Elektroniktidningen augusti 2023

Grafen förenklar kalibrering av resistans

Planera

PRENUMERERAKOSTNADSFRITT! WWW.ETN.SE/PREN

Skriv för oss!

I varje nummer av Elektroniktidningen publicerar vi ett antal artiklar – inom utgåvans teman – skrivna av teknikexperter, så kallade ”contributed articles”.

Kontakta gärna redaktör

Jan Tångring om du har förslag på en lämplig artikel, tel 0734-17 13 09.

Du kan också skicka ett artikelförslag direkt till jan@etn.se

Men var ute i god tid, senast sex veckor före utgivning.

ERICSSONSASICAR: Niomiljarder transistorer på5nm /4–5

Vispanarin Embedded World2023 Nära27000besökarelockades tillmässanEmbeddedWorld iNürnberg11–14mars. /12–14 PRENUMERERA

TEENAGEENGINEERING: Maskinerna somcharmat helavärlden /20–21 STANDARDISERADEAPI:ER: Banarväg förglobala mobiltjänster /18–19

Utges av Elektroniktidningen Sverige AB

adress: Persuddevägen 50A, 135 52 Tyresö

telefon: 0734-17 10 99 www.etn.se

bankgiro: 5456-3127

redaktion:

Jan Tångring (ansv. utg.)

Per Henricsson

medverkar i detta nummer:

Göte Andersson, Lennart Bonnevier och Mats Udikas

grafisk formgivning och layout: Joakim Flink, typa jocke.flink@typa.se

annonser: Anne-Charlotte Lantz, 0734-17 10 99 | e-post: ac@etn.se

prenumeration:

webb: www.etn.se/pren e-post: pren@etn.se

Jan Tångring

Bevakar inbyggda system, mjukvara, processorer, kort och skärmar. jan@etn.se | 0734-17 13 09

Per Henricsson

Bevakar test & mät, rf och kommunikation, produktion, FPGA, EDA och passiva komponenter. per@etn.se | 0734-17 13 03

Anne-Charlotte Lantz

Ansvarar för sälj- och marknadsföring. ac@etn.se | 0734-17 10 99

© Elektroniktidningen 2023

upplaga: 13 000 ex.

Allt material lagras elektroniskt.

issn 1102-7495

Organ för SER, Svenska Elektrooch Dataingenjörers Riksförening, www.ser.se

Tidningen trycks på miljövänligt papper av Stibo Complete.

omslagsbild:

En resistansnormal i grafen. foto: Rise

6

Flinkare robotar med svensk AI-programmering Med hjälp av AI har Sics fått upp farten rejält på en plockrobot.

12

Cybersäkerhet för utvecklare Den kommande EU-förordningen föreskriver att mjukvara inklusive de moduler, paket och bibliotek som ingår i den färdiga produkten ska delas med kunder och myndigheter.

14

5G Advanced Nästa version av 5G-standarden innebär att operatörerna kan gå från ”best effort” till tjänster med garanterad prestanda.

20

Terahertzvågor hittar knark och färskt blod

Terhertzsensorer som analyserar i realtid kan bli ett verktyg för både post och polis. Qin Wang på Rise leder ett flerårigt forskningsprojekt.

24

EXPERT: En modulär lösning för ett modernt brandlarm

Det multifunktionella varningssystemet för industriella miljöer består av moderkortet RDK2, adapterkortet RAB1 – Sensor Fusion Board plus talsynteskortet Text To Speech, skriver Stephan Menze på Rutronik.

26

EXPERT: Fyra sätt att förlänga IoT-prylens batteritid

EXPERT: Enkelt att uppgradera RTDsensorer för den smarta fabriken Klassiska industriella temperatursensorer kan enkelt konstrueras om för att tillgodose de smarta fabrikernas behov av små temperatursensorer med flexibel kommunikation och möjlighet till fjärrkongurering, skriver Brian Condell och Michael Jackson på Analog Devices. 28

Förutom att strömförbrukningen varierar, ändras batterikapaciteten beroende på den genomsnittliga urladdningsströmmen och användningsmönstet. Dessutom kan temperaturen påverka batteritiden, skriver Brian Whitaker på Keysight.

Säkerhetsnyckeln har

USB-stickan Tkey

från Tillitis i Göteborg

är en helt öppen konstruktion för att göra den säkrare. Och den är programmerbar – önskad funktion laddar du från en appbutik eller utvecklar på egen hand.

Tkey är en programmerbar USB-sticka för säkerhetsfunktioner konstruerad i öppen källkod och hårdvara.

Såhär fungerar det om vill att använda Tkey för SSH. Plugga in den i USB-uttaget på datorn och installera en SSH-app. Därefter lagras nycklar och körs protokoll i Tkey istället för på datorn.

Poängen med att lägga cybersäkerhet i en USB-sticka är att den är en fysiskt separat miljö. Den kan inte läcka information på samma sätt som ett datorsystem.

På en Tkey finns betydligt färre attackvägar för en angripare. Men ur användarens perspektiv märks ingen skillnad (utöver att Tkey är inpluggad) när lösningen väl är installerad.

HÅLLER SÄKERHETSNYCKLAR på att bli en svensk paradgren? Yubicos autentiseringsnyckel har mött stora framgångar. Det som Tkey adderar är programmerbarhet. För Tkey är autentisering bara

I appbutiken just nu. Nyligen släpptes även TKey Random Generator – en slumptalsgenerator i öppen källkod. Flera av apparna utvecklas som öppna projekt på Github. Alla appar ska finnas för Linux, Mac och Windows.

en tillämpning bland tusen. Funktionen bestäms av vilken app användaren valt att ladda när Tkey pluggas in.

Det första kunden rekommenderas är att ladda ner appen Tkey Device Verification. Den verifierar att Tkey inte manipulerats på vägen från Tillitis till brevlådan.

Andra appar i butiken kommer att generera engångslösenord, kryptera, skapa signaturer

INSYN SKAPAR TILLIT

Att konstruktionen är helt transparent i öppen hård- och mjukvara kan synas paradoxalt när tekniken ytterst är till för att bevara hemligheter. Men öppenheten trollar bort en okänd faktor för användaren.

Förtroende är fundamentalt i alla säkerhetslösningar. Användaren måste på ett eller annat sätt kunna lita på leverantören att det inte finns inplanterade bakdörrar, att funktionen är vad den påstås vara, och så vidare.

Öppenheten trollar bort blind

tillit som användaren annars skulle behöva ha. En viktig del av den i alla fall. Även Tillitis måste i slutänden lita på förhållanden utanför dess kontroll, som exempelvis att FPGA:n i Tkey – Lattice Ice 40 Ultraplus – inte innehåller bakdörrar.

En sida på Tillitis webbplats dokumenterar tänkbara cyberhot som kan tänkas finnas i Tkey. Den är inte osårbar. Om exempelvis en angripare med mycket resurser skulle kunna lägga beslag på en Tkey och ha kontroll över den under en längre

för smarta kontrakt, skapa kryptografiskt säkra slumptal, och så vidare. Apparna laddas ner från Github, Homebrew (Mac) eller Winget (Windows).

APPKONCEPTET ÄR UNIKT , enligt Tillitis. Programmerbarheten ger bland annat framåtkompabilitet. Dyker det upp en ny kryptografisk funktion om några år, så är det bara att ladda ner

tid skulle säkerheten äventyras.

För att bygga en säker USBsticka måste massor av potentiella säkerhetshål täppas igen. Exempel på den defensiva designen är att det inte går att permanent lagra en app på Tkey – appen laddas i Tkey varje gång den pluggas in i USB-uttaget. Det betyder att ingen kan plantera fulkod på stickan när den inte är inkopplad. Den bootas med säkerhet in i rätt funktionalitet vid varje start.

Nästa produkt från Tillitis kommer att bli en ”Tkey Unlocked”. Den

appen som innehåller den nya algoritmen och köra den på sin befintliga Tkey.

Försäljningen av Tkey startade i april. Målgruppen är till att börja med utvecklare som kan utnyttja öppenheten till att ta fram en app anpassad exakt för sitt eget behov. Eller anpassa befintliga lösningar utifrån vad användaren eller organisationen behöver.

levereras oprogrammerad tillsammans med ett programmeringskort som låter användaren helt på egen hand programmera sin TKey.

– Därmed har användaren full koll på innehållet i sin TKey, säger Sasko Simonovski.

– Man behöver, så att säga, lita på oss ännu lite mindre. Det kan passa individer och organisationer med extra höga säkerhetskrav.

Även programmeringskortet är förstås öppen källkod, både hårdvara och mjukvara.

FAKTA

allt utom hemligheter

En av de första idéerna som implementerades var molnbaserad säker fillagring där Tkey hanterar krypteringen. Med tiden kommer urvalet av appar att breddas. Det finns tusen tänkbara sluttillämpningar. Fler exempel: användaren trycker in en Tkey i ett USButtag för att logga in, skydda filer och data, hantera lösenord, få access till en lokal, öppna sin kryptovalutaplånbok, verifiera en transaktion, låsa upp en hårddisk.

APPBUTIKEN ÄR ÖPPEN – vem som helst kan utveckla appar och ladda upp dem där vilket Tillitis uppmuntrar. Information för apputvecklare finns på dev.tillitis.se.

– Vill en utvecklare publicera information om sin app på vår hemsida, går det också bra. Det

är bara att kontakta Tilllitis med sin förfrågan, berättar Tillitis vd Sasko Simonovski

Hur tjänar ni pengar?

– Att sälja hårdvara kommer att vara vår huvudaffär. För organisationer som vill ha anpassningar kommer vi också erbjuda tjänster för att utveckla Tkey-appar till deras specifika miljöer och behov.

Appar kommer vara tillgängliga via tillitis.se och ingå i köpet av en Tkey.

Vilka är era första kunder?

– Det finns några vi känner till, men inga jag kan namnge, med respekt för deras integritet. Jag kan säga så mycket som att det är personer inom typ samma bransch – IT-säkerhet – och några av dem har riktigt intressanta tillämpningar.

Företaget har idag fyra anställda som jobbar med produktutveckling och försäljning.

– Vi tar in konsulter efter behov för specifik produktutveckling.

Tillitis är en avknoppning till bolaget Mullvad VPN. En av Mullvads två grundare – Fredrik Strömberg – hade en vision om att utveckla säker kommunikation på öppen källkod och öppen hårdvara – säkra system som användaren på olika sätt kan inspektera och verifiera.

På det viset tänker Tillitis att det går att skapa tillit (aha!) även i en värld där det finns många hotaktörer, inklusive stater som vill avlyssna och kontrollera privatpersoner.

Det är unikt att sådan här konstruktion är öppen källkod.

– Utvecklare som är vana vid säkerhet och

säkrad utveckling är också vana att använda säkerhetsnycklar.

Nu kan de dessutom göra egna anpassningar. Det är inte möjligt med konventionella, closedsource USB-säkerhetsnycklar, säger Sasko Simonovski.

Det som hände på Mullvad var att det designades en systemkrets (SoC) baserad på en öppen Risc V-cpu. Den implementerade en så kallad root-of-trust (verifierar kod innan den får starta datorn) som kördes på cpu:n med hjälp av säkerhetsfunktionerna i systemkretsens hårdvara.

– Någonstans på vägen insåg vi att SoC:n var en bra plattform för att göra säker exekvering och root of trust för ett värdsystem, berättar Joachim Strömbergson, en av utvecklarna.

Svensk AI gör plockroboten snabbare

Plockrobotar ökar sin prestanda dramatiskt när de använder ny AI-mjukvara från svenska Sics. Det fick många att höja på ögonbrynen under mässan Automatica i München i juli, då den demonstrerades för första gången.

Tvåtusen plock i timmen klarar Sics mjukvara när den körs på svenska Cognibotics plockrobot HKM 1800.

– Den är i sig redan väldigt snabb. Men hittills har man inte kunnat utnyttja hastigheten fullt ut eftersom det tagit för lång tid att hitta plockpunkten. Med vår teknik blir detta inte längre en flaskhals, berättar Karim Nouira som är vd för uppstartsföretaget Sics.*

Bolaget använder en stereokamera för att hitta plockpunkten, det vill säga punkten där roboten ska placera sitt gripverktyg.

– Vår mjukvara skulle klara upp till femtusen plock, om det fanns så snabba robotar. Bara robotar som jobbar i väldigt strukturerade miljöer och som är anpassade för en viss typ av föremål kan uppnå liknande plockhastigheter.

En människa klarar som jämförelse mellan 300 och 500 plock i timmen.

I demonstrationen plockar roboten blandade föremål av vitt skilda slag – lökar, små tepåsar och stora paket – och lägger dem i rätt låda.

I uppgiften ingår att snabbt byta till rätt plockverktyg. Den kan dessutom upptäcka och

* Bolaget är registrerat som ”Superintelligence Computing Systems SICSAI AB” men kallar sig för ”Sics punkt AI” och stavar det ”sics. ai”. Det finns ingen koppling till institutet Rise Sics.

korrigera sina eventuella misstag och kan därmed skryta med en felplockfrekvens på nära noll.

– Programvaran har till skillnad från traditionell robotvision en mer komplex växelverkan med roboten och kan snabbt korrigera sig om roboten till exempel tappar ett föremål.

Algoritmen ska inte bara ge en snabbare robot, utan ska också gå väsentligt snabbare att träna upp. Traditionell maskininlärning kräver mycket träningsdata, som i sin tur kräver mycket manuellt arbete att ta fram.

Mjukvaran stödjer användandet av parallella sensorer – till exempel både från tryckmätaren i sugproppen som griper föremålet och video från en kamera. Det gör enligt Sics att systemet blir betydligt mer robust och mindre känsligt för miljöaspekter, som ljusförhållanden.

Det betyder även att det går att klara sig med väsentligt billigare kameror. Närmaste konkurrent

Ett välmeriterat team

Bakom Sics finns flera kända forskare och entreprenörer: Per-Eric Olsson (My SQL), Daniel Gillblad (Mavenoid, Chalmers AI Research Center, AI Sweden), Per Tjernberg (Frontec, Ericsson), Joakim Dahlstedt (J-Rockit) samt Niklas Rudemo (Virtutech, Gavagai, Qoorp – och tidvis även skribent på Elektroniktidningen).

Vd Karim Nouira grundade en gång Appeal Virtual Machines med den kända virtuella Javamaskinen J-Rockit som sedermera köptes upp av Oracle.

använder kameror som kostar över hundratusen kronor. Med Sics:s mjukvara räcker det med en kamera för några tusenlappar.

HKM 1800 i sig är en robot av konventionell typ med en vikt på knappt 100 kg och en lyftkraft på 7,5 kg. Den täcker en arbetsyta på 10 kvadratmeter. Den är snabb eftersom den är lätt och dessutom använder en patenterad mekanik konstruerad för snabba och vidsträckta rörelser.

DATORSEENDE med hjälp av AI är inget nytt, inte heller bland plockrobotar. För att skydda intellektuella rättigheter vill Karim Nouira inte gå in på detaljer i lösningen.

– Men vi har utvecklat en ny AI-arkitektur som väsentligt bättre efterliknar hur en mänsklig hjärna arbetar. Detta gör att vi kan få betydligt bättre prestanda.

Cognibotics robot utnyttjar programkomponenter från tyska automationsbolaget Keba. Den använder bland annat Kebas servostyrning, säkerhetsteknik, rörelseplanering, programinterpretatorer och operatörsgränssnitt. Kommunikationen med Sics mjukvara sker via ett skräddarsytt API.

Som förklaring till att ett nytt svenskt företag plötsligt kan presentera en lösning som klår väletablerade konkurrenter, berättar

Karim Nouira att AI-ingenjörer hittills varit mer intresserade av att arbeta inom IT-området snarare än med industrirobotar och deras mekaniska utmaningar.

Robotföretagen har å sin sida dröjt sig kvar vid sina gamla algoritmer. Så det har funnits utrymme att ta sig in på marknaden och innovera.

MARKNADSPOTENTIALEN är stor, enligt Karim Nouira. Idag sker cirka 95 procent av allt materialplock för hand av miljontals människor eftersom dagens robotsystem inte har tillräcklig prestanda eller flexibilitet för att klara av ostrukturerade miljöer som hanterar objekt av flera olika och varierande slag.

Plockroboten från Cognibotics är den första att styras av Sics lösning. Den kan till exempel användas i lager eller distributionscenter.

Företaget har idag pilotkunder som placerar Cognibotics robot i operationell miljö.

På sikt kan även andra typer av robotar komma ifråga. Inom tillverkningsindustrin finns stor potential för mer autonoma robotar, tror Karim Nouira.

– Vi vill från grunden omdefiniera vad som går att göra med en industrirobot.

JAN TÅNGRING

jan@etn.se

FAKTA

Karim Nouira

Roboten sätter plockrekord med hjälp av en AI-algoritm från Sics. SICS

Hej alla SER-vänner!

SÅ HAR VI KOMMIT in i den senare delen av sommaren. Som skåning så har jag undrat lite var den varit, måste erkänna att jag inte kände igen juli månad, men nu är vi tillbaka på +20 temperaturmässigt.

HAR ÄVEN HUNNIT avsluta semestern och återgått till jobb och SER-aktiviteter. Det senare ser jag fram emot med spänning, vi har en ny styrelse som kommer att jobba hårt för att ni ska få så mycket ut av SER som det bara är möjligt.

VI HAR RIVSTARTAT genom vår paraplyorganisation EUREL, där vi aktivt deltar i styrelsearbetet. EUREL knyter nationella Elektroingenjörers medlemsorganisationer i Europa till sig. Idag har EUREL tolv medlemmar, där SER är en av dem. I början av september arrangerar EUREL EFTS (European Future Technology Summit) för ett antal unga ingenjörer som kommer att kunna lyssna till spännande föredrag om AI och digital säkerhet (Digital Trust). Vidare har VDE bjudit in till en paneldiskussion runt detta en av dagarna, där inte bara VDE och andra tyska organisationer som jobbar med ämnet deltar, även EU:s beslutsfattare är inbjudna. Samtliga svenska medlemmar i Europaparlamentet har fått den. SER:s styrelsemedlem Jan Danielsson deltar i Bryssel. Han kommer i ett kommande EDT att rapportera från EUREL:s och VDE:s aktiviteter.

I SLUTET AV AUGUSTI , början av september, kommer vi även att starta vår seminariesäsong genom att presentera AI 101, dvs en genomgång av vad AI är, vad den används till och kanske även en kort titt in i framtiden.

VÄNLIGEN håll ögonen öppna på SER:s hemsida.

Väl mött!

Kanada miljardinvesterar i Northvolt

Kanadas största pensionsförvaltare investerar 400 miljoner amerikanska dollar i Northvolt. Nyhetsbyrån Bloomberg säger sig veta att pengarna ska gå till en cellfabrik utanför Montreal.

Det har under en tid funnits ett rykte om att Northvolt tänker bygga en battericellsfabrik i Kanada.

Företaget vägrar kommentera för Elektroniktidningen. Men nyhetsbyrån Bloomberg har sagt sig ha tillgång till förstahandsuppgifter som bekräftar en fabrik i Montreal, och det måste räknas som en pålitlig uppgift.

Nyhetsbyrån uppger en prislapp på 5,3 miljarder dollar på investeringen, i vilken även ingår katodfabrik, batterifabrik och återvinningsanläggning.

Orten heter Saint-Basile-leGrand och ligger 2,5 mil öster om Montreal. Här finns klimatvänlig vattenkraft och Kanada kommer att stödja bygget frikostigt.

Det som Northvolt bekräftat sedan tidigare är att företaget söker efter en investeringsort i Kanada – eller USA.

RYKTET STÖDS även av en storinvestering i konvertibla lån som Kanadas största pensionsförvaltare gjorde i Northvolt i juni. 400 miljoner dollar är visserligen högst en tiondel av vad en lagom stor battericellsfabrik skulle kosta, men det är en bra grundplåt.

– Investeringen främjar våra expansionsplaner, sade Northvolts finanschef Alexander Hartman till tidningen Financial Times.

Northvolt har massor av expansionsplaner. Och finansieringsklimatet inom elektrifiering blir bara bättre och bättre.

Gränsen sätts av hur många projekt som Northvolt klarar att hålla i luften. Dessutom växer konkurrensen. USA låg länge efter EU i investeringar i elbilsekosystemet men i fjol skrällde landet och presenterade

industrialiseringsprogrammet IRA med subventioner så frikostiga till batterifabriker att det inte gick att tacka nej till.

Kanada hänger på. Stellantis bygger exempelvis en battericellsfabrik i Montreals grannprovins Ontario. Och där vill även VW, GM, Ford och BASF göra investeringar.

IRA HAR SEDAN den lanserades för ett år sedan lett till investeringar på 110 miljarder dollar inom energisektorn. Planerad battericellsproduktion ökade med 67 procent.

Efter IRA pratade Northvolt offentligt om risken att tvingas pausa sitt cellfabriksprojekt i Tyskland, för att kunna prioritera USA. Men det tyska projektet räddades av nya utfästelser från Tyskland.

Däremot sköt Northvolt försiktigtvis upp bygget av en katodmaterialanläggning i Borlänge.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

En tomograf för battericeller

Svenska Excillums röntgenkälla utgör grunden i tyska VC Batterys testsystem för battericeller. På mindre än en sekund gör systemet en 3D-skanning av cellen för att upptäcka eventuella defekter.

HANS NILSSON Ordförande SER

Excillum knoppades av från KTH år 2007 av Hans Hertz och Oscar Hemberg för att kommersialisera en ny röntgenkälla där den traditionella anoden ersatts

av en snabb stråle av flytande metall. Resultatet blir en mycket mer intensiv röntgenstrålning vilket ger skarpare bilder samtidigt som tiden för varje bild blir kortare.

RÖNTGENKÄLLAN kan användas för att undersöka hur kemiska ämnen är uppbyggda men också för att upptäcka sprickor i metallkonstruktioner liksom defekter i mikroelektronik.

Tillsammans med tyska VCbattery har Excillum tagit fram ett testsystem för battericeller. Den fungerar som en tomograf och avbildar innehållet i en tredimensionell bild. Enligt företagen tar det mindre än en sekund att skanna en battericell vilket är tillräckligt snabbt för att maskinen ska kunna placeras i produktionslinan. PER HENRICSSON per@etn.se

Intel ska tillverka

5G-kretsar på 1,8 nm åt Ericsson

Den svenska telekomjätten blir en av Intels första officiella kunder till den kommande processen på 1,8 nm, mer känd som 18A. Dessutom stärker företagen sitt samarbete kring processorer till servrar som kör radionätets mjukvara, det Ericsson kallar Cloud RAN.

Ericssons egenutvecklade asicar – Ericsson Silicon – lyfts allt oftare fram som en förklaring till att radioprodukterna är världsledande. Den senaste generationen har upp till nio miljarder transistorer och tillverkas i processer ned till 5 nm.

– För cirka fyra, fem år sedan, när Börje Ekholm kommit in, satsade vi och tredubblade investeringen i kiselutveckling. Idag är vi mer än tusen personer som jobbar med det och det är någonting som får oss att

differentiera oss genom bättre prestanda, lägre vikt och sänkt energiförbrukning, sade Tomas Sandin, som är ansvarig för radioportföljen på Ericsson, till Elektroniktidningen i våras.

Han berättade också företaget redan specificerat kretsar på 4 nm och 3 nm. Nu adderas alltså 1,8 nm i Intels kommande 18Aprocess som ska vara kommersiellt tillgänglig i slutet av nästa år.

DEN HAR TVÅ NYHETER som först introduceras i processnoden 20A under nästa år och som primärt ska användas för Intels egna produkter.

Det handlar om RibbonFET och PowerVia, Intels beteckning på den nya transistortypen som TSMC och Samsung kallar GAAFET (Gate All Around FET). I 20A flyttar Intel också kraftmatningen till undersidan

32 dollar för 5G till bilen

Patentpoolen Avanci, med Ericsson, Nokia, Qualcomm, Interdigital, Huawei och 53 andra företag som medlemmar, har släppt priset för att koppla ett fordon med 5G. Det ligger på 32 dollar men den som är snabb kommer undan med 29.

Mercedes är den första officiella kunden till Avancis nya licensprogram som täcker 5G men

också de äldre standarderna 4G, 3G och 2G. Inkluderat i licensen är så kallade standardessentiella patent från 58 företag.

Ericssonveteranen Kasim Alfalahi grundade Avanci år 2016. Efter en trög start har företaget nått framgångar både för IoTtillämpningar och för fordon.

Företaget uppger att 130 miljoner fordon täcks av licenser som Avanci utfärdat.

av substratet viket andra kallar Backside Power Delivery (BSPD).

Dessutom fördjupar Intel och Ericsson samarbetet kring serverprocessorer som kör radionätets mjukvara. Det handlar om fjärde generationens Xeonprocessors med acceleratorer för virtualiserad RAN-mjukvara, vRAN. Enligt företagens pressmeddelande ger det bättre kapacitet, lägre effektförbrukning, ökad flexibilitet och bättre skalbarhet.

DE TVÅ TEKNIKJÄTTARNA har samarbetat kring x86-lösningar för telekomprodukter under många år. För ett år sedan startades ett teknikcenter för Cloud RAN inom ramen för D-15, Ericssons teknikcenter i Santa Clara, Kalifornien.

– Vi har jobbat med Intel kring Cloud RAN sedan 2016. Det senaste året har vi fördjupat samarbetet för att x86 kan bli ett alternativ när vi lägger till midband, sade Mathias Riback till Elektroniktidningen år 2021 i samband med att Ericsson lanserade ett utökat Cloud RAN som klarade frekvenser upp till 5 GHz.

Beroende på konfigurering kan kraven på beräkningskraft öka hundra gånger när man tar steget till midband och massiv mimo.

– Intel har förbättrat sin roadmap, mycket kring den är kunddrivet, sade Mathias Riback.

Ericsson annonserade motsvarande samarbete med AMD i våras, det handlar om processorerna i EPYC-familjen plus FPGA kortet T2 Telco med en Zynq-krets.

PER HENRICSSON per@etn.se

Priset på 32 dollar för 5G är ett ordentligt steg upp från 4G som ligger på 20 dollar per fordon. För den som nöjer sig med eCall handlar det om 3 dollar.

Intressant att notera är att förutom Huawei har även China Telecom och ZTE lagt in sina patent i poolen liksom de flesta japanska mobilföretagen.

PER HENRICSSON per@etn.se

Två av tre mönsterkort tillverkas i Kina

EU:s Chips Act missar helt unionens beroende av Kina när det kommer till mönsterkort. Två av tre mönsterkort som importeras till Europa är tillverkade där. Det påpekar branschorganisationen IPC som vill se stöd till lokal produktion.

EU har i mer än ett decennium haft ambitionen att öka andelen halvledare som tillverkas lokalt men först med EU:s Chips Act allokerades stöd på miljardbelopp vilket lett till att Intel, TSMC, Globalfoundries med flera beslutat sig för att bygga nya halvledarfabriker.

Dock är beroendet av omvärlden, och framförallt Kina, än större för andra delar som behövs vid elektroniktillverkning.

I en rapport från i somras lyfter branschorganisationen IPC fram mönsterkort med syftet är att lobba för att EUmedel avsätts för att stärka den lokala produktionen. Tilläggas kan att organisationen även uppvaktat den amerikanska administrationen med samma budskap.

Enligt rapporten stod Kina för 57,3 procent av den globala mönsterkortsproduktionen år 2021, Nordamerika svarade för 3,6 procent och Europa för 2,3 procent. För 20 år sedan hade Europa mellan 20 och 30 procent.

Tittar man istället på importen till Europa kommer 65 procent från Kina. Totalt importerades mönsterkort för 4,2 miljarder euro.

PER HENRICSSON per@etn.se

Rapporten finns här:

BE COOLER. STAY MAPI.

High Performance Metal Alloy Family

The WE-MAPI is a innovative molded power inductor series with wide size line-up that offers up to 50 % higher rated current than similar round wire molded inductors. With up to 60 % higher saturation current and up to 20 % lower AC losses compared to flat wire inductors, AEC-Q qualification and excellent EMI behaviour is WE-MAPI the perfect choice for a broad range of applications like consumer electronics, DC/DC converters or industry use with high ambient temperatures.

Ready to Design-In? Take advantage of the world’s most precise AC loss calculation in REDEXPERT www.we-online.com/STAYMAPI

NEW:

• Size 5020 & 5030

• HT version up to 150 °C

• Automotive series WE-MAIA available AEC-Q200 Grade 0&1

Highlights

• High current ratings up to 15 A

• Low AC losses due to innovative core material

• Low RDC down to 6 mΩ

• Excellent temperature stability from -55° to +150 °C

• Innovative Design

Excellent EMI behavior

Cyber Resilience Act:

Tolkad för embedded

Materiallistor

är välbekanta för inbyggnadsutvecklare – på något sätt behöver man hålla reda på vilka moduler och paket och bibliotek som ingår i den färdiga produkten. Och de flesta välfungerande utvecklingsteam håller sig också med en gemensam planering av kommande förbättringar och felrättelser.

Ändå kommer Cyber Resilience (CRA), den kommande EUförordningen om CE-märkning för programvara, att innebära stora förändringar för flertalet utvecklare. CRA föreskriver nämligen att mycket av den här informationen ska delas med omvärlden – kunder i första hand men också myndigheter. Sådant som idag är inkapslat i byggskript, make-filer och Jiraköer ska plockas fram i ljuset och publiceras. Och informationen ska hållas aktuell och tillgänglig tills fem år har gått sedan produkten slutade säljas.

– Förordningen kommer sannolikt antas senare i år, och därefter har alla tillverkare av produkter med programvara 18 månader på sig att få en process på plats för hantering och

BAKGRUND

I förra numret skrev vi om Cyber Resilience Act, EU:s förslag till CE-märkning av programvara, med tonvikt på vilka krav lagen ställer på företag som utvecklar och säljer programvara.

I den här uppföljningsartikeln dyker vi in i hur man som utvecklare praktiskt kan hantera lagens krav.

Ett starkt förkortat exempel på hur en materiallista kan se ut – originalet i det här fallet är på över 8 000 rader. Listan är formaterad enligt CycloneDX XML, en standard från säkerhetsorganisationen OWASP; det finns också en variant för JSON, för den som föredrar att arbeta med det formatet.

redovisning av sårbarheter samt 36 månader för att kvalificera sig för CEmärkningen, annars får de inte sälja sina produkter inom EU. Det gäller att vara redo, säger Olle E. Johansson, konsult i det egna företaget Edvina.

Syftet med att införa CRA är ytterst att köparen av en produkt ska få tillräckligt med information för att kunna bedöma om programkoden lever upp till ställda säkerhetskrav, och dessutom kunna lita på att eventuella sårbarheter som upptäcks efter köpet kommer att rättas till. I stora affärer hanteras den typen av krav vid förhandling och kontraktsskrivning, men den som säljer över disk till konsumenter och småföretag behöver ha en smidigare process – gärna automatiserad.

Två begrepp som ofta nämns i det här sammanhanget är SBOM (Software bill of materials, dvs materiallistor) och VEX (Vulnerability Exploitability eXchange, låt oss kalla det sårbarhetsaviseringar). Det rör sig om standardiserade format för att utbyta information om i det ena fallet kodmoduler och -bibliotek som ingår i det levererade systemet och i det andra fallet hur man har hanterat, eller avser

att hantera, upptäckta sårbarheter. Det är inga nya begrepp, materiallistor är till exempel redan idag ett krav om du säljer till statliga myndigheter i USA, men de är nyttiga byggstenar för den som vill sätta ihop en automatiserad, CRA-kompatibel pipeline för programvaruproduktion.

– Det är många som pekar på SBOM som ”lösningen” på CRA, men det är viktigt att komma ihåg att det bara är ett filformat, en transportmekanism om du så vill, säger Olle E. Johansson.

Materiallistan ska förstås finnas där men lösningen är det system du bygger med hjälp av den och sårbarhetsaviseringarna för att utvärdera risker och prioritera arbetsuppgifter.

Och för att vara riktigt noga är det inte ETT filformat utan flera; det finns olika standarder att välja på som alla fyller i stort sett samma funktion.

Den information som behövs för att generera en materiallista finns som sagt normalt samlad i ett byggskript eller liknande, så det räcker med att lägga till ett byggsteg med lämpligt verktyg som skapar en lista för varje byggd version. Och om den egna produkten inkluderar moduler från andra leverantörer som

kommer med egna materiallistor behöver man kunna importera dessa. Säkerhetskommuniteten OWASP har en praktisk webbtjänst, Dependency Track [dependencytrack.org], som hanterar import, granskning och uppdatering av externa materiallistor.

Och vad är då sårbarhetsaviseringar? Jo, om en sårbarhet upptäcks i din produkt, endera i egen kod eller i kod från en underleverantör, förväntas du svara med en deklaration om hur du kommer hantera den.

Fyra svar är möjliga:

• INGEN PÅVERKAN (vår produkt använder inte just den här funktionen)

• PÅVERKAN (användarna behöver vidta mått och steg, t ex uppdatera)

• LÖST (felet är åtgärdat i en nyare version)

• VI UNDERSÖKER (vi vet inte ännu)

Aviseringar ska utfärdas inte bara för senaste versionen av produkten utan också för äldre versioner så länge de täcks av CRA – fem år från försäljningsdatum. Och till skillnad från en materiallista, som är låst till en viss version av produkten och

utvecklare

inte ändras, är sårbarhetsaviseringarna ett levande dokument som uppdateras så snart en sårbarhet som berör produkten upptäcks.

Rätt hanterade kan de här dokumenten underlätta rejält för telefonsupporten nästa gång ett större säkerhetshål dyker upp. Dina kunder har materiallistan och kan se om den trasiga modulen finns med i din produkt, och i så fall kan de läsa aviseringen för att se hur de ska göra, säger Olle E. Johansson.

Den av OWASP framtagna standarden CycloneDX [cyclonedx.org] är en bra startpunkt för dig som vill läsa mer om det här och få tips på öppenkodsverktyg.

Den kritik som har riktats mot CRA handlar huvudsakligen om hur regleringarna riskerar att slå mot utvecklare av öppen källkod: är det rimligt att den utvecklare som utan krav på ersättning låter sin kod användas av andra ska hållas ansvarig, juridiskt och ekonomiskt, för eventuella sårbarheter i koden? Problemet är i stort sett unikt för programvara; få andra näringar torde ha ett så stort utbud av insatsvaror som är både gratis och av god kvalitet.

Formellt sett undantas öppen källkod från reglerna i CRA, men det är ett fribrev med reservationer: kod som används i ”kommersiella aktiviteter” kan falla under CRA även om koden i sig är öppen och fritt tillgänglig. Och som exempel på kommersiella aktiviteter listas till exempel att åta sig betald teknisk support på koden eller att samla in användardata som kan utnyttjas för riktad annonsering.

GitHub är sannolikt världens största katalog för öppna källkodsprojekt, och Mike Linksvayer som är företagets chef för utvecklarrelationer har spaltat upp de tre i hans tycke viktigaste invändningarna mot CRA i dess nuvarande form.

1. Utvecklare som tar emot donationer riskerar att hamna under CRA-regelverket. Att utveckla och underhålla öppen källkod kan vara ett tröstlöst

arbete, och inte får man betalt heller. Samtidigt används koden av stora företag och myndigheter som möjligen skulle vilja betala för den men inte kan göra det. Donationer till en stiftelse eller liknande har varit ett sätt att brygga det gapet, där apache.org är ett välkänt exempel.

2. Utvecklare som är sponsrade av, eller anställda av, företag riskerar också att omfattas av CRA.

Ett annat sätt för företag att bidra är att ha anställda som ägnar sin arbetstid, hela eller del av den, till utveckling och underhåll av till öppen källkod. Även detta riskerar att bli omöjligt under CRA.

3. Kravet på omedelbar redovisning av sårbarheter omöjliggör dagens modell med samordnad redovisning. Tanken med att öppet redovisa upptäckta sårbarheter är god, men det finns en fara med att göra det för snabbt: om informationen kommer i fel händer kan den utnyttjas för attacker mot dem som använder produkten i fråga. Vid samordnad redovisning hemlighålls sårbarheten till dess att det finns en rättelse tillgänglig, och då redovisas problem och lösning samtidigt. Det begränsar utrymmet för eventuella angripare att utnyttja sårbarheten.

Det finns vissa paralleller med EU:s reglering av persondata. När GDPR infördes 2018 reagerade åtskilliga amerikanska medier med att blockera besökare från EU, och risken är att många reagerar likadant på CRA och slutar distribuera sin öppna kod inom EU.

LENNART BONNEVIER

Our expertise is your advantage

In 50 years, we have become one of Europe‘s largest broadline distributors of electronic components and your reliable partner with a portfolio of world-leading manufacturers. In combination with our own R&D activities and patented system solutions consisting of hardware and software, you will succeed in staying one step ahead with your application.

Reliable and versatile - Rutronik‘s portfolio

„ Semiconductors

„ Passive Components

„ Interconnect & Electromechanical Components

„ Embedded Boards & Systems

„ Displays & Monitors

„ Data Storage Technologies

„ Wireless Technologies

„ Battery Cells

„ Power Supplies

Would you like to learn more about us?

Then visit www.rutronik.com

Nästa version av 5G-standarden, 5G Advanced, innebär att operatörerna kan erbjuda tjänster med garanterad prestanda. Det ska bidra till att lyfta deras omsättning med 50 procent.

– 5G Advanced innebär signifikanta förbättringar inom artificiell intelligens och XR (extended reality) vilket möjliggör intelligenta nätlösningar och många nya användarfall. 5G Advanced beräknas bli färdig för införande 2025, säger Chris Pearson, president för 5G Americas.

Två av mobilindustrins tyngsta branschgrupper, 5G Americas och GSMA, publicerade hösten 2022 var sin rapport om 5G Advanced som visar att det handlar om mycket pengar.

Exempelvis skriver GSMA i ”Advancing the 5G Era. Benefits and Opportunities of 5G Advanced” att mobiloperatörernas årliga intäkter kan öka med cirka 50 procent under perioden 2020 till 2030, från 1 000 miljarder dollar till 1 600 miljarder dollar per år.

Ericsson, Huawei, Qualcomm och Deutsche Telekom har bidragit till rapporten som även granskats av ett stort antal operatörer, bland annat amerikanska AT&T, svenska Telia och franska Orange.

Arbetet med att utveckla de nya standarder som ingår i 5G

5G Advanced: Från ”best effort” till garanterad prestanda

Advanced startade i fjol inom standardiseringsorganisationen 3GPP och ingår i det som kallas Release 18.

Elektroniktidningen har pratat med Ericsson och några svenska oberoende teknikexperter om 5G Advanced.

– Jag delar den bild som Chris Pearson i 5G Americas ger av utvecklingen och införande av 5G

Advanced, säger Sibel Tombaz på Ericsson. Hon

En andra våg av innovation

I den första versionen av 5G fanns tre scenarier sett från ett användarperspektiv.

eMBB (Enhanced Mobile Broadband), mMTC (massive machinetype communications och URLLC (ultra-reliable and low latency communication). Dessa tre specificerade områden uppfyllde de krav som ITU, telekomvärldens högsta organ, beslutat i IMT2020.

5G Advanced representerar en andra våg av 5G-innovation.

När GSMA nu beskriver 5G Advanced och det utvecklingsarbete som pågår har de upprättat en ny omfattande modell.

A. Prestandaförbättringar (Performance Improvements) inom sex områden. (MIMO, förbättrad mobilitet, Mobile Integrated access & backhaul, Time Sensitive Communications.)

B. Bättre drift och ökad effektivitet (Better Management and greater efficiency) Artificiell Intelligent & Machine Learning, Drift och underhåll arkitektur, Autonoma nätverk.

C. Förbättringar för särskilda användarområden (Enhancements for specific use cases).

är chef för produktområde 5G radio accessnät.

– 5G Advanced är ett stort kliv när det gäller utvecklingen av 5G. Det handlar framför allt utveckling inom fyra områden. XR (extended reality) och nya användarfall, hög prestanda, hållbarhet samt AI och automation. Ericsson bedömer att den uppsatta tidsplanen håller. De första nya kommersiella produkterna kommer tidigt år

12 olika områden där nya tekniska lösningar utvecklas Edge Computing, Expanded Positioning, Extended Reality, RedCap Evolution, Drones & Enhanced satellite connectivity, Multicast, NR under 5MHz och ytterligare frekvensband, Personal IoT network, Vehicle Mounted Relay, Non-public networks (privata nät), Enhanced support for IoT, industrial IoT and URLLC, Mission Critical Services. Utöver detta redovisar GSMA

12 ytterligare projekt där arbete pågår inom Release 18, bland annat Enhancements to dynamic spectrum sharing och Self-Organising Network.

2025. De operatörer som ligger i täten kan ta produkter och tjänster i drift tidigt under 2025.

Vilka nya tjänster och produkter kommer att ge operatörerna nya och ökade inkomster?

– RedCap ger operatörerna möjlighet att erbjuda produkter för IoT till exempelvis industrin. Det finns delmarknader där operatörerna kan erbjuda nya tjänster till sina kunder och få en mycket stor spridning just på denna delmarknad, säger Sibel Tombaz och fortsätter:

– 5G Advanced representerar en viktig förändring. Företagen går från att utnyttja tjänster som är baserade på best effort till kommunikation med garanterad prestanda. Det är ett mycket stort kliv för industrin. Det finns ett antal tjänster baserade på RedCap som klarar detta och detta kan uppnås till låga kostnader. RedCap bygger vidare på IoT-standarderna Cat-M och Narrowband-IoT i LTE. Den ska ge billigare hårdvara och lägre effektförbrukning samtidigt som den stödjer högre datatakter. En första version av RedCap fanns med redan i Release 17 och förutsätter 5G SA.

FAKTA

Idag finns cirka 800 mobilnätoperatörer varav cirka 200 uppgraderat till 5G. Inte fler än drygt 40 har 5G SA i drift idag och kan därmed införa 5G Advanced. Hur lång tid bedömer Ericsson det tar innan 5G SA är i drift hos huvuddelen av världens mobilnätoperatörer?

– Det är en bra fråga. Vi väntar att det tar tid innan 5G Advanced får ett brett genombrott hos huvuddelen av världens mobilnätoperatörer, svarar Sibel Tombaz. Det är klart att Ericsson är mycket försiktiga när det gäller prognos för införande av 5G SA.

Elektroniktidningen har pratat med Joakim Eriksson på Rise och Tommy Ljunggren på Ljunggren Consulting Team, om just detta.

– Majoriteten av de 800 operatörerna har inte 5G SA i drift 2025. 2030 så borde majoriteten ha 5G SA i drift, säger Joakim Eriksson på Rise.

– Det går mycket långsammare än många trott att införa

5G SA. Min bedömning är att 5G SA slår igenom 2025 och är helt dominerande bland världens mobilnätoperatörer år 2030. Det är helt klart när vi inkluderar både publika och privata 5G-nät i analysen. Många trodde att 5G SA skulle slå igenom år 2023 men så blir det inte, säger Tommy Ljunggren på Ljunggren Consulting Team.

– Vi kan vänta oss att många mobilnätoperatörer väljer att införa 5G SA när de inför 5G. De hoppar över att införa första versionen av 5G, säger han och fortsätter: – I Europa har Telia, T-Mobil och Vodafone nu börjat med 5G SA. Det är deras första steg. Sverige ligger sent ute jämfört med resten av EUländerna. USA ligger före Sverige. Både Apple och Samsung stödjer nu 5G SA. Apple drivs av utvecklingen på USA-marknaden. Kina ligger före både USA och EU med utbyggnad av 5G SA.

Joakim Eriksson pekar på nya intressanta tjänster:

– Positionering blir bättre både i publika och privata 5Gnät. Även IoT-stödet kommer att bli bättre när näten går över till att stödja 5G Advanced. Edge Compute till industrin, lokalt eller via Edge-cloud, via publika och privata 5G-nät blir bättre tack vare 5G Advanced. Edge Compute ger möjlighet till analys, som till exempel att analysera 3D-röntgade timmerbilder i sågverk för att upptäcka defekter i virket. Det ger även möjlighet till bättre styrning.

Även AI och ML vidareutvecklas och får nya funktioner i 5G Advanced vilket kommer att ytterligare förbättra nätets prestanda.

– RedCap blir viktigt för spridning av IoT, till exempel olika sensorer från kameror till enklare vibrations och temperatursensorer. RedCap möjliggör också billigare kretsar i och med minskade komplexitetskrav. RedCap kommer att möjliggöras

inom både privat och publikt 5G. – XR och AR vidareutvecklas. Med dagens teknik kostar riktigt bra XR- och AR- headset fortfarande för mycket. Apples headset kostar fem gånger så mycket som billigare alternativ och är för dyrt i många tillämpningar, menar Eriksson

Både Eriksson och Ljunggren pekar på 5G-tjänster via satellit som viktig förändring.

– 5G-tjänster via satellit är ett annat intressant område. Satelliter utökar resiliensen i kommunikationsnätet. Idag kan det bli som på Hawaii där nätet delvis slogs ut på grund av skogsbrand. Med ett integrerat stöd för satellitkommunikation som bör fungera även när massiva bränder härjar så förbättras läget.

– Andra nya funktioner som kommer är 5G för järnväg (ERMTS) och nya funktioner i privata 5G-nät, säger Ljunggren.

GÖTE ANDERSSON

Resistansnormaler:

Matriser av grafen ger fler värden

Tag en bit grafen, kyl den till –270 grader och applicera sedan ett starkt magnetfält. Då har du förutsättningarna för att exakt definierat resistansvärde nära 12,9 kΩ. Forskningsinstitutet Rise har tillsammans med Chalmers och Grafensic skapat mer användbara värden genom att koppla ihop många grafenresistanser i en matris.

– Idén att parallell- och seriekoppla flera resistanser på 12,9 kΩ har funnits länge men det är svårt att göra i praktiken, säger Hans He på forskningsinstitutet Rise.

Varje koppling adderar både kontaktresistans och ledningsresistans. Om man dessutom skapar stora matriser med hundratals resistanser finns också risken att någon koppling eller resistans inte fungerar vilket även det försämrar noggrannheten.

– Ingen har lyckats med det innan vårt arbete.

Hans He är projektledare för det Vinnovafinansierade projektet Sugar, Supraledande grafen-

arrayer, som fått 1,8 miljoner kronor för att ta fram grafenbaserade resistansnormaler med andra värden än just 12,9 kΩ. Men först lite bakgrund. Alla fysikaliska storheter i SI-systemet definieras sedan många år av olika kvantfenomen. För resistans är det kvanthalleffekten, som belönades med ett Nobelpris 1985. Den har exakt definierade resistansplatåer som kan används vid kalibrering. Hittills har man utgått från halvledarmaterial som galliumarsenid för att skapa dessa men en stor nackdel är att materialet måste kylas ned till –272 grader Celsius. Det konsumerar stora

mängder flytande helium vilket både är komplicerat och dyrt. Med grafen räcker det med –269 grader Celsius. Den högre temperaturen kan uppnås med så kallade ”torra” kryostater. De använder fortfarande flytande helium med i en sluten cykel så heliumet slösas inte bort.

– De tre graderna innebär mycket praktiskt. Man kan göra portabla system och det är här nyttan för industrin kommer in.

BLIR SYSTEMEN PORTABLA kan de transporteras till platsen där utrustningen som ska kalibreras finns vilket kortar tiden systemen inte kan användas. Industrin vinner också på att mätningarna blir mer noggranna eftersom de kan kalibrera sina instrument direkt mot primärnormalerna utan att gå igenom massor med mellanliggande kalibreringssteg.

Förutom att kylningen blir enklare dränks resistanspla-

tåerna i grafen inte lika lätt av brus som med galliumarsenid. Materialet tillåter därmed betydligt högre temperaturer och högre strömmar.

RELATIVT FÅ LABB har dock gått över till grafen – som fick Nobelpris så sent som 2010 – även om principen varit känd minst lika länge. Det krävs helt enkelt många år av testning innan man kan känna sig säker på att mätvärdena är korrekta.

– Rise är en av de första som gått över till grafen tack vare att vi haft nära samarbete med Chalmers som varit drivande i utvecklingen. Jag kommer själv därifrån och fortsätter arbetet på Rise, säger Hans He.

FORSKNINGSINSTITUTET har använt grafen som resistansnormal i ungefär tre år med ett fast värde nära 12,9 kΩ men det har länge funnits tankar på att skapa andra värden genom att bygga matriser

I en ”torr” kryostat används flytande helium i en sluten cykel så att det inte slösas.

bestående av många resistanser på 12,9 kΩ.

För ett och ett halvt år sedan beviljade Vinnova pengar till ett treårigt projekt tillsammans med Chalmers där Hans He doktorerade. Själva grafenet kommer dock från uppstartbolaget Grafensic i Linköping. Företaget har en metod som utgår från kiselkarbidsubstrat.

– De växer epitaxiell grafen vilket är det bästa sättet att få en stor monokristallin area med hög kvalitet. Och så behöver man inte överföra mellan substraten.

OFTA ANVÄNDS KOPPARFOLIE och ångdeponi (CVD) vilket ger stora ytor men samtidigt har problemet med att grafenet måste lyftas loss från bäraren.

För ledarna används det supraledande materialet niobnitrid vilket eliminerar ledningsresistansen. Dessutom ansluts ledarna till komponenterna med så kallade mutiterminella kopplingar som har ett antal ”fingrar” för att reducera själva kontaktresistansen och öka tillförlitligheten i kopplingen.

Slutligen beläggs hela chippet med ett tjockt polymerlager för att kunna styra grafenets elektriska egenskaper.

Alla metoderna är utvecklade tillsammans med Chalmers och Linköpings universitet under många år.

– Vi är först i världen med att göra dessa stora grafenmatriser med 250 till 300 ihopkopplade komponenter.

Varje komponent är inte större än 150 µm.

Trots att det Vinnovafinansierade projektet bara kommit halvvägs går det redan att säga att tekniken fungerar och att de resistansnormaler som tillverkats har väldigt hög noggrannhet.

– Vi kan inte mäta någon avvikelse. Det handlar om 0,2 miljarddelar så det går nästan inte att mäta noggrannare. Dessutom har vi jämfört med etablerade normaler.

NÄSTA STEG blir att göra fler och mer komplicerade matriser, men också att göra olika typer av matriser på samma chip. Då kan den som ska kalibrera välja mellan exempelvis 100 Ω, 1 kΩ och 10 kΩ i samma uppställning.

Det tillåter att användaren väljer ett önskat värde på resistansen. Sedan kopplas ett lämpligt antal resistanser i ett tvådimensionellt nät. Det är samma utveckling som spänningsreferenserna tagit, där man också började med ett värde för att sedan få fram andra värden och slutligen ha programmerbara system.

FÖR ATT FÅ UT tekniken i industrin samarbetar Rise med det kanadensiska företaget Measurements International Limited.

– Vi har redan fått Vinnovapengar för samarbetet, som tillåter oss att göra lite mer kompakta utrustningar som kan användas direkt av industrin.

Rent praktiskt ska Rise ta fram matriser till företagets kommersiella system. Målet är att ha en prototyp framme inom ett år.

En sak som dock inte är helt löst är långtidsstabiliteten. Dagens galliumarsenidkomponenter har en livslängd på åtminstone 20 år medan grafen lever betydligt kortare om de inte lagras på rätt sätt i exempelvis vakuum, kvävemiljö eller syrefattig miljö.

KALIBRERINGSARBETE handlar mycket om förtroende, att normalerna man använder har en lång serie av spårbara mätvärden som inte förändras.

– Vi skall snart publicera nya resultat angående långtidsstabiliteten. Vi har tillsammans med Chalmers utvecklat enkla lagringsmetoder för grafenproverna som verkar hålla dem stabila i minst flera år.

PER HENRICSSON per@etn.se

BAKGRUND

I Borås, hos forskningsinstitutet Rise (före detta SP), finns den så kallade riksmätplatsen som ansvarar för att upprätthålla SI-systemet i Sverige. Rent praktiskt handlar det om att realisera SI-enheterna och se till att industrin kan använda dem. I uppdraget ingår också att förbättra metoderna och att utveckla nya.

När magnetfältet är högt (över 3-4 T) så blir resistansen kvantiserad och en platå bildas. Där är resistansen exakt definierad och beror endast på naturkonstanter h/(2e2).

– Det ultimata är att göra programmerbara matriser.

Även om Rise utför kalibrering åt industrin ska forskningsinstitutet inte vara en konkurrent till kommersiella kalibreringslabb. Uppgiften är att erbjuda kalibrering av deras utrustning liksom att utföra udda kalibreringar som andra inte kan göra.

”Vi borde finnas i alla

På huvudkontoret i Uppsala har Dirac byggt upp flera olika lyssningsmiljöer där man testar sina programvaror och ljudfilter med olika uppspelningsutrustningar. Mathias Johansson har slagit sig ner i

I över 20 år har Uppsalaföretaget Dirac arbetat med att förbättra digitalt ljud. 2023 ser ut att bli året när företaget tar ett rejält steg framåt med en tillväxt på åtminstone 50 procent. Utvecklingen på elbilsmarknaden är en viktig orsak.

– Vår vision är att vara med överallt där det finns ljud. Vår teknik är så bra att den borde finnas i varje högtalare.

Uttalandet är kaxigt men

Mathias Johansson, produktchef på Uppsalaföretaget Dirac Research, kan säga det på ett sätt så att det inte låter som en överdrift.

Dirac är ett forskningstungt mindre företag som startade i början av 2000-talet baserat på en serie examensarbeten och doktorsavhandlingar om signalbehandling, akustik och ljudförbättringar.

Mathias Johansson är en av de sex grundarna. Han har varit vd på företaget i en rad år, men har nu lämnat över posten till Peter Friedrichsen, som är rekryterad utifrån. Hans uppgift är att bredda försäljningen, öka antalet

kunder och växa ordentligt. Siffrorna visar att tillväxten under 2023 kommer att vara över 50 procent. Det skulle innebära företagets omsättning för året kommer att ligga någonstans kring 150 miljoner.

IDAG ÄR STÖRSTA intäktskällan försäljning av licenser, en mindre del av intäkterna utgörs av konsulttimmar. Huvudkontoret ligger i Uppsala. Företaget har också en utvecklingsavdelning i Köpenhamnsregionen och försäljningskontor finns i bland annat Japan och Kina. Företaget ägs av grundarna och en handfull fondbolag.

Namnet då? Dirac ger inga omedelbara associationer till ljudförbättring men Mathias Johansson säger att ursprunget

till namnet är ”Diracpulsen”, ett matematiskt begrepp som spelar en viktig roll i beräkningen av filter för ljudbehandling.

Signalbehandling och matematiska metoder är som sagt kärnan i företaget. Av de omkring 100 anställda har uppemot ett 20-tal doktorsexamen. Dirac Research startades av den ljudintresserade professorn i signalbehandling Anders Ahlén och en grupp forskare kring honom. Samarbetet med den akademiska världen är fortfarande viktigt. Varje år arbetar ett par industridoktorander och några examensarbetare med olika projekt hos Dirac.

UTANFÖR SKARAN av rena ljudentusiaster är Dirac rätt okänt. Det är inte ett inarbetat begrepp som amerikanska Dolby blivit. Men Mathias Johansson säger att företaget medvetet arbetar med varumärket och använder en ”Dirac inside”-strategi. Flera prestigetillverkare av främst hemmabiosystem skyltar idag

med företagets logga på apparathöljet.

Nu är tiden är mogen för oss, säger han.

När vi startade under första åren på 2000-talet så var det analoga förstärkare och ljudsystem som gällde. Finsmakarna befattade sig inte med digitalt ljud. Vi hade svårt att få gehör hos industrin med vår idé att förbättra ljudet med signalbehandling, trots att vi kunde visa att det fungerade bra.

Idag ser det annorlunda ut. Digitalt ljud är en självklarhet. För gemene man har mobiltelefoner och datorer blivit de viktigaste musikmaskinerna. Och de ljudfinsmakare som lämnat den analoga världen, med rörförstärkare och vinylspelare, bygger och optimerar avancerade digitala lyssningsmiljöer med hjälp av hemmabiosystem. Distributionslösningarna för digital musik är också inne i ett nytt skifte, streamingtjänsterna har tagit över, de stora låtbiblioteken med mpeg-filer ligger oanvända.

soffan.

FOTO: MATS UDIKAS

högtalare”

Att musikmaskinerna blivit digitala passar naturligtvis Dirac utmärkt. Företagets algoritmer kräver en processor, helst en digital signalprocessor, DSP. Och processorer finns nästan överallt idag. Inte minst hemelektroniken är utrustad med DSP-kretsar för att koda av video och ljud. Till och med enkla trådlösa hörlurar har inbyggda processorer för Bluetooth. Mathias Johansson säger också att om DSP:n saknas så kommer man långt med en strömsnål Arm-processor som finns i mobiltelefoner och andra mobila utrustningar.

VINSTEN i entreprenörstävlingen ”Venture Cup” 2001 kan sägas vara starten för Dirac Research. Det blev sporren som fick de sex forskarna att dra i gång företaget. Men klimatet för digitala musiklösningar såg helt annorlunda ut då, konstaterar Mathias Johansson. Konservatismen i branschen var grundmurad säger han och ler lite snett.

Det tog tre år innan man kunde skriva kontrakt med den första kunden. Det var med en underleverantör till den tyska biljätten BMW. Biltillverkarna hade flera problem med att konstruera in bilarnas ljudanläggningar.

Dels är ljudmiljön i en bilkupé besvärlig med ett litet utrymme och många ytor som reflekterar och dämpar. En tillverkare har många bilmodeller och dessutom har bilköparna möjlighet att

göra tillval i flera nivåer, av bland annat ljudanläggningen. Till det ska man lägga att ett premiummärke som BMW har särskilda förväntningar på sig att det ska låta bra i kupén.

Diracs metoder att mäta ljudkvalitet och kompensera bristerna i anläggning och lyssningsmiljö med digitala filter gjorde att anpassningen av ljudanläggningar i nya bilmodeller kunde strömlinjeformas. Företaget fick sedan snabbt fler kunder i bilindustrin, bland annat Rolls Royce och Volvo.

Utvecklingen av andra marknader gjorde att bilindustrins andel av försäljningen minskade under några år. Men nu säger Mathias Johansson att leveranserna till biltillverkarna växer snabbt. Skälet är den stora omvandlingen som nu sker i bilbranschen genom elektrifieringen. Närmare 20 olika bilföretag finns just nu på kundlistan.

MED PROGRAMVARAN Dirac Live kunde företaget sedan ta sikte på alla de ljudentusiaster som ville optimera ljudet i sina avancerade hemmabiosystem. Programvaran bygger på den metodik som utvecklats till bilindustrin, det vill säga att man mäter upp ljudmiljön och sedan kompenserar för bristerna med digitala filter. Omkring 100 000 licenser av Dirac Live har sålts under åren.

Efter hand har Dirac breddat sig och satsat på nya produktkategorier, när musik- och ljudmarknaden förändrades. Företaget har satsat på både dator- och mobilsidan och har stora företag som Asus och Fujitsu bland sina kunder.

Nu vill Dirac att filterlösningarna ska bli del av de många strömningstjänsterna som ofta används tillsammans med hörlurar. Företaget har därför mätt upp de vanligaste 100 hörlurarna på marknaden och strömningsföretagen erbjuds att bygga in Diracs filterbibliotek i sina mobilappar. Se det som ännu ett steg att ta plats i alla världens högtalare. MATS

Programvaran Dirac Live körs på en vanlig bärbar dator eller mobiltelefon. Den är uppkopplad till en mikrofon som ställs på lyssnarens plats i rummet. Resultatet av mätningen används för att konstruera ett filter som laddas ner till den musikanläggning som mätts upp.

Allt ljud kan bli bättre

Allt ljud kan förbättras är mottot för Dirac. En suddig ljudbild kan bli mer distinkt. Klarheten i tal kan bli bättre. Ljudbilden kan bli bredare, man kan får den att sträcka sig utanför högtalarna och man kan också få högtalarna att låta som om de har en djupare bas än vad de egentligen har. Kort sagt, mjukvara kan kompensera för de svagheter som finns hos hårdvaran och i lyssningsrummet.

En startpunkt för Dirac var att hjälpa bilindustrin med deras ljudanläggningar. Metoden är att mäta upp ljudbilden i bilen med hjälp av en mätrigg med ett antal mikrofoner. Sedan beräknar systemet ett filter som kan laddas ner i ljudanläggningens processor, vanligen en digital signalprocessor.

I stort sett samma strategi används för hemmabioanläggningar. Men här är det varje slutanvändare, i första hand ljudentusiaster, som mäter upp sin ljudbild i vardagsrummet eller hemmabiosalongen. Dirac har utvecklat programvaran Dirac Live som körs på en vanlig persondator utrustad med en mätmikrofon. Men hjälp av den uppmätta ljudkurvan över hela frekvensområdet beräknar datorn ett filter som ska laddas ner i ljudanläggningen så att den ska leverera det önskade ljudet. De stora märkesleverantörerna av hemmabioanläggningar har gränssnitt som är anpassade för ladda ner digitala filter från Dirac Live.

Programmet har funnits i olika versioner sedan 2011 och är både en viktig intäktskälla och en produkt som används för att positionera Dirac strategiskt på marknaden.

Mathias Johansson visar också

en mobiltelefon av det något större formatet. Den är särskilt anpassad för datorspel. Här har kraven från beställaren varit att åstadkomma en bredare ljudbild. Dessutom behövde ljudet få en bättre upplösning i tre dimensioner samt bättre bas.

Problemet är att högtalarna i mobiltelefonen sitter nära varandra, det är svårt för öronen att separera ljudet. Är ljudet obehandlat är skillnaden på det ljud som når vänster och höger öra liten, och någon tredimensionell effekt uppstår inte. Detta på grund av överhörning mellan höger och vänster ljudkanal. Det går att motverka genom att höger högtalare släcker ut ljudkomponenter som är avsedda för vänster öra och tvärtom för vänster högtalare.

En bredare ljudbild går att skapa genom att dels arbeta med fördröjningar, dels med ljudets amplitud. Verktyget att släcka ut ljudkomponenter i båda kanalerna är också viktigt för att kunna bredda ljudbilden.

Till sist, den dåliga basåtergivningen i en liten mobilhögtalare går det också att kompensera för. Då lyfter man fram första och andra övertonen till de låga grundtoner som högtalarna har svårt att återge. Lyssnarens öra fyller sedan själv i de frekvenser som saknas, det är ett så kallat psykoakustiskt fenomen.

Under åren har Dirac utvecklat en verktygslåda med olika metoder eller algoritmer för ljudförbättring med digital signalbehandling. Det kan sägas vara kärnan i företaget. I stort sett motsvaras varje verktyg av en familj med patent. Totalt har företaget 17 patentfamiljer förvalta.

FAKTA

I en rack står stapeln med hemmabioanläggningar från flera olika tillverkare.

THz-sensorer i lagens tjänst

Rise-projektet Iflow försöker utveckla nya typer av detektorer baserade på terahertzteknik som kan komplettera Sherlock Holmes förstoringsglas. Teraherzvågor kan se igenom plast, textilier och papper samtidigt som biomolekyler, proteiner, sprängmedel och narkotika ofta har karaktäristiska absorptionslinjer – fingeravtryck – i terahertzområdet.

Kriminalteknikern trär en smart sensor över pekfingret och analyserar brottsplatsen genom att peta runt på föremål. Och på postterminalen skannas det automatiskt efter droger i paketen som hastigt rusar förbi Så kan det se ut i framtiden. Avancerad sensorteknik kan komma att användas för att dokumentera brottsplatser eller leta efter droger och annat otilllåtet innehåll i postpaket eller bagage. I realtid och i rumstemperatur, för att nämna två utmanande bivillkor.

Forskningsinstitutet Rise började leta efter forensiska tilllämpningar av sensorteknik i ett projekt som startade 2017. Det har förnyats och fortsätter till åtminstone 2025. Ett av resultaten ska bli prototyper av ett komplett IT-system med realtidsdetektorer som bas.

Qin Wang leder sensordelen av projektet och har redan hunnit plocka och labba med diverse teknik i en välfylld verktygslåda: grafen, nanofotonik, tera-

hertz, plasmonik, kvantprickar – all ny sensorelektronik du kan tänka dig. Terahertztekniken åker snålskjuts på halvledartekniken och ett av Sveriges största renrum – Electrumlaboratoriet – har kommit till god nytta.

FINGERTOPPSSENSORN är en vision. ”Ta dagens science fiction inom forensik till morgondagens verklighet”, säger en projektbeskrivning. Målet är en verktygslåda där en sensor ingår, om inte i form av en fingertopp så kanske i alla fall en batteridriven handhållen apparat.

Sensorn på brottsplatsen skulle inte ersätta en riktig labbanalys. Men den skulle kunna ge en snabb översikt av brottsplatsen, och peka ut vad som är intressant för vidare analys. Dagens undersökningar resulterar i en stor mängd labbprover där bara ett fåtal kanske är intressanta i slutändan.

Sensorn skulle kunna hitta krutrester. Eller avgöra om ett blodstänk är färskt eller inte. Polisen kan slippa att klippa ut

en provlapp ur soffan och skicka till labbet.

Brottsplatsverktyget var fokus för ett första projekt som nu är avslutat. Det aktuella projektet heter Iflows (iFLOWS). Det startade i november och ska pågå till 2025.

Iflows-projektet tar sikte på illegal posttrafik – att detektera exempelvis droger, falska identitetshandlingar eller sprängämnen.

IDÉN KOM FRÅN FRANKRIKE . Där fanns AI-forskare med idéer om mjukvara för realtidsanalys av terahertzsensordata. Men de saknade sensorer som kunde generera data att jobba mot. De hittade Qin Wangs forskargrupp på Rise.

Terahertztekniken fortsätter att utvecklas. Det handlar om att generera och detektera frekvenser kring spannet 1–10 THz där det går att se vad vare sig öga, radar eller IR kan se. Terahertzområdet brukade vara en blind fläck. Sensorer i spektrumen över och under, mikrovågor och IR, har varit mer utvecklad.

Första delen av projektet ville ha en sensor för brottsplatsanalys. Idag handlar det om att skanna efter förbjudna substanser i postpaket.

Teraherzvågor kan penetrera många vanliga material och kan detektera intressanta kemiska ämnen med stor selektivitet. Den som kan tämja terahertz kan se igenom plast, textilier, papper och papp. Samtidigt har biomolekyler, proteiner, sprängmedel och narkotika ofta karaktäristiska absorptionslinjer – finger-

Projektet har god nytta av Rise renrum på Electrum. Här i vackra färger olika inzoomningar av en IR-sensor baserad på plasmoniskt metamaterial.

avtryck – i terahertzområdet.

Perfekt för den som vill snoka i folks paket och bagage.

Postverket kan genomsöka paketen utan att öppna dem, automatiskt, utan att rubba den normala verksamheten.

FLYGPLATSER SKULLE kunna använda sensorn på bagage. Där används redan sensorer av flera slag, som röntgen och rf. Även terahertzsensorer, men inte lika sofistikerade. De kan detektera mynt och pistoler – inte kokain. Enligt Qin Wang går det till och med att bygga en sensor som inte bara känner igen kokain utan även olika analoga varianter (de har olika straffskalor).

Iflows drivs i Sverige av forskningsinstitutet Rise och Polisens analysavdelning NFC (Nationellt forensiskt centrum).

Ett stort antal internationella intressenter är även involverade – 16 stycken från 11 länder. Inte

bara expertis inom optoelektronik och sensorer, utan även mjukvaruutvecklare – för bland annat AI och bildbehandling. Och ej att förglömma kriminologer och säkerhetsexperter.

Qin Wang skrattar när hon tänker på gruppens möten och epostväxling och den förbistring som kan uppstå mellan de olika domänerna.

– Både tekniskt och språkligt. Mjukvarufolk pratar om AI och hårdvarufolk pratar om laser och scanners. Det blandas med polistermer från konstaplarna.

DEN HÄR TYPEN av breda projekt har enligt Qin Wang lite lättare att beviljas forskningsmedel än ett rent hårdvaruprojekt.

– En ansökan om bara en terahertzdetektor får inte så stort intresse som du får för det här sällskapet.

Tillämpningen är också ett plus, med ett aktuellt intresse för

säkerhet inom EU. Frankrikes Homeland Security finns bland deltagarna.

Iflows har ett helhetsperspektiv ändå upp till att ta fram administrativa system för de som i slutänden skulle använda tekniken. Målet är att effektivisera jakten på förbjudet gods. Och där finns flaskhalsar även inom det administrativa området.

Qin Wangs egen grupp arbetar med själva sensordelarna av projektet. Att utveckla dem och testa dem. Närmare bestämt fysiken i sensorerna, för även mjukvara är ofta avgörande i de nya sensorerna.

En annan forskargrupp i projektet använder AI för att reducera de stora datamängder som sensormätningarna resulterar i när paket scannas – kanske tio gånger per sekund – när de rullar förbi på ett löpande band.

En första prototyp av en terahertzsensor kan vara framtagen

innan året är slut. Den använder plasmonik för selektivitet och förstärkning.

EN NYCKELEGENSKAP är att sensorn fungerar vid rumstemperatur – som postkontor har – vilket normala terahertzsensorer inte gör.

Planen är att släppa ytterligare två prototyper innan Iflows är över.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

I elektronmikroskopet syns de miljoner små strukturer som bestämmer våglängden där sensorn är känslig.

Håller tiden med billiga industridiamanter

Den är liten, extremt stabil och kan masstillverkas. Atomklockan som uppstartsbolaget Adamant Quanta i Lund utvecklat baseras på kvantteknik och passar alla som behöver ha en mycket exakt tidsreferens men som inte kan använda externa system.

Kvantteknik har fått mycket uppmärksamhet på senare år men det har mest handlat om informationsbehandling, om kvantdatorer som exempelvis kan knäcka krypton. Men kvantteknik kan också användas för helt andra saker.

– Vi fokuserar på tidshållning, särskilt tidsystem som behövs för positionering, navigation och allmän elektronisk tidshållning, ofta förkortat PNT, säger Haitham El-Ella som grundat Adamant Quanta.

Idag finns distribuerade system med mycket noggrann tidshållning runt om i världen där mas-

terklockorna baserade på cesium eller rubidium, atomånga. För att nyttja dessa behövs en Internetuppkoppling. Ett annat alternativ är att använda tidssignalen i GPS- och andra satellitsystem vilket kräver fri sikt mot himlen plus att signalerna är svaga och därmed lätta att störa ut.

Det finns många tillämpningar för lokal tidshållning inklusive drönare, gruvfordon, undervattensverksamhet, militära tillämpningar och kommunikationssystem. För

5G är det vanligt att det i tillståndsvillkoren finns inskrivet att GPS och andra satellitsystem inte får användas för tidshåll-

ningen eftersom de är enkla att störa ut. Med 6G ökar behovet dessutom drastiskt när cellerna blir fler samtidigt som de måste vara bättre synkroniserade.

Ytterligare en tillämpning är alla de små lågtflygande kommunikationssatelliter som håller på att skjutas upp.

– Klocksystemen måste vara små och lätta, inte större än att de går att ytmontera.

IDAG FINNS DET kommersiella produkter från exempelvis franska Safran Group (fd Orolia) och amerikanska Microchip (fd Microsemi). De har en glasinneslutning med cesium eller rubidium som värms upp så ämnet förgasas. Priset är i storleksordningen 2 000 dollar per styck.

– De möter kraven på vikt, storlek och effektförbrukning men ingen klarar kravet på stabilitet. De degraderas över tid vilket beror på deras fysikaliska egenskaper.

Arbetet med att utveckla den diamantbaserade kvantklockan

drog igång för knapp två år sedan och i början av 2022 registrerades bolaget Adamant Quanta. Det är dock ingen avknoppning från något universitet utan ett resultat av Haitham El-Ellas samlade kunskaper från en mångårig forskarkarriär.

– Jag är akademiker, experimentell fysiker. Jag doktorerade i Cambridge 2012. Där arbetade jag ett antal år med GaN-baserade system, tittade på kvantprickar och mikrokaviteter för kvantkommunikation.

Därefter bar det av till Danmark och Niels Bohr Institutet i Köpenhamn innan karriären gick vidare till DTU strax norr om Köpenhamn där han forskade på kvantfenomen i diamanter för sensortillämpningar.

– Sedan arbetade jag åtta månader på Avdelningen för atomfysik på Lunds universitet innan jag började på uppstartsbolaget Quantum Brilliance i Australien.

De utvecklar diamantbaserade kvantinformationskluster.

Atomklockan från Lund

Volym: <35 cm3

Vikt: <50 g

Effektförbrukning: 0,25 W

Noggrannhet: För en referenssignal på GHz-området är avvikelsen mindre än 10 mHz.

– Det var kul men jag gillade Malmö och hade familjen här så jag funderade på vad jag kunde och vad jag ville göra.

I slutet av 2021 hoppade han av för att starta eget.

– Arbetet liknar mycket det jag gjorde i akademin. Jag söker finansiering och gör experiment. Sen har jag många kontakter så det var rätt enkelt att bestämma vad som är bästa marknaden, vad jag skulle satsa på.

RESULTATET FINNS bakom honom på labbänken i form av en prototyp av ett klocksystem som ligger runt 7 av 9 på TRL-skalan (Technology Readiness Level). Det innebär att tekniken fungerar men att det krävs mer arbete för att ta fram en prototyp som kan testas hos kund.

Det är här som tillskottet från i somras på knappt tio miljoner från Almi Invest, Industrifonden och Wallenbergstiftelsens fond Navigare Ventures kommer in.

– Pengarna gör att vi kan skala upp, kan anställa fler och köpa

mer material för att slutföra prototyperna.

Företaget har redan avsiktsförklaringar med potentiella kunder i Tyskland och Australien. Det handlar om system för navigation och positionering.

Systemet som Haitham ElElla har tagit fram utgår från industridiamanter som innehåller mycket kväve och därför inte används för smycken – de är ”fula”. Huvudanvändningen är olika typer av slip-produkter.

– Vi använder vårt kunnande för att omvandla dem till användbara kvantsystem som kan skräddarsys för olika applikationer som sensorer, detektorer och tidshållning.

NÄR MAN LYSER på diamanten –på rätt sätt – med grönt laserljus går det att polarisera elektronernas spinn hos kväveatomerna så att de hamnar i ett diskret tillstånd.

– Det är ett kvantmekaniskt fenomen. Om jag skickar in en mikrovågsfrekvens som kommer i resonans med spinnet i defekterna får man en övergång som skapar en kontrast i ljuset. Det är den signaturen vi använder, säger Haitham El-Ella, och fortsätter:

– Det handlar om grundläggande fysik. Men det vi bidrar med, det som är vårt kunnande, är förståelsen för hur brusprocessen fungerar i diamanten och hur detta hanteras när diamanten integreras elektroniskt.

Defekterna kan ses som små magneter som pekar en viss riktning. Alla vibrerar och påverkar varandra vilket bidrar till bruset.

TEKNIKEN ÄR patentsökt men mycket av kunnandet ligger i hur man processar diamanterna och sedan driver dem, liksom i hur man sätter ihop delarna till ett system.

– Risken är att så fort patenten blir publika kan man göra ”reverse engineering”, ta reda på hur vi integrerat elektriskt.

Normalt används 10 MHz som referensfrekvens vilket skapas genom att konvertera ned högre frekvenser. Detsamma gäller för Adamant Quanta vars klocka levererar mellan 2 GHz och 10 GHz utan nedkonvertering.

PER HENRICSSON per@etn.se

En av de diamanter som Adamant bearbetat. FOTO: ADAMANT

Mer än bara ljud och rök:

En modulär lösning för

Av Stephan Menze, Rutronik

Stephan Menze har arbetat med försäljning och som försäljningsrepresentant.

År 2021 blev han chef för global innovation på Rutronik och är ansvaring för Rutronik System Solutions.

Att framtidssäkra en konstruktion handlar inte bara om att välja färska komponenter, det gäller också att fundera på vad som passar ihop och framför allt vad som gör skillnad på marknaden. Ju smartare applikationerna blir, desto längre tid tar utvecklingsprocessen och därmed även tiden för produkten att nå marknaden. Det är här Rutronik kommer in och kan kombinera lämpliga produkter under Rutronik System Solutions.

Som exempel använder vi en modulär lösning bestående av tre kort för att skapa ett multifunktionellt varningssystem anpassat till industriell IoT. Det består av moderkortet RDK2, adapterkortet RAB1 – Sensor Fusion Board plus talsynteskortet Text to Speech.

ETT SMART övervaknings- och analyssystem (SESAS) upptäcker snabbt faror i den omgivande luften och kommunicerar nödvändiga motåtgärder. Denna säkerhet är väsentlig exempelvis vid batteriproduktion, i kemiska anläggningar och gruvindustri eller var som helst där skadliga och flyktiga ämnen tillverkas eller processas.

Utvecklingssatsen RDK2 baseras på PSoC62 från Infineon Cypress och är komplett med firmware. Denna systemkrets har en dubbelkärnig CPU som är idealisk för säkra kantberäkningar och molnapplikationer. PSoC62 har en integrerad strömhanteringsdel för switchade kraftaggregat med olika ström- och spänningsförsörjningsalternativ. PSoC 6 är en plattform för IoT-applikationer som kombinerar uppkoppling, ökad datorkraft och säkerhet med låg strömförbrukning och kostnad. Det är egenskaper som är kritiska för fasta varningssystem, eftersom sådana kräver en hög grad av underhållsfrihet och måste fungera mycket tillförlitligt. Ett fel kan utsätta anställda vid en kemisk fabrik för betydande hälsorisker.

Konventionella rök- och branddetektorer fokuserar på en enda funktion: relativt tidig upptäckt av rökutveckling och den brand som förorsakat den. I industriella miljöer kan kraven på en sådan säkerhetsinstallation vara mycket mer komplexa vilket hittills krävt ytterligare anordningar. Ingen rök utan eld, heter det – men det stämmer inte. Att in-

tegrera en detaljerad tillståndsanalysfunktion i en vanlig rökdetektor var tidigare för komplicerat och utvecklingskrävande, och tog för mycket utrymme för att få plats i en enda enhet.

Kombinationen av RDK2 och den maskininlärningsaktiverande RAB1 – Sensorfusion Board ger en avgörande fördel. Kortet erbjuder ett varierat utbud av sensorer som enkelt och snabbt kan anpassas till individuella behov. Det möjliggör också en mer omfattande analys av ett komplext övergripande system, eftersom sensordata från olika fysikaliska eller kemiska mätvariabler kan kombineras genom sensorfusion och analyseras tillsammans. Den flexibla kombinationsförmågan hos Sensorfusion Board är en avgörande faktor om du vill implementera ett smart system för övervakning och analys.

EN TEMPERATURSENSOR av hög kvalitet ger absolut temperatur. Det har fördelen att systemet exakt kan skilja mellan att det är extra varmt i luften och att det skett en ovanligt stor höjning av omgivningstemperaturen.

ett modernt brandlarm

Det senare skulle kunna vara fallet vid en brand, och kräver motåtgärder.

Särskilt vid tillverkning av känsliga komponenter kan fluktuationer i temperaturen påverka kvaliteten. För detta ändamål finns Infineons DPS310. Det är en miniatyriserad, digital, barometrisk lufttryckssensor med hög noggrannhet och låg strömförbrukning som kan mäta både tryck och temperatur. Den använder en kapacitiv mätprincip vilket garanterar hög precision vid temperaturförändringar.

En särskild funktion är dess interna signalprocessor som omvandlar utsignalen från tryck- och temperatursensorelementet till 24-bitars data. Varje enhet kalibreras individuellt och de beräknade koefficienterna lagras i kalibreringsregister. Detta möjliggör extra exakta mätresultat.

Alternativt, eller som komplement, används fuktsensorn SHT41-AD1B-R2 från Sensirion. Digitala fukt- och temperatursensorer ger konstant temperaturnoggrannhet över ett brett mätområde. Denna sensor kräver extremt lite energi och är extremt platsbesparande på grund av de mycket små dimensionerna på dess QFN-kapsel med måtten 1,5 × 1,5 × 0,5 mm. Den är idealisk för praktiska varningssystem. Det breda driftområdet med 0 till 100 procent rH och –40 till +125 °C gör den lämplig för industriella miljöer.

Gassensorer som BME688 från Bosch SE behövs för att exakt bestämma vilka ämnen som finns i luften. Denna sensor är en 4-i-1-lösning som kombinerar linjära och exakta tryck-, fukt- och temperatursensorer

med artificiell intelligens. Dess justerbara skannerfunktion för känslighet, selektivitet, datahastighet och strömförbrukning gör det möjligt att detektera flyktiga organiska föreningar (VOC), flyktiga svavelföreningar (VSC) och andra gaser som kolmonoxid och väte i ppb-nivåer.

Sensirion SGP40-D-R4 är en extra VOCsensor i metalloxidteknik på sensorfusionskortet. Denna inomhusluftkvalitetssensor är ett integrerat sensorsystem i CMOSensfamiljen på ett enda chip. Tack vare den använda MOXSens-tekniken får sensorn långtidsstabilitet vad gäller känslighet och svarstid. Användningen av speciella material och en liten värmeplatta gör sensorn extremt energieffektiv.

RUTRONIK ADAPTER BOARD – Text till tal ger en låg tröskel för interaktionen mellan människa och maskin när det kommer till varningssystemet och därmed säkerhet, tillgänglighet, enklare hantering och ökad effektivitet. Om systemet rapporterar ett konkret riskscenario via ljudutgången, inklusive motåtgärder, är det lätt att initiera dessa i ett tidigt skede.

Hur som helst är det viktigt att använda tydligt tal för optimal förståelse. Hittills har endast enskilda studioinspelningar kunnat uppnå högkvalitativ röst med professionella högtalare, vilket är en extremt kostsam och tidskrävande procedur. Epson erbjuder en ekonomiskt intressant lösning med användning av en PC-baserad text-till-tal-utvecklingsmiljö för talutmatning i kombination

med den fristående Speech IC S1V3G340. Rutronik har integrerat detta chip på Adapter Board – Text To Speech. Detta gör det möjligt att kommunicera med PSoC62 på RDK2 via ett SPI-gränssnitt och att skicka ut mätresultaten från sensorerna eller de fördefinierade varningarna och åtgärderna –på vilket språk som helst – antingen via utrymmesbesparande elektromagnetiska och piezoelektriska sumrar eller via högtalare.

FÖR ATT SÄKERSTÄLLA att det smarta miljöövervaknings- och analyssystemet fungerar korrekt används den mikromekaniska tröghetsmätenheten BMI 270 från Bosch SE. Om till exempel en självkörande transportvagn, en AGV, kör på enheten av misstag registrerar IMU:n detta. Avsiktlig manipulation upptäcks också omedelbart och gör det möjligt att vidta motåtgärder, som att ge en första varning via en högtalare. Det fungerar extremt effektivt och möjliggör därmed en längre livslängd på systembatteriet. Detta är möjligt eftersom sensorsystemet är frikopplat från systemets huvudprocessor.

Särskilt kraftfulla och precisa gester, samt aktivitetsigenkänningsfunktioner, körs i det ultralåga effektområdet. Strömförbrukningen på endast 30 μA ger gör att batteriet räcker länge.

INTERAKTIONEN MELLAN de modulära lösningarna – RDK2, RAB1 – Sensor Fusion Board och Adapter Board – Text To Speech – resulterar i en intelligent lösning för ett multifunktionellt varningssystem. Tack vare högkvalitativa sensorer är det möjligt att uppfatta även de minsta förändringarna och, beroende på definitionen av tröskelvärdena, kommunicera via röstutgång, inklusive motåtgärder. Beroende på användningsområde tillåter det smarta miljöövervaknings- och analyssystemet en exakt och individuell anpassning till de faror som kan uppstå. Detta kan avsevärt förbättra säkerheten på arbetsplatsen och skyddet av miljön.

De obegränsade kombinationsmöjligheterna via de lättillgängliga Arduinokontakterna i RDK2 ger i det närmaste oändliga möjligheter att ta fram lösningar för andra områden. Exemplet på mjukvaran och den firmware som tillhandahålls av distributören gör det möjligt för utvecklare att börja omedelbart med sina första steg och erbjuder därmed viktiga tidsbesparingar. Alla komponenter som används till korten finns givetvis i Rutroniks portfölj. n

Enkelt att uppgradera RTD-sensorer för den smarta fabriken E XPE

Klassiska industriella temperatursensor kan enkelt konstrueras om för att tillgodose de smarta fabrikernas behov av små temperatursensorer med flexibel kommunikation och möjlighet till fjärrkonfigurering. Arbetet underlättas av en högintegrerad analog front-end och en sändtagare för IO-Link.

Det gamla uttrycket laga inget som inte är trasigt varnar för att ändra något som fungerar tillförlitligt och är som regel bra. Rådet gäller troligtvis även för kretskonstruktioner som används i många RTD-sensorer (resistiva temperatursensorer) som tyst och effektivt mäter temperaturen i industrin världen över. Men för att tillgodose kraven för smarta fabriker, ofta kallade Industri 4.0, börjar det stå klart att många RTD-sensorer inte kommer att ha den prestanda som krävs i sådana miljöer. Mindre formfaktor, flexibel kommunikation och möjlighet till fjärrkonfigurering är några av de funktioner som automationsingenjörer nu kräver men som inte stöds av befintliga lösningar. Den här artikeln går igenom de byggstenar som används vid utformningen av många RTD-baserade temperatursensorer och diskuterar de begränsningar som dessa medför. Den visar sedan hur man snabbt kan konstruera om dem för att få den prestanda som krävs i denna nya industriella tidsålder.

Temperatursensorns byggstenar

En RTD översätter en fysisk kvantitet (temperatur) till en elektrisk signal och används vanligtvis för att detektera temperaturer mellan –200 °C och +850 °C, med ett mycket linjärt svar över temperaturområdet. Vanliga metallelement i RTD:er inkluderar nickel (Ni), koppar (Cu) och platina (Pt) där platina-

Av Brian Condell och Michael Jackson, Analog Devices

Brian Condell har arbetat på ADi i irländska Limerick sedan 1997. Han har sysslat med allt från halvledarprodukt, asic-design och analogkonstruktion till funktionell säkerhet. Idag är han applikationsingenjör med fokus på IO-Link för industriella tillämpningar. Michael Jackson är marknadsspecialist i det globala teamet på området automation.

RTD:er med Pt100 och Pt1000 är de vanligaste. En RTD kan ha två, tre eller fyra ledare, men versionerna med tre eller fyra är populärast. Eftersom de är passiva kräver RTDenheter en excitationsström för att ge en utspänning. Denna kan genereras med hjälp av en spänningsreferens, som buffras av en operationsförstärkare som driver ström in i

RTD:n för att producera en utgående spänningssignal som varierar som svar på temperaturförändringar. Signalen varierar från tiotals till hundratals millivolt beroende på vilken typ av RTD som används och den uppmätta temperaturen.

AFE:n, en analog frontend, förstärker och bearbetar den svaga RTD-signalen innan AD-omvandlaren digitaliserar den så att styrkretsen kan köra en algoritm för att kompensera för eventuella olinjära element. Denna skickar sedan den digitala utsignalen till en processor via ett kommunikationsgränssnitt. AFE:n implementeras vanligtvis med hjälp av en signalkedja av komponenter där var och en utför en viss funktion.

Många befintliga temperatursensorer utnyttjar detta diskreta tillvägagångssätt som kräver ett kretskort stort nog att rymma samtliga integrerade kretsar och signal- och

strömvägar, vilket ger en minsta storlek för sensorns kapsel. Ett bättre och enklare tillvägagångssätt utnyttjar en integrerad AFE som AD7124-4. Denna kompakta IC är en komplett AFE som innehåller en multiplexer, spänningsreferens, programmerbar förstärkare och en AD-omvandlare av typen sigma-delta. Den ger också excitationsström för RTD:n, vilket innebär att den effektivt kan ersätta fem av signalkedjans komponenter vilket avsevärt minskar den mängd kortutrymme som krävs och möjliggör en mycket mindre sensor.

Kommunikationsgränssnitt

Flertalet industriella sensorer är utformade för att kopplas upp till ett (eller flera) industriella nätverk, inkluderande många varianter baserade på fältbussar eller industriell Ethernet. Detta kräver en asic för att implementera valda nätverksprotokoll. Tillvägagångssättet har emellertid flera nackdelar. För det första medför en asic en väsentligt ökad kostnad, framför allt om de industri-

En spänningssignal alstrad av en Pt100-RTD som svar på ökande temperatur.

En AFE implementerad med diskreta komponenter i signalkedjan.

ella nätverken är egenutvecklade. Det begränsar också marknaden för en sensor till de kunder som använder just det nätverket. För att samma sensor ska fungera med olika nätverksprotokoll krävs omkonstruktion för att inkludera den asic som behövs, vilket kan vara tidskrävande, riskabelt och dyrt. Slutligen varierar antalet och typen av diagnostiska funktioner avsevärt beroende på typ av nätverk (vissa har inga alls). Beroende på vilket som väljs kan det vara svårt för operatörer att identifiera och underhålla sensorer och eventuella prestandaproblem som uppstår när de har installerats i fabriken.

Ett bättre tillvägagångssätt är att utforma en sensor oberoende av alla industriella nätverk, vilket minskar utvecklingskostnaderna och breddar den potentiella kundkretsen. Detta kan göras med IO-Link, en 3-ledars industriell kommunikationsstandard som länkar sensorer (och ställdon) med samtliga industriella styrnätverk. I IO-Link-tillämpningar fungerar en sändtagare som det fysiska gränssnittet till en styrkrets som kör protokollet för datalänkens lager. Fördelen med att använda IO-Link är att den bär fyra olika typer av överföringar: processdata, diagnostik, konfiguration och händelser. Det gör

att sensorer snabbt kan identifieras, spåras och åtgärdas om fel uppstår. Det möjliggör också fjärrkonfigurering – till exempel om temperaturtröskeln för utlösning av ett processlarm behöver ändras, kan det göras på distans utan att en tekniker behöver kliva ut på fabriksgolvet. MAX14828 är ett exempel på en pytteliten IO-Link-sändtagare med låg effektförbrukning. Den finns i en 4 × 4 mm TQFN-kapsel med 24 ben och en 2,5 × 2,5 mm WLP-kapsel (wafer-level package), vilket gör att den lätt kan integreras i en industriell RTD-baserad temperatursensor (och andra typer av sensorer). Sändtagaren möjliggör en sensor oberoende av det industriella nätverket eftersom den kommunicerar direkt med en IO-Link-värd installerad på processstyrningssidan, som hanterar kommunikationen med gränssnitts-asicen.

Slutsats

Automationsingenjörer i smarta fabriker har allt större förväntningar på industriella temperatursensorer, inklusive mindre storlek, flexibel kommunikation och möjlighet till fjärrkonfigurering. Vi har visat hur RTD-temperatursensorer snabbt kan konstrueras om med en högintegrerad AFE samtidigt som storleken minskar. Den visar också hur en IOLink-sändtagare gör att sensorn kan fungera oberoende av det industriella nätverksgränssnitt som används för att ansluta till processtyrningen. Även om den här artikeln fokuserar på RTD-baserade temperatursensorer kan denna omkonstruktion även tilllämpas på temperatursensorer som utnyttjar termistorer eller termoelementgivare. n

Laboratoriekontakter, mätsladdar och tillbehör.

Testkategori CAT I – IV. Vare sig det gäller provning, mätning eller diagnos av komponenter och system, erbjuder vi den prestanda, pålitlighet och livslängd du behöver.

Vi marknadsför ett komplett sortiment av isolerade provtillbehör som uppfyller dagens stränga säkerhetskrav, samt ett stort utbud av extra flexibel kopplingsledning.

Kontakta oss gärna för mer info.

08-97 00 70

info@elproman.se www.elproman.se

Kommunikation med det industriella nätverket utförs av IO-Link-värdens sändtagare på styrkretssidan.

Blockdiagram för en industriell temperatursensor av RTD-typ.

AFE implementerad med AD7124-4.

Exempel på en RTD-baserad temperatursensor.

En metod för att mäta batteritiden är att dela batterikapaciteten i amperetimmar med den genomsnittliga strömförbrukningen i ampere, vilket ger en tid i timmar. Det är dock en alltför grov metod eftersom produkterna har olika energilägen som aktivt läge, viloläge och sovläge. Dessutom kommer driftlägen som konstant effekt och konstant motstånd att dra ström från batteriet på olika sätt och ändra batteriets drifttid. Det är viktigt att förstå hur ett batteri reagerar på dessa olika scenarier och de typiska användningsmönstren för att exakt kunna förutsäga batteriets livslängd.

Förutom att strömförbrukningen varierar, varierar batterikapaciteten beroende på den genomsnittliga urladdningsströmmen och användningsmönstet.

Dessutom kan temperaturen påverka batteritiden, vilket är en annan viktig faktor.

DET FINNS YTTERLIGARE FAKTORER som kan leda till en längre beräknad batteritid jäm-

Fyra sätt att förlänga IoT-prylens batteritid

Av Brian Whitaker, Keysight

Brian Whitaker arbetar med teknisk marknadsföring av kraftaggregat och laster för både lik- och växelström. Han har ett brett kunnande efter att tidigare ha arbetat för Texas Instruments, 3M, SolarWinds och Ping Identity.

fört med verklig användning:

• Batterimodeller/profiler är inte tillgängliga

• Batteriprofiler genereras inte med exakta driftsförhållanden för enheten

• Mätningar av strömförbrukningen är felaktiga

• Spänningsfall, till exempel när en enhet stängs av när spänningen når ett gränsvärde, beaktas inte.

PROGRAMVARA FÖR BATTERIEMULERING och

-profilering är en lösning som används för att förutsäga batteriets livslängd mer exakt. Dessutom ger ett emuleringsprogram insikter i strömförbrukningen som kan användas för att ändra designen och därmed få längre batteritid.

Den här artikeln diskuterar hur man använder emuleringsprogram för att uppnå dessa mål och innehåller följande ämnen:

1. Profilering av batterier genom laddning/ urladdning för att skapa unika batterimodeller.

2. Emulera laddningstillstånd för att minska testtiden, förbättra säkerheten och få insikt för att förlänga batteriets livslängd.

3. Visuellt se laddning och urladdning av batterier för att fastställa kapaciteten.

4. Cykla batterier för att fastställa kapacitetsförlust och kortare batteriliv.

Profilera batterier för att skapa unika batterimodeller

Det är viktigt att profilera och karakterisera batterier av flera anledningar. Det är också nödvändigt att förstå hur mycket energi batteriet kan lagra och leverera när batteriet laddas ur med tiden. Den öppna kretsspänningen (VOC) och det interna motståndet (IR) varierar när batteriet laddas ur. Det är viktigt att kartlägga dessa, så att batteriprofilerna exakt återspeglar batteriets verkliga prestanda.

Figur 3 visar ett exempel på ett typiskt fall. Det är också viktigt att verifiera batteriets prestanda under specifika urladdningsför-

Figur 1. För en alkalisk cell (i detta fall på 1100 mAh och med cut off på 0,9 V) är det en avsevärd variation i urladdningskapacitet beroende på strömuttag.

Figur 2. En litiumjoncell på 1000 mAh med 3 V cutoff-spänning. Figuren visar hur temperaturen påverkar funktionen.

hållanden och driftlägen. Parametrar som påverkar batteriets beteende inkluderar:

• temperatur

• laddströmsprofiler (konstant/dynamisk)

• olika driftlägen, inklusive konstant ström, effekt och resistans

Dessa parametrar kan påverka batteriets livslängd, så det är viktigt att skapa olika batteriprofiler för att matcha specifika urladdningsförhållanden.

Varför använda en batteriemulator istället för ett batteri när man testar produkten?

• Skapa en säkrare testmiljö. Det är inte nödvändigt att ladda och ladda ur batterier när en emulator används. Att ladda och ladda ur batterier kan bli farligt med upprepade cykler.

• Uppnå repeterbara resultat. Egenskaperna hos ett emulerat batteri varierar inte jämfört med fysiska batterier vars egenskaper kan fluktuera beroende på laddning/urladdning. De kan också variera mellan olika batterier, även om de är av samma modell.

• Minska tiden det tar att förbereda ett test. Det går att simulera alla laddningstillstånd direkt istället för att manuellt behöva ladda ur batteriet till en önskad nivå.

EN BATTERIEMULATOR arbetar i flera steg. Det första är att ladda en batteriprofil. Denna profil utgörs av data från ett diagram över batterispänningen och intern resistans kontra laddningstillstånden. En batteriprofil skapas genom att använda batterimodelleringsprogramvara för att mäta profilen eller genom att hämta en profil från batterileverantören.

När modellprogramvara används för att skapa en profil kommer profilen att spegla den aktuella förbrukningen för en specifik enhet vilket blir mer exakt än batterileverantörens generiska profil. Till exempel är en generisk profil inte till hjälp om batterileverantören skapat profilen baserat på ett konstant strömuttag när enheten som testas förbrukar strömmen dynamiskt.

Nästa steg är att välja laddningsnivå (SoC) och cutoff-spänning. Sedan ansluts enheten till emulatorn och batteriemuleringen startar. Batteriemulatorer mäter hela tiden

strömmen, laddning eller urladdning, och beräknar dynamiskt emulerad laddningsnivå. Emulatorn ändrar kontinuerligt sin utgång (spänning och resistans) baserat på laddningsnivån för att överensstämma med den aktuella batteriprofilen. Vid urladdning slutar testet när emulatorn når gränsspänningen (cutoff).

Man får snabbt en djup förståelse för en produkts beteende genom att emulera batteriet vid olika laddningstillstånd. Mätningarna kan sedan användas för att ändra designen av IoT-enheten så att batteriet räcker längre.

Visualisera laddning/urladdning av batterier för att bestämma kapaciteten

För IoT-enheter är det nödvändigt att förstå den energi ett batteri kan lagra och leverera. Batteritest- och emuleringsmjukvara gör det möjligt att visualisera batteriladdning och urladdning för att bestämma kapaciteten.

Programvaran måste stödja både konstant ström (CC) och konstant spänning (CV) vid laddning av batteriet. När batteriet når full kapacitet vid laddning med CC-läge

måste programvaran gå från CC-läge till en kombination av CC och CV. Detta är nödvändig eftersom ett batteri laddas långsammare när det närmar sig toppspänning eller toppkapacitet.

Det är också viktigt att programvaran stöder konstant ström, konstant motstånd och konstanta effektlägen när ett batteri laddas ur. Test- och emuleringsmjukvara används för att skapa en aktuell förbrukningsprofil direkt från den aktuella enheten. Denna funktion ger möjligheten att enkelt ladda ur batteriet med en profil som ligger nära den verkliga strömförbrukningen under användning.

Cykling av batterier för att fastställa försämrad kapacitet och därmed kortare driftstid

Batteriets prestanda kan minska avsevärt under dess livstid genom laddning och urladdning. Det är därför viktigt att simulera battericykling. Programvara för batteritest och emulering är en enkel lösning för detta, men programvaran måste stödja dataloggning. Möjligheten att skapa olika laddnings-

Figur 4. Förbrukningsprofilen laddas in i batteriprofileraren och programvaran upprepar sedan vågformen tills batteriet är helt urladdat.

Figur 5. Batteriemulering med mjukvaran BV9210B/11B PathWave BenchVue advanced battery test and emulation.

Figur 3. En batteriprofil som skapats med Keysights mjukvara BV9210B/11B PathWave BenchVue Advanced Battery Test and Emulation.

TEMA: TEST, MÄT & SENSORER

och urladdningsprofiler för ett batteri är också av stort värde i en lösning för batteritest- och emulering.

Det är möjligt att kombinera olika laddnings- och urladdningssekvenser för att simulera komplexa laddnings- och urladdningsprofiler. De kan sedan verifiera hur ett batteris prestanda försämras över tid. Programvarulösningar för emulering är idealiska för detta eftersom de gör det möjligt att till exempel köra upp till tusen cykler för att fastställa batteriets åldringseffekt och tillförlitlighet under de aktuella driftsförhållandena.

Sammanfattning

Äldre typer av urladdnings- och cyklingstester medför många utmaningar. Den manuella processen att ladda och ladda ur ett batteri är tidskrävande, men det är avgörande för att kunna testa produkter under utveckling med olika laddningsnivåer eftersom batteriets egenskaper varierar. Dessutom måste batteriparametrar och laddningsnivåer vara identiska när man jämför testresultaten. Att uppnå detta är särskilt utmanande med fysiska batterier. Dessutom kan det vara svårt att avgöra hur länge en enhet kan fungera på en enda laddning, ofta stämmer inte påståenden om batteritid med verkligheten.

Att använda ett emulerat batteri kan lösa dessa svårigheter. En batterimodell ger en bra referens vilket ökar förtroendet för testresultaten. Dessutom kan man snabbt bedöma effekten av design- eller mjukvaruförändringar på batteriets livslängd genom att omedelbart ändra batteriets laddningstillstånd. Dessa egenskaper gör det möjligt att förbättra designen för att uppnå längre batteritid och mindre storlek.

Dessutom ger en mjukvarulösning möjligheten att noggrant uppskatta batteriets livslängd genom att automatisera urladdningen med hjälp av den simulerade enhetens strömförbrukning. Denna metod är mer exakt än att använda konstant ström för att tömma ett batteri. Dessutom är den automatiserade processen enklare än att manuellt tömma ett batteri genom att låta produkten vara i drift. n

SVENSKA ELEKTROOCH DATAINGENJÖRERS RIKSFÖRENING

Inte medlem? SER är intresseföreningen för yrkessamma. Vi är kontaktskapare mellan medlemmar och intressanta företag. SER arrangerar studiebesök, föredrag och seminarier med aktuellt fokus. I medlemskapet ingår även medlemstidningen Eloch Datateknik, Elektroniktidningen och Nordisk Energi.

LÄS MER HÄR!

Figur 8. Battericykling med mjukvaran BV9210B/11B PathWave BenchVue advanced battery test and emulation.

Figur 6. Strömförbrukning hos en pulsoximeter (syremättnad i blodet) uppmätt med mjukvaran BV9210B/11B PathWave BenchVue advanced battery test and emulation.

Figur 7. Visualisering av laddningen av ett batteri med mjukvaran BV9210B/11B PathWave BenchVue advanced battery test and emulation.

Intels svenska simulator kör Risc V

Flirs IR-modul får större synfält

■ SENSORER

Synfältet hos äldre versioner av IR-modulen Lepton från Teledyne Flir stannade vid 57 grader. Den nya modell Lepton 3.1R har hela 95 grader.

■ INBYGGDA SYSTEM

Senaste versionen av simulatorn Simics adderar Risc V som som komplement till Intel-arkitekturen.

Risc V-plattformen motsvarar inte något specifikt fysiskt Risc V-system, men innehåller grundläggande funktioner som nätverk, seriella anslutningar

och diskar. Den ser ut och känns som ett litet inbyggt system.

Du kan variera antalet processorkärnor och minnesstorlek, välja tilläggsinstruktioner, med mera.

Mjukvarumässigt kan du köra bare-metal eller Linux. Nätverket stöder SSH-loggning.

Simulatorn Simics skapades på svenska forskningsinstitutet Sics på 90-talet och utvecklades

18,5 miljoner logikceller i största FPGA:an

■ LOGIK Versal Premium VP1902 är framförallt tänkt för asicutvecklare som behöver verifiera sina kretsar innan de går i produktion. Jätte-FPGA består av ett antal chiplets som tillsammans ger dubbelt så många sexvägs-logikceller som föregångaren och dessutom är störst på marknaden, enligt AMD Xilinx.

Föregångaren, Virtex UltraScale+ VU19P lanserades 2019 och tillverkas i en 16 nm-process medan Versal Premium VP1902 körs i en 7 nm-process. Bytet av process är en viktig förklaring till att antalet logikceller kunnat dubbleras till 18,5 miljoner. Vill man istället räkna antalet grindar blir det 60 miljarder. Att de är fördelade över fyra kiselbitar – chiplets – är däremot ingen nyhet, så har AMD Xilinx gjort i mer än tio år för de största FPGA:erna.

Marknaden för dessa extremt dyra kretsar är framförallt emulatorer och prototypsystem som

används vid utveckling av nya asicar och systemkretsar. Och ju större FPGA:erna är, desto snabbare går verfieringen vilket hänger samman med att de rymmer större block av de kretsar de emulerar. AMD Xilinx har i egna tester kommit fram till att det kan handla om så mycket som fem gånger snabbare jämfört med den tidigare generationen.

FÖRUTOM STORLEKEN bidrar också den dubblerade IO-bandbredden till prestandalyftet. Det handlar om drygt 2300 generella in- och utgångar på 3,2 Gbit/s plus upp till 160 transceivrar –

på företaget svenska Virtutech under 00-talet. Det ägs sedan många år av Intel.

I en simulator kan du utveckla mjukvara på en processor innan den finns fysiskt. Den möjliggör även debugging med kontroll på en helt annan nivå än på en fysisk processor.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Lepton är en minimal och okyld kameramodul som innehåller allt som behövs för att skapa färdiga IRbilder. Modulen levererar en videoström över SPI på 8,7 Hz som standard.

Prestandamässigt är det Teledyne Flirs enklaste och billigaste modul som utvecklas i Santa Barbara, Kalifornien. Det svenska kontoret är dock involverat i utvecklingen av optiken.

ÄLDRE VERSIONER av Lepton har 50 eller 57 graders synfält och 80×60 eller 160×120 bildpunkter.

Lepton 3.1R har fått ny optik som ger hela 95 grader i horisontalplanet eller 119 grader om man mäter diagonalt.

beroende på modell – som klar upp till 112 Gbit/s.

Vidare finns två ARM-kärnor i form av Cortex A72 plus två Cortex R5F, hårda IP-block för PCIe Gen5, Ethernet och DDR-minnen. Allt knyts ihop av Versals programmerbara nätverksprocessor, NoC.

Kretsen kommer kapslad i en HDIO och upptar 77,5×77,5 mm på kortet.

Utvalda kunder ska få sampel under tredje kvartalet och kommersiell produktion ska starta tidigt nästa år.

PER HENRICSSON per@etn.se

IR-sensorn är på 160×120 bildpunkter med en storlek på 12 µm. Den är känslig för långvågig IR, det vill säga 8 µm till 14 µm. Mätområdet med hög förstärkning är −10°C till +140°C medan det med låg förstärkning blir hela −10°C till +450°C.

NOGGRANNHETEN i temperatur vid hög förstärkning är ±5°C eller 5 procent medan låg förstärkning ger ±10°C eller 10 procent.

Modulen är 11,8×12,7× 7,2 mm och listpriset är satt till 142 dollar.

PER HENRICSSON per@etn.se

En simulerad Intel Architecture-processor i nätverk med en simulerad Risc V.

Ceva uppgraderar sin AI-IP

■ ARTIFICIELL INTELLIGENS

Israeliska Ceva släpper en ny generation IP-kärnor för artificiella neuronnät, som mer än tiofaldigar antalet teraops per ytenhet. Kärnorna stöder generativ AI.

Exakt hur arkitekturen ritats om för att stödja generativ AI framgår inte av pressmeddelandet från Ceva.

Men det går förstås inte att släppa en neuronkärna år 2023 utan att explicit nämna att de kan köra ChatGPT, Midjourney och andra generativa neuronnät. Och vi får en siffra: de nya kärnorna kan göra inferenser på upp till 1,5 miljoner tokens per sekund per watt i en transformerspråkmodell.

NEURONNÄTSKÄRNFAMILJEN

Neupro skapades i början av år 2018 som svar på att Apple integrerat dedikerade neuronät i sina Iphoneprocessorer. Alla andra mobilprocessorer ville följa Apple i spåren. Fram till dess hade Ceva – etablerad IPleverantör till mobilchips – rekommenderat sina signalkärnor för den som ville köra neuronnät

på telefoner.

Även cpu:er och gpu:er kör neuronnät, men effektivast är en arkitektur med ett gigantiskt nät av MAC-enheter och stöd för bland annat nya numeriska format och de överföringsfunktioner som neuronnät applicerar.

DEN NYA KÄRNFAMILJEN heter

Neupro M och består NPM11, -12, -14 och -18 med maxprestanda på 32, 64, 128 respektive 256 teraoperationer per sekund.

De kan dessutom komponeras och skalas upp till 1200 Tops.

Två nya datatyper får stöd: åttabitars flyttal (FP8) och 16-bitars brainfloat (BF16). Sedan tidigare finns stöd för

Minimal radar med antenn

■ SENSORER

Konsumentelektronik, IoTprodukter och hälsovårdsapparater är tänkbara tillämpningar för Infineons mycket kompakta radarsensor i Xensiv-familjen. Den arbetar på det fria 60 GHz-bandet och har integrerad antenn.

Modulen BGT60UTR11AIP kan upptäcka rörelser och mäta avstånd upp till 15 meter med en noggrannhet ner till en millimeter eller bättre. Den integrerade antennen har ett synfält på ±60 grader.

Vidare finns en tillståndsmaskin som fångar realtidsdata utan inblandning av processorn. Signalerna digitaliseras med en 12-bitars AS-omvandlare som

samplar med 4 Msampel per sekund.

Det går att synkronisera flera moduler om så önskas plus att det finns en sensor som mäter styrkan på utsignalen och temperaturen i modulen.

Med sina 16 kvadratmillimeter är radarmodulen BGT60UTR11AIP minst på marknaden enligt Infineon. Den baseras på en rf-krets i CMOS tillverkad i företagets kiselgermaniumprocess kallad B11. Bandbredden är 5,6 GHz och svephastigheten på radarpulsen 400 MHz/µs.

Tänkbara tillämpningar är babyvakter och sömnövervakning

tvåbitarsvärden.

Här finns även stöd för att utnyttja ”true sparsity” (när nätet avsiktligt har många vikter noll – att många potentiella länkar saknas) och komprimering av data och vikter.

Energieffektiviteten ökar från 24 Tops/W till 350 Tops/W, vilket även delvis beror på att processnoden går ner från 7 till 3 nm.

ANTALET NÄTTOPOLOGIER med explicit stöd ökas från 50 till 100. Det finns även ett verktyg för att rita egna arkitekturer. Andra nya verktyg minimerar minnesbandbredd och balanserar beräkningsbelastningen.

Mjukvaruplattformen är kompatibel med öppenkodsramverken TVM och ONNX. Kärnorna stöder säkerhetsstandarden ISO 26262 ASIL-B.

NPM11 kan vem som helst beställa. NPM12, -14 och -18 är tillsvidare reserverade för vipkunder. Ceva väntar sig kunder inom gateways, optiska nät, bilar, bärbara datorer, surfplattor, ARoch VR-headsets och telefoner.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

En 5G-router för industrin

■ AUTOMATION

Den klarar videoströmmar och att övervaka flottor av AGV:er liksom att hantera stora datafiler från processmaskiner. Routern 5004T-5G från Phoenix Contact fungerar lika bra i privata och publika 5G-nät.

Phoenix Contact har under många år varit medlem i 5GACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation). Routern började utvecklas som ett pilotprojekt för privata 5G nätverk redan 2020 och har succesivt fått utökad funktionalitet i olika kundprojekt. Den fungerar både för 5G NSA och 5G SA. Routern hakas fast på en DIN-skena och behöver externa antenner som ansluts via de fyra SMA-kontakterna.

Det finns en brandvägg som gör dynamisk filtrering som kan konfigureras för att generera larm via SMS eller epost.

Under skalet finns en kraftfull processor plus fyra Ethernetanslutningar. Vidare finns fyra digitala ingångar och två digitala utgångar. Alla fungerar för likspänningssignaler mellan 10 V och 30 V. PER HENRICSSON per@etn.se

(hjärtslag och andning), men också bärbara datorer, tv-apparater och kameror för geststyrning eller närvarodetektering.

SAMMA FUNKTION kan också adderas till luftkonditioneringar, termostater och smarta dörrklockor. Infineon lyfter också fram industriella robotar och tankmätare som lämpliga användsningområden.

Radarmodulen går att beställa redan nu och ska komma börja levereras under årets fjärde kvartal.

Tjeckisk Risc V får indisk periferi

■ INBYGGDA SYSTEM

Indiska Smart DV ska leverera periferi-IP som är validerad med Risc V-kärnor från tjeckiska Codasip – och du kan teckna gemensam licens för alltihop.

Det finns kompletta Risc Vprocessorer hos Codasip, men intressantare konceptet är ett smörgåsbord kallat Codasip

Fieldfox kan

uppgradera allt i efterhand

■ TEST OCH MÄT

Keysights serviceinstrument för mobilnät och andra uppgifter utanför labbet kommer nu i en modell där alla funktioner kan uppgraderas i efterhand med mjukvarunycklar. Det gäller även bandbredder och frekvensområden.

Studio där du kryssar för vilka instruktioner du vill ha och så genereras koden automatiskt för asic, SoC eller FPGA.

Och nu du alltså även kryssa in indisk periferi-IP. Smart DV:s kärnor används sedan tidigare i hundratals chip-projekt för bland annat nätverk, lagring, fordon och bildskärmar.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Fieldfox kombinerar spektrumoch nätverksanalysator med kabel- och antenntestare liksom en inbyggd kalibrator. Instrumentet lanserades i en första version 2008 och klarar de flesta förekommande mätuppgifter på rf-området.

Nu kommer Fieldfox N9912C där användarna köper och laddar ned nycklar till exakt de nätverks-, spektrumanalysatoroch antenntestpaket de behöver. Även bandbredder och frekvens-

Från Idé till Produkt

Elektronikdesign, EMC test, Produktion

Utveckling

Hårdvara

Mjukvara

Mekanik

Produktion

SMD

Hålmontering

Slutmontering

Prototyper

EMC

Ackrediterat lab

Filter design

Filterproduktion

områden går att uppgradera med mjukvarunycklar.

Instrumentet finns i olika modeller som täcker frekvensområdet 3 kHz till 10 GHz med en maximal realtidsbandbredd på 40 MHz.

N9912C kan bland annat mäta alla S-parametrar simultant med ett dynamiskt område på 115 dB. Vidare kan det göra spektrumanalysatormätningar med en noggrannhet på ±0,3 dB utan att först värmas upp.

Mätvärdena går att plats- och tidsstämpla med hjälp av GPSsystem och vikten stannar på 3,4 kg. PER HENRICSSON per@etn.se

Nvidia presenterar ny AI-värsting

■ ARTIFICIELL INTELLIGENS

Nvidia har just börjat volymtillverka sin nya värstingprocessor Grace Hopper 200 (GH200). Det här är den typ av processor man bygger superdatorer av och som tränar och kör stora neuronnät i serverhallar.

Inget för dig som håller på med inbyggda system, alltså.

Men föregångaren A100 sitter i självkörningsdatorer – så det är tänkbart att GH200 (eller syskon) kan hitta dit med tiden.

Tillsvidare är GH200 världens förmodligen vassaste AI-processor.

Den består av två separata chip, Grace och Hopper som talar med varandra via Nvidias gränssnitt NVLink 4 i upp till 900 Gbyte/s. Det är enligt Nvidia sju gånger mer än om du kopplar samman en CPU och en GPU via PCI Express Gen5.

Båda är tillverkade i TSMC 4N. TDP är mellan 1/2 och 1 kilowatt och den kan vara lufteller vätskekyld.

Grace är en Armv9-A-baserad processor som Nvidia utvecklat på egen hand för att matcha Hopper. Den består av 72

stycken Demeter-CPU:er (Arm Neoverse V2) och använder upp till 480 Gbyte LPDDR5X-minne.

HOPPER-CHIPET , också känt som H100, finns sedan tidigare i en ensam version som blivit en storsäljare för Nvidia på grund av intresset för generativ AI – det används exempelvis för att träna ChatGPT.

Hopper består av 256 stycken tensorkärnor och har upp till 96 Gbyte minne med en bandbredd på 4 Tbyte/s.

Via gränssnittet NVLink Switch System kan man koppla samman inte mindre än 256 NVIDIA Grace Hopper med en bisektionsbandbredd på 115,2

TByte/s. Det systemet kallas för en DGX GH200. De 256 ska enligt Nvidia fungera som en enda stor GPU

En DGX GH200 ska kunna träna ett neuronnät med en biljon parametrar.

Nvidia för sin egen del slår samma fyra stycken DGX GH200 via Quantum-2 InfiniBand och bygger sig en egen AI-superdator kallad Helios. Den förväntas vara online i slutet av året.

Andra system med GH200 Grace Hopper Superchips förväntas finnas tillgängliga från och med senare i år.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Panasonic adderar finsk meshteknik

■ IoT

Japanska Panasonic kombinerar sitt kunnande inom Bluetooth med en norsk radiokrets och finsk meshteknik. Resultatet är modulen PAN1780 som passar för olika IoT-tillämpningar.

PAN1780 baseras på Nordic Semis systemkrets nRF52840 och erbjuder en komplett lösning inklusive antenn för Bluetooth 5.3 LE som ger över 2 Mbit/s. Systemkretsen har en Arm Cortex-M4F, 1 MBit flash och 256 kb RAM vilket innebär att den i många fall klarar sig på egen hand utan en överordnad processor.

Tillsammans med det australiska konsultbolaget Symbiotech har Panasonic adderat meshteknik från finska Wirepas. Företaget har utvecklat och patenterat ett protokoll för meshnät men också lyckats göra den till standard på Dect-bandet.

För den som vill testa Panasonics lösning har företaget satt ihop ett paket med fyra batteridrivna sensornoder och en accesspunkt.

PER HENRICSSON per@etn.se

Utvecklingssats för TI:s simplaste

■ INBYGGDA SYSTEM

Arm M0+-styrkretsen

MSPM0L1306 från Texas Instruments får en utvecklingssats av den typ TI kallar Launchpad.

Kretsen i sig, MSPM0L1306, är en styrkrets på 32 MHz baserad på Cortex M0+ – Arms enklaste, strömsnålaste CPU. Medlemmarna i TI MSPM0L-familjen kostar några kronor per styck i kvantiteter.

Medlemmen 1306 har en tolvbitars ADC och en OPA (komparator baserad på en operationsförstärkare) och kostar från 39 cent. Den har 64 kbyte flash, 4 kbyte SRAM och 28 GPIO-anslutningar, liksom UART, SPI och I2C.

NU KAN DU UTVÄRDERA den på ett enligt TI lättanvänt utvecklingskort av typen Launchpad med tre tryckknappar, två lysdioder, analog ljussensor och analog

temperatursensor.

Alla Launchpaddar har en probanslutning för programmering, debugging och energimätning. Utvecklar gör du i TI Code Composer, IAR Embedded Workbench eller Keil Microvision.

Satsen finns bland annat hos distributören Mouser.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Battery Testing Simulation Load/Source

Many systems installed – ask us more!

Länken mellan CPU och GPU är sju gånger snabbare än PCI Express.

Svensk Elektronik -

tillsammans för branschens

bästa

Konkurrenskraften hotas av Kinas teknikkrig

Den 1 augusti begränsades exporten av för elektronikindustrin kritiska jordartsmetaller. Det rör sig om gallium och germanium, som behövs för att tillverka halvledare, som i sig används för att styra processer i datorer, mobiltelefoner, bilar sjukvårdsutrustning, energisystem, vapensystem och mycket mer.

Förutom att den kinesiska exporten begränsas, måste kinesiska exportörer även identifiera slutanvändarna samt kunna redogöra för exakt vilka tillämpningar metallerna skall användas för.

Situationens allvar inbegriper naturligtvis även övriga Europa; allvaret kan inte nog understrykas.

Kina väljer att använda företagande och näringsliv som brickor i ett stormaktsspel för att säkra en vad man kallar ”nationell säkerhetspolitik”. Detta är beklagligt då det skadar villkoren för en internationellt sund konkurrens, men ytterst för att det sker på bekostnad av ett globalt klimat i balans, som skulle kunna möjliggöras med just elektronik som avgörande komponent.

Svensk Elektronik, Sveriges ledande branschorganisation, oroar sig för konsekvenserna av detta, och uppmanar regeringen att skyndsamt tillsätta en utredning

för att förstå konsekvenserna härav, och därefter agera kraftfullt med stöd och åtgärder för att säkra svensk industris fortsatta konkurrenskraft och den Gröna Omställningen samt för att möta ett alltmer otryggt säkerhetsläge för Sverige och övriga Europa.

Sedan tidigare pågår på EU­nivå ett intensivt arbete för att kartlägga beroenden kopplat till bland annat de material som krävs för att ta fram nya teknologier samt risker för ekonomisk utpressning, vilket även föranlett flera förslag på EU­nivå. Det pågår även ett arbete nationellt för att se över Sveriges försörjningstrygghet (inkl. flertalet utredningar – så sent i somras kom en ny om att underlätta tillståndsprocesser).

Vi på Svensk Elektronik ser positivt på den vilja som finns både på EU­ och nationell nivå. Arbetet måste dock ske snabbare och blir mer effektfullt. Detta är endast möjligt genom att makthavare börjar lyssna på och samarbeter med representanter från branschen.

Svensk Elektronik deltar gärna i detta arbete tillsammans med regeringen.

Läs vår debattartikel i ämnet på svd.se

Stefan Jakab, generalsekreterare

Ta chansen att locka morgondagens kompetens!

I samarbete med Framtidsvalet arbetar vi för att säkerställa branschens långsiktiga kompetensbehov. Därför hoppas vi att just du vill träffa studie­ och yrkesvägledare från hela landet för att berätta mer om karriärmöjligheterna inom elektronikindustrin.

Är du intresserad av avtt medverka som föreläsare på våra fysiska seminarier?

Scanna koden och fyll i ansökan!

KALENDARIUM

8 september NIS2­direktivet

12 oktober Stora elektronikdagen med Summit, Stockholm

29 november

Höstmöte Svensk Elektronik

10–11 april

Elektronikmässan i Stockholm 2024

svenskelektronik.se/ kalendarium

Bli medlem!

Sverige behöver en stark och internationellt konkurrenskraftig elektronikindustri. Därför behöver vi arbeta tillsammans.

Följ QR­koden till medlemsansökan eller besök vår hemsida.

PRECISION MADE EASY

Next-generation oscilloscope for accelerated insight

NEW R&S®MXO 4 Series oscilloscope

The R&S®MXO 4 Series is the first of a new generation of oscilloscopes that excels in both performance and value. The instruments deliver a once-in-adecade engineering breakthrough for accelerated insight. The R&S®MXO 4 Series oscilloscopes utilize leading-edge technologies to achieve fast and accurate results. Custom technology and innovative features in our oscilloscopes quickly boost your understanding of circuit behaviors.

More at: www.rohde-schwarz.com/product/mxo4