой коэффициент усиления, значение PSRR велико. Однако из-за импульсной природы этих стабилизаторов их собственный шум больше по сравнению с другими источниками шума. Таким образом, следует выбирать ИС, у которого этот показатель минимален. На рисунке 5 представлена частотная зависимость собственного шума (включая фликкер-шум и тепловой шум, а также пульсацию выходного сигнала) для обоих типов ИС. У обоих ИС на выходе имеется шум при частоте переключения fsw и его составляющие. Если нагрузка ИС чувствительна к некоторым частотам, частоту переключения ИС необходимо выбирать вне диапазона чувствительности. У импульсного стабилизатора дроссельного типа дополнительный шум распределяется вокруг резонансной частоты f LC = 1/(2π√LC) LC-фильтра, образованного дросселем и выходным конденсатором. Для многих портативных приложений требуется, чтобы резонансная частота LC-фильтра находилась в диапазонах аудио- или видеочастот. Из рисунка 5 видно, что амплитуда шума такого колебательного LC-контура значительно выше амплитуды белого шума ИС и может изменить рабочие параметры чувствительной к помехам аналоговой нагрузки, например аудио­ усилителя.

Табл. 1. Результаты сравнения импульсных стабилизаторов дроссельного и бездроссельного типов Импульсный стабилизатор дроссельного типа

Импульсный стабилизатор бездроссельного типа

Стоимость реализации Список расходуемых материалов

Внешние компоненты в 10 раз меньше Большой и дорогостоящий дроссель + и дешевле. В малопотребляющих прикомпоненты компенсационной схемы ложениях их количество может быть меньше

Количество выводов

4—6

3—7

Максимальный КПД

85% с недорогим дросселем 95% с дросселем высокого качества

92%

КПД в зависимости от Iout

Максимальный КПД в диапазоне зна- Максимальный КПД в диапазоне значечений Iout, превышающем 90% шкалы ний Iout, превышающем 99% шкалы

80...85% со стандартным дросселем Среднее значение КПД в зависимости 85...92% с дросселем высокого качеот Vin и Vout ства Площадь кристалла

80%

Сравнимая Рабочие характеристики

И с т о ч н и к и п и та н и я

24

КПД в зависимости от тока нагрузки

Плохой при ШИМ. Хороший при ЧИМ; при этом серьезно Очень хороший ухудшаются параметры стабилизации, и увеличивается шум

Шум на выходе

Пульсации при переключении + шум колебательного LC-контура в звуковой Только пульсации при переключении полосе частот

Шум подложки

Емкостная шумовая связь при переключении силовых транзисторов. В подложку поступает постоянный ток, если не используется диод Шоттки

Емкостная шумовая связь при переключении силовых транзисторов. Шума не больше, чем в цифровых схемах

Полоса шума

ШИМ и ЧИМ генерируют шум во всем частотном диапазоне

Пульсации на постоянной частоте вне звуковой полосы

Электромагнитные помехи

Неэкранированный дроссель — хороНебольшие электромагнитные помехи шая антенна

Надежность

Пики напряжения, вызванные индуктивностью

дит за рамки данной статьи. Главное отличие между этими двумя видами ИС — использование в асинхронном стабилизаторе диода, проводящего ток от земляного вывода. Главное преимущество ИС с асинхронным выпрямителем — в их простоте. Однако у них невысокий КПД из-за того, что диод рассеивает слишком большое количество мощности. С другой стороны, чтобы получить хороший КПД у ИС с синхронным выпрямителем, оба переключателя не должны открываться одновременно. Для этого используются цепи с несовпадающей коммутацией. Действительно, когда оба ключа закрыты, протекающий через дроссель ток создает потенциал между ними (V X на рисунке 6б), благодаря чему активируются собственные диоды переключателей и ток протекает непосредственно через подложку. В результате в ней может появиться шум и повыситься вероятность защелкивания из-за не вполне надежной топологии импульсного стабилизатора. Очевидно, чем больше ток пульсации, тем выше мгновенное значение амплитуды шума подложки, что может привести к шумящей земле. Кроме того, очень

www.elcp.ru

Пульсации выходного напряжения без заметных пиков

трудно оценить влияние этого шума на всю систему. Единственный способ избежать возникновения такой проблематичной ситуации — добавить внешний диод Шоттки с низким напряжением Vth по сравнению с Vx. Этот диод устанавливается до внутренних диодов переключателей, позволяя устранить инжекцию тока. В результате перечень используемых компонентов, который и без того уже достаточно большой, увеличится, что является самым главным недостатком дроссельных ИС. С другой стороны, единственной причиной возникновения шума, инжектируемого в подложку бездроссельными ИС, является паразитная емкостная связь. Следовательно, производимый бездроссельным ИС шум подложки не больше, чем шум, который генерирует любая цифровая схема того же размера, работающая на той же тактовой частоте. Рассматривая шум подложки, можно считать, что интеграция бездроссельного ИС не более опасна, чем блока КМОП-логики. Шум гармоник рабочего цикла

Дроссельные ИС регулируются с помощью петли ШИМ. Это значит, что

пульсация выходного напряжения меняется в зависимости от режима работы. Распределение гармоник (см. рис. 5) определено недостаточно хорошо и изменяется вместе с VIN, VOUT и IR. Бездроссельные импульсные стабилизаторы управляются не с помощью ШИМ, а за счет линейной регуляции, и поддерживают на выходе устойчивый коэффициент заполнения величиной 50%. Электромагнитные помехи

Еще одним недостатком использования ИС дроссельного типа являются электромагнитные помехи, источником которых может стать другая часть системы. Рабочие параметры чувствительных к помехам радиочастотных или аналоговых цепей могут измениться из-за этих помех, которые очень трудно смоделировать или предсказать. Импульсный стабилизатор может подвергнуться воздействию источника электромагнитных помех, влияющих на напряжение VOUT через дроссель. Такой источник шума тоже очень трудно смоделировать. Эти электромагнитные помехи можно нейтрализовать с помощью экранированных дросселей, что, в свою очередь, не только увеличивает список расходуемых материалов, но и стоимость устройства. Надежность

При переключении могут возникать всплески напряжения, причиной которых является индуктивность. Ситуация осложняется в том случае, если ИС питается от напряжения большего, чем указано в спецификации (например, от 4,2-В литий-ионной батареи). Такие перенапряжения не возникают в бездроссельных импульсных стабилизаторах, которые обеспечивает большую надежность при высоких напряжениях, или же более простой способ защиты. Заключение

В таблице 1 подводятся результаты сравнения встраиваемых импульсных стабилизаторов дроссельного и бездроссельного типов, которые используются в малопотребляющих и портативных системах с высокой степенью интеграции. Мы считаем, что бездроссельные ИС являются экономичным решением с лучшими параметрами по сравнению с дроссельными ИС для интеграции в СнК, предназначенные для переносных электронных устройств. Литература 1. Mathieu Renaud, Yves Gagnon, Inductorless Switching Regulators eliminate costly external component.

Накачка и сброс — больше энергии, чем вы ожидали! Джон Беттен (John Betten), специалист по применению, компания Texas Instruments В статье рассмотрен метод заряда блока конденсаторов для накопления энергии, обеспечивающий достаточный запас мощности для питания всех типов нагрузок. Описана схема обратноходового преобразователя с высокой выходной мощностью, использованного для заряда блока суперконденсаторов. Статья представляет собой перевод [1]. Тип нагрузки имеет значение

Передача тока в нагрузку от заряженного конденсатора определяется переносом требуемого количества заряда в течение определенного периода времени. В терминах подводимой мощности этот процесс можно определить с помощью уравнения: P = 0,5Cbulk(Vi2 – Vf2),

(1)

где Cbulk — емкость заряжаемого конденсатора; Vi — начальное напряжение конденсатора, а Vf — конечное напряжение после разряда. Эта концепция проста в реализации: следует зарядить конденсатор большой емкости до начального высокого напряжения и дать ему разрядиться до заданного уровня; при этом ток подается в нагрузку в условиях временной перегрузки по току. В конце цикла разряда на конденсаторе останется напряжение Vf, и потребуется повторный заряд конденсатора до напряжения Vi. Мощность, которую должен поддерживать конденсатор большой емкости, равна подводимой к нагрузке мощности за вычетом мощности, которая обеспечивается входным источником питания во время разряда. При расчете КПД всех импульсных преобразователей не следует занижать требуемую величину емкости конденсатора. Уравнение (1) представляет собой выражение для напряжения на конденсаторе при подаче постоянной мощности на нагрузку. Однако это является наихудшей ситуацией, поскольку не всякая нагрузка требует постоянной мощности.

Примером нагрузки постоянной мощности служит вход регулируемого импульсного источника питания. Для поддержания постоянной мощности по мере уменьшения входного напряжения импульсного источника питания входной ток должен возрастать. Нагрузка может быть резистивной или проявлять себя как источник постоянного тока. На рисунке 1 показаны разрядные характеристики трех типов нагрузки. Все характеристики начинаются в одной точке, соответствующей начальному напряжению, но затем они расходятся. Ток постоянного сопротивления изменяется противоположно току постоянной мощности и снижается при уменьшении напряжения, постепенно стабилизируясь по мере разряда. Разряд на нагрузку в режиме постоянного тока происходит линейно до нулевого напряжения, причем обеспечивается одинаковый ток, независимо от напряжения на конденсаторе. Разряд в режиме постоянной мощности, в свою очередь, происходит быстрее всего из-за резкого возрастания разрядного тока по мере уменьшения напряжения. В зависимости от типа нагрузки необходимая емкость может существенно изменяться, поэтому всегда полезно знать характер конкретной нагрузки. При использовании блока конденсаторов разработчик должен также решить, до каких пределов его можно будет разряжать. Существуют два возможных способа. Первый состоит в непосредственном подключении нагрузки к блоку конденсаторов. Перепад напряжения на конденсаторах должен находиться в допустимых для нагрузки эксплуатационных пределах.

Рис. 1. Тип нагрузки определяет разрядную характеристику конденсатора

электронные компоненты №6 2009

25 М ИКРОС ХЕМЫ С И Л ОВОЙ ЭЛЕК ТРО НИК И

Введение

Разработчики часто сталкиваются с трудностями при создании высокоэффективных преобразователей мощности. Причина — необходимость уменьшить тепловыделение в ограниченной области, чтобы обеспечить другие подсистемы большей входной мощностью или сберечь электроэнергию из соображений экологичности. Что же должен сделать разработчик, когда от него требуется обеспечить выходную мощность, превосходящую входную мощность на 50 или 100%? Эта на первый взгляд невыполнимая задача может быть решена, хотя и с некоторыми ограничениями. Некоторые виды нагрузки требуют большие мощности лишь в относительно короткие периоды времени продолжительностью в миллисекунды, секунды или даже минуты. В статье рассматривается, как этого можно добиться, заряжая блок конденсаторов для накопления энергии (накачка), пока она не потребуется, и разряжая конденсаторы на нагрузку контролируемым образом (сброс). Все источники подводимого электропитания имеют ограниченные предельные значения тока, напряжения или мощности. Из-за наличия внутреннего сопротивления выходное напряжение батарей падает при большой нагрузке, тем самым косвенно устанавливая наибольший выходной ток для стабилизации напряжения на нагрузке. Практически все адаптеры питания рассчитаны на наибольший уровень выходной мощности. При превышении этого уровня адаптер питания может перейти в режим защиты от перегрузки по току, либо может даже сработать предохранитель для защиты источника входного питания. Интерфейс USB используется как источник питания с напряжением 5 В с выходным током всего 0,1A, но при необходимости может обеспечивать максимальный выходной ток до 0,5 A. Такая величина тока ограничивает мощность этого чрезвычайно распространенного источника питания величиной всего 2,5 Вт. Дополнительную выходную мощность можно получить только от источника накопленной энергии, например от конденсатора или батареи.

МИ КРОС Х ЕМЫ СИ Л ОВОЙ ЭЛ ЕК Т РО НИ КИ

26

Рис. 2. Пример схемы обратноходового преобразователя, заряжающего блок суперконденсаторов, для питания большой нагрузки

www. elcp.ru

Некоторые суперконденсаторы оказываются несовершенными

Преимущество суперконденсаторов — плотность энергии, которая в 1000—10000 раз превышает плотность энергии электролитических конденсаторов. В настоящее время часто используются конденсаторы с номинальным значением емкости 100 Ф и более. Многие из них предназначены для приложений с малым потреблением тока, например для резервных запоминающих устройств. Конденсаторы таблеточного типа часто имеют эквивалентное последовательное сопротивление (equivalent series resistance — ESR) 100 Ом и более. Разработчик должен определить максимальное допустимое ESR исходя из разрядного тока и падения напряжения. Современные типы суперконденсаторов имеют очень малую величину ESR, сравнимую с аналогичным показателем для керамических конденсаторов. На схеме, представленной на рисунке 2, были выбраны суперконденсаторы с малым ESR, поскольку они должны служить источником тока в сотни миллиампер. Питание схемы осуществляется от порта USB с предельным значением входной мощности 2,5 Вт. Выходное напряжение преобразователя составляет 7 В на импульсной нагрузке 4,2 Вт в течение 4 с, а затем 0,7 Вт в течение 15 с. Изолированный обратноходовой преобразователь с контроллером TPS40210 использован для заряда блока суперконденсаторов до напряжения 13,5 В во время режима малой нагрузки. Допускается разряд конденсатора приблизительно до 9,5 В через 4 с режима большой нагрузки. В течение этого периода входной ток стабилизируется на уровне не более 0,5 A (2,5 Вт) и измеряется резистором с помощью операционного усилителя. Если величина входного тока стремится превысить 0,5 A, эта токовая петля управляется напряжени-

Рис. 3. Импульсы тока нагрузки (нижний сигнал) разряжают блок конденсаторов (верхний сигнал), но напряжение на выходе стабилизировано (средний сигнал) (масштаб: 2 В/деление, 0,2 A/деление, 5 с/деление)

Рис. 4. Заряд батареи конденсаторов может быть медленным при подаче напряжения питания во время запуска (Масштаб: 2В/деление, 5 с/деление)

ем вторичного контура. Во время регулирования входного тока входная мощность продолжает подаваться на вторичный контур, но ограничена уровнем 2,5 Вт, тогда как дополнительная мощность подается на нагрузку блоком конденсаторов. На рисунке 3 показаны графики изменения тока и напряжения. Во время импульса тока нагрузки 0,6 А (нижняя кривая) напряжение на суперконденсаторе (верхняя кривая) снижается приблизительно до 4 В. Это значение является входным напряжением для синхронного понижающего DC/DC-преобразователя типа TPS62110, стабилизирующего выходное напряжение на уровне 7 В (средний сигнал). Когда выходной ток нагрузки при напряжении 7 В уменьшается до 0,1 A, блок конденсаторов повторно полностью заряжается до 13,5 В. Во время этих ступенчатых изменений режимов нагрузки и больших перепадов входного напряжения выходное напряжение остается стабильным с небольшими отклонениями. На рисунке 4 показаны сигналы в момент подачи напряжения 4,5 В на вход USB. При включении блок конденсаторов первоначально разряжен, а обратноходовой преобразователь немедленно переключается в режим ограничения входного тока, поскольку выходная нагрузка ведет себя как короткозамкнутая. Блок конденсаторов медленно заряжается до напряжения 13,5 В со скоростью, которая определяется ограничением по входной мощности 2,5 Вт и потерями, связанными с КПД обратноходового преобразователя. Когда напряжение достигает 13,5 В, вторичный контур принимает управление на себя, позволяя уменьшить входной ток. В

этом примере выходная нагрузка отсутствует, хотя для полного заряда конденсаторов требуется приблизительно 18 с. Время запуска будет еще более продолжительным, если подключить внешнюю нагрузку. Это является одним из недостатков, связанных с наличием накопительного конденсатора большой емкости. Заключение

Схема, представленная в этой статье, обеспечивает построение изолированного источника питания, мощность которого больше мощности входного источника питания. Хранение энергии в конденсаторе большой емкости имеет свои недостатки, в частности, высокую стоимость суперконденсаторов и продолжительное время запуска. Тип нагрузки непосредственно влияет на величину необходимой емкости для длительной поддержки требуемой величины напряжения. Нагрузка с постоянной мощностью, например такая как стабилизирующий импульсный преобразователь, представляет собой наиболее тяжелый вид нагрузки и может разрядить накопительный конденсатор быстрее, чем резистивная нагрузка или нагрузка по постоянному току. Однако если в схеме предусмотреть возможность значительного снижения напряжения на накопительном конденсаторе, после которого включен импульсный стабилизатор, то можно удовлетворить потребности в энергии для самой большой нагрузки. Литература 1. Pump and dump — delivering more power than you thought possible! By John Betten// www.powermanagementdesignline.com.

электронные компоненты №6 2009

27 МИ КРО С Х ЕМЫ СИ ЛО ВО Й ЭЛ ЕК ТРОН ИКИ

Обычная полупроводниковая нагрузка допускает отклонение лишь 3—5% от номинального напряжения. Это существенно ограничивает допустимое падение напряжения и принуждает использовать конденсаторы большой емкости. В этом случае не требуется дополнительной стабилизации напряжения. Второй способ допускает большие перепады напряжения и использует дополнительный стабилизатор между конденсатором и нагрузкой. Стабилизатор может быть понижающим, повышающим или даже SEPIC-преобразователем, в зависимости от размаха напряжения на входе, выходе и конденсаторе. При большом перепаде напряжения на конденсаторе более эффективно используется запасенная энергия, что минимизирует величину необходимой емкости. Уменьшение требуемой емкости может снизить общие затраты, даже с учетом расходов на дополнительный стабилизатор.

Оптимизация схемы повышающего преобразователя с коррекцией коэффициента мощности чезаре Боккиола (Cesare Bocchiola), инженер по применению, International Rectifier Corp. Преобразователи напряжения с коррекцией коэффициента мощности, рассчитанные на мощность более 2 кВт, применяются в широком спектре оборудования — от сварочных аппаратов до источников бесперебойного питания, от холодильников до кондиционеров. В статье описывается, как моделирование с помощью системы Mathcad помогает выбрать оптимальную топологию повышающего преобразователя для разрабатываемого приложения. Статья представляет собой перевод [1]. В то время как безмостовые и другие низкочастотные корректоры коэффициента мощности (ККМ) могут применяться в таком оборудовании как кондиционеры, где имеется достаточно пространства для крупных катушек индуктивности, в других приложениях требуется использование высокочастотных каскадов ККМ для минимизации габаритов и веса. Однокаскадная и двухкаскадная схема преобразователя

Возможны два типа топологий высокочастотного каскада повышающего преобразователя с ККМ: однокаскадная и многокаскадная (с чередованием) схемы. Обычно в схеме однокаскадного

повышающего ККМ-преобразователя, работающего в диапазоне мощностей, достигающих 1500 Вт, могут проявляться недостатки — применение мощных ключей в стандартном корпусе типа TO247 ограничено из-за проблем с рассеиваемым теплом. Вместо шунтирующих резисторов следует применять трансформаторы тока, а катушки индуктивности становятся громоздкими и дорогими. Кроме того, выходной конденсатор становится критичным компонентом из-за больших пульсаций тока. Для решения этих проблем все чаще применяется многокаскадная схема (с чередованием) повышающего ККМ-преобразователя. Такая топология обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с однокаскадной топологией:

Мик рос х емы с и л овой эле к т ро ни ки

28

1. Уменьшение объема магнитного сердечника.

2. Потенциальное уменьшение размеров фильтра электромагнитных помех.

3. Снижение пульсаций тока на конденсаторе в цепи постоянного тока (что повышает надежность). На рисунке 1 изображены схемы и идеализированные формы сигналов для двух топологий преобразователя. В топологии с чередованием каждый каскад управляет половиной выходной мощности преобразователя, а пульсации тока снижаются из-за фазового сдвига на 180° между двумя ШИМ-сигналами. Однако в отличие от повышающих преобразователей с постоянным напряжением на входе, в ККМ-преобразователях рабочий цикл не является постоянным в течение сетевого полупериода выпрямления, и снижение пульсаций тока как на входном, так и на выходном конденсаторах не всегда достижимо. Поэтому оптимальная конфигурация фильтра электромагнитных помех, минимальная рассеиваемая мощность в силовых полупроводниковых приборах и низкие пульсации тока на выходном конденсаторе не являются автоматическим результатом использования двухкаскадной схемы ККМ-преобразователя. Вот почему разработчикам нужны методы наиболее точного сравнения преимуществ каждой из топологий схем ККМпреобразователей. Моделирование с помощью системы Mathcad

Рис. 1. Схемы однокаскадного и двухкаскадного преобразователя и основные сигналы

www.elcp.ru

Компания International Rectifier разработала систему моделирования на базе Mathcad, которая позволяет весь-

Рис. 2. Результаты моделирования тока для однокаскадного и двухкаскадного преобразователей

Рис. 3. Блок-диаграмма системы и сеть стабилизации полного сопротивления линии

Микрос хем ы с и л овой эле к т ро ни ки

30

ма точно сравнивать альтернативные решения, определять оптимальную топологию схемы преобразователя в соответствии с требованиями приложения и обеспечивает возможность гибкого изменения параметров и рабочих условий. Система моделирования сочетает возможность эмуляции реальных сигналов схемы в режиме дискретного времени, которые соответствуют непрерывным функциям, и точной оценки потерь мощности на основе моделей силовых приборов. Полная эмуляция спектра входного тока (достигаемая с помощью быстрого преобразования Фурье — БПФ) обеспечивает расчет и построение входного фильтра в соответствии с требованиями европейского стандарта по электромагнитной совместимости EN55014. В данной статье описаны модели построения двух топологий ККМпреобразователей, рассчитанные на мощность 2000 Вт. Результаты моделирования приведены для следующих рабочих условий: – стандартный или расширенный входной диапазон напряжений, частота сети 50 Гц; 1

– одинаковое значение индуктивности катушек для двух вариантов схем; – мощный ключ IGBT IRGP4068D1 и диод Hexfred; – однокаскадный входной D-фильтр; – одинаковая для двух вариантов частота переключения (40 кГц) и выходное напряжение (380 В DC). Сначала был смоделирован рабочий цикл в течение полупериода напряжения сети для однокаскадной и двухкаскадной схем ККМ-преобразователя. Затем были рассчитаны сигналы тока в зависимости от параметров приложения и рабочего цикла. На рисунке 2 представлены графики среднего тока, тока пульсаций, тока долины и пикового тока катушки для однокаскадного и двухкаскадного повышающих преобразователей при индуктивности катушки 1 мГн. Чтобы точно рассчитать мощность, рассеиваемую на ключах и диодах, необходима временная функция, а также ее огибающая, в то время как для расчета EON и EOFF, тока выходного конденсатора и его эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) нужен ток долины и пиковый ток.

На основе этих данных можно: 1. Рассчитать мощность, рассеиваемую на ключе и диоде, что позволяет построить точную модель этих двух приборов.

2. Выбрать магнитный сердечник и рассчитать параметры обмотки, что позволяет оценить потери в сердечнике.

3. Рассчитать шунтирующий резистор, который контролирует ток нагрузки для контроллера, и мощность, рассеиваемую на нем.

4. Рассчитать мощность, рассеиваемую на выходном конденсаторе. Для шунта выбрано пиковое значение напряжения 0,5 В, в соответствии с требованиями для ККМ-контроллера IR11502 компании IR, и предполагается, что разработчик сделал выбор значения емкости выходного конденсатора в соответствии с требованиями к приложению (включая величину пульсаций и время удержания). Емкость выходного конденсатора и ESR будут затем служить входными параметрами для таблицы моделирования (в данном примере используются выходные конденсаторы 4×470 мкФ/400 В типа PEH506 85° с общей величиной ESR 160 мОм/4 = 40 мОм). Заметим, что поскольку предполагается, что выходное напряжение VOUT практически постоянно (без пульсаций), ток конденсатора имеет две основные переменные компоненты: одну на частоте сети питания (генерирует реальные пульсации напряжения, которыми мы пренебрегаем), а вторую — высокочастотную. Окончательным этапом расчета являются применение БПФ к току на катушке во всем полупериоде сети и сравнение спектра с предельными требованиями стандарта EN55014 с целью выбора фильтра электромагнитных помех. Для этого следует учитывать эффект схемы стабилизации полного сопротивления линии (line impedance stabilization network — LISN). Блок-диаграмма системы и сеть стабилизации полного сопротивления линии показаны на рисунке 3. Входной фильтр состоит из Lf, C x и Cb. В этой схеме учитываются только дифференциальные помехи — при рассмотрении топологии ККМ синфазные помехи не являются существенными и ими пренебрегают. Проектирование фильтра следует выполнять итерационно: выбираются номиналы элементов фильтра, и производится моделирование до тех пор, пока спектр электромагнитных помех входного тока не будет отвечать требованиям стандарта EN55014.

Техническую документацию на транзистор IRGP4068D см. на компакт-диске. Указания по применению микросхемы IR1150 и описание демонстрационной платы IRAC1150-300W см. на компакт-диске.

2

www.elcp.ru

Пример расчета схемы

В таблице 1 представлены результаты моделирования следующих вариантов схемы ККМ-преобразователя: 1. Входное напряжение 230 В, однокаскадная схема.

2. Входное напряжение 85…255 В, однокаскадная схема.

3. Входное напряжение 230 В, двухкаскадная схема.

4. Входное напряжение 85…255 В, двухкаскадная схема. Для каждого варианта схемы выбран стандартный сердечник и предполагается, что плотность тока обмоток катушки лежит в пределах 2…3 А/мм2 с коэффициентом заполнения 40%. Результаты моделирования показывают, что двухкаскадный преобразователь не обеспечивает существенных преимуществ, за исключением снижения потерь в силовых полупроводниковых приборах и на выходном конденсаторе, что компенсируется сильными потерями в обмотке катушки индуктивности. Альтернативная схема допускает одинаковую индуктивность для двухкаскадного и однокаскадного преобразователей (400 мкГн на катушку). При сохранении того же размера сер-

Вес Рассеиваемая Фильтр электроОбъем сердечника, мм3 сердечника, г мощность, Вт магнитных помех 230 В, однокаскадная 79000 205 49,6 230 В, двухкаскадная 88000 216 53,4 2×680 нФ + 50 мкГн 85…255 В, однокаскадная 204000 520 204,2 85…255 В, двухкаскадная 204000 520 229,7 Вариант схемы

дечника потери в обмотках могут быть снижены до четырех раз. В то же время потери в силовых полупровод­никовых приборах могут измениться незначительно или даже совсем остаться без изменений. Однако для входного фильтра в этом случае нужна индуктивность 75 мкГн вместо 50 мкГн. В принципе увеличение на 50% индуктивности фильтра требует увеличения на 50% объема магнитного материала, и для той же самой величины входного тока — одинаковых потерь в обмотках. Поэтому суммарное количество магнитного материала увеличивается, а общая рассеиваемая мощность становится существенно меньше. Заключение

В обоих решениях — в однокаскадной и двухкаскадной (с чередо-

ванием) топологии повышающего ККМ есть свои преимущества и недостатки. Двухкаскадный преобразователь не всегда является лучшим выбором для всех приложений и/или рабочих условий. Используя инструменты моделирования на базе Mathcad, разработчики могут сравнивать обе топологии на основе реальных критериев и, таким образом, выбирать оптимальные решения в соответствии с системными требованиями. Литература 1. Cesare Bocchiola. Optimising PFC Boost Converter Design.

2. P. Ram Mohan, M. Vijaya Kumar, O. V. Raghava Reddy. Simulation of a Boost PFC Converter with Electro Magnetic Interference Filter // International Journal of Electrical Systems Science and Engineering.

События рынка

| Agilent Technologies получила награду «Продукт года» от EC&M | Ручной цифровой мультиметр Agilent U1253A c дисплеем на органических светодиодах завоевал приз «Продукт года» по версии журнала Electrical Construction & Maintenance (EC&M) в категории «Портативное контрольно-измерительное оборудование». Награда, присуждаемая редакцией журнала, признала по-настоящему инновационный характер мультиметра Agilent U1253A. Первый в мире мультиметр с дисплеем на органических светодиодах обеспечивает исключительное качество отображения результатов измерений и в помещениях, и в темноте, и под острым углом, а его контрастность составляет 2000:1. Более подробную информацию о мультиметре Agilent U1253A см. на сайте www.agilent.com/find/oleddmm. Фотографии высокого разрешения доступны по ссылке www.agilent.com/find/oleddmm_images.

Agilent Technologies продолжает развивать серию приборов эконом-класса, отвечая потребностям рынка в измерительных приборах, которые легко переносятся к месту монтажа или технического обслуживания, обладают высокой точностью и доступны в ценовом отношении. Agilent Technologies выпускает широкий спектр аппаратуры этого класса, включая лабораторные, ручные и модульные приборы — источники питания, цифровые мультиметры, ручные осциллографы, устройства сбора данных с USB-интерфейсом, программное обеспечение Agilent VEE и средства подключения приборов к ПК. Специалисты по достоинству оценили эту аппаратуру: серия осциллографов Agilent U1600A удостоилась звания «Продукт года» по результатам голосования читателей журнала Elektronik, а серия цифровых мультиметров Agilent U1250A вошла в EDN Hot 100 Product и была признана «Лучшим портативным контрольно-измерительным прибором» на сайте analogZONE. Более подробная информация об измерительных приборах эконом-класса см. по адресу www.agilent.com/find/ lci_backgrounder. www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №6 2009

31 Микрос хем ы с и л овой элек тро ник и

Таблица 1. Результаты моделирования

Развитая логика управления повышает эффективность возобновляемых источников энергии Арефин Мохаммед (Arefeen Mohammed), инженер по применению, Texas Instruments

Цифровые сигнальные контроллеры с плавающей точкой, основанные на архитектуре с фиксированной точкой, позволяют реализовать более сложные алгоритмы управления в инвертирующих усилителях мощности для систем, использующих солнечную энергию и энергию ветра. Статья представляет собой авторизованный перевод [1].

Мик рос х емы с и л овой эле к т ро ни ки

32

В настоящее время в силовой электронике и, в частности, в приложениях с возобновляемыми источниками энергии необходимо повысить общее количество получаемой мощности при снижении ее удельной стоимости. Одним из способов достижения этой цели является добавление развитых логических функций в управление инвертором, преобразующим изменяющееся выходное напряжение источника энергии в стабильное напряжение, которое используется для работы различных устройств. Одно из решений этой проблемы — применение интеллектуальных инверторов, повышающих энергоэффективность, синхронизирующихся с электросетью общего пользования и защищающих локальные системы от возможных повреждений в сети. Хотя системы с солнечными батареями и ветросиловые установки являются наиболее очевидными применениями, интеллектуальные инверторы также могут применяться в других приложениях для максимального увеличения выходной мощности. Для подобных применений высокоэффективное управление инвертором обеспечивается цифровыми сигнальными контроллерами (ЦСК), уменьшающими потери преобразования

вполовину при значительном снижении стоимости. Цифровые сигнальные контроллеры сочетают в себе высокую производительность цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) с простотой программирования и интеграции микроконтроллеров. Помимо этого, в настоящее время доступны ЦСК, поддерживающие операции с плавающей точкой, что повышает производительность и облегчает программирование сложных алгоритмов. Назначение инверторов

Основная функция инвертора состоит в преобразовании изменяющегося напряжения постоянного тока, поступающего от источника, в стабильное синусоидальное напряжение с частотой 50 или 60 Гц для питания различных устройств и его подачи в электрическую сеть. В зависимости от приложения, может требоваться однофазное или многофазное напряжение. Помимо преобразования постоянного тока в переменный, интеллектуальные инверторы также защищают нагрузку, в источниках бесперебойного питания заряжают аккумуляторные батареи, регистрируют данные о потребляемой мощности, эксплуатационные показатели, отслежива-

ют режимы оптимальной мощности источника энергии (Maximum Power Point — MPP; Maximum Power Point Tracking — MPPT) для поддержания максимальной эффективности выработки электроэнергии. Номинальные диапазоны от одного до нескольких сотен киловатт пиковой мощности позволяют проектировать инверторы в сложных топологиях источников, с трансформаторами или без таковых, а также с интеграцией нескольких управляющих процессоров. Упрощенная структурная схема инвертора показана на рисунке 1. Сначала преобразователь постоянного напряжения повышает или понижает входное напряжение, регулируя выходные параметры для достижения наибольшей эффективности. После некоторой дополнительной буферизации напряжения полевые МОП-транзисторы моста используют частоту коммутации в диапазоне 18...20 кГц для преобразования постоянного напряжения в переменное. В заключение низкочастотный фильтр сглаживает коммутируемый переменный ток до синусоидальной формы сигнала для использования при генерации выходного переменного тока с частотой электросети. (На рисунке 2 не показаны преобразование и регулирование величины постоянного напряжения, необходимые для зарядки аккумуляторной батареи). Трансформаторы и защита

Рис. 1. Упрощенная структурная схема инвертора

www.elcp.ru

Поскольку входное напряжение источника обычно недостаточно высоко, то система может либо повышать напряжение с помощью трансформатора на стороне переменного напряжения, либо увеличивать напряжение на каскаде преобразования величины постоянного напряжения.

Увеличение мощности зарядки до максимума

Эффективность заряда аккумуляторной батареи зависит от входного напряжения, которое может сильно меняться, особенно в системах с возобновляемыми источниками энергии. Параметры аккумуляторной батареи также изменяются в зависимости от состояния зарядки, так что время от времени для того, чтобы повысить полную отдаваемую мощность и скорость зарядки, возникает необходимость в коррекции режима заряда. Батарея имеет максимальную мощность заряда при оптимальной мощности MPP. Отслеживание точки оптимальной мощности MPP необходимо для ее определения и коррекции пре-

образования напряжения постоянного тока с целью получения максимальной выходной мощности для зарядки. MPPT может повышать общий КПД солнечных энергосистем на одну треть или больше в зимний период, а также оказывать значительное влияние на системы другого типа. На рисунке 3 показано, как определение MPP изменяется в зависимости от погодных условий. Наиболее распространенный алгоритм определения MPP состоит в регулировании рабочего напряжения на каждом цикле MPPT. Этот алгоритм поддерживает осцилляции в окрестности точки MPP в достаточно широком диапазоне, чтобы исключить небольшие искажающие общую картину пиковые значения на графике мощности. Мера неэффективности алгоритма возмущение-наблюдение определяется пределами, в которых происходит осцилляция от точки MPP на каждом цикле. Применяемый в качестве альтернативы алгоритм дифференциальной индуктивности находит точки экстремума, в которых производная графика мощности равна нулю, а затем переходит на установленный уровень мощности. Хотя такой подход лишен связанных с осцилляцией недостатков, он может оказаться несостоятельным по другим причинам, поскольку вероятен переход на локальный максимум вместо точки MPP. Комбинированный подход поддерживает уровень, определенный алгоритмом дифференциальной индуктивности, но производит сканирование в более широком диапазоне, чтобы исключить выбор локальных максимумов. Являясь более эффективным, этот подход также требует большей производительности контроллера. Требования к проектированию системы управления

Чтобы эффективно исполнять точные алгоритмы преобразования постоянного тока в переменный и защитить цепь, управляющий процессор для инвертора должен удовлетворять ряду требований к обработке данных в реальном времени. Для исключения секционирования необходимо точное измерение напряжений и токов для определения потока мощности, при котором разрешено быстрое отключение. Если выход инвертора должен синхронизироваться с линией электропитания, то система управления может включать в себя цифровой контур фазовой автоподстройки частоты, реализованный на уровне программного обеспечения наряду с другими алгоритмами. Хотя MPPT и управление зарядкой аккумуляторной батареи требуют реагирования лишь в близком к

Рис. 2. Схема преобразования

Рис. 3. Определение MPP в зависимости от погодных условий

реальному времени режиме, они также предусматривают алгоритмы с высоким уровнем требований к обработке. Управление требуется для установления стабильного напряжения постоянного тока в каскаде преобразования величины постоянного тока, а также в некоторых случаях может быть необходимо для компенсации изменений постоянного тока в каскаде его преобразования в переменный ток. Решить эти проблемы разработчику позволит единственное устройство, способное управлять всеми этими каскадами и обладающее достаточной производительностью для выполнения нескольких алгоритмов. ЦСК представляют собой хорошее решение для управления в реальном времени инверторами, аккумуляторными батареями и защитными механизмами в системах с возобновляемыми источниками энергии. Эти устройства наследуют от ЦСП возможность поддержки быстрых математических вычислений в алгоритмах управления в реальном времени. Один контроллер на базе ЦСП может управлять несколькими каскадами преобразования на одном и том же инверторе, а также имеет запас производительности для выполнения дополнительных функций, например MPPT, мониторинга зарядки батарей, защиты от бросков напряжения, протоколирования данных и обеспечения связи. В новых контроллерах с плавающей точкой эти преимущества расширены, что облегчает программирование и отладку, а также делает их менее подверженными ошибкам. Более широкий диапазон, характерный для операций с плавающей точкой, уменьшает вероятность насыщения и позволяет производить динамическую коррекцию

электронные компоненты №6 2009

33 М икрос хемы с и л овой элек тро ник и

Трансформатор переменного тока обеспечивает гальваническую развязку благодаря своей конструкции; то же самое происходит в случае полномостового преобразователя постоянного тока со сдвигом по фазе и отключением при нулевом напряжении, и этот преобразователь, таким образом, представляет собой эквивалент трансформатора. На рисунке 2 показана широко используемая схема преобразования постоянного тока в переменный с трансформатором для однофазного инвертирования, управляемая четырьмя сигналами широтно-импульсной модуляции (ШИМ). С одной стороны, трансформаторы увеличивают вес, объем и стоимость решения, а также приводят к снижению КПД приблизительно на 2%. С другой стороны, они улучшают защиту цепи и повышают безопасность пользователя, изолируя цепи и предотвращая распространение короткого замыкания постоянного тока на сторону переменного тока. Конструкция может включать в себя устройство защиты от остаточного тока (residual current protection device, RCD), отслеживающее токи всех фаз, а затем размыкающее реле, если ток превышает определенную величину. Из-за опасности утечки тока устройства RCD имеют особое значение для безопасности бестрансформаторных систем. Необходимость включения в конструкцию реле диктуется требованиями защиты системы, чтобы предохранить цепи преобразования и зарядки от перегрузки и скачков напряжения в электросети. Инвертор определяет случаи, когда линия обесточена, находится под пониженным или повышенным напряжением либо имеет существенные нарушения по какой-либо другой причине. Когда происходит чтото подобное, инвертор автоматически отключается от сети электроснабжения, не становясь отдельной электрогенерирующей секцией.

алгоритмов при любых режимах нагрузки. Помимо этого, программный код на основе команд с плавающей точкой более компактен в математических операциях и требует меньше тактов для исполнения, чем в случае фиксированной точки. Проектирование системы управления инвертора

Микрос хем ы с и л овой эле к т ро ни ки

34

На рисунке 4 показан цифровой сигнальный контроллер F2833x, применяемый для управления инвертором силового каскада в работающей от солнечной энергии системе. (Система с ветросиловой установкой выглядит аналогично, хотя имеет коллектор энергии с ветродвигателем). Входные сигналы от датчиков на батарее солнечных элементов подаются на АЦП контроллера, обеспечивая мгновенную передачу данных о напряжении и токе, которые подаются для преобразования от солнечной батареи. Кроме того, входные сигналы могут, например, предоставлять информацию о температуре солнечных элементов и окружающей среды, применяемую для защиты фотоэлектрических панелей, а также обеспечивать обратную связь путем измерения выходной мощности солнечных элементов, используемую для отслеживания точки MPP. Все измерительные входы должны быть масштабированы таким образом, чтобы максимумы и выбросы не превосходили 3-В уровень напряжения АЦП. Данные сначала подаются на контур управления электропитанием. В зависимости от конструкции, возможно наличие нескольких контуров. Другие выполняемые в реальном времени задачи также предусматривают входные сигналы на контур управления электропитанием. В число таких задач входит измерение мощности, возвращаемой в сеть, мониторинг уровней мощности в сети для обеспечения защиты, регулирование зарядки батарей, отслеживание точки MPP и взаимодействие с параллельными контроллерами, управляющими другими системами. На рисунке 1 показано, как в инверторе используются ШИМ-контроллеры для каскадов преобразования величины постоянного тока и преобразования постоянного тока в переменный. В зависимости от уровня мощности системы, можно реализовать однофазную или многофазную конфигурацию преобразования постоянного тока. Мониторинг и управление для входного и выходного напряжений каскада преобразования постоянного тока можно осуществлять с помощью АЦП контроллера. Управление каскадом преобразования постоянного тока в переменный с использованием полумостовой схемы, как показано на рисунке 2, можно осуществлять с использованием четырех выходных сигналов ШИМ. Поддерживается разрешение ШИМ более 12 разрядов при частоте коммутации ШИМ 20 кГц — это достаточно высокие показатели для обеспечения переходной характеристики и контроля над выходным напряжением переменного тока.

Рис. 4. Цифровой сигнальный контроллер F2833x

Это напряжение синхронизируется с линией переменного тока путем измерения напряжения в линии и точке пересечения нуля; последняя величина определяется с помощью любой из линий ввода–вывода контроллера. Малое время задержки обработки прерывания, характерное для контроллеров F2833x, обеспечивает быстрый отклик и синхронизацию выхода инвертора с напряжением линии переменного тока. В качестве альтернативы вместо полумостового преобразователя на выходе системы может применяться трехфазный инвертор. В этом случае для управления каскадом преобразования постоянного тока в переменный потребуются шесть сигналов ШИМ. Важным аспектом конструкции является управление обработкой отказов в реальном времени. Отказы, возникающие сравнительно медленно (например, перегрев инвертора), могут быть обнаружены и обработаны с использованием выделенного входа АЦП, осуществляющего текущий контроль температуры и инициирующего соответствующую реакцию системы. Напротив, такие критические отказы как повышенное и пониженное напряжение или перегрузка по току, требуют немедленной реакции во избежание серьезного повреждения системы. В контроллерах F2833x предусмотрены специальные линии для обработки таких критических отказов, называемые зонами отключения. Выводы зон отключения переводят в неактивное состояние отображаемые выходные сигналы ШИМ в течение двух тактов ЦСП после получения сигнала об отказе, обеспечивая своевременное отключение системы для предотвращения ее серьезного повреждения. Литература 1. Arefeen Mohammed, Control Intelligence Improves Renewable Energy Efficiency.

Новости из мира дисплеев

| Innolux наращивает выпуск мониторов с LEDподсветкой | Председатель компании Innolux Display Синь Тюань (Hsing C. Tuan) прогнозирует в третьем квартале 2009 г. резкий скачок спроса на мониторы со светодиодной подсветкой. Свой прогноз он объясняет снижением разницы в цене между панелями с LED и CCFL лампами подсветки. В I кв. 2009 г. доля панелей с LED-подсветкой составляла всего 0,5% на рынке ЖК-панелей для мониторов, а это — около 100 тыс. панелей. Тем не менее, председатель Innolux уверен, что вскоре ситуация кардинально изменится, и уже в 2010 г. в ассортименте компании будет 50% мониторов со светодиодной подсветкой. www.russianelectronics.ru

www.elcp.ru

Модуль TE-STM32F103 — встраиваемое решение на основе микроконтроллера с ядром Cortex-M3 Владимир Бродин, Игорь Булатов, «Терраэлектроника» В статье представлен встраиваемый модуль TE-STM32F103 от компании «Терраэлектроника», выполненный на основе микроконтроллера с ядром Cortex-M3. Модуль реализует преимущества микроконтроллера из старшей линейки семейства STM32 компании STMicroelectronics: производительное 32-разрядное ядро (72 МГц), флэшпамять 512 Кбайт, быстрая обработка прерываний, 12-разрядные АЦП и ЦАП. Модуль представляет собой завершенное решение, готовое для установки в изделия в качестве ядра системы управления. Одной из главных тенденций современного развития микроконтроллерных систем управления является переход на 32-разрядные архитектуры и программирование на языках высокого уровня. Значительный сегмент рынка 32-разрядных встраиваемых систем занимают изделия на основе микропроцессоров и микроконтроллеров (МК) с архитектурой ARM (Advanced RISC Machine). Компания ARM является разра­ ботчиком процессоров, а не производителем — по ее лицензиям собственно микросхемы выпускают ведущие микроэлектронные компании мира. В настоящее время известны три семейства процессоров ARM — младшее семейство ARM7 (тактовые частоты 50…100 МГц), производительное семейство ARM9 (тактовые частоты около 200 МГц) и старшее семейство ARM11 (тактовые частоты до 1 ГГц). Опыт эксплуатации первого поколения ARM7-микро­ контроллеров показал, что при несомненных достоинствах этих приборов, связанных в первую очередь с универсаль­ ностью архитектуры, для решения задач управления необ­ходимо увеличить скорость обработки прерываний и плотность кода. В 2004 г. было объявлено о разработке 32-разрядного ядра Cortex-M3 как продукте сотрудничества компаний ARM и STMicroelectronics, а в 2007 г. на основе нового ядра появилось семейство МК STM32. Первоначально МК с ядром Cortex-M3 позиционировалось как упрощенные, бюджетные 32-разрядные приборы. Предполагалось, что они не будут конкурировать с ARM7МК, поскольку предназначены для более низкой иерархической ниши. Однако глубокая модернизация архитектуры ARM7 и применение технологии 0,14 мкм привели к тому, что МК семейства STM32 по основным параметрам превзошли ARM7-микроконтроллеры. Современная структура и технология производства позволили достичь показателя энергопотребления ядра Cortex-M3 микроконтроллеров STM32 в 0,19 мВт/МГц. При этом производительность по тесту Dhrystone составляет 1,25 DMIPS/MГц против 0,95 DMIPS/MГц для ARM7TDMI на наборе команд Thumb. Максимальная тактовая частота МК STM32 составляет 72 МГц. Компания STMicroelectronics заявляет о способности своих МК с ядром Cortex-M3 превосходить DSP других компаний в нише целочисленных вычислений. Таким образом, МК STM32 с ядром Cortex-M3 не только экономичнее, но производительнее, чем традиционные ARM7. В целом, семейство STM32 с ядром Cortex-M3 устанавливает новый стандарт качества среди 32-разрядных МК, а

невысокая цена позволяет рекомендовать это семейство разработчикам для перехода с 8- и 16-разрядных архитектур на 32-разрядные. Семейство STM32 очень хорошо подходят для изучения и практического освоения современных 32-разрядных МК. Более простая, по сравнению с ARM, прозрачная для понимания структура программно-доступных ресурсов семейства STM32 позволяет войти в мир производительных МК как уже искушенным разработчикам, так и новичкам. Структура адресного пространства ядра Cortex-M3 МК семейства STM32 представлена на рисунке 1. Ядро Cortex-M3 использует гарвардскую архитектуру с раздельными пространствами памяти программ и данных, хорошо известную тем разработчикам, у которых имеется опыт работы с 8-разрядными приборами. Все ресурсы имеют единое адресное пространство, в котором нахо-

35

Рис. 1. Адресное пространство МК с ядром Cortex-M3

электронные компоненты №6 2009

Рис. 2. Микроконтроллерный модуль TE-STM32F103

36

дятся, в т.ч. характерные для МК массивы ячеек с битной адресацией (два массива по 1 Мбайт каждый). Внутренняя флэш-память позволяет хранить как программы, так и данные. Компания «Терраэлектроника» в рамках программы создания собственных микроконтроллерных средств разработала на основе МК из старшей линейки семейства STM32 встраиваемый модуль TE-STM32F103. При его проектировании решалась задача создания многоцелевого средства, способного функционировать в разном качестве в составе различных конфигураций аппаратуры. Планировались следующие основные роли.

1. Компактный бюджетный модуль на основе 32-разрядного МК с оптимальным набором интерфейсов, который можно использовать в конечном изделии и как производительный процессор смешанных сигналов, и как экономичный контроллер с минимальным интегральным потреблением энергии.

2. Отладочное средство при макетировании встраиваемых систем. Как известно, МК может служить генератором функциональных тестов для всего изделия. Модуль TE-STM32F103 имеет возможность загрузки тестовых программ через мост USB-UART и возможность отладки с использованием интерфейса JTAG. 3. Учебно-демонстрационное средство для освоения 32-разрядных МК. Небольшая цена, доступность всех портов МК на контактных площадках, расширяемый набор демо-программ являются весомыми аргументами для выбора модуля TE-STM32F103 в качестве платформы для перехода на современные производительные МК. Модуль TE-STM32F103 (см. рис. 2) реализован на основе МК STM32F103RET6, который кроме процессорного ядра типа Cortex-M3 содержит на кристалле флэш-память объемом 512 Кбайт, ОЗУ 64 Кбайт, заключен в 64-выводный корпус LQFP и способен функционировать на максимальной тактовой частоте 72 МГц.

WWW.ELCP.RU

Структура микроконтроллеров старшей линейки STM32F103 приведена на рисунке 3. Набор периферийных блоков МК STM32 включает до пяти интерфейсов USART, три интерфейса SPI, два интерфейса I2C, до шести 16-разрядных таймеров, тактовый генератор 4...16 МГц, встроенный RC-генератор с частотами 8 МГц и 40 кГц, 12-канальный DMA, два таймера WDT, часы реального времени. Важным преимуществом МК старшей линейки является наличие трех 12-разрядных АЦП, ЦАП, интерфейсов USB и CAN, двух таймеров PWM с тактовой частотой 72 МГц. Важнейшим отличием ядра Cortex-M3 от ядра ARM7 является наличие встроенного контроллера вложенных прерываний. Его работа для программиста проявляется в том, что при возникновении запроса прерывания значения программного счетчика, регистров состояния и общего назначения автоматически помещаются в стек, а после выполнения процедуры обслуживания производится автоматическое восстановления их значения. Кроме ненужности фрагментов программы для манипуляций со стеком, важным является то, что при вложенных прерываниях вообще не требуется повторное сохранение регистров в стеке, и время перехода к процедуре обслуживания вложенного прерывания сокращается до шести циклов. Контроллер обработки прерываний дополнен блоком обработки внешних прерываний, который способен преобразовывать сигналы с внешних выводов в сигналы запросов. Детекторы входных сигналов могут быть программно настроены на идентификацию фронта сигнала, спада и импульса. Разработчикам встраиваемых систем часто требуется хороший интегрированный в микроконтроллер АЦП. Микроконтроллеры старшей линейки семейства STM32 имеют в своем составе три 12-разрядных самокалибрующихся АЦП (до 21 канала) c быстродействием 1 Msps. Несколько полезных опций, таких как сканирующий опрос

Рис. 3. Структура микроконтроллеров старшей линейки STM32F103

38

каналов и синхронная работа нескольких преобразователей, существенно упрощают работу. Интегрированный в кристалл датчик температуры можно подключить к АЦП, что важно для измерения режима работы основного компонента встраиваемой системы. Поскольку в составе микроконтроллеров STM32 имеется еще и 12-разрядный ЦАП, то их можно считать и аналого-цифровыми процессорами (mixed signal processors). Большим удобством для многих применений является возможность использования в качестве источника синхросигнала внутреннего RC-генератора с частотой 8 МГц. Внешний кварцевый генератор может иметь частоту 4...16 МГц. Преимуществом МК STM32 является большой диапазон возможного снижения энергопотребления — с 27 мА на частоте 72 MГц до 1,4 мкА в режиме работы только часов реального времени от батареи. Имеется четыре режима работы с малым энергопотреблением. Напряжение питания составляет 2,0...3,6 В, встроенный супервизор питания позволяет сократить количество схем обвязки. МК STM32F103RET6 имеет три 16-разрядных порта c индивидуально программируемыми выводами, каждый вывод имеет несколько альтернативных функций. Все выводы портов МК на плате модуля TE-STM32F103 подключены к контактным площадкам, в отверстия которых можно установить штыревой разъем. Через контактные площадки доступны в т.ч. последовательные порты МК (UART, CAN, SPI, I2C), а также входы АЦП и выходы ЦАП. Обвязка МК включает кварцевые резонаторы на 8 МГЦ и 32 кГц, а также ионистор, заменяющий аккумулятор резервного питания.

WWW.ELCP.RU

Для подключения к компьютеру или другому hostустройству модуль TE-STM32F103 имеет два разъема miniUSB. Один из них связан с портом USB-device микроконтроллера, а другой является принадлежностью моста USB-UART. Мост выполнен на базе микросхемы FT232RL, позволяет загружать код программы во внутреннюю память МК. Для программирования и отладки имеется разъем JTAG стандартного для ARM-микроконтроллеров формата 2×10 выводов. Для подключения к сети CAN предусмотрены клеммный соединитель типа DB-09B. Драйвер выполнен с использованием микросхемы SN65HVD230. Накопление информации и ее перенос производится с использованием карт microSD. Для этого на плате установлен слот с функцией обнаружения вставленной карты. Питание модуля TE-STM32F103 может осуществляться от внешнего источника 5 В, порта miniUSB, моста USB-UART. Все источники разделены диодами и могут быть подключены одновременно. Сбалансированный набор перечисленных выше аппаратных средств модуля размещен на компактной плате небольших размеров (72×77 мм), которая имеет по углам крепежные отверстия. Для модуля TE-STM32F103, как и для других модулей от «Терраэлектроники», разработан и выполняется комплекс мероприятий по сопровождению производства и эксплуатации. Для модуля TE-STM32F103 создан набор тестирующих программ, который используется для контроля при производстве. Исполняемые коды программ передаются вместе с модулем разработчику; применение тестирующих программ описано в руководстве пользователя. На прилагаемом к модулю компакт-диске имеется программа

Flash Loader Demonstrator для загрузки программ во флэшпамять МК STM32. Таким образом, модули могут быть проверены как в процессе разработки системы, так и в процессе ее эксплуатации. Для облегчения освоения МК семейства STM32 в состав документации модуля TE-STM32F103 включены проекты демо-программ (с исходными текстами на языке Си), работающих с важнейшими аппаратными компонентами модуля. На текущий момент это две программы. Одна из них демонстрирует инициализацию процессорного ядра и контроллера прерываний, после этого в программе обслуживания таймера зажигает светодиоды. Вторая программа реализует на порте микроконтроллера класс USB CDC (Communication Device Class), осуществляет прием данных от компьютера через виртуальный COM-порт модуля и передачу данных через интерфейс USB модуля. Комплект поставки модуля TE-STM32F103 включает все необходимое для быстрого начала работы. Кроме собственно модуля, в комплект входит кабель miniUSB, компакт-диск с программами и технической документацией, руководство пользователя в печатном виде. Кабель miniUSB позволяет подключить модуль к контроллеру, подать от него питание 5 В и выполнить загрузку программ во внутреннюю флэш-память.

На компакт-диске имеются папки Demo program, Docu­ men­tation, Driver, Schematic, Software, TESTs. В папке Demo program находятся проекты демонстрационных программ, подготовленные для трансляции в среде IAR Workbench Kickstart. В папке Driver находится драйвер микросхемы FTDI232RL моста USB-UART. В папке Schematic можно найти принципиальную схему модуля в формате .pdf, а в папке Documentation — описания типа Data Sheet основных компонентов схемы. В папке Software находятся установочные файлы бесплатных версий среды программирования IAR Workbench Kickstart и загрузчика Flash Loader Demonstrator. В папке TESTs хранятся загрузочные модули тестовых программ. Ядро Cortex-M3 принадлежит к новому поколению 32-разрядных архитектур, а семейство микроконтроллеров STM32 воплощает его структурные новации с использованием новейшей микроэлектронной технологии. Затраченные усилия по освоению нового ядра с лихвой окупаются возможностью просто, быстро и эффективно решать современные задачи. Все это позволяет рекомендовать семейство STM32 и модуль TE-STM32F103 для реализации перспективных встраиваемых систем, а также для перехода с 8- и 16-разрядных микроконтроллеров на 32-разрядные.

Новости из мира дисплеев

| LG Display приступит к производству 30-дюймовых OLED-панелей для телевизоров | LG Display, входящая в состав LG Group, планирует приступить к производству 30-дюймовых светодиодных (OLED) панелей для телевизоров в 2012 г., — сообщает TradingMarkets со ссылкой на заявление главного исполнительного директора компании Квон Ян Су (Kwon Young-soo). Производство телевизионных OLED-панелей должно стать новым источником дохода компании. До конца 2009 г. планируется нанять 1,7 тыс. сотрудников для исследовательских работ и разработки OLED-технологий. На днях компания заявила о намерении, в связи с возрастающим спросом, инвестировать 2,5 млрд. долл. в строительство дополнительной линии по производству ЖК-панелей восьмого поколения в Корее. Массовое производство панелей на этой линии планируется запустить во 2-й половине 2010 г. www.russianelectronics.ru

События рынка

| Прибыль LG Display упала на 60% | Руководство входящей в LG Group компании LG Display, одного из ведущих производителей дисплеев, объявило о падении прибыли на 60% во II кв. 2009 г. Снижение выручки произошло, несмотря на рекордное число продаж, — сообщает Associated Press. С апреля по июнь прибыль компании LG Display составила 237 млн. долл., тогда как в том же периоде 2008 г. выручка составляла 543 млн. долл. Кроме того, руководство LG сообщило о том, что убытки компании в I кв. этого года составили 18 млн. долл. В то же время уровень продаж продукции компании по сравнению с прошлым годом вырос на 16%. «У нас рекордное число продаж в этом году, а спад прибыли связан со срочным открытием новых производственных линий и адаптацией рыночных операций к требованиям заказчика», — отметил руководитель компании Квон Ян Су (Kwon Young-soo).

LG Display получила ряд предписаний комиссии Евросоюза, связанных с необходимостью устранить нарушения компанией антимонопольных правил ЕС. Сотрудники комиссии Евросоюза считают, что LG Display договорилась об установке единой цены на мониторы со своим главным конкурентом — Royal Philips Electronics NV. В прошлом году LG Display и его подразделения в США — LG Display America Inc — выплатили 400 млн. долл. в качестве штрафа за нарушения антимонопольного законодательства этой страны в период с 2001 по 2006 гг. www.russianelectronics.ru

События рынка

| Осенний форум Intel | С 22 по 24 сентября в Сан-Франциско компания Intel проведет традиционный осенний Форум Intel для разработчиков. Ожидается, что будут представлены детальные спецификации мобильной платформы Calpella для ноутбуков, а также платформы Moorestown для MID-устройств. Возможно, компания даже продемонстрирует инженерные образцы продуктов на базе Moorestown. Также на этом IDF могут появиться новые сведения о платформе Medfield, выход которой ожидается в 2011 г. www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №6 2009

39

Технология nanoWatt XLP компании Microchip Технические специалисты Microchip Для ряда приложений уже невозможно увеличивать производительность любой ценой, в т.ч. и за счет увеличения энергопотребления. Необходимо искать иные решения, особенно для изделий, питаемых от аккумуляторных батарей. В статье рассказывается о технологии nanoWatt XLP, разработанной компанией Microchip, позволяющей существенно снизить энергопотребление микроконтроллеров.

40

Одно из преимуществ КМОП-технологии заключается в том, что энергия потребляется в основном при переключении между логическими уровнями. Это существенное преимущество, по сравнению с другими технологиями при разработке малопотребляющих компонентов. При возрастании тактовой частоты возрастает и потребляемая мощность. Однако каждый транзистор цифровой микросхемы вносит свой вклад в ток утечки, который протекает через затвор и в открытом, и в закрытом состоянии транзистора. При этом возникают статические потери мощности. Число транзисторов на микросхеме постоянно возрастает, и статические потери мощности становятся все более значимыми. Проблема токов утечки существовала изначально, но, учитывая возрастающие мощности потребления компонентов, ранее она была не столь актуальна. Сегодня же, когда требования к снижению энергопотребления довольно жестки, нельзя больше игнорировать потери, вызываемые токами утечки. Для определенного класса изделий статические потери мощности довольно критичны. Особенно значима эта проблема для портативных устройств и вообще устройств, питаемых от аккумуляторных батарей, на которые накладываются строгие ограничения по потребляемой мощности. Необходимо максимально увеличить срок службы батарей без подзарядки во многих приложениях: например, детекторах газа СО, медицинских мониторных системах, системах безопасности и пр. Во многих из этих приложений отсутствуют силовые ключи, работающие в импульсном режиме, а устройство должно работать в течение многих тысяч часов или даже многие годы. Для подобных приложений межсервисный интервал зачастую составляет годы. В этом случае изделие большую часть времени находится в режиме ожидания (при этом в памяти прибора не должна теряться необходимая информация). И хотя прибор отключают, когда он не используется, время старта по внешнему событию либо в соответствии с предусмотренной циклограммой работы

должно быть минимальным. Это означает, что изделие должно быть спроектировано так, чтобы потреблять минимум мощнос­ти в режиме ожидания. Только в этом случае возможно экс­плуатировать изделие без замены или перезарядки аккумуляторных батарей в течение нескольких лет. Большинство микроконтроллеров общего назначения хотя и спроектированы таким образом, что потребляют небольшую мощность в рабочем режиме, но в режиме ожидания их потребление все же достаточно велико, и они не отвечают в этом смысле описанным выше требованиям. Компания Microchip, тщательно соблюдая технологический процесс изготовления транзисторов, вместе с использованием специальной архитектуры, позволяющей уменьшить энергопотребление, смогла изготовить микроконт­р оллеры с наименьшим энергопотреблением в режиме ожидания. Ток потребления в этом режиме менее 20 нА, учитывая, что напряжение питания составляет 1,8 В; такой микроконт­р оллер способен проработать 20 лет без замены или подзарядки аккумуляторной батареи. Компания разработала специальный технологический процесс — nanoWatt XLP для производства этих микросхем и использует его при производстве 8- и 16-разрядных микроконтроллеров. Этот процесс включает в себя новую архитектуру, созданную специально для малопотребляющих микроконтроллеров, режим глубокого сна (Deep Sleep) и значительное число периферийных блоков с ультра­низким энергопотреблением, которые периодически активируются от различных источников событий. Для того, чтобы снизить мощность, в технологии nanoWatt XLP введен новый режим ожидания — глубокий сон. Инженеры Microchip сумели добиться сверхнизкого потребления стандартных узлов — сторожевого таймера и таймера реального времени. Когда микроконтроллер входит в режим глубокого сна, от электропитания отключаются почти все периферийные блоки-регистры, но сторожевой таймер и таймер реального времени остаются активными. Это означает, что статиче-

Таблица 1. Режимы работы микроконтроллеров Режим Активные (тактиАктивная периферия работы руемые) блоки Глубокий сон Таймер1/SOSC; RTCC; DSWDT; DSBOR; INT0; (Deep sleep)* INTRCL/LPRC Таймер1/SOSC; RTCC; WDT; ADC; CVREF; INTX; Сон (Sleep) INTRCL/LPRC; A/D RC Таймер1; HLWD; BOR; компараторы Ожидание Таймер1/SOSC; Вся периферия (Idle) INTRCL/LPRC; A/D RC Дремота Все Вся периферия (Doze)** Работа Все Вся периферия

Блоки, инициализирующие запуск

Типовые приложения

Работа с максимальным сроком службы без замены батарей Большинство приложений с низким энергоВсе (см. техническую документацию) 50…100 потреблением 25% от номинального Для изделий, находящихся в режиме Все (см. техническую документацию) рабочего тока ожидания Все (см. техническую документацию) и 35—75% от номиВ случае, когда требуется быстродействуюпрограммные источники прерывания нального рабочего тока щая периферия и малопотребляющее ядро Все Номинальный ток Нормальная работа RTCC; DSWDT; DSBOR; INT0; MCLR

Примечания. * Для микроконтроллеров семейства PIC18 и PIC24, выполненных по технологии nanoWatt XLP.

** Для микроконтроллеров семейства PIC18, PIC24 и dsPIC.

WWW.ELCP.RU

Ток потребления (тип.), нА < 50

ская мощность практически не потребляется. Остающиеся активными блоки разработаны с использованием самых последних методов, применяемых при проектировании низкопотребляющих микросхем. Выход из режима глубокого сна инициализируется либо таймерами реального времени и сторожевым, либо сбросом, либо прерыванием INT0 по какому-либо внешнему событию. Восстановление состояния регистров происходит за несколько сотен микросекунд, при этом потребляется несколько большая мощность. Такие микроконтроллеры хорошо подходят для применения в приложениях, где изделие неактивно длительное временя, когда между короткими периодами активности в несколько секунд проходят минуты ожидания. Сторожевой таймер рассчитан на период неактивности до 19 дней, а таймер реального

времени способен работать годы, пока микроконтроллер находится в режиме ожидания. Помимо режима глубокого сна есть и иные режимы с пониженным энергопотреблением, которые выгодно использовать для увеличения гибкости и многообразия применений этого семейства микроконтроллеров. Например, если UART активен и настроен на прием, то может быть включен режим ожидания (Idle) или режим дремоты (Doze). Все режимы работы микроконтроллеров приведены в таблице 1. Сегодня, когда во многих приложениях начинают действовать требования по снижению энергопотребления, заменяя требования возрастания производительности любой ценой, технология nanoWatt XLP может найти широкое применение.

События рынка

| Microsoft: 100 дней до самой русской Windows | За 100 дней до выпуска Windows 7 в Microsoft признали, что ее предшественница — Windows Vistа — не оправдала ожиданий разработчика. С новой же ОС все иначе, как утверждают в корпорации, надеясь, что Windows 7 станет самой продаваемой, самой дружелюбной и «самой русской» операционной системой Microsoft. В Microsoft позиционируют новую операционную систему как «лекарство от кризиса». Windows 7 — это первая Windows, ставшая менее требовательной к аппаратным ресурсам, чем ее предшественница. Компьютеры 3—4 летней давности будут спокойно работать с «семеркой». Соответственно, новая система поможет корпоративному сектору сэкономить средства на обновление парка компьютеров. В системе предусмотрено распознавание рукописного русского ввода, использованы темы оформления, созданные специально для России, внедрен набор локальных тематических ссылок, внесено более 750 исправлений и улучшений. Президент Microsoft в России Николай Прянишников надеется, что 22 октября 2009 г. произойдет самый успешный запуск ОС Microsoft в России. Он также отметил, что если при переходе на Vista сам он как пользователь не заметил ряда преимуществ, обещанных разработчиком, то, став пользователем «семерки», сразу оценил и быстродействие системы, и удобство перехода между открытыми окнами, и дружественность интерфейса. По оценке разработчика, в России на каждый доллар, заработанный Microsoft на Windows 7, партнерская экосистема выручит в среднем 18,74 долл. При этом около 15 долл. придется на поставщиков «железа», 2 долл. — на производителей программного обеспечения, а 1,36 долл. заработают компании, специализирующиеся на ИТ-сервисе. В Microsoft убеждены, что Windows 7 создаст более 300 тыс. новых рабочих мест в мировой ИТ-индустрии, т.е. система сама по себе обеспечит 30% суммарного роста занятости в сфере информационных технологий. www.russianelectronics.ru

Новости технологий

| Защита от влажности печатных плат и электронных компонентов | Компания Liquid Evolution (дистрибьютор: Elka-Krischke) предлагает линейку продуктов Wet.Protect, обеспечивающую защиту от влажности печатных плат и электронных компонентов. Новый WP 142 использует в качестве переносчика летучие растворители и образует после нанесения воскообразную, относительно толстую и прочную защитную пленку. Таким образом, изделия защищаются от короткого замыкания, обрывов и коррозии, вызванных условиями влажности. По сравнению с обычной Coating-технологией с использованием лаков и смол WP 142 имеет то преимущество, что с помощью очистителя тормозов он может удаляться и вновь наноситься. Кроме того, в отличие от лаков он обладает высокой самовосстанавливаемостью. WP 142 может применяться как средство профилактики или непосредственно после воздействия влаги с целью ремонта. Материал предназначен для защиты компонентов и печатных плат в системах управления, средствах автоматизации и т.д. www.russianelectronics.ru

Новости микросхем памяти

| Super Talent представила вместительную флешку серии Luxio объёмом 128 Гб | Компания Super Talent представила новый флэш-накопитель из серии Luxio-STP28GLX емкостью128 Гб. Модель имеет размеры 77×21×10 мм, передача информации осуществляется по интерфейсу USB 2.0. Стоит отметить поддержку технологии Windows ReadyBoost, а также аппаратное шифрование по алгоритму AES-256. Флэшка упакована в подарочную коробку, в комплект входит чёрный кожаный чехол. На устройство распространяется пожизненная гарантия. Luxio STP28GLXBU появится в продаже в конце июля 2009 г. по цене 349 долл. www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №6 2009

41

Стандартизация и расчет тепловых характеристик мощных светодиодов Виктор Ежов, ИД «Электроника» В связи с бурным развитием систем освещения на базе светодиодов возрастают требования к тепловым характеристикам мощных СИД. Разработчикам таких систем нужны точные данные о влиянии тепловых условий на световой выход. В статье обсуждаются вопросы стандартизации тепловых показателей СИД, недостатки существующей технической документации на эти приборы, проблемы построения комплексной электротепловой модели и прогнозирования надежности светодиодов. Рассматривается обобщенный алгоритм расчета светового выхода и срока службы светодиодов с учетом тепловых условий в системе. Температура перехода светодиода играет важную роль в проектировании системы освещения, т.к. от нее зависят многие параметры световой отдачи СИД. Это означает, что управление тепловыми режимами должно стать интегральной частью проектирования системы освещения на базе СИД, что приводит к необходимости применения различных технических дисциплин в общем процессе проектирования. Следовательно, в настоящее время стандартизация тепловых показателей имеет все большее значение как для производителей СИД, так и для разработчиков систем освещения. Кроме того, на первый план выходит необходимость построения комплексной модели СИД, т.к. световой выход этих приборов зависит от таких параметров как прямое напряжение и ток, рассеиваемая мощность и температура.

торая исходная температура, которая зависит от конкретного приложения: это может быть температура окружающей среды (неспецифицированная) или температура в какой-либо контрольной точке корпуса или платы. После расчета температуры перехода TJ с помощью уравнения (1) она обычно сравнивается с температурой, специфицированной для этого прибора. Если TJ выше специфицированной температуры, система, вероятно, потребует доработки, что приведет к дополнительным затратам времени и средств. Очевидно, нужно быть уверенным в точности рассчитанного значения TJ до принятия такого решения. Остановимся более подробно на тепловом сопротивлении. Стандарт EIA/ JEDEC JESD51.1 1 определяет тепловое сопротивление из уравнения (1): RthJ-X = (TJ – T X)/PH,

Температура перехода и тепловое сопротивление

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

42

При проектировании системы освещения разработчику необходимо проверить, находится ли температура перехода в установленных границах, либо ему нужна величина температуры перехода для прогнозирования долговечности устройства. Для расчета температуры перехода TJ наиболее часто используется следующее уравнение: TJ = RthJ-ref . P + Tref,

(1)

где RthJ-ref — тепловое сопротивление переход – контрольная точка на корпусе прибора, величина которого предоставляется производителем СИД, P — мощность, рассеиваемая СИД, Tref — неко1

где T X — температура в некоторой контрольной точке X, PH — тепловая мощность, рассеиваемая на приборе. Уравнение (2) предполагает построение пространственной разности температур в условиях теплового равновесия: нагрев перехода и измерение температуры перехода и температуры в контрольной точке X. Если контрольная температура равна температуре окружающей среды (которую можно проконтролировать при проведении измерений, например, на холодной пластине), то на ненагретом приборе, в начальном состоянии теплового равновесия TJ0 = T X, т.е. начальная температура перехода равна температуре в контрольной точке.

Стандарт EIA/JEDEC JESD51.1 см. на компакт-диске.

www.elcp.ru

(2)

После нагрева прибора и установления окончательного теплового равновесия достигается конечная температура перехода. Этот процесс, известный как метод статического испытания, позволяет записать уравнение (1) в другой форме. Предположим, в начальном состоянии к прибору прикладывается известная тепловая мощность PH1, а в конечном состоянии — PH2. В этом случае температура перехода для каждого из этих двух состояний будет равна: TJ1 = RthJ-X . PH1 + T X,

(3а)

TJ2 = RthJ-X . PH2 + T X.

(3б)

Вычитая (3а), из (3б) получим: TJ2 – TJ1 = RthJ-X . (PH2 – PH1).

(4)

Следует отметить, что в уравнении (4) температуры перехода TJ1 и TJ2 получены в разные моменты времени TJ1 = TJ(t1) и TJ2 = TJ(t2). Подставив эти выражения в (4), после преобразования получим: RthJ-X = [TJ(t2) – TJ(t1)]/(PH2 – PH1)

(5)

или RthJ-X = ΔTJ(t)/ΔPH,

(6)

где ΔTJ(t) = TJ(t2) – TJ(t1) = TJ2 – TJ1, а ΔPH = = PH2 – PH1. Иными словами, уравнение (6) показывает, что вместо использования пространственной разности температур вдоль оси переход-точка X, тепловое сопротивление можно рассчитать из разности между начальным и конечным

стационарным значением температуры перехода и соответствующим изменением тепловой мощности на переходе (см. рис. 1). Таким образом, вместо разности температур в двух различных точках (пространственная разность) мы берем лишь временное различие в температуре перехода. Основное преимущество разностного подхода, представленного уравнением (6), заключается в том, что неточности в измерениях температуры перехода сводятся к нулю. В случае мощных СИД это позволяет существенно упростить расчет. Температура перехода и тепловое сопротивление переход – точка X используются разработчиком системы и производителем прибора для разных целей. Разработчик прибора (производитель) стремится достигнуть лучших тепловых характеристик прибора и установить показатели, позволяющие сравнить его с устройствами других производителей. Обычно для этого используется тепловое сопротивление. Величина данного параметра обычно является единственным исходным показателем для разработчика системы освещения, намеревающегося спрогнозировать с достаточной точностью температуру перехода, с помощью которой могут быть рассчитаны и другие важные характеристики СИД. Так как функционирование СИД описывается довольно сложными процессами, необходима комплексная (тепловая, электрическая и оптическая) модель СИД для прогнозирования поведения этих приборов любого производителя. Пример построения комплексной электротепловой модели СИД приведен в [1].

до того, как произойдет необратимый отказ. Уровень, при котором нарушение стабильности светового потока считается отказом, должен быть стандартизирован. Заметим, что за последние годы стабильность светового потока светодиодов значительно улучшилась. Несмотря на этот прогресс или, возможно, даже из-за него, заказчики интересуются поведением светодиодов, когда режимы эксплуатации СИД выходят за пределы допустимых границ. Ключевую роль в различных механизмах отказов играет превышение абсолютной температурой перехода рекомендуемой величины. На практике остается, однако, вопрос, как измерить температуру с требуемой точностью. Обратимся к вопросам надежности корпусирования СИД. На рисунке 2 схематически изображены два типа корпуса, содержащего кристаллы СИД. Следует упомянуть о нескольких механизмах деградации и отказов, связанных с корпусами СИД: – пожелтение содержащего фосфор герметизирующего материала; – деградация линзы; – отслаивание клеевых слоев; – отказы паяных соединений. Следует отметить, что для высококачественного СИД эти отказы могут происходить только при работе вне допустимых режимов эксплуатации. Светодиоды подвержены также действиям механизмов, связанных с переносом тока, таких как электромиграция и нагрев джоулевым теплом, которое может вызывать чрезмерное локальное повышение температуры в токо-

Рис. 1. Тепловое сопротивление переход – точка X, рассчитанное из временной разности температуры перехода и мощности, рассеиваемой на приборе

проводящих дорожках и проволочных выводах. Большинство механизмов деградации и отказов, от которых зависит долговечность устройств на базе СИД, связано с тепловыми процессами. Следовательно, для того чтобы оценить срок службы разрабатываемой системы, инженерам нужна достоверная информация об изменении температуры со временем. Недостатки существующей технической документации

Разработчику системы на базе СИД следует учитывать такие важные характеристики как световой поток и эффективность (излучаемый световой поток на единицу электрической мощности, в лм/Вт), причем не только начальные

Прогнозирование надежности светодиодов на основе их тепловых свойств

43

Рис. 2. Схемы двух распространенных типов корпусов СИД

электронные компоненты №6 2009

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

Анализ тепловых свойств светодиодов необходим для получения информации о надежности (независимо от обязательного следования требованиям официальных документов, таких как разрабатываемый в настоящее время стандарт по безопасности систем освещения на базе СИД UL8750). При анализе надежности обычно делают разграничение между приборами как таковыми и корпусами системы: – надежность прибора: снижение собственного светового выхода в условиях эксплуатации; – надежность корпуса прибора: отказы, вызванные термическими напряжениями и износом. Основной проблемой, связанной с тепловыми свойствами прибора, является уменьшение светового выхода со временем до неприемлемого уровня

ческой энергии в оптическую, который рассчитывается как отношение питающей электрической мощности к излучаемой оптической мощности СИД: WPE = Popt/Pel. Излучаемая оптическая мощность Popt может быть измерена при известных значениях прямого тока IF и контрольной температуры Tref как общий радиометрический поток светодиода Φe(IF , Tref ). Для этого используют процедуру, рекомендованную стандартом по измерениям параметров СИД CIE 127-2007. Случай 1: WPE = 25%, Pel = 10 Вт, ΔTJ = 50˚C. Тогда получим: Рис. 3. Зависимость коэффициента WPE от прямого тока и температуры красного СИД семейства Dragon

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

44

значения этих параметров, но и их величины после ожидаемого срока эксплуатации системы. Проблема состоит в том, что оба ключевых параметра не связаны линейной зависимостью с питающим током и температурой. Следовательно, недостаточно указывать в технической документации данные об этих параметрах только при некоторой допустимой температуре. С точки зрения опытного разработчика, существующая техническая документация обладает следующими недостатками: – техническая документация не отражает эксплуатацию прибора в реальных условиях, особенно это касается рабочей температуры. Часто температура перехода специфицирована при 25°C, что может вводить в заблуждение, т.к. эффективность при максимальной номинальной мощности может быть снижена на 50%; – документация сильно различается по содержанию (Tref, Iref ); – часто невозможно прямое сравнение параметров приборов; – использование неспецифицированных единиц измерений параметров представляет трудность даже для опытного инженера; – в ряде случаев на практике ис­пользование производителем СИД ме­тода последовательного теплового со­противления не позволяет получить дос­товерные данные о тепловых характеристиках прибора. Следует заметить, однако, что среди лидирующих поставщиков СИД наметилась тенденция помещать в техническую документацию более реалистичные данные. Примеры проблем в технической документации на приборы Определение мощности

Хотя большинство вендоров СИД выполняет тестирование тепловых характеристик согласно стандарту EIA/ JEDEC JESD51-1, не все из них правильно

www.elcp.ru

определяют мощность PH в уравнении (2). Стандарт ясно говорит о «мощности, рассеиваемой прибором», и не дает никаких пояснений о том, как ее рассчитать. Для кремниевых диодов ясно, что PH = IF.VF (электрическая мощность, подводимая к диоду, рассчитывается как произведение общего прямого тока на прямое напряжение), в то время как в случае СИД необходимо учесть энергетический баланс при расчете рассеиваемой мощности. Для СИД высокой мощности компонента тока, связанная с излучательной рекомбинацией (которая вызывает световой выход), составляет значительный процент от общего прямого тока IF и, следовательно, произведение IF.VF не отражает тепло, рассеиваемое на приборе (на p-n-переходе). Часть IF, связанная с излучательной рекомбинацией, не должна быть включена в расчет рассеиваемого тепла, т.к. связанная с ним энергия излучается в виде света. Возможно, наибольшей проблемой сегодня, которая затрудняет честное сравнение характеристик СИД, является то, что вендоры не учитывают световой выход при расчете тепловой мощности своих СИД. Многие производители определяют рассеиваемую мощность только как произведение прямого напряжения на общий прямой ток, не учитывая эффективность преобразования тока в свет. Это ставит в неблагоприятное положение на рынке тех производителей, которые корректно применяют физические принципы при измерениях тепловых характеристик. Для того чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, рассмотрим два простых примера. Определим Rth el как тепловое сопротивление, связанное только с общей электрической мощностью Pel = IF.VF, а Rth real — как реальное тепловое сопротивление корпуса СИД, связанное с реальной рассеиваемой мощностью, которая равна PH = Pel – Popt = Pel . (1 – – WPE). WPE (wall-plug effi­cien­cy) — это коэффициент преобразования электри-

Rth el = ΔTJ/Pel = 50/10 = 5,0 K/Вт, Rth real = ΔTJ/Pel – Popt = = ΔTJ/[Pel – (1 – WPE)] = = 50/(10 – 0,75) = 6,67 K/Вт. Случай 2: WPE = 50%, Pel = 10 Вт, ΔTJ = 50˚C. Тогда получим: Rth el = ΔTJ/Pel = 50/10 = 5,0 K/Вт, Rth real = ΔTJ/Pel – Popt = = ΔTJ/ [Pel – (1 – WPE)] = = 50/(10 – 0,5) = 10 K/Вт. Тепловая характеристика СИД, называемая тепловым сопротивлением, должна быть связана только с физическими свойствами и геометрическими размерами кристалла и корпуса. На практике проблема состоит в том, что пользователи должны также учитывать эффективность WPE. Для того чтобы предотвратить неточ­ность при сравнении параметров СИД разных производителей, возможно, имеет смысл ввести вместо показателя Rth, по аналогии с тепловыми стандартами на микросхемы, параметр ψ. Преимуществом такого показателя ψ является то, что пользователю не нужно знать эффективность преобразования, но он может получить более или менее правильное представление о тепловом сопротивлении из сравнения двух указанных в документации значений, с ударением на это «более или менее». С другой стороны, более высокая эффективность представляет собой весомый аргумент для того, чтобы заинтересовать заказчика и, следовательно, имеет смысл также указывать этот параметр в технической документации. Как показано на рисунке 3, общая эффективность преобразования (обозначенная ранее как WPE) зависит от температуры и тока.

Метод последовательного теплового сопротивления

Рис. 4. Пример расчета последовательного теплового сопротивления из указаний по применению СИД

Рис. 5. Графики, демонстрирующие недостатки метода последовательного сопротивления при значениях коэффициента теплопереноса h 20…20000 Вт/м2K (вверху: тепловое сопротивление кристалл – теплоотводящая площадка; внизу: тепловое сопротивление теплоотводящая площадка– плата

Эта ситуация является следствием рассеяния тепла, когда невозможно разделить проводящие и конвекционные пути. Другими словами, метод последовательного сопротивления никогда не обеспечит независимую тепловую модель с граничными условиями. Однако имеются исключения. Для многих СИД высокой мощности поперечными температурными градиентами можно пренебречь. В таких случаях можно показать, что метод последовательного сопротивления вполне допустим. Например, для современных мощных СИД нижний предел

0,3 K/Вт на графике (см. рис. 5) нереален. Следует также заметить, что не во всех случаях обязательно корректное значение некоторых тепловых сопротивлений, потому что эти сопротивления могут не быть преобладающими в реальных приложениях. Часто выясняется, что основным является тепловое сопротивление к окружающей среде, следовательно, неточности в опубликованных данных могут не быть критичными. Другие вопросы, связанные со стандартизацией и измерениями тепловых характеристик СИД, рассмотрены в [1].

электронные компоненты №6 2009

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

В качестве примера проблемы, связанной с методом последовательного сопротивления, взглянем на техническую документацию одного из основных производителей СИД. На рисунке 4 представлена схема расчета теплового сопротивления из типичного указания по применению светодиода. В основе метода последовательного сопротивления лежат следующие допущения: – тепло, сгенерированное на переходе, передается через тепловую площадку, печатную плату, радиатор и излучается в окружающую среду.

– сопротивление определяется локально, другими словами, тепловое сопротивление от кристалла до теплоотводящего основания зависит только от локальных параметров; – следовательно, индивидуальные сопротивления независимы друг от друга. Например, тепловое сопротивление от кристалла к радиатору не зависит ни от теплопроводности платы, ни от коэффициента теплопроводности радиатора. Чтобы проверить обоснованность данных допущений, было проведено моделирование с использованием CFDкода светодиода Luxeon Rebel (Philips Lumileds), размещенного на плате. Процедура проверки была следующей. Некоторые параметры, такие как теплопроводность платы и коэффициент теплопереноса, изменялись в широком диапазоне с целью иллюстрации, а значения теплового сопротивления рассчитывались согласно указанию по применению светодиода. Графики, показанные на рисунке 5, отражают наиболее важные результаты. На верхнем графике тепловое сопротивление кристалл – теплоотводящая площадка должно зависеть только от размеров и теплопроводности площадки, а не от теплопроводности платы и коэффициента теплопереноса h. Во всем диапазоне изменения этих параметров мы видим отклонение в пределах 15%, что, по-видимому, вполне приемлемо для большинства практических приложений. Нижний график отражает тепловое сопротивление теплоотводящая площадка – плата, в зависимости от ее теплопроводности и h. В данном случае, R th должно быть пропорционально k board и не зависеть от h. Видно, что возникают проблемы, когда эффективная проводимость платы становится менее 5 K/Вт, потому что величина указанных сопротивлений начинает зависеть от особенностей приложения, что нельзя обеспечить достаточно надежно.

Обобщенная процедура анализа

Наилучшим способом реализации теплового анализа является использование автоматизированного алгоритма, например с помощью электронных таблиц. Это обеспечивает удобство и быстроту сравнения полученных результатов. Блок-схема возможной процедуры расчета представлена на рисунке 6. Процедура начинается с расчета значений прямого тока и тепловых условий, включая начальную оценку температуры перехода. Прямое напряжение, рассеиваемое тепло и температура рассчитываются итерационно, а затем полученные значения этих параметров используются для получения величины светового выхода. Прямое напряжение

Рис. 6. Блок-схема алгоритма расчета светового выхода СИД Расчет светового потока и срока службы светодиода с учетом тепловых условий

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

46

При проектировании системы освещения на базе СИД необходимо учитывать зависимость характеристик и долговечности светодиодов от температуры окружающей среды. Типовые задачи для разработчика такой системы включают расчет необходимого для условий эксплуатации теплоотводящего радиатора — максимальной площади, структуры и способа изготовления, типа покрытия и т.д. Необходимо также определить электрические условия работы системы: уровень рабочего тока, а также рабочую температуру, при которой прибор должен обеспечить требуемый световой выход и срок службы. Значения рабочей температуры светодиодов отличаются от температурного диапазона обычных электронных компонентов тем, что максимальный световой выход достигается при температуре, меньшей, чем допустимая максимальная температура прибора. Например, максимальная допустимая температура перехода может быть определена равной 125°C; однако световой выход при этой температуре может быть таким же, что и при намного меньшей температуре, т.к. эффективность прибора уменьшается. В этом случае рассеяние тепла значительно больше. Преимущество светодиодного освещения перед другими типами систем освещения заключается в

www.elcp.ru

сбережении энергии, но эта экономия может быть сведена к нулю, если прибор работает при максимальной температуре. Исходным пунктом для анализа и расчета разрабатываемой системы является установление взаимосвязи между электрическими характеристиками и световым излучением светодиода. Т.к. эти соотношения предоставляются производителями СИД только в виде таблиц, необходимо построение соответствующих кривых. Кроме этих соотношений, для расчета необходимы такие данные как тепловое сопротивление переход–печатная плата, температурный коэффициент и диапазон рабочих температур, которые указаны в технической документации на прибор. Для проведения теплового анализа также нужны данные по объему пространства, доступному в системе для рассеивания тепла, общие параметры конструкции радиатора и тепловые характеристики материалов для соединения компонентов СИД. Эта информация зависит от условий конкретного приложения. Наконец, для оценки срока службы системы должны быть получены данные о температуре и рабочем токе в виде коэффициентов Вейбулла или в виде графиков. Целью теплового анализа является установление диапазона рабочего тока, обеспечивающего максимальный световой выход и достаточную долговечность с учетом тепловых условий и параметров радиатора.

Используя математическое представление данных из технической документации, производится расчет прямого напряжения (см. далее). Обратная задача также выполнима: по заданной величине прямого напряжения можно рассчитать прямой ток. Мощность и тепло

Светодиод потребляет некоторую энергию — произведение прямого тока на прямое напряжение. Не вся эта энергия рассеивается как тепло, т.к. некоторая ее часть превращается в свет; однако обычно техническая документация на СИД не содержит эту информацию, так же как не содержит и данные по эффективности преобразования энергии. Традиционный подход предполагает, что вся мощность рассеивается как тепло. Это приводит к завышению расчетной температуры и, как следствие, требует использования радиатора большего размера, чем нужно на самом деле. Преобразование из мощности светового пучка в световой выход возможно, если известно распределение длины волны. Температура перехода

Далее рассчитывается температура перехода и сравнивается с допустимым значением. Напряжение и мощность пересчитываются до тех пор, пока не будет получено допустимое значение температуры перехода. Затем может быть рассчитан световой поток. Математические соотношения для расчета

Для выполнения автоматизированного расчета полезно иметь математические соотношения, которые описывают параметры прибора. Хотя в технической документации, как правило, содержится вся необходимая информация, стоит потратить время, чтобы построить кривые зависимостей

параметров приборов. Было бы удобнее, если бы техническая документация уже содержала эти данные. Тепловые условия

Rja = Rjb + Rba,

(7)

где Rja — общее тепловое сопротивление между переходом и окружающей средой, Rjb — тепловое сопротивление переход–плата, Rba — тепловое сопротивление плата–окружающая среда. Второе допущение заключается в том, что Rba является постоянной величиной при изменении температуры и рассеянии тепла. Конечно, при необходимости можно воспользоваться и более сложными выражениями. Прямой ток и напряжение

На рисунке 7 показан пример зависимости прямого напряжения от прямого тока СИД [3], которая может быть аппроксимирована в диапазоне 400…1000 мА линейной функцией с погрешностью менее 1% (данные из технической документации) Vf(If ) = a0 + a1 If,

(8)

где a0 = 16,267 В, a1 = 0,0064 В/мА, при этом прямой ток If измеряется в мА, а прямое напряжение Vf — в В. В технической документации в качестве независимой переменной определено прямое напряжение, но на практике возможна регулировка тока с помощью микросхемы драйвера. Таким образом, может быть более удобно для расчета проекта использовать ток как независимую переменную. Прямое напряжение и температура

Прямое напряжение зависит от температуры перехода и температу-

Рис. 7. Пример зависимости прямого напряжения от прямого тока СИД

ры радиатора. Часто это зависимость является линейной с коэффициентом, указанным в технической документации [4]. Например, этот коэффициент может быть равным b1 = –4,5 мВ/K в диапазоне –10…100°C при начальной температуре платы Tb,ref = 25°C. Зависи­ мость напряжения от темпратуры определится следующим образом: Vf(T) = Vf(If ) + b1(Tb – Tb,ref ).

(9)

Заметим, что не все вендоры используют температуру платы Tb как контрольную в данном соотношении, некоторые из них используют температуру перехода Tj. Поток тепла

Прямой ток I f, умноженный на прямое напряжение V f, дает рассеиваемую мощность, необходимую для рас­ч ета тепловых характеристик. Пред­полагается, что мощность, содержащаяся в световом пучке, незначительна [3, 5]. Как было сказано, для более точного расчета тепловых условий в системе производителям СИД следует предоставлять информацию о реальной мощности, рассеиваемой на радиаторе. Компания Mentor Graphics предлагает оборудование для точного определения световой мощности СИД TeraLED 2. В отсутствие таких данных для расчета можно использовать коэффициент преобразования энергии η, который уменьшает рассеиваемую мощность. Заметим, что этот коэффициент может также зависеть от контрольной температуры. Для случая одномерного установившегося теплового потока

Рис. 8. Относительный световой поток как функция изменения температуры перехода от начального значения температуры Относительный световой поток и температура перехода

Видимый световой выход ΦV изменяется при изменении температуры прибора. Для примера на рисунке 8 изображен график изменения относительного светового выхода с температурой для светодиода LEW E3A компании OSRAM [4]. Эта зависимость может быть математически описана с помощью линейной функции ΦV/ΦV,ref(Tj) = c0 + c1(Tj – Tref ), (11) где ΦV,ref — световой выход при начальных условиях, например, когда прибор работает при токе If0 = 700 мА и имеет температуру перехода Tj = 25°C; c0 =1; c1 = 0,003236 K–1. Это выражение представляет данные с точностью в пределах 1%. Относительный световой поток и прямой ток

Световой выход возрастает с увеличением прямого тока, подаваемого на светодиод. Общепринятый способ представить эту зависимость — определить отношение видимого светового выхода ΦV к световому потоку в начальных условиях ΦV,ref. Применив процедуру, описанную выше, можно получить выражение вто­р ого порядка: , (12) где d0 = –0,0481, d1 = 1,451, d2 = –0,404 при If0 = 700 мА. Конечно, можно использовать и другие подходящие функции. Световой выход

Tb = Tj – Rjb Vf If (1– η).

(10)

Имеется вероятность, что при определении величины теплового сопротивления в технической документации на прибор была использована общая мощность, а не рассеиваемое тепло — в указании по применению об этом может быть не сказано. Если это так, то величина Rjb, указанная в технической документации, может быть некор­рект­на [1].

Так как световой выход зависит от двух переменных величин и в технической документации нет полной информации об этой функции, для первого приближения можно допустить, что данная функция разделима, т.е. является произведением светового выхода в начальных условиях и двух выражений, полученных выше: ΦV = ΦV,ref Φ(T)/ΦV,ref Φ(If )/ ΦV,ref. (13).

2

Техническое описание тестового оборудования TeraLED компании Mentor Graphics см. на компакт-диске.

электронные компоненты №6 2009

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

Тепловые условия включают температуру окружающей среды, канал переноса тепла между переходом и платой из технической документации, характеристики материалов, участвующих в тепловом взаимодействии, и тепловые параметры радиатора (естественное охлаждение для систем освещения, принудительное охлаждение для проекционных источников света). Эти параметры можно получить как путем построения кривых на основе данных из технической документации, так и путем теплового расчета радиатора. Некоторые допущения могут упростить анализ. Первое допущение состоит в том, что канал переноса тепла находится в установившемся режиме, имеет постоянную мощность и является одномерным, так что

Используя выражения, полученные выше, это уравнение можно преобразовать: (14). Используя эти функции, можно на основе расчета тепловых и оптических характеристик найти оптимальный баланс между тепловыми условиями и рабочими параметрами разрабатываемой системы на базе СИД. Срок службы

Срок службы — также функция двух переменных. В [6] приведен график, показывающий срок службы как функцию температуры перехода для различных рабочих токов. Срок службы определяется как время, за которое световой выход СИД уменьшается до 70% от его первоначального значения. Интересной особенностью этого графика является то, что ниже критичной температуры, в данном случае 120°C, срок службы оказывается постоянным независимо от тока. Простейший подход для оценки долговечности заключается в том, чтобы рассматривать критичную температуру как верхний предел срока службы для разрабатываемой системы. Выше этой границы может быть использована экспоненциальная зависимость от температуры, т.к. обусловленная температурой надежность имеет распределение Вейбулла [6]. Эта зависимость для срока службы светодиода L70 будет иметь вид: L70 (If, Tj) = C0(If )exp –mTj,

(15)

где коэффициент C0 является функцией прямого тока, а m — константа.

Пример расчета параметров системы на базе СИД приведен в [2]. В этом примере получены зависимости светового выхода от прямого тока при различных тепловых условиях. Заключение

Тепловые условия в значительной степени влияют на световой выход, электрические режимы эксплуатации и долговечность светодиодов и, следовательно, их следует тщательно учитывать при проектировании системы освещения на базе СИД. В особенности, температура СИД влияет на оптические и электрические характеристики и, кроме того, на потребляемую мощность. Существующая техническая документация не отражает в полной мере особенности тепловых характеристик светодиодов и должна быть улучшена с целью обеспечения разработчика надежными данными, необходимыми для расчета тепловых ха­рактеристик системы. Предложенная обоб­щенная процедура расчета и при­меры аналитических выражений по­зво­ляют получить световой выход СИД в зависимости от тепловых условий. Данная методика позволяет выбрать температуру перехода на основе светового выхода, близкого к мак­си­мальной величине. Литература 1. Andras Poppe, Clemens J.M. Lasance. On the Standardization of Thermal Characteriza­tion of LEDs 2. Cathy Biber. Effect of Thermal Environ­ment on LED Light Emission and Lifetime 3. OSTAR®-Lighting Application Note, Os­ram Opto Semiconductors GmbH 4. LEW E3A Datasheet, Osram Opto Semi­con­ductors GmbH 5. Thermal Management of OSTAR® Pro­jec­tion Light Source Application Note, Osram Opto Semiconductors 6. Understanding Power LED Lifetime Ana­ly­sis, Philips Lumileds White Paper

Новости мультимедиа и телеком

| Стандарт цифрового ТВ, на который собирается перейти Россия в 2015 г. устарел? | Специалисты утверждают, что стандарт цифрового ТВ, на который собирается перейти Россия в 2015 г., уже устарел. По словам генерального директора компании «Информационные транковые системы» В. Кригера, стандарт эфирного вещания DVBT был актуален 6—7 лет назад. Сейчас во всех развитых странах на смену ему пришел стандарт DVBT-2. Число несущих частот последнего в 4 раза больше, чем у DVBT, и составляет 32 тыс. По количеству передаваемой информации DVBT-2 превосходит своего предшественника на 40%, он более помехоустойчив, а его передатчики работают с гораздо меньшими энергозатратами, чем передатчики DVBT. По мнению В. Кригера, нынешний проект оцифровки российского телевидения и радио на основе стандарта DVBT на практике будет означать инвестирование миллиардов рублей в технологию вчерашнего дня. ФЦП «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009—2015 гг.», спроектированная Минкомсвязи, находится сейчас на утверждении в Правительстве. Проект предусматривает поэтапный переход на цифровой формат телерадиовещания. Начать планируется с Дальнего Востока, где уже к началу 2011 г. должно стартовать эфирное цифровое вещание стандарта DVBT. На строительство новых объектов и модернизацию существующей ретрансляционной системы в одном только этом регионе России планируется потратить 29 млрд. руб. из государственного бюджета. Строительство должно начаться в нынешнем году.

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

48

www.russianelectronics.ru

www.elcp.ru

Мощные светодиоды High Power Lighting Иван Сыроваткин, менеджер по продукции, ООО «НЕОН-ЭК» Проблема экономии энергоресурсов с каждым годом приобретает все более глобальный характер. Применение энергосберегающих технологий в последние годы во многих государствах возведено в ранг приоритетных задач. Не стала исключением и Россия. В частности, одним из направлений решения этой задачи стало применение альтернативных источников света с низким энергопотреблением и более высокой эффективностью. В России, как в богатой ресурсами стране, особого внимания экономии энергоносителей не уделялось. Лишь в последние несколько лет на эту проблему обратили внимание на государственном уровне. Учитывая состояние промышленности за последний период, в области энергосберегающих источников света львиную долю рынка занимают зарубежные производители светодиодов и фонарей на их основе. Одним из них является тайваньская корпорация High Power Lighting Corp. (HPL) — крупный производитель мощных светодиодов. Главными акционерами корпорации являются UMC United Microelectronics и Quanta Computer. Головной центр разработок — японская фирма KYO-A Plus, входящая в состав Kyocera. Среди азиатских производителей светодиодов HPL занимает одно из лидирующих мест. Основной профиль компании — изготовление мощных светодиодов на основе кристаллов Epistar, Semiled, Cree. Помимо светодиодов, компания производит уличные фонари и светотехнические изделия на базе светодиодов собственного производства. Но все же основное направление — это разработка и выпуск светодиодов. В мае компания начала выпуск новых SMD-светодиодов серии SHOCK мощностью 1 и 3 Вт. При подготовке к выпуску новых светодиодов компания HPL уделила особое внимание совершенствованию технологического процесса производства, что, в свою очередь, позволило сократить время на выполнение заказа. Светодиоды SHOCK (см. рис. 1) обладают малыми размерами — 4×4×1,7 мм с первичной оптикой, а толщина самого корпуса — всего 0,34 мм. Новинка работает при токе 700 мА и излучает световой поток 120 лм в холодном белом цвете (HPL-H40ZW1С0 — 3 Вт), при этом значение максимального импульсного тока составляет 1000 мА. Помимо белого цвета излучения, серия SHOCK выпускается красного (625 нм), зеленого (525 нм), синего (470 нм), янтарного (590 нм), оранжевого (615 нм) цветов (см. таблицу 1), а также ИК- и УФ-спектров. Стоит отметить и ценовую политику компании: в настоящее время цена на SHOCK примерно на 40% ниже, чем на аналогичные светодиоды других производителей. Компания HPLighting позаботилась и об универсальности своего изделия, которая достигается компактностью

не только самого светодиода, но и вторичной оптики с углами 15°, 25° и 45°, что позволяет применять серию SHOCK в широчайших областях — от рекламной подсветки до медицинских приборов. Наряду с новинкой компания продолжает выпуск светодиодов, которые хорошо зарекомендовали себя на российском рынке. На данный момент доступны светодиоды со следующими типоразмерами корпусов: 9×9, 7×7, 4×4 и 3×2 мм толщиной 1,5 мм, предназначенные как для поверхностного монтажа, так и установленные на радиатор. Одним из немаловажных преимуществ светодиодов HPL является наличие первичной оптики и ее широкий выбор. Оптика имеет два варианта исполнения: силико­ новая и стеклянная. Если говорить о самом массовом продукте компании — светодиодах в корпусе 7×7мм, то на них устанавливаются силиконовые линзы с углами 25°, 45°, 110°, 120°, 100°/50°. Стеклянная же оптика применяется для серии RGB 9×9 (70°, 110°) и на светодиодах 4×4 мм (60°, 120°). Кроме светодиодов видимого спектра, HPL производит и инфракрасные светодиоды с длиной волны 940 нм, которые могут применяться в приборах ночного видения. Также доступны 1-Вт ИК-светодиоды с длинами волн 660, 730 и 850 нм с углами обзора 25°, 45°, 110°, 120° в корпусах 7×7 и 4×4 мм на кристаллах AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs. В таких же корпусах производятся мощные 1-Вт ультрафиолетовые светодиоды на кристаллах InGan с длинами волн 365, 375, 385 и 400 нм. Они применяются в медицине, биологии, для освещения и подсветки, в банковском оборудовании и т.д. Все светодиоды HPL поставляются на лентах для авто­ ма­тизированного монтажа и на радиаторах в форме «звезда» или «квадрат». У светодиодов с квадратным радиа-

49

Табл. 1. Краткие характеристики 1-Вт светодиодов серии SHOCK Световой поток, лм

Цвет

HPL-H40ZB1С0

17

Синий

HPL-H40ZG1С0

94

Зеленый

HPL-H40ZR1С0

70

Красный

HPL-H40ZW1С0

120

Холодный белый

Наименование

Тепловое сопроУгол, ° тивление, ºС/Вт

10

140 Рис. 1. Светодиод HPL серии SHOCK

электронные компоненты №6 2009

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 2. Корпуса светодиодов HPL: а) корпус 4×4 мм со стеклянной линзой; б) корпус 7×7 мм на радиаторе «звезда»; в) корпус 7×7 мм для SMD-монтажа; г) светодиод 7×7 мм на квадратном радиаторе с установленной вторичной оптикой; д) RGB-светодиод в корпусе 9×9 мм и плоской линзой 110°

тором возможна установка вторичной оптики с углами обзора 10° и 25°. Огромным преимуществом светодиодов HPL является то, что при монтаже не требуется специальных клеев, эпоксидов и т.д. На контактные площадки наносится паяльная паста, на которую устанавливается светодиод, после чего он готов к пайке в печи. Учитывая планы правительства всерьез взяться за энергосберегающие технологии, в ближайшие годы ожидается

рост на рынке полупроводникового освещения. Исчезают монополии, появляется здоровая конкуренция среди производителей и дистрибьюторов светотехнической продукции. Компания HPL на российском рынке работает более трех лет и благодаря своей ценовой политике и высокому качеству продукции привлекает новых клиентов и способствует появлению инновационных проектов у своих постоянных покупателей.

Новости микропроцессоров

| IBM начала поддерживать AMD Istanbul в серверах System x | IBM начала сертифицировать шестиядерный процессор AMD Istanbul для своей линейки серверов System x и заявила о поддержке этого чипа в своей наиболее оснащенной модели на базе Opteron, четырехпроцессорной стоечной 4U системе System x3755. Это уже второе обновление за последнее время — в марте для данного сервера была заявлена поддержка четырехядерного Shanghai Opteron 8384. Модульные системы BladeCenter LS22 и LS42 получили поддержку некоторых моделей Shanghai в феврале, а в июне список поддерживаемых разновидностей был расширен.

System x3755, первый сервер IBM с официальной поддержкой Istanbul, для обновления требует тонкой подстройки BIOS и прохождения процедуры сертификации. Возможность установки Istanbul пока не реализована для 1U двухпроцессорных стоечных систем x3455 и двухпроцессорных 2U x3655. В очереди на обновление также модульные LS22 и LS42.

IBM по-прежнему не предлагает пьедестальные серверы на базе Opteron, равно как и модификации гибридных стоечномодульных систем iDataPlex с чипами AMD. IBM заявила, что выпуск System x3755 с поддержкой Istanbul произойдет в конце августа 2009 г., это будут 2,4 ГГц Opteron 8431 и 2,6 ГГц Opteron 8435 в стандартном исполнении, с тепловыделением 75 Вт. Новые модификации чипов Special Edition (SE) и Highly Efficient (HE) с рассеиваемой мощностью 105 Вт и 55 Вт, соответственно, пока что поддерживаться не будут. Сервер x3755 может быть оснащен до 128 Гб оперативной памяти в 32 слотах DDR2, он также содержит интегрированный дисковый контроллер SAS, два порта Gigabit Ethernet и семь разъемов расширения: четыре PCI-Express (один x16, два x8, и один x4), два PCI-X и один HyperTransport Extender (HTx). Одной из интересных особенностей x3755 является наличие фирменной технологии Xcelerated Memory Technology (XMT ), позволяющей всем восьми модулям памяти, подключенным к каждому процессорному разъему, работать на полной частоте 667 МГц, без необходимости ее снижения до 533 МГц. IBM утверждает, что таким образом система с XMT и меньшим количеством памяти работает более эффективно, чем сервер с Opteron и большим количеством памяти, вынужденный замедлять ее частоту. www.russianelectronics.ru

50

Новости мира дисплеев

| Philips оснащает монитор датчиком присутствия пользователя | В 2009 г. компания Eizo Nanao анонсировала выпуск мониторов с датчиком присутствия EcoView. Датчик способен определять, находится ли пользователь на рабочем месте, автоматически переводить монитор в спящий режим в случае отсутствия пользователя и вновь пробуждать при его возвращении. Компания Eizo Nanao — не единственный производитель, обеспокоенный нерациональным расходованием электроэнергии. О выпуске подобных мониторов объявила компания Philips. Технология получила название PowerSensor и реализована в 22-дюймовой модели серии Brilliance. Как только инфракрасный датчик присутствия обнаруживает отсутствие человека в течение предопределенного интервала времени, он подает сигнал на уменьшение яркости, что позволяет снизить потребляемую мощность на 50%. Немаловажно, что функция работает независимо от ПК, так что нет необходимости в установке драйверов и потенциальных проблем с совместимостью. www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

Новый радиочастотный синтезатор частот с дробным коэффициентом деления ADF4193 Настоящая статья продолжает серию публикаций о синтезаторах частот производства компании ANALOG DEVICES Inc., которые являются базовыми элементами любых систем радиосвязи, навигации, локации, кабельного и спутникового телевидения. Юрий Никитин, к.т.н., syntez@loniir.ru Сергей Дмитриев, sergey@eltech.spb.ru Компания ANALOG DEVICES Inc. является одним из признанных лидеров в разработке и производстве быстодействующих PLL- и DDS-синтезаторов частот для современных радиоэлектронных систем, в т.ч. для систем связи, радиолокации, навигации и измерений. В настоящее время наиболее перспективными PLLсинтезаторами являются синтезаторы частот с дробным переменным коэффициентом деления (fractional-N), которые позволяют частично снять присущие PLL-синтезаторам ограничения, связанные с известным противоречием между обеспечением мелкого шага перестройки по частоте и требуемым (как правило, малым) временем перестройки с частоты на частоту. Фирма ANALOG DEVICES Inc. (ADI) предлагает микросхему быстродействующего цифрового синтезатора частоты с дробным коэффициентом деления (fractional-N) ADF4193. Наибольшая частота по входу опорного сигнала 300 МГц, по радиочастотному (RF) входу — 3,5 ГГц, максимальная рабочая частота частотно-фазового детектора (ЧФД) равна 26 МГц. Микросхему отличает малый уровень фазовых шумов в спектре выходного сигнала — не более минус 102 дБн/Гц на выходной частоте 1800 МГц при отстройке от несущей 5 кГц. Кроме того, собранному на основе предлагаемой микросхемы синтезатору присущи малое время переключения с частоты на частоту. Типичное время переключения «вниз» не превышает 2 мкс и 5 мкс — «вверх». Время установления фазы больше, но не превышает 20…25 мкс. Такие результаты достигнуты как форсированием тока перезаряда ЧФД на время переключения, так и ослаблением петлевого фильтра с помощью встроенных ключей. Микросхема может работать в интервале питающих напряжений 2,7…5,65 В в промышленном диапазоне рабочих температур –40…85 °С. Для закачки данных используется стандартный трехпроводный интерфейс SPI [1]. Синтезатор ADF4193 позволяет построить современный гетеродин LO (local oscillator — местный генератор) как с повышением или понижением RF-частоты, так и непосредственно на рабочей частоте — базовой станции или терминала последней мили. В сочетании с внешним ГУН (генератор управляемый напряжением, VCO) и петлевым фильтром микросхема образует законченную систему высококачественного синтезатора на основе ФАП. В тракте опорного сигнала синтезатора ADF4193 минимальный коэффициент деления RМИН = 1 может быть изменен пользователем с шагом 1 до RМАКС = 15. Кроме того, возможно удвоение опорной частоты по переднему и заднему фронтам входного сигнала; для сохранения приемлемого качества выходного RF-сигнала желательно, чтобы скважность опорного колебания приближалась к

двум. В противном случае, в спектре выходного колебания возможно появление помех с частотами, кратными значению fREF/2R. Отличительными чертами рассматриваемой микросхемы являются: а) малое время перестройки с частоты на частоту (fast jump или, по терминологии ADI, ping pong) с возможностью регулировки времени установления переходного процесса с точностью до фазы; б) управление фазой выходного RF-сигнала с шагом (1…4095)·360°/4096; в) меньшая чувствительность к синфазным помехам за счет использования симметричного ЧФД с парафазным выходом и встроенного прецизионного дифференциального ОУ. Такое построение аналогового тракта управления позволяет значительно уменьшить эффекты от воздействия внешних низкочастотных помех, в т.ч. и от механических возмущений (вибраций), однако предъявляет более жесткие требования к точности RC-элементов петлевого фильтра. При использовании синтезаторов fractional-N шаг сетки синтезируемых частот всегда меньше частоты сравнения. Это удобно в случае мелкого шага сетки при высоком значении выходной частоты, т.е. при больших значениях коэффициента деления N делителя с дробным переменным коэффициентом деления (ДДПКД). Более того, это и практично, поскольку фазовые шумы опорного колебания умножаются в меньшее количество раз при том же шаге сетки. В большинстве таких синтезаторов первого поколения максимальное значение параметра дробности FRAC/MOD могло быть установлено в пределах 1/16…31/32. Фирма Analog Devices Inc. решила проблему дробного коэффициента деления кардинально. Она предлагает синтезатор ADF4193 со значением модуля (знаменателя) дробности MOD в диапазоне 0...4095 по выбору пользователя! Соответственно, значение дробности FRAC в синтезаторе можно изменять практически в таких же широких пределах — 13...4095. Способ формирования дробного коэффициента деления

Идея дробного деления заключается в чередовании целочисленных коэффициентов деления по определенному закону за определенный интервал времени. Так, если необходимо получить коэффициент деления N = 820,73, то на интервале 100 выходных импульсов устанавливают 73 раза коэффициент N = N + 1 = 821 и 27 раз N = 820. В итоге среднее значение коэффициента деления N = (821·73 + 820·27)/100 = 820,73.

электронные компоненты №6 2009

51

Рис.1. Вариант реализации дробности в ДДПКД с помощью ∑Δ-модулятора первого порядка

Рис. 2. ΣΔ-модулятор первого порядка

52

Рис. 3. ΣΔ-модулятор второго порядка

Табл. 1. Формирование разных значений дробности ∑Δ = 1: MOD = 7; FRAC = 2 № такта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Текущая сумма (SK)

0

2

4

6

1

3

5

0

2

Сигнал управления ρK на INT

1

1

1

∑Δ = 1: MOD =7; FRAC = 3 № такта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Текущая сумма (SK)

0

3

6

2

5

1

4

0

3

Сигнал управления ρK на INT

1

1

1

1

∑Δ = 1: MOD = 8; FRAC = 3 № такта

0

1

2

3

4

5

6

7

Текущая сумма (SK)

0

3

6

1

4

7

2

5

Сигнал управления ρK на INT

1

WWW.ELCP.RU

1

1

8 0 1

Однако интервал наблюдения при дробном делении увеличивается в нашем примере в 100 раз. Другими словами, увеличивается период неравномерности потока импульсов на RF-входе ЧФД и, соответственно, появляется функциональная модуляция на его выходе. Такое увеличение периода помехи приводит к появлению помех дробности, частота которых ниже частоты сравнения в кольце, — в нашем примере также в 100 раз. Помехи дробности принципиально присутствуют на выходе ДДПКД, они являются функциональными, а их амплитуда и распределение зависят от алгоритма реализации дробности и схемы фазового детектора. На рисунке 1 показан один из возможных вариантов построения делителя [частоты] с дробным коэффициентом деления. Поглотитель импульсов может быть реализован как аппаратно — «выкусыванием» одного импульса из входной последовательности после прихода управляющего импульса переполнения ρk [2,3], так и изменением коэффициента деления прескалера (предделителя) с N на N+1 [4]. В СВЧ-синтезаторах прескалер является неотъемлемой частью, поскольку позволяет реализовать предельное быстродействие при разумном энергопотреблении. Заметим, что в ДДПКД с ∑Δ-модулятором второго порядка (двумя цифровыми интеграторами — накапливающими сумматорами НС) коэффициент деления N может принимать значения N–1...N+2. Поскольку значение N–1 технически реализовать трудно, используют значения N...N+3, записывая в регистр INT целую часть N на единицу меньше. Пользователь микросхемы таких маленьких хитростей не замечает, поскольку результат соответствует ожидаемому. На рисунке 2 приведена структурная схема ∑Δ-модуля­ тора первого порядка, а в таблице 1 — пример формирования разных значений дробности FRAC/MOD с его помощью. На рисунке 3 приведена одна из возможных структурных схем ∑Δ-модулятора второго порядка, а в таблицах 2 и 3 — примеры формирования разных значения дробности FRAC/MOD. На рисунках 2 и 3 буквой D обозначены элементы задержки на один такт (D-триггеры или регистры). Импульсы (сигналы) переполнения ρK являются управляющими для модуля целочисленного деления INT ДДПКД, будь то поглотитель импульсов или прескалер. SK и SL –текущие суммы цифрового интегратора (∑Δ-модулятора). Использование для формирования дробности ∑Δ-модулятора (интерполятора) третьего порядка позволяет дополнительно уменьшить уровень помех дробности в зоне малых отстроек от несущей и ослабить требования к петлевому фильтру нижних частот (ФНЧ). Реализуют ∑Δ-модулятор третьего порядка путем последовательного включения трех цифровых интеграторов (накапливающих сумматоров НС) в тракт формирования дробности. Отметим, что в ДДПКД с ∑Δ-модулятором третьего порядка (тремя цифровыми интеграторами) коэффициент деления N может принимать значения N–3...N+4 (на практике — N...N+7). Программирование производится при помощи стандартного последовательного трехпроводного интерфейса SPI. Программируемый двухмодульный предварительный делитель (прескалер RF) имеет коэффициенты деления RF-частоты 4/5 или 8/9; набор 4/5 можно использовать до частоты 2 ГГц. Минимально возможный целочисленный коэффициент деления INT тракта RF равен 26. Максимальный целочисленный коэффициент деления INT = 255 может быть установлен при любом коэффициенте прескалера. Функциональная схема микросхемы синтезатора ADF4193 с обозначением выводов приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Функциональная схема синтезатора частоты Fractional-N ADF4193

Рис. 5. Мультиплексор микросхемы ADF4193 (слева) и структурная схема ДДПКД (справа) Табл. 2. Пример формирования разных значения дробности FRAC/MOD № У1 У2 У2D ρK

0 1

1

2

1 1

1

–1 –1

∑Δ = 2: MOD =7; FRAC = 3 3 4 5 6 1 1 1 1 –1 –1 2 –1 2 –1

7 1

8

Табл. 3. Пример формирования разных значения дробности FRAC/MOD 9

1 1

1

–1 –1

10 1 1 2

Схема содержит частотно-фазовый детектор (ЧФД) с прецизионным симметричным программируемым источником тока схемы поддержания заряда (charge pump) и общий выходной мультиплексор (см. рис. 5), а также ДДПКД с программируемым модулем-интерполятором третьего порядка. Дробность в RF-тракте реализована в соответствии со структурной схемой рисунка 5 (справа). Модульинтерполятор (third order fractional interpolator) — это последовательно соединенные три накапливающие сумматора (НС). В отечественной литературе его еще называют накопительным сумматором или цифровым интегратором. Емкость НС MOD можно изменять, а во входной регистр сумматора записывать число FRAC < MOD. За каждый такт частоты сравнения в НС происходит суммирование кода числа FRAC с текущим кодом. При переполнении НС на его выходе появляется сигнал переноса ρk, который заставляет счетчик N (его прескалер) изменять коэффициент пере-

№ У1 У2 У2D ρK

0 1

1

2

3 1

1 1

–1 1 –1 1

∑Δ = 2: MOD = 8; FRAC = 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 1 1 1 –1 1 –1 1 –1 2 –1 1 1 –1

11 12 13 14 15 16 17 1 1 1 1 1 1 1 –1 –1 –1 2 0 –1 2 –1 1 1

счета на единицу (с 4 на 5 или с 8 на 9). Последовательное соединение трех НС в дробном интерполяторе позволяет увеличить частоту переполнения и сместить спектр помех дробности в более высокочастотную область. В ЧФД возможности для пользователя по сравнению, например, с микросхемой ADF4153 уменьшены — можно только неоперативно устанавливать выходной ток фазового детектора в высокочастотном (RF) канале (fмакс = 3,5 ГГц) с помощью внешнего резистора в соответствии с формулой: , где , .

электронные компоненты №6 2009

53

Рис. 6. Структура частотно-фазового детектора микросхемы ADF4193 (слева) и выходного каскада схемы поддержания заряда (справа)

На практике, в статическом режиме можно устанавливать выходной ток ЧФД в интервале 26 мкА (RSET = 9,6 кОм)...104 мкА (RSET = 2,4 кОм), что будет соответствовать токам в диапазоне 1,67...6,6 мА в режиме переключения, поскольку на время переходного процесса выходной ток ЧФД увеличивается в 64 раза (фиксированно) — см. рис. 6. Время форсирования выставляют программно с помощью счетчиков лимита времени (timeout counter) либо в соответствии с рекомендациями ADI [1], либо определяют экспериментально. Внутренние программно управляемые ключи SW1, SW2 и SW3 необходимы для коммутации элементов петлевого фильтра в режиме переключения выходной частоты (см. рис. 71). Ключи SW1 и SW2 коммутируют изодромные звенья на парафазных выходах ЧФД и работают синхронно, а ключ SW3 предназначен для закорачивания дополнительного звена петлевого фильтра (см. рис. 82 ). Точнее, ключ SW3 на время переключения заменяет звено дополнительного ФНЧ второго порядка на звено первого порядка, разгружая тем самым петлевой фильтр. Основные характеристики синтезатора АФАП ADF4193 с дробным переменным коэффициентом деления

Основные электрические параметры микросхемы синтезатора ADF4193 (можно найти в datasheets ADF4193, стр. 3).

RF-канал микросхемы представляет собой синтезатор с дробным коэффициентом деления (Fractional-N). Регистры INT и FRAC определяют коэффициент деления делителя N, который находится из следующего соотношения: N = RF/FPFD = (INT + (FRAC/MOD)),

54

(1)

где INT — значение целочисленного регистра Integer; FRAC — значение дробного регистра Fractional; MOD — значение модуля-интерполятора.

RF — частота на выходе синтезатора (входная частота VCO), FPFD — частота на входе фазового детектора. Формула для вычисления выходной частоты Fractional-N канала имеет следующий вид:

FOUT = FPFD ∙ [INT + (FRAC/MOD)] = (2) = FS ∙ [INT x MOD +FRAC], где FOUT — выходная частота внешнего VCO (ГУН); FS = FPFD/ MOD — частота шага сетки; FPFD — частота на входе фазового детектора, которая, 1

Рис. 7 см. на компакт-диске. Рис. 8 см. на компакт-диске.

3 Табл. 4 см. на компакт-диске.

4 Табл. 5 см. на компакт-диске.

5 Табл. 6 см. на компакт-диске.

2

WWW.ELCP.RU

в свою очередь, определяется из следующего выражения: FPFD = REFIN × [(1+D)/(R × (1+T)],

(3)

где REFIN — входная опорная частота; R — значение 4-разрядного опорного счетчика-делителя; D — индекс удвоения опорной частоты (0 или 1); T — индекс деления опорной частоты (0 или 1). Так, если значение D = 0, то удвоения частоты REFIN не происходит, а частота FPFD равна REFIN (при условии, что R = 1). Если значение D = 1, то происходит удвоение входной опорной частоты. Соответственно, если значение T = 0, то деления частоты REFIN не происходит, а частота FPFD равна REFIN (при условии, что R = 1). Если значение T = 1, то происходит деление входной опорной частоты в два раза. Следует помнить, что максимальное значение FPFD не может превышать 26 МГц. Коэффициенты деления 8-разрядного регистра INT находятся в диапазоне 26...255. Дробный регистр FRAC является 12-разрядным, и его установочные коэффициенты находятся в диапазоне 0...4095. Модуль-интерполятор MOD также 12-разрядный, и, соответственно, имеет диапазон коэффициентов 13...4095. Важно заметить, что должно выполняться условие 0 ≤ FRAC < MOD. Программные регистры синтезатора ADF4193

Программирование регистров и режимов работы ИМС семейства ADF4*** однотипно. При программировании микросхемы ADF4193 используют восемь программных регистров-защелок R0–R7, которыми управляют с помощью трех младших битов C3 (DB2), C2 (DB1), C1 (DB0 во входном регистре сдвига 24-BIT DATA REGISTER так, как это показано в таблице 43.

1. Регистр FRAC/INT REGISTER (R0, 24 бита) программирует 8-разрядный INT-регистр установки целой части коэффициента деления N (коэффициенты 26...255) и 12-разрядный FRAC-регистр установки дробной части коэффициента деления N (коэффициенты 0...4095) — см. таблицу 54.

2. Регистр MOD/R REG (R1, 24 бита) программирует: – выбор половинной опорной частоты T (1 бит); – удвоенной опорной частоты D (1 бит); – коэффициента деления прескалера P (1 бит); – режим работы ЧФД (1 бит); – коэффициент деления 1...15 R-делителя опорной частоты (4 бита) и – размер 13...4095 модуля-интерполятора MOD (12 бит) — см. табл. 65.

3. Регистр PHASE REG (R2, 16 бит) устанавливает величину фазового сдвига выходного сигнала синтезатора с шагом 360°/MOD — см. табл. 76.

4. Регистр FUNCTION REG (R3, 16 бит) «закорачивает» выход ЧФД на землю (1 бит) и изменяет полярность ЧФД (1 бит) — см. табл. 87.

5. Регистр CHARGE PUMP REG (R4, 24бита) управляет счетчиками лимита времени (задержка в диапазоне 0...2044 тактов частоты сравнения ЧФД) и выбором адресата управления (2 бита) — см. табл. 98.

6. Регистр POWER-DOWN REG (R5, 8бит) управляет: – включением встроенного дифференциального усилителя (1 бит); – отключением ЧФД (1 бит); – переводом выхода ЧФД в третье состояние (1 бит) и перезапуска счетчика (1 бит) — см. табл. 109.

7. Регистр MUX-REG (R6, 16 бит) предназначен для управления включением псевдослучайной последовательности в ∑Δ-модуляторе длиной 221 такта частоты сравнения в ЧФД и задержкой в детекторе синхронизма (4 бита), а также для установки режима работы выходного мультиплексора — см. табл. 1110.

8. Регистр TEST MODE REG (R7, 16 бит) зарезервирован для модернизации ПО микросхемы — см. табл. 1211. Описание функционального назначения и наименование выводов синтезатора ADF4193 приведены в таблице 1312. Фазовые шумы синтезатора частоты ADF4193

На рисунке 913 (справа) показана зависимость уровня фазового шума на выходе RF от выходной частоты (несущей) в кольце АФАП при различных отстройках. Из анализа графика следует, что рассматриваемая микросхема обеспечивает формирование качественного сигнала как в ближней зоне расстроек, так и при больших отстройках от несущей. Уровень фазового шума уменьшен на 8…10 дБ по сравнению с синтезаторами предыдущих моделей [8]. Переходные процессы в петле ФАП с микросхемой ADF4193

Время переходного процесса удовлетворяет требованиям действующих стандартов большинства систем подвижной радиосвязи (см. рис. 1014), а возможность управления фазой выходного сигнала (см. рис. 1115) позволяет более гибко решать проблемы при формировании информационных сигналов. Например, появляются дополнительные возможности при формировании телеграфных сигналов с частотной и фазовой телеграфией. А в системах профессиональной и закрытой связи появилась возможность экономичного построения систем с «прыгающей» частотой. Без форсирования петли с помощью встроенных ключей SW время переходного процесса увеличивается почти на порядок.

Инженеры ADI рекомендуют расширять полосу прозрачности кольца на время переключения (смены частот) в 8 раз [1]. Фильтрация помех дробности в RF-тракте

Следует сказать несколько слов о фильтрации помех дробности в петле АФАП с синтезатором ADF4193. В режиме дробности и с включенной ПСП (рандомизацией с помощью псевдослучайной последовательности) период неравномерности на выходе ЧФД возрастает до величины TПСП = 221/FPFD. При «типовой» опорной частоте GSM 13 МГц время TПСП = 0,161319… с. Разумеется, никакое кольцо АФАП не сможет отфильтровать столь низкочастотную помеху. В таких случаях говорят об уширении спектральной линии выходного колебания. Однако общий уровень фазовых шумов ухудшается в этом случае примерно на 10 дБ [1]. Однако при этом число спектральных компонент резко возросло, а мощность выходного сигнала не изменилась. Следовательно, мощность каждой дискретной спектральной помеховой компоненты уменьшилась, и значительно. В результате спектр дискретных помех выглядит значительно лучше. Следует лишь ответить на вопрос — что важнее в конкретном случае: дискретные побочные спектральные составляющие или фазовые шумы. К использованию такого режима надо подходить взвешенно и при крайней необходимости. Кстати, при включенной рандомизации значение параметра MOD не может быть меньше 50. Теперь несколько слов о частоте помех дробности при построении петли АФАП с использованием микросхемы ADF4193 (см. табл. 1416). Из таблицы 14 следует, что при включенной дробности ее помехи могут быть меньше частоты шага сетки в 2, 3 или 6 раз, в зависимости от того, четный или нечетный параметр MOD, а также его кратности 3 и 6, и об этом не следует забывать, особенно при проектировании широкополосных синтезаторов — в наборе требуемых частот всегда найдется место самому неблагоприятному раскладу! На рисунке 1217 (слева) показано изменение чувствительности синтезатора по RF-входу от входной частоты, а на рисунке 12 (справа) — уровень фазовых шумов на выходе встроенного буферного дифференциального ОУ. На рисунке 1318 приведены примеры соединения информационно-управляющих входов синтезатора ADF4193 с контроллерами фирмы ADI с помощью SPIинтерфейса. Временные соотношения в циклах записи управляющих слов в синтезатор ADF4193 показаны на рисунке 1419. Изучение теории цифрового синтеза частот [2, 5], публикации [6, 7], а также информация на сайте Analog Devices Inc. www.analog.com/pll позволяют в итоге так видоизменить параметры кольца АФАП, т.е. петлевого фильтра, тока ЧФД и коэффициентов деления N и R, что

6

Табл. 7 см. на компакт-диске. Табл. 8 см. на компакт-диске.

8 Табл. 9 см. на компакт-диске.

9 Табл. 10 см. на компакт-диске.

10 Табл. 11 см. на компакт-диске.

11 Табл. 12 см. на компакт-диске.

12 Табл. 13 см. на компакт-диске.

13 Рис. 9 см. на компакт-диске.

14 Рис. 10 см. на компакт-диске.

15 Рис. 11 см. на компакт-диске.

16 Табл. 14 см. на компакт-диске.

17 Рис. 12 см. на компакт-диске.

18 Рис. 13 см. на компакт-диске.

19 Рис. 14 см. на компакт-диске.

7

электронные компоненты №6 2009

55

результаты сторицей возвратят потраченное время и порядком испорченные нервы инженера-разработчика. Отладочные средства

Удобным инструментом для обкатки схем PLLсинтезаторов и радиоэлектронных структур, в которые в виде составных частей входят PLL-синтезаторы, являются демонстрационные платы (Evolution Boards), например EvalADF4193EB1 (GSM 1800) и Eval-ADF4193EB2. На первой плате установлен ГУН VCO190-1843T с диапазоном перестройки 1805...1880 МГц (при размахе управляющего напряжения 5 В с выхода ЧФД) компании Vari-L, а также петлевой фильтр, который обеспечивает полосу прозрачности кольца 60 кГц. Эти демонстрационные платы можно приобрести или получить во временное пользование (под реальные проекты) в компании ЭЛТЕХ (www.eltech.spb.ru). Там же можно получить квалифицированную техническую поддержку по всей продукции Analog Devices. На второй плате Eval-ADF4193EB2 ГУН и петлевой фильтр отсутствуют. Используя фирменное ПО ADISimPLL ver. 2.7 и выше удобно изменять параметры кольца и отслеживать изменения выходного спектра. Но об этом в следующей статье.

56

Литература 1. http://www.analog.com/en/rfif-components/pllsynthesizersvcos/adf4193/products/. Зарецкий М.М., Мовшович М.Е. Синтезаторы частоты с кольцом фазовой автоподстройки. Л.: Энергия, 1974. — 256с.

2 Лейнов М.Л. и др. Цифровые делители частоты на логических элементах. М.: Энергия, 1975. — 128 с.

3. Шишов С.Я. Быстродействующий делитель частоты с переменным коэффициентом деления//Техника средств связи. Серия ТРС. — 1981. Вып. 9. С. 83–88.

4. M. Curtin, P.O'Bien «PLL for HF receivers and Transmitters» — Part 1, 2, 3 — Analog Dialog, Volume 33, 1999.

5. Шапиро Д.Н., Паин А.А. Основы теории синтеза частот. М.: Радио и связь, 1981. — 264с. Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. - М.: Радио и связь, 1991, 264с.

6. Дмитриев С., Никитин Ю. Радиочастотный синтезатор частот с дробным коэффициентом деления ADF4153// Компоненты и технологии. 2004. №3. С. 58—62.

7. Никитин Ю. Элементная база фазовой автоподстройки: системный подход // Современная Электроника. 2008. №1. С. 28—33.

События рынка

| «Ангстрем» принуждают продавать чипы всем | Федеральная антимонопольная служба (ФАС) посчитала, что российская компания «Ангстрем» и сингапурская «Smartronic projects PTE» нарушили антимонопольное законодательство при заключении контракта на поставку микроконтроллеров К5004ВЕ1-017, использующихся в современных кассовых аппаратах. ФАС выдвинула против партнеров обвинение в нарушении федерального закона «О защите конкуренции». Изделия «Ангстрема» используются в производстве электронных защищенных контрольных лент для кассовых аппаратов (ЭКЛЗ). В Сингапуре на основе российских пластин со сформированными кристаллами создаются компоненты для производства таких лент, которые затем возвращаются на российский рынок для финальной сборки ЭКЛЗ. «В заключенном контракте содержится запрет на реализацию продукции, монополистом в производстве которой является «Ангстрем», в иные компании, кроме сингапурского партнера, –рассказали в управлении контроля промышленности ФАС. — Все микроконтроллеры этого типа направляются только в Smartronic и никуда больше, что и вызывает у нас вопросы». «У нас проходила проверка ФАС, в ходе которой было сказано, что если из договора уйдет требование эксклюзивности поставок, то дело возбуждено не будет, — рассказал Дмитрий Милованцев, председатель совета директоров группы компаний «Ангстрем». — Но этот контракт, который продлится до конца 2009 г. принесет треть выручки компании за это время. К такому клиенту нельзя прийти и безо всяких оснований потребовать ухудшения условий соглашения. Пусть заведут дело, создадут прецедент, и тогда мы будем говорить с заказчиком. Требование эксклюзивности было для «Ангстрема» чистой формальностью и было связано с тем, что заказчик на этот тип изделий у компании был всего один». Рассмотрение назначено на 8 сентября, но одним делом проблема не исчерпывается, — уверены в компаниипроизводителе. «В микроэлектронике есть принцип создания уникальных продуктов, и пункт об эксклюзивности — это принятая практика, — уточняет руководитель «Ангстрем». — Если будет создан прецедент, то придется заново думать, как работать на этом рынке, изменится очень многое». Положительное решение по этому делу будет деструктивно по отношению ко всему рынку микроэлектроники, считает Д. Милованцев. «На российском рынке микроэлектроники действительно существует практика эксклюзивных договоренностей, которую нельзя приветствовать, поскольку она нарушает основы конкуренции, — считает Михаил Маслов, исполнительный директор Ассоциации производителей электронной аппаратуры и приборов. — АПЭАП против эксклюзивности, которая ведет к монополизации отрасли. Очень важно то, какие именно операции проводятся в Азии: наша принципиальная позиция состоит в том, что максимальная часть добавленной стоимости должна оставаться в России». www.russianelectronics.ru

Новости микропроцессоров

| Трехъядерные процессоры серии Athlon II X3 400 появятся в сентябре | Компания AMD продвигает идею использования трехъядерных процессоров, утверждая, что они могут обогнать по производительности двухъядерные решения Intel при схожей или даже меньшей стоимости. А после того, как некоторые производители материнских плат «случайно» обнаружили способ активировать заблокированное четвертое ядро, у этих чипов появился еще один мощный маркетинговый козырь. Ведь теперь потребитель может за небольшие деньги купить трехъядерник AMD и превратить его в полноценный четырехъядерный процессор. Поэтому не стоит удивляться, что трехъядерные процессоры серии Phenom II X3 700 из поколения Heka оказались столь успешными на рынке. Кроме того, AMD готовится представить еще одну серию трехъядерных CPU под названием Athlon II X3 400. Эти чипы относятся к поколению Rana и изготовлены по нормам 45 нм техпроцесса. Кроме того, они получили по 512 Кб на ядро кэш-памяти второго уровня, а их максимальная тактовая частота должна составить 2,8 ГГц. www.russianelectronics.ru

WWW.ELCP.RU

Сканер импеданса для контроля свёртывания крови Хелен Бёрни, Дж. О'Риордан В статье рассказывается о принципе действия и преимуществах AD5933 — однокристального сканера для измерения комплексного импеданса, на основе которого создаются новые миниатюрные устройства для измерения свёртываемости крови. Введение

Коагуляция крови — сложный динамический физиологический процесс, в ходе которого кровь сворачивается и прекращается кровотечение из раны. Во время хирургических операций на сердце кровь циркулирует за счёт аппарата искусственного кровообращения. Этот аппарат обслуживается медперсоналом, в обязанности которого входит, в частности, контроль за соответствующими параметрами свёртываемости. Чтобы избежать свёртывания крови, необходимо поддерживать тонкий баланс и обеспечивать необходимый уровень антикоагулянтов, одним из которых является гепарин. Время свёртываемости измеряется каждые 30—60 минут в ходе операции и несколько раз после нее, до тех пор пока не восстановится нормальная свёртываемость. Обычно тестируются образцы венозной крови, измеряется время свёртывания и подбирается оптимальная доза антикоагулянтов. Компания Analog Devices является партнёром Института биомедицинской диагностики (BDI), научноинженерного исследовательского центра, основанного Научным фондом Ирландии и специализирующегося на разработке биомедицинских диагностических устройств нового поколения. В рамках одного из проектов этого института Analog Devices совместно с Университетом Дублина и одной из глобальных фармацевтических компаний работает над созданием устройства мониторинга коагуляции крови во время хирургических операций и интенсивной терапии. Эта система будет обеспечивать быстрое и автоматическое отслеживание свёртываемости, что способствует безопасности пациента, повышает скорость работы и упрощает процесс принятия решений медицинским персоналом. Измерение импеданса посредством AD5933

Путём отслеживания импеданса образца крови была выявлена его зависимость от стадии процесса формирования тромба. Достоверность такого метода измерения свёртываемости проверялась по стандартным общепринятым клиническим методикам. Высокоинтегрированный однокристальный сканнер импеданса AD5933 — это прецизионная система измерения импеданса, включающая генератор синусоидального сигнала и 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с частотой отсчётов 1 МГц. Генератор обеспечивает сигнал возбуждения заданной частоты для внешней цепи. Ответный сигнал (ток) оцифровывается с помощью встроенного АЦП, а посредством встроенного цифрового процессора осуществляется преобразование Фурье полученного сигнала. На выходе мы получаем вещественную (R) и мнимую (I) части импеданса для данной частоты. На основе этих данных можно вычислить амплитуду и фазу импеданса на любой частоте в пределах развёртки, которую обеспечивает генератор. На функциональной схеме AD5933 (см. рис. 1) показаны все необходимые интегрированные узлы для измерения импеданса. Встроенный узел цифровой обработки позво-

ляет получить значение комплексного импеданса измеряемой цепи. Система требует начальной калибровки: в качестве измеряемой схемы ставится прецизионный резистор и вычисляется калибровочный коэффициент, который будет использоваться для последующих измерений.

AD5933 может измерять импеданс в пределах от 100 Ом до 10 МОм с точностью 0,5% в полосе 1…100 кГц. Корреляция процесса свёртывания крови с изменениями импеданса хорошо изучена и описана. Однако появившиеся совсем недавно интегральные микросхемы для измерения комплексного импеданса позволяют создавать все более миниатюрные устройства для измерения свёртываемости крови. Это создаёт серьёзные преимущества с точки зрения снижения энергопотребления и улучшения портативности, а эти параметры весьма существенны для реанимационной аппаратуры. Схемы с однополярным питанием, такие как AD5933, обычно работают с сигналами, смещёнными по постоянному току на фиксированную величину. Во многих случаях при измерении импеданса это не играет роли, но постоянное смещение вызывает электрохимическую реакцию в проводящей жидкости, что влияет на исследуемый образец. Чтобы предотвратить электролиз в образце крови, сигнал возбуждения, вырабатываемый микросхемой AD5933, в данном проекте развязан по постоянному току с помощью схемы, показанной на рисунке 2. Система измерения свертываемости крови

Интерфейс между образцом крови и измерительной схемой — важная часть системы. В данном проекте был разработан специальный жидкостный микроканал, в который помещается кровь и который подключается к AD5933. Микроканал позволяет образцу крови взаимодействовать со специальным реагентом — модулятором свёртываемости, и обеспечивает контакт между образцом крови и измерительной схемой на AD5933 (см. рис. 3). Микроканальное устройство состоит из трёх слоёв. Нижний слой — это плёнка с нанесёнными печатным способом электродами, которые подключа-

Рис. 1. Функциональная схема устройства измерения импеданса

электронные компоненты №6 2009

57

Рис. 2. AD5933 со схемой формирования сигнала

58

Рис.3. Схема устройства системы измерения импеданса с полимерным микроканалом, содержащим образец крови

Рис. 4. Сравнение кривых изменения импеданса для свёртывающегося и несвёртывающегося образцов крови

Рис. 5. Сравнение кривых изменения импеданса для образцов крови с разным временем свёртывания

Рис. 6. Корреляция между временем свёртывания, измеренным с помощью AD5933, и данными, полученными с помощью стандартного метода измерения времени свёртывания

ются к электрической схеме на базе AD5933. Верхняя часть — это полимерная отливка, внутри которой — два резервуара, соединённых микроканалом. Химический реагент, регулирующий свёртывание образца крови, может помещаться либо внутрь микроканала, либо в центральный, «соединяющий» слой. Верхний и нижний слои микроканального устройства соединяются с помощью чувствительного к давлению адгезивного материала (PSA). Образец крови, помещённый в один из резервуаров, заполняет микроканал и вступает в контакт с печатными электродами, которые в свою очередь подключены к AD5933. Измеренный спектр импеданса

Кривые изменения импеданса для сворачивающейся и несворачивающейся крови показаны на рисунке 4. Стрелкой показан момент времени, в который произошло свёртывание образца крови. На рисунке 5 показаны кривые изменения импеданса в случаях, когда свёртывание

WWW.ELCP.RU

крови замедлено с помощью гепарина. Стрелками показаны моменты свёртывания для разных образцов крови. С помощью системы, описанной выше, измерялось время свёртывания большого количества образцов, и полученные результаты сверялись с измерениями, сделанными с помощью стандартных медицинских методик (см. рис. 6). Заключение

AD5933 — однокристальный сканер импеданса — был с успехом применён для измерения импеданса образцов крови в процессе свёртывания. По сравнению с существующими системами, этот прибор обеспечивает конечному пользователя такие преимущества как удобство применения, низкое энергопотребление и портативность. Сочетание предлагаемой микроэлектронной технологии с современными решениями в других областях, например с микроканальными методами и обработкой образцов биологических материалов, обеспечивает обширные перспективы для развития технологий в области медицинской техники.

Увеличение ресурсов сети Екатерина самкова, редактор, журнал «Электронные компоненты» В статье рассмотрены методы расширения спектра и виды уплотнения доступа. Рассказывается об основных особенностях и преимуществах каждого подхода.

В большинстве приложений требуется, чтобы используемый спектр частот был как можно уже. Несмотря на это, существует обратная методика — расширение спектра, когда сигналы передаются в широкой полосе частот. Она была разработана для военных и разведывательных целей и применяется для защиты передаваемых данных и повышения помехоустойчивости сигнала. Есть два основных способа расширения спектра: скачкообразная перестройка частоты (FHSS) и приближение сигнала к шумоподобному (DSSS). Рассмотрим их практические реализации. Скачкообразная перестройка частоты

В некоторых применениях, например военных, важно оградить информацию от несанкционированного прослушивания или намеренного заглушения. В таком случае помогает расширение спектра путем скачкообразной перестройки частоты. Оно заключается в том, что сигнал переключается много раз в секунду псевдослучайным образом между отведенными заранее каналами. Передача на каждой частоте идет в течение заданного промежутка времени, после чего сигнал перескакивает на другой канал. Скорость скачков может меняться и зависит от дополнительных требований. Метод FHSS часто используется для ослабления интерференции. Если в одном канале интерференционные помехи велики, то их влияние будет носить кратковременный характер, поскольку сигнал быстро переключается на другие каналы. Между переключениями возникает т.н. мертвый период, когда выходной сигнал отсутствует. В это время происходит установка синтезатора частоты. Этот период также необходим для защиты от межканальных интерференционных помех, возникающих при переключении. В приемнике синхронно повторяется тот же алгоритм переключения, что и в передатчике. Следует помнить, что за счет передачи синхробитов эффективная скорость передачи данных уменьшается. Перестройка частоты обычно применяется для передачи цифровых сигналов. Для передачи аналоговой

информации, например голоса, ее необходимо предварительно оцифровать. Скорость передачи данных должна превышать полосу пропускания, чтобы был запас на добавление защитных мертвых интервалов во время переключения сигнала. Прямое последовательное расширение спектра

При прямом последовательном расширении спектра информационный сигнал приводится к шумоподобному, чтобы узкополосные помехи не ухудшали качество приема данных. Для этого каждый бит передаваемой информации заменяется расширяющей последовательностью из n битов. Логическая единица представляется прямой последовательностью, а логический ноль — инверсной. Очень часто в качестве расширяющего кода используют 11-битную последовательность Баркера 10110111000. Ее преимущество заключается в том, что она позволяет приемнику быстро синхронизоваться с передатчиком. Действительно, если сравнить две последовательности Баркера, сдвинутые на один бит, мы получим меньше половины совпадений значений битов. Следовательно, даже при искажении нескольких битов приемник, скорее всего, сможет идентифицировать начало последовательности, а значит, правильно распознать получаемую информацию. Несмотря на сложность реализации в приемнике и передатчике, методика DSSS позволяет существенно улучшить качество обмена. Она используется в военных приложениях, где важна высокая степень секретности данных, а также в новых сотовых системах для увеличения емкости сети. В последнем случае технологию DSSS часто называют множественным или многостанционным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA), поскольку она позволяет нескольким абонентам одновременно принимать сигналы, используя индивидуальные коды. Методы увеличения емкости сети

Изначально технологии расширения спектра применялись для защиты информации от несанкционированного доступа или для того, чтобы передавае-

мый сигнал нельзя было обнаружить. Однако с развитием сотовой связи эти технологии находят новое применение — используются для увеличения емкости сети (уплотнения доступа). В сетях с большим числом абонентов необходимо организовать связь так, чтобы пользователи могли иметь доступ к ресурсам сети и в то же время не мешали друг другу. С этой задачей позволяют справиться методы множественного доступа: пространственный, частотный (FDM), кодовый (CDM) и временной (TDM). Пространственное уплотнение основано на территориальном разделении зон вещания. Каждая станция передает сигнал на определенной частоте на закрепленной за ней территории. Поскольку дальность распространения радиосигналов ограничена, то при достаточном удалении друг от друга две станции не создают помех друг другу. Характерный пример — станции сотовой связи, использующие один и тот же диапазон частот в разных городах. Обратный подход применяется при частотном мультиплексировании. В этом методе на одной территории несколько устройств передают сигналы на разных частотах. Данный принцип широко применяется в беспроводных технологиях и радиовещании. Отведенная территории полоса частот делится на информационные каналы, отстоящие друг от друга на защитные интервалы (см. рис.1) для исключения взаимных помех. Немного сложнее организовано временное мультиплексирование. Каждой станции на передачу сигнала отводятся определенные циклически повторяющиеся промежутки времени.

Глоссарий

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) — скачкообразная перестройка частоты.

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) — прямое последовательное расширение спектра.

CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный доступ с кодовым разделением каналов.

FDMA (Frequency Division Multiple Access) — уплотнение с частотным разделением каналов.

TDMA (Time Division Multiple Access) — множественный доступ с временным уплотнением.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) — мультиплексирование с ортогональным разделением частот.

электронные компоненты №6 2009

59 Т Е О Р И Я И П РА К Т И К А

Расширение спектра (Spread Spectrum)

Рис. 1. Разделение спектра частот ΔF на информационные каналы шириной Δfk

Рис. 2. Передача сигналов при CDM

С одной стороны это очень удобно, т.к. временные интервалы могут перераспределяться между устройствами сети в зависимости от объема трафика. Однако с другой стороны, в системах с временным разделением каналов предъявляются чрезвычайно высокие требования к синхронизации между приемником и передатчиком, ведь при малейшем расхождении произойдет мгновенная потеря данных. Временное уплотнение применяется в сотовых сетях стандарта GSM. Уплотнение с кодовым разделением

При кодовом разделении все станции осуществляют передачу сигналов на одной и той же частоте, но с разной шифрацией. Это как в комнате, где находится много людей, говорящих на разных языках: несмотря на шум, вам всегда удастся распознать родную речь,

Т Е О Р И Я И П РА К Т И К А

60

Рис. 3. Преобразование входных сигналов при CDM

www.elcp.ru

даже если окружающие будут говорить громче. Принцип формирования кодового разделения основан на том, что каждый бит исходных данных заменяется на CDM-символ или расширяющую (чиповую) последовательность, как его еще называют. В качестве такой последовательности можно взять не любую, а либо псевдослучайную, либо ортогональную. Ортогональной последовательностью считается та, в которой сумма битов равна нулю. Расширяющая последовательность передается циклически, причем необходимо, чтобы ее период точно соответствовал длительности информационного бита. Обычно логическая единица передается прямой последовательностью, а логический ноль — инверсной. Зашифрованные таким образом потоки суммируются, затем результирующий сигнал модулируется и передается (см. рис. 2). В приемнике производятся обратные операции. Полученный сигнал демодулируется и снова перемножается на расширяющую последовательность, соответствующую нужному каналу. Для наглядности рассмотрим принцип передачи двух потоков данных на одном несущем сигнале (см. рис. 3). Пусть имеются два информационных потока (c) и (e). Для их передачи потребуются две расширяющие последовательности. В качестве примера возьмем четырехбитные последовательности (a) и (b). Если их перемножить и сложить биты результата, то получим ноль. Значит, они являются ортогональными между собой. Итак, перемножим информационные последовательности на соответствующие расширяющие: (a)×(c)=(d); (b)×(е)=(f). Выходные сигналы (d) и (f) суммируем и полученный сигнал (g) используем в качестве модулирующего. На рисунке 3 показано восстановление сигнала (c). Для этого принятая последовательность (g) умножается на (h), совпадающую с (а). Результирующий сигнал (i) делится на блоки, соответствующие количеству битов в расширяющей последовательности. Биты каждого блока суммируются, и после нормировки получается исходная последовательность (j), совпадающая с (c). Заметим, что в случае использования псевдослучайных кодов общий принцип передачи остается прежним, однако вместо одинаковых ортогональных кодов в передатчике и приемнике используются одинаковые алгоритмы генерирования псевдослучайных последовательностей. Тем не менее, поскольку расширяющие последовательности не ортогональны, то при восстановлении будут возникать ошибки.

Ортогональное частотное уплотнение

Еще один распространенный вид — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM). Принцип OFDM заключается в том, что весь доступный частотный диапазон разделяется на множество несущих; обычно их несколько тысяч, по которым осуществляется параллельная передача данных. Для обеспечения ортогональности несущие разнесены на интервалы равные 1/(период символа). Боковые полосы каналов могут перекрываться, поскольку в ортогональных каналах интерференция не возникает. Каждому передатчику выделяются определенные полосы спектра так, чтобы снизить уровень шумов и избежать возникновения интерференционных помех. Таким образом, исходный поток последовательных данных преобразуется в параллельный, причем скорость передачи в каждом канале уменьшается пропорционально количеству каналов. В итоге скорость передачи всего потока не меняется, однако увеличивается время передачи каждого бита, за счет этого уменьшается вероятность появления ошибки и искажений. Для исключения межсимвольных искажений между передачами битов вставляются защитные интервалы, гарантирующие, что выборка данных производится при уже установившемся сигнале, и никакие задержавшиеся колебания, влияющие на форму и фазу сигнала, не возникнут. В передатчике ортогональное частотное уплотнение выполняется блоком обратного быстрого преобразования Фурье, который стоит в каждом модуляторе. Соответственно, в демодуляторе приемника выполняется прямое быстрое преобразование Фурье. Системы связи, основанные на OFDM, должны быть строго линейными, чтобы не нарушалась ортогональность передаваемых сигналов. Для этого на выходе передатчика должен стоять оконечный усилитель. Ортогональное частотное уплотнение с применением корректирующих кодов называется кодированным (COFDM). При COFDM в передаваемый сигнал вносятся избыточные биты, поэтому вероятность появления ошибки при восстановлении данных уменьшается. Мультиплексирование COFDM используется в стандарте Wi-Fi и цифровом радио, в недавно появившемся WiMAX и разрабатываемых сейчас мобильных системах 4G. Литература 1. J. Meel «Spread spectrum. Introduction».

2. J. Meel «Spread spectrum. Applications».

3. Курс по беспроводным сетям.

Новые компоненты на российском рынке АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

200-В драйвер полумоста для автомобильных приложений от International Rectifier

Компания International Rectifier представляет AUIRS 2003S — 200-В драйвер для низко-/высоковольтных автомобильных приложений, в т.ч. коммутатора аккумуляторной батареи, шагового двигателя и DC/DC-преобразователя. Микросхема AUIRS 2003S представляет собой надежный вы­со­коскоростной драйвер MOSFET верхнего и нижнего плеча. Осо­бен­ностью драйвера является буферный выходной каскад с высоким импульсным током для минимизации перекрестной проводимости драйвера и, в то же время, использования пла­ва­ющего канала верхнего плеча для управления 200-В n-ка­наль­ным полевым транзистором. Новое устройство имеет низкий ток покоя, что позволяет использовать недорогие источники питания для схем верхнего плеча. Драйвер обеспечивает выход верхнего и нижнего плеча в фазе с входными сигналами; входные сигналы могут иметь уровень 3,3; 5 и 15 В; выходные сигналы совмес­тимы с CMOS- и LSTTL-логикой. Имеется полный набор функций защиты, в т.ч. блокировка питания при пониженном напряжении, защита от времени простоя, защита от выбросов отрицательного напряжения и короткого замыкания. Отвечающий требованиям стандарта AEC-Q100, драйвер AUIRS2003S специально разработан для применения в жестких условиях подкапотного пространства автомобиля. Ключевые параметры драйвера AUIRS2003S приведены в таблице.

Voffset, В Vout, В Входная логика Io/Io- (typ), мА ton/toff (typ), нс Тип корпуса 200 10…20 HIN, LIN 290/600 680/150 SOIC8 International Rectifier www.irf.com

Дополнительная информация: см. Представительство IR Интернешнл Холдинг, Инк. в России, странах СНГ и Балтии

АНАЛОГОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ Новая специализированная аналоговая микросхема для приложений с сенсорным управлением от Microchip

61

Компания Microchip анонсировала специализированную микросхему MCP2036, дополняющую уже имеющиеся решения компании в области индуктивного сенсорного управления (mTouchTM Inductive Touch-Sensing solutions). Аналоговый интерфейс MCP2036 поддерживает работу со всеми 8-, 16- и 32-разрядными PIC-микроконтроллерами, а также с сигнальными процессорами семейства dsPIC. Использование микросхемы в паре с PIC-контроллером позволяет легко и без дополнительных разработок аналоговой части реализовать сенсорный интерфейс.

MCP2036 содержит мультиплексор, преобразователь частоты, усилитель, драйвер и внутренний источник опорного напряжения, что позволяет значительно уменьшить число дополнительных внешних элементов и, как следствие, стоимость разработки.

WWW.ELCP.RU

Физические основы индукционного сенсорного управления позволяют реализовывать сенсорный интерфейс в условиях, где применяются различные материалы для сенсорных панелей, такие как пластик, сталь, алюминий. Сенсорные панели с индуктивным управлением обеспечивают чувствительность при работе в перчатках и в условиях, где возможно попадание жидкостей на панель, а также в других экстремальных ситуациях, возникающих в процессе эксплуатации промышленных изделий. Технологии Microchip в области индуктивного сенсорного управления дополняют имеющиеся решения компании в сфере емкостного сенсорного управления, обеспечивают высокую надежность и снижают конечную стоимость разработки.

Microchip Technology www.microchip.com

Дополнительная информация: см. Microchip Technology

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Помехоустойчивые ра­диотрансиверы для диапазонов 433/868/915 МГц от Analog Devices

Компания Analog Devices представила новые микросхемы тран­си­ веров, предназначенные для передачи данных на короткие расстояния (выходная мощность –20…12 дБм): ADF7022 и ADF7023. Микросхемы можно использовать для промышленного контроля и измерений, в беспроводных сетях и телеметрических системах, в системах охраны и медицинских устройствах. Микросхема ADF7022 представляет собой FSK/GFSKтран­си­вер для работы на частотах 868,25 МГц, 868,95 МГц и 869,85 МГц в нелицензируемом диапазоне ISM. ADF7022 полностью сертифицирован по Европейскому стандарту ETSI-300-200 и имеет расширенную полосу для передачи цифровых сигналов. Маломощный трансивер ADF7023 предназначен для работы в диапазонах 433, 868 и 915 МГц. Достоинства микросхемы — низкий ток потребления и скорость передачи информации до 250 Кбит/с при модуляции 2FSK/GFSK/OOK. Это позволяет приемнику работать в обстановке более сильных (в 4 раза!) интерферирующих помех, в более чем двойном рабочем диапазоне частот. Напряжение питания 1,8…3,6 В. Новые трансиверы будут выпускаться в корпусах 32-LFCSP (5×5 мм) для работы в промышленном диапазоне рабочих температур (–40…85°С). Серийный выпуск ожидается в начале осени 2009 г.

Analog Devices Inc. www.analog.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ЗАО

ДИСКРЕТНЫЕ СИЛОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ Новое семейство 25- и 30-В n-канальных MOSFET для синхронных преобразователей от International Rectifier

Компания International Rectifier представляет новое семейство 25- и 30-В n-канальных trench HEXFET® мощных полевых транзисторов для синхронных понижающих преобразователей и вычислительных цепей.

Новое семейство MOSFET использует кремниевую технологию с эталонно низким сопротивлением открытого канала (RDS(on)). Транзисторы имеют низкие тепловые потери; тем самым повышается КПД устройства при полной загрузке. Доступны дискретные транзисторы в корпусе QFN (5×6 мм и 3×3 мм), D-Pak, I-Pak, SO-8, а также сдвоенные транзисторы в корпусе SO-8. Новые транзисторы соответствуют директиве RoHS. Параметры дискретных n–канальных MOSFET приведены в таблице. Наименование IRLR8256(TR)PBF IRLU8256(TR)PBF IRLR8259(TR)PBF IRLU8259(TR)PBF IRF8252(TR)PBF IRLR8743(TR)PBF IRLU8743(TR)PBF IRLR8726(TR)PBF IRLU8726(TR)PBF IRLR8721(TR)PBF IRLU8721(TR)PBF IRLR8729(TR)PBF IRLU8729(TR)PBF IRFH3702(TR,TR2)PBF IRFH3707(TR,TR2)PBF IRFH7932(TR,TR2)PBF IRFH7934(TR,TR2)PBF IRFH7936(TR,TR2)PBF IRFH7921(TR,TR2)PBF IRFH7914(TR,TR2)PBF IRF8788(TR)PBF IRF7862(TR)PBF IRF8734(TR)PBF IRF8736(TR)PBF IRF8721(TR)PBF IRF8714(TR)PBF IRF8707(TR)PBF

RDS(on) RDS(on) Id при Id при (max) TC = TА = BVdss, (max) В при 10 при 4,5 = 25°C, = 25°C, Вgs, мОм Вgs, мОм A A 25 5,7 8,5 81 25 5,7 8,5 81 25 8,7 12,9 57 25 8,7 12,9 57 25 2,7 3,7 25 30 3,1 3,9 160 30 3,1 3,9 160 30 5,8 8,0 86 30 5,8 8,0 86 30 8,4 11,8 65 30 8,4 11,8 65 30 8,9 11,9 58 30 8,9 11,9 58 30 7,1 11,8 16 30 12,4 17,9 12 30 3,3 3,9 24 30 3,5 5,1 24 30 4,8 6,8 20 30 8,5 12,5 15 30 8,7 13 15 30 2,8 3,8 24 30 3,7 4,5 21 30 3,5 5,1 21 30 4,8 6,8 18 30 8,5 12,5 14 30 8,7 13 14 30 11,9 17,5 11

Qg Тип кор(typ), пуса нКл 10 10 6,8 6,8 35 39 39 15 15 8,5 8,5 10 10 9,6 5,4 34 20 17 9,3 8,3 44 30 20 17 8,3 8,1 6,2

D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK SO-8 D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK D-Pak/I-PAK PQFN 3×3 PQFN 3×3 PQFN 5×6 PQFN 5×6 PQFN 5×6 PQFN 5×6 PQFN 5×6 SO-8 SO-8 SO-8 SO-8 SO-8 SO-8 SO-8

International Rectifier www.irf.com

Дополнительная информация: см. Представительство IR Интернешнл Холдинг, Инк. в России, странах СНГ и Балтии

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Компания Tektronix обновляет свипирующие анализаторы спектра

Компания Tektronix, Inc. объявила о внесении существенных улучшений в анализаторы спектра cерии RSA6000. Анализаторы серии RSA6000 позволяют ускорить тестирование за счет повыше­ ния скорости измерений и в то же время снижают затраты бла­го­даря уникальному сочетанию измерительных функций, что делает их особенно удобными для таких сфер применения как управление частотными ресурсами, радиолокация, РЭБ и радиосвязь.

Система DPX способна регистрировать нескольких сотен тысяч спектров в секунду с полосой анализа свыше 110 МГц. Благодаря такому усовершенствованию можно выполнять DPX-свипирование в полном входном диапазоне RSA6000, т.е. до 14 ГГц. За то время, когда традиционный анализатор спектра захватывает один спектр, RSA6000 может захватить на несколько порядков спектров больше. Новейшая технология запуска DPX позволяет захватывать сигналы, недоступные другим анализаторам, ускоряя анализ за счет запуска по сигналам внутри сигналов. Другие усовер­ шен­ство­вания системы запуска включают новую функцию запуска от искаженных импульсов и возможность классификации синхрособытий по времени. Способность классифицировать синхрособытия по времени и амплитуде является уникальной способностью анализаторов серии RSA6000 и позволяет ускорить диагностику в различных ситуациях, включая мониторинг спектра и измерение параметров РЛС. Среди других усовершенствований следует упомянуть шестикратное повышение производительности самой мощ­ной в отрасли функции отображения живого РЧ-спект­ ра DPX второго поколения, которая теперь может за­хва­ ты­в ать более 292 000 спектров в секунду, благодаря чему разработчики могут обнаруживать кратковременные пере­ ходные процессы (длительностью от 10,3 мкс).

Tektronix, Inc www.tektronix.com

Дополнительная информация: см. Tektronix, Inc

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ Компания Agilent Technologies повысила мощность популярного семейства источников питания более чем в 8 раз

Компания Agilent Technologies дополнила линейку программируемых одноканальных источников питания постоянного тока общего назначения новыми моделями серии N8700. Эти системные источники питания постоянного тока обладают теми же возможностями, что и очень популярные источники серии Agilent N5700, но имеют при этом в восемь раз большую удельную мощность. Источники питания серии N8700 обладают самой высокой в отрасли удельной мощностью, обеспечивая до 5200 Вт в небольшом корпусе высотой всего 2 ед. (стоечный блок 2U), и оборудованы стандартными компьютерными интерфейсами, включая LAN (LXI-C), USB и GPIB, причем все это в стандартной конфигурации. Источники серии Agilent N8700 обладают всеми необходимыми базовыми функциями, позволяющими упростить и ускорить разработку контрольно-измерительных систем для научных исследований и производства в таких ключевых отраслях как авиакосмическая и оборонная промышленность, автомобилестроение, производство электронных компонентов и связь. Серия N8700 расширяет семейство N5700, добавляя 21 новую модель с диапазоном мощности 3,3…5 кВт. Все модели источников питания серии N8700 обеспечивают стабильную выходную мощность и оборудованы встроенными функциями измерения тока и напряжения в диапазоне 5,5…400 А и 8…600 В. Для повышения гибкости источники питания можно включать параллельно или последовательно, повышая, соответственно, выходной ток или напряжение. Также для всех моделей предусмотрены различные варианты входного переменного напряжения в диапазоне от 230 В (1-фазная сеть) до 400 В (3-фазная сеть). Источники питания серии Agilent N8700 поддерживают дистанционное управление через интерфейс LAN из любого веб-браузера через встроенный веб-сервер и графический интерфейс пользователя.

Agilent Technologies Inc. www.agilent.ru

Дополнительная информация: см. Agilent Technologies Inc.

электронные компоненты №6 2009

62

Новая серия миниатюрных AC/ DC-преобразователей от Mornsun

Компания Mornsun расширила свой модельный ряд миниатюрными AC/DC-преобразователями серии LS03. Новые преобразователи с вы­ход­ной мощностью до 3 Вт имеют миниатюрный корпус SIP12 (34×22,5×9,5 мм) для монтажа на печатную плату в отверстия, рабочий температурный диапазон –40…85°С, прочность изоляции вход – выход 2 кВ (в течение 1 мин). Наименование LS03-05B03S LS03-05B05S LS03-05B09S LS03-05B12S LS03-05B15S LS03-05B24S

P, Вт 1,65 2,5 3

Uвых/Iвых, В/мА 3,3/500 5,0/500 9,0/330 12/250 15/200 24/125

КПД, % 70 70 75 78 78 78

Серия LS03 рассчитана на входной диапазон напряжений 85…264 В переменного тока (или 100…400 В постоянного тока). Преобразователи имеют стабилизированный выход и снабжены защитой от короткого замыкания и перегрева. Данную серию отличает низкий уровень шумов на выходе (в полосе 20 МГц — не более 50 мВ для моделей с выходом 3,3 и 5 В, не более 100 мВ для моделей с выходом 9, 12, 15 и 24 В). Серия LS03 является оптимальным решением для промышленных приложений, в частности, беспроводных систем, АСУТП, средств УСПД в системах энергоучета. Гарантия производителя — 3 года.

Mornsun www.mornsun-power.com

Дополнительная информация: см. «ЭКО», ООО

Компактные DC/DC-преоб­ разователи мощностью 15 Вт с ультрашироким диапазоном входного напряжения от Mornsun

63

Компания Mornsun предлагает DC/DC-преоб­ разователи серии URB_

LD-15W (URA_LD-15W). Преобразователи с выходной мощностью 15 Вт выполнены в металлических корпусах, экранированных с шести сторон (размеры корпуса: 50,8×25,4×11,2 мм — без радиатора, и 50,8×31×21 мм — с радиатором), со стандартным промышленным расположением выводов для монтажа на печатную плату в отверстия. Диапазоны входных напряжений 9…36 В и 18…75 В. Рабочий температурный диапазон –40…85°С, КПД до 85%, прочность изоляции вход–выход — 1,5 кВ (в течение 1 мин). Преобразователи имеют стабилизированный выход 3,3; 5; 12 и 15 В (для URB_LD-15W) и ±5, ±12, ±15 В (для URA_LD-15W), снабжены защитой от короткого замыкания и от перенапряжения. Имеется функция дистанционного включения-выключения. В серии URB_LD-15W реализована функция подстройки выходного напряжения. Данные серии доступны в исполнении с радиатором и без радиатора. Применение радиатора позволяет расширить рабочий температурный диапазон преобразователей.

WWW.ELCP.RU

Области применения: системы телекоммуникационного оборудования, системы управления технологическими процессами, транспорт, приложения, использующие питание от аккумуляторных батарей, и др.

Mornsun www.mornsun-power.com

Дополнительная информация: см. «ЭКО», ООО Инверторы на 200 и 400 Вт с синусоидальным выходом от Mean Well

Компания Mean Well представила новые инверторы предназначенные для преобразования входного постоянного напряжения 12, 24 или 48 В в переменное синусоидальное напряжение 110/230 В. Предлагаются модели для частоты 50 или 60 Гц. Инверторы имеют высокую перегрузочную способность и могут работать с нагрузкой 230 Вт (TS-200) или 460 Вт (TS-400) в течение 3 мин. или с нагрузкой 300 Вт (TS-200) и 600 Вт (TS-400) в течение 10 с. Пиковая мощность инверторов (1 с) составляет 400 и 800 Вт, соответственно. Инверторы обеспечивают стабильность выходного напряжения не хуже ±3%, частоты — не более ±0,1 Гц и коэффициент гармоник выходного напряжения не более 3%. Инверторы серий TS-200 и TS-400 можно устанавливать на транспортных средствах, яхтах, в загородных и передвижных домах, передвижных лабораториях, для подключения электробытовых и измерительных приборов, офисного оборудования и др. Особенности инверторов серий TS-200 и TS-400: – КПД до 88%; – коэффициент гармоник выходного синусоидального напряжения: <3%; – электрическая прочность изоляции батарея–выход: 3000 В АC; – рабочий диапазон температур: –10…35°С (100% нагрузка), –10…60°С (50% нагрузка), хранение –30…70°С; – габариты: TS-200 — 205×158×59 мм, TS-400 — 205×158×67 мм.

DC/AC-преобразователи серий TS-200 и TS-400 имеют следующие стандартные функции: – светодиодный индикатор режима работы; – дистанционное включение/отключение; – защита: от пониженного напряжения аккумулятора с сигналом тревоги; от неправильной полярности подключения аккумулятора; от короткого замыкания и перегрузки на выходе; от перегрева.

DC/AC-преобразователи серий TS-200 и TS-400 соответствуют стандартам: – EN55022 класс A, 72/245/ СЕЕ, 95/54 СE, E-Mark (по уровню электромагнитных излучений); – EN61000-4-2,3,8, ENV50204 (по устойчивости к воздействию электромагнитных помех).

Mean Well www.meanwell.com

Дополнительная информация: см. «Элтех», ЗАО

МИКРОСХЕМЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Новый понижающий ШИМ-контроллер от International Rectifier

Компания International Rectifier анонсировала IR3640M — однофазный синхронный высокочастотный понижающий

(buck) ШИМ-контроллер с интегрированным драйвером MOSFET и ограничительным диодом. Понижающий (buck) ШИМ-контроллер IR3640M является высоко интегрированным устройством с широким диапазоном входных/выходных напряжений и предназначен для управления парой n-канальных MOSFET с рабочей частотой в диапазоне 250 кГц…1,5 МГц. Микросхема IR3640M предназначена для таких приложений как высокопроизводительные синхронные понижающие DC/DC-преобразователи для серверов, систем хранения данных, сетевого оборудования, игровых консолей, а также для DC/DC-преобразователей общего назначения. ШИМ-контроллер IR3640M обладает следующими функциональными особенностями: – программируемое плавное включение; – режим Pre-Bias Start Up; – отслеживание (коррекция) уровней напряжения; – внешняя синхронизация; – защита по току и напряжению; – защита от короткого замыкания; – тепловая защита. Микросхема IR3640M соответствует нормам RoHS. Для совместной работы с IR3640M производителем рекомендуются MOSFET семейства DirectFET®. Основные параметры ШИМ-контроллера IR3640M приведены в таблице.

ОАО «Морион» www.morion.com.ru

Дополнительная информация: см. «Морион», ОАО

Agilent Technologies Inc.

Диапазон Диапазон Рабочая Наиме­но­ входного выходного частота, вание напряже- напряжекГц ния, В ния, В

IR3640MPbF 1,5…24

ГК202-ТК имеет номинальную частоту 12,8 МГц, выходной сигнал синусоидальной формы и напряжение питания 5 В. Прибор обеспечивает температурную стабильность частоты до 1,5.10 –7 в широком интервале рабочих температур и долговременную стабильность частоты до 1,5.10 –7 за год. Генератор выполнен в стандартном корпусе с размерами 36×27×12,7 мм. ГК203-ТК имеет номинальную частоту 10 МГц и напряжение питания 12 В. Выходной сигнал также имеет синусоидальную форму. Прибор характеризуется еще более высокой стабильностью частоты: до 5.10 –8 при изменении рабочей температуры в широком диапазоне и долговременную стабильность частоты до 1,5.10 –7 за год. ГК203-ТК имеет аналогичные ГК202-ТК габаритно-при­со­ еди­нительные размеры, однако при этом имеет очень перспективное исполнение с высотой 10 мм (ГК203М-ТК). Сочетание высокого уровня температурной и долго­вре­ мен­ной стабильности частоты с низким уровнем потребления и почти мгновенной готовностью к работе делают генераторы ГК202-ТК и ГК203-ТК очень эффективным решением для многих применений, в частности, в различных системах мобильной радиосвязи.

Особенности

(0,7…0,9) Vin 250…1500

Тип корпуса

1-% точность, OCP, OTP, PB, SS, PGOOD, внешняя 3×4 мм синхронизация, отслежи- MLPQ-20 вание напряжения

Для разработчика доступен эталонный комплект (reference design kit) IRDC3640 (25 А, 600 кГц), содержащий ШИМ-контроллер IR3640M и MOSFET семейства DirectFET®: IRF6710S и IRF6795M. International Rectifier www.irf.com

Дополнительная информация: см. Представительство IR Интернешнл Холдинг, Инк. в России, странах СНГ и Балтии

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Новые прецизионные термокомпенсированные кварцевые генераторы с высокой стабильностью частоты от ОАО «Морион»

ОАО «Морион» (СанктПетербург) представляет качественно новые прецизионные термокомпенсированные кварцевые генераторы. Ключевой особенностью приборов данной группы является сочетание следующих характеристик.

– Стабильность частоты на уровне термостатированного генератора (~10 –7).

– Малое значение потребляемой мощности: как после включения генератора, так и в установившемся режиме (около 100 мВт).

– Малое время стабилизации частоты после включения (около 2…3 с).

– Низкий уровень фазовых шумов. Планируется серийный выпуск двух моделей указанных прецизионных термостатированных генераторов: ГК202-ТК и ГК203-ТК.

115054, Москва, Космодамианская наб., 52, стр.1 Тел.: +7 (495) 797-3928 tmo_rus@agilent.com www.agilent.ru

Microchip Technology sale@gamma.spb.ru www.microchip.com

Tektronix, Inc.

109004, Москва, Б. Дровяной пер., д.6, 4 этаж Тел.: (495) 748-49-00, (495) 748-49-02 diana.kruchenok@tektronix.com www.tek.com/ru

«Морион», ОАО

199155, С.-Петербург, пр. Кима, д. 13а Тел.: (812) 350-75-72, (812) 350-9243 Факс: (812) 350-72-90, (812) 350-15-59 sale@morion.com.ru www.morion.com.ru

Представительство IR Интернешнл Холдинг, Инк. в России, странах СНГ и Балтии 107023, Москва, Семеновский пер., 15, офис 406 Тел./факс: (495) 964-95-60 irmoscow@gmail.com www.irf.com

«ЭКО», ООО

107553, Москва, ул. Б. Черкизовская, 20, стр.1, оф.307 Тел.: (499) 161-9183 electron@e-co.ru www.e-co.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

электронные компоненты №6 2009

64