Mundo Electronico - 426 by Versys Ediciones Técnicas, S.L.

Optrónica.

Láseres de ﬁbra óptica

mundo Nº 426 • MARZO 11

DOSSIER. Energía solar fotovoltaica COMUNICACIONES. Gestión del consumo eléctrico (y II) DISEÑO. Equipos de próxima generación para contadores eléctricos domésticos

España: 19€ 19 - Extranjero: 27€ 27€ - CETISA EDITORES

Premio Excelencia a la Comunicación 2006 Col.legi d’EnginyersTècnics deTelecomunicacions (COETTC)

EDITORIAL

mundo

www.mundo-electronico.com EDITOR ÁREA ELECTRÓNICA: Eugenio Rey [rey@cetisa.com] DIRECTOR: Sergio Lorenzi [lorenzi@cetisa.com]

Debates renovables

COLABORADOR: Juan José Salgado REDACTORA: Clara Sánchez MAQUETACIÓN: Rafael Cardona [cardona@cetisa.com] PUBLICIDAD Enric Carbó [ecarbo@cetisa.com] Miquel Cabo [mcabo@cetisa.com] Publicidad Internacional Sergio Lorenzi [lorenzi@cetisa.com] Módulos Susana Al Bitar [susana.albitar@tecnipublicaciones.com] Coordinadora Publicidad Isabel Palomar [ipalomar@cicinformacion.com] SUSCRIPCIONES Ingrid Torné e Elisabeth Díez [suscripciones@tecnipublicaciones.com] CONSEJO ASESOR JOSÉ LUIS ADANERO, JOSÉ CABALLERO ARTIGAS, ANDRÉS CAMPOS, ERNESTO CRUSELLES, EDMUNDO FERNÁNDEZ, PERE FITER, JESÚS GARCÍA TOMÁS, FRANCISCO J. HERRERA GÁLVEZ, GABRIEL JUNYENT, EMILIO LERA, FRANCISCO J.LÓPEZ HERRERO, MANUEL LÓPEZ-AMO SAINZ, JOSE MIGUEL LÓPEZ-HIGUERA, EDELMIRO LÓPEZ PÉREZ, CARLES MARTÍN BADELL, SALVADOR MARTÍNEZ, JOSÉ A. MARTÍN-PEREDA, MIGUEL DE OYARZÁBAL, RAMÓN PALLÀS, JUAN JOSÉ PERÉZ, RAFAEL PINDADO, JAVIER DE PRADA, VALENTÍN RODRÍGUEZ, SERGIO RUIZ-MORENO, JOSÉ M.SÁNCHEZ PENA, FRANCISCO SERRA, JOSÉ LUIS TEJERINA, PEDRO VICENTE DEL FRAILE, CARLOS VIVAS, JOSEBA ZUBIA. Edita:

Director General: Antonio Piqué Morató Directora Delegación de Cataluña: María Cruz Álvarez Editora Jefe: Patricia Rial OFICINAS: Administración: Avda Manoteras, 44 - 28050 MADRID Tel 91 297 20 00 - Fax 91 297 21 52 Redacción: Enric Granados, 7 - 08007 BARCELONA Tel 93 243 10 40 - Fax 93 349 23 50 CORRESPONSALES Valencia: J. ESPÍ, [José.Espi@un.es] Dpto. Ingeniería Electrónica. - Escuela Técnica Superior de Ingenieria. - Universitat de Valencia, Campus de Burjassot. C/ Dr. Moliner, 50. - 46100 Burjassot Argentina: ERNESTO FEDERICO TREO [etreo@herrera.unt.edu.ar] NATALIA M. LÓPEZ CELANI [nlopez@gateme.unsj.edu.ar]

l debate sobre las energías vuelve al primer plano a raíz de la inestabilidad política y social en varios países productores de petróleo y del maremoto en Japón, que además del elevado coste en vidas humanas ha reabierto el miedo a las consecuencias de un accidente nuclear. Un debate que, lejos de disiparse, va a seguir entre nosotros a la vista de factores como la fuerte demanda procedente de las economías emergentes y, a fin de cuentas, del carácter finito de las existencias de hidrocarburos. Resulta manido y poco práctico colocarse, sin matices, tras la bandera de la ecología y las energías renovables. Su baja eficiencia y elevado coste dificulta, a día de hoy, su implantación generalizada. Lo cual no es óbice para que desde la Administración se fomente su uso y que la industria se esfuerce por aumentar las prestaciones y el rendimiento de paneles solares, aerogeneradores y otros sistemas en desarrollo. La participación de la Electrónica en este impulso que necesariamente han de cobrar estas fuentes de energía es fundamental a través de la Electrónica de Potencia mediante dispositivos microelectrónicos que han venido demostrando sobradamente su capacidad para obtener los mejores resultados. Pese a iniciativas de carácter más bien simbólico, presentadas además de forma dubitativa y poco rigurosa, lo cierto es que queda casi todo por hacer en nuestro país para que esta nueva “era energética” no sólo sea factible sino que represente una enorme oportunidad de negocio para numerosas empresas. La implantación acelerada de instalaciones solares y eólicas durante la pasada década, alimentada por las subvenciones públicas en tiempos de alegrías económicas, no se ha visto apenas reflejada en la industria nacional, al menos en su vertiente puramente tecnológica. Ni siquiera la fortísima dependencia de las importaciones de combustibles y electricidad ha servido para ello, pero ante la crisis actual la necesidad de mirar hacia el exterior puede lograr lo que la demanda interior no ha conseguido. Desde un punto de vista global, el punto de equilibrio entre la voraz demanda energética por parte de industrias, transportes y hogares, y unos recursos convencionales en fase de agotamiento y encarecimiento (petróleo, carbón, gas) o bien en entredicho (nuclear) se encuentra en una doble estrategia. Por un lado, la paulatina reducción del consumo no debe ser a expensas de nuestra calidad de vida y sí la consecuencia de un razonado análisis en el que es preciso ceder para ganar. Por otro, inducir el desarrollo de tecnologías que permitan optimizar cada fotón y cada brizna de aire para alimentar vehículos eléctricos, diodos LED, sensores de presencia o humildes temporizadores que contribuyan a dar sentido al concepto de sostenibilidad.

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sumario

La portada RC MICROELECTRÓNICA

Nº 426 / MARZO 11

www.rcmicro.es

03 Editorial

Debates renovables

06 Actualidad

La industria de test y medida se apunta al despliegue de LTE - Avnet Abacus apuesta por fuentes de menor consumo - Intel invertirá más de 5.000 millones de dólares en su nueva fábrica - LeCroy anuncia su plataforma de osciloscopios WaveRunner 8 Zi

18 Dossier: Energía Solar Fotovoltaica 6

■ La incertidumbre se ceba en la industria fotovoltaica por Clara Sánchez ■ IGBT de alta tensión optimizados para inversores solares por Wibawa T. Chou ■ Soluciones completas de acumulación energética para mobiliario urbano e interurbano aislado por Javier Sánchez Collada

Tendencias 28 Telecomunicaciones. 18

■ Gestión del consumo eléctrico mediante una red inalámbrica de sensores (I) por E. Lluna, A.E. Navarro, D. Ramírez, S. Casans y J. Sánchez

34 Diseño.

■ Equipos de próxima generación para contadores eléctricos domésticos por Stefan Schauer

Optrónica 44

36 ■ Láseres de ﬁbra óptica: descripción y aplicaciones por Rosa Ana Pérez-Herrera y Manuel López-Amo

44 Actualidad.

Fujitsu reduce el consumo de los conmutadores ópticos - Sistemas de visión artiﬁcial, campo de expansión para la fotónica - Fotónica para todos los públicos - LED contra el sueño al volante

50 Productos y servicios 50

La solución: Reﬂectómetro óptico portátil con pantalla táctil

56 Índices y avance

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actualidad 6

EMPRESAS

Mobile World Congress 2011

La industria de test y medida se apunta al despliegue de LTE ■ El Mobile World Congress celebrado en Barcelona se ha centrado en los terminales de última generación (smartphones) y en las oportunidades de negocio que abre sobre todo LTE (Long Term Evolution). El despliegue pasa por la garantía de una calidad suficiente como para responder a la creciente necesidad de velocidad y de ancho de banda, y con tal fin los fabricantes de equipos de medida y test se han puesto en marcha para introducir sus soluciones en el mercado. Así, Agilent Technologies ha presentado LTE-Advanced como una evolución de LTE. Inicialmente se especificó como parte de la versión 10 de la especificación 3GPP. En la actualidad se están introduciendo nuevas tecnologías en LTE-Advanced para conseguir velocidades máximas de transmisión de datos de hasta 1 Gbps en el enlace descendente y 500 Mbps en el ascendente. Para conseguir estas velocidades pico, LTE-Advanced admite un ancho de banda máximo de 100 MHz agregando hasta cinco portadoras de componentes, cada una de ellas de hasta 20 MHz de ancho. LTE-Advanced complementa la amplia gama de soluciones LTE de Agi-

lent, como Signal Studio y el software de análisis vectorial de señales 89600B para LTE-Advanced, que permiten generar y analizar las señales FDD y TDD compatibles con la norma 3GPP versión 10. Además, el acceso múltiple por división de frecuencia en portadora única (SC-FDMA) se ha mejorado para enlaces ascendentes y soporte de control simultáneo y canal de datos (PUCCH y PUSCH). Agilent también presentó en este evento la serie EXT, que incluye el software X-series para aplicaciones de medida y Sequence Studio para mejora de la señal. Este conjunto de herramientas de software permite trabajar junto con los analizadores de comunicaciones para certificar los protocolos desplegados a través de las comunicaciones 3G y 4G. Además, este conjunto de herramientas simplifica la creación de rutinas de calibración y verificación de protocolos, mientras que Sequence Studio reduce el tiempo necesario para desarrollar un código de test avanzado como los utilizados en las técnicas de medida sin señal creando ficheros de formas de onda compatibles para comprobar que el receptor y el transmisor se comportan adecuadamente. SERVICIOS DE ENSAYOS Y CERTIFICACIÓN AT4 Wireless, laboratorio internacional de ensayos y certificación, anuncia la ampliación de sus servicios de ensayos para LTE o 4G (4º generación de terminales móviles) ofreciendo a los fabricantes de equipos que incorporan tecnología LTE la posibilidad de ensayar sus equipos, no sólo frente a las normas internacionales establecidas sino respecto a los planes de prueba definidos por los operadores de redes de LTE. AT4 Wireless ha anunciado el sistema de test Rider NFC para la comprobación de protocolo digital aprobado por el NFC Forum y que permite asegurar que los sistemas de comunicaciones cumplan los requisitos de calidad de comunicaciones de campo cercano (NFC) que proporcionan una comunicación segura, simple e intuitiva entre los dispositivos electrónicos. La tecnología NFC permite comunicaciones entre dispositivos electrónicos

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que disten entre sí unos pocos centímetros trabajando a una frecuencia de 13,56 MHz permite la transferencia de datos a una velocidad de hasta 424 kbps y debido a la distancia de transmisión, ésta es inherentemente segura. ANÁLISIS DE CABLES Y ANTENAS Otro de los principales proveedores de instrumentos para comprobación de comunicaciones, Rohde & Schwarz, ha aprovechado para presentar el ZVH, un analizador portátil de cables y antenas especialmente diseñado para facilitar la instalación de estaciones de antenas. Con él es posible llevar a cabo todas las medidas de conformidad en campo y una serie de asistentes de ayuda permiten medir los cables de antenas, filtros y amplificadores con dos escalas de frecuencia: de 300 kHz a 3,6 GHz u 8 GHz. Con estos analizadores portátiles de sólo 3 kg de peso (194×300×69 mm) es fácil de manejar: funciones clave, tales como la de “asistente”, están disponibles pulsando sólo una tecla. Gracias a su formato vertical, todos los elementos operativos están al alcance de la mano del operador, incluso con guantes de trabajo, sin necesidad de soltar el instrumento. Cumplen los requisitos de seguridad clase IP51 y disponen de conectores a prueba de agua y polvo. Completamente cargado, el analizador puede funcionar durante más de cuatro horas con batería. Cuando se usa con un sensor de potencia direccional, el analizador puede medir simultáneamente la adaptación de la antena y la potencia de salida del transmisor hasta 300 W. CARGA DE MÓVILES IDAPT, firma española especializada en soluciones de carga para dispositivos móviles, presentó dos nuevas soluciones de carga: IDAPT i1 Eco e IDAPT i2+. El IDAPT i1 Eco es un nuevo cargador universal respetuoso con el medio ambiente. El dispositivo ha sido fabricado con materiales reciclados y cumple las normativas Energy Star, para reducir la huella de carbono que se crea a la hora de cargar la mayoría de dispositivos electrónicos.

El acceso a Internet sigue poniendo en entredicho la rentabilidad S. Lorenzi

■ El acceso a Internet mediante diversos dispositivos portátiles (teléfonos móviles, ordenadores portátiles y de tableta, lectores de libros electrónicos, etc.) ha despertado el interés de la mayoría de consumidores, pero las compañías del sector continúan planteando de acceder a Internet desde diferentes plataformas, tal como ha demostrado el Mobile World Congress que se ha celebrado en Barcelona. Lo que no está claro es el modelo de negocio que aporte rentabilidad a las empresas del sector. Las ventas de teléfonos móviles avanzados o “inteligentes” (smartphones) han crecido con tal fuerza que en 2010 su demanda en número de unidades superó por primera vez a los PC, según recordó Paul Otellini, presidente de Intel, en una conferencia. Pero estos mismos usuarios que se muestran tan entusiastas para adquirir un flamante móvil de última generación están generando una facturación cada vez más baja en servicios de voz, descenso que no se ve compensado con el aumento del gasto en tráfico de datos, según dejó patente Masayoshi Son, presidente de la compañía japonesa Softbank, que en 2006 pagó 20.000 millones de dólares por la filial nipona de Vodafone. Así, la facturación por usuario en Europa ha disminuido más de un 50% en los cinco últimos años. Las oportunidades de negocio son, sin embargo, espléndidas de cumplirse unas previsiones que apuntan que el tráfico de datos en redes móviles se multiplicará por 30 entre 2010 y 2015. Vencedores inmediatos son los proveedores de equipos para redes, como Cisco Systems, y aquellos suministradores más avezados de terminales, como Research in Motion gracias a su gama Blackberry y Apple con sus estilizados iPhones e Ipads. Más dudosa es la participación de compañías que se han mostrado más rígidas (Nokia, Motorola) y proveedores de contenidos (Yahoo) que aún buscan su lugar bajo el sol de una nueva promesa en forma de LTE (Long Term Evolution) y la 4ª generación. Por el momento hay más de 180 redes LTE en fase de despliegue en todo el mundo, pero su operatividad y, sobre todo, el rendimiento de las inversiones, siguen en entredicho.

El cargador ecológico incorpora asimismo un sistema que apaga el dispositivo de forma automática mientras no se está utilizando, lo que permite ahorrar energía. Además, con el ﬁn de facilitar el futuro proceso de reciclaje para la fabricación del producto no se utiliza ninguna pintura química. El producto es compatible con más de 4.000 dispositivos que se cargan a través de un sistema de clavijas intercambiables, a través del puerto USB o de un adaptador de coche. El IDAPT i2+ permite cargar hasta tres dispositivos móviles diferentes, al mismo tiempo, a través de sus dos puertos de carga y un puerto USB añadido. Al igual que los anteriores cargadores IDAPT, el nuevo i2+ cuenta con un sistema de clavijas intercambiables que permite que la unidad sea compatible con más de 4.000 dispositivos, entre los que incluye iPad, iPhone, así como Blackberry, PSP, Nintendo, Xbox, sistemas GPS y Bluetooth. Mundo Electrónico | MAR 11

actualidad

Empresas

TSMC entre los mayores inversores en I+D ■ Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSMC) es la primera compañía dedicada íntegramente a la fabricación para terceros que ha conseguido entrar en la lista de los diez fabricantes de semiconductores que más invierten en I+D, según la lista publicada de las inversiones durante 2010 por la ﬁrma consultora IC Insights. TMSC invirtió 945 millones de dólares en I+D durante el pasado ejercicio para pasar de la posición 19 a la 10 en la lista de mayores inversores en investigación. El progreso de la taiwanesa se debe al éxito del modelo de fabricantes de circuitos sin fábricas de producción. En este sentido, los fabricantes sin fábricas acostumbran a invertir entre el 15% y el 20% de sus beneﬁcios en I+D, frente a un 5% a 10% de los fabricantes tradicionales. Las previsiones para 2011 de TSMC pasan por invertir otro 20% para alcanzar los 1.100 millones de dólares de inversión en I+D. La lista de los fabricantes con mayores inversiones en I+D está encabezada por Intel, con 6.700 millones de dólares, seguida de Samsung con 2.620, en tercer lugar STMicroelectronics con 2.325 y a continuación Renesas con 2.065. A partir de ahí, la lista continúa con Broadcom, Toshiba, Qualcomm, Texas Instruments, AMD y se completa en décima posición con TSMC, hasta totalizar 22.800 millones de dólares en inversiones durante 2010.

IBM y Samsung llegan a un acuerdo de investigación ■ IBM y Samsung Electronics han anunciado un acuerdo de colaboración para la investigación básica de nuevos materiales semiconductores, procesos de fabricación y tecnologías relacionadas. El acuerdo se ﬁja para tecnologías a partir de nodos de 20 nm y es la primera vez en la que investigadores de Samsung y cientíﬁcos de IBM colaboran dentro del Semiconductor Research Alliance del Albany Nanotech Complex. Los investigadores trabajarán en el desarrollo de nuevos materiales y estructuras de transistor, así como en interconexiones innovadoras y soluciones de encapsulados para los circuitos de próxima generación. MAR 11 | Mundo Electrónico

Proyecto “Green power road”

Avnet Abacus apuesta por fuentes de menor consumo Avnet Abacus, compañía especializada en la distribución de componentes de interconexión, pasivos y electromecánicos, así como de fuentes de alimentación, apuesta por mejorar su estrategia de productos con el objetivo de crear diseños más eﬁcientes y ecológicos y ampliar su catálogo de productos y tecnologías y así convertirse en uno de los más extensos dentro del sector. Tania Trapero

■ Un importante factor que tienen en cuenta los ingenieros a la hora de diseñar fuentes de alimentación es la nueva iniciativa de ahorro de energía puesta en marcha por la UE a través de una nueva directiva. Por ello Avnet Abacus ha presentado su nuevo proyecto “Green power road” con el fin de asegurar a sus clientes unos diseños de perfil más ecológico. “Los clientes no están esperando a la aparición de nuevas regulaciones pero constantemente buscan implementar diseños ecológicos. Ayudamos al cliente a garantizar que su próximo proyecto cuente con la arquitectura de alimentación necesaria para cumplir completamente las regulaciones actuales y futuras, y esté dotado de mejoras en términos de eficiencia y fiabilidad”, explica Graham McBeth, Presidente de Avnet Abacus. Gracias a esta iniciativa, los clientes garantizan el cumplimiento de los reglamentos ecológicos y adoptan lo último en tecnologías de energía eficiente, además de acceder a los principales fabricantes de la industria para llevar al mercado lo más avanzado en el ahorro de energía para fuentes de alimentación. Además, Avnet Abacus pone a disposición del cliente un equipo de ingenieros de aplicación cuya actividad abarca todos los aspectos del diseño del cliente, incluyendo especificaciones eléctricas, regulaciones de la industria, uso del producto, duración, requisitos de fiabilidad, coste y disponibilidad, entre otros, antes de recomendar una solución.

SOLUCIONES A MEDIDA Todo ello, junto al gran número de productos disponibles en el catálogo, hacen más fácil la tarea del ingeniero para ofrecer soluciones que se adapten a las necesidades de cada cliente, independientemente de que sea un módulo de alimentación, un dispositivo discreto o un paquete de batería. “Nuestros ingenieros de aplicaciones conocen los cambios constantes en el sector y por ello tienen la capacidad de recomendar la solución más adecuada para un proyecto en términos de diseño ecológico, coste, ﬁabilidad y cumplimiento de las regulaciones, como las directivas europeas de Ecodiseño y de Energía”, añade Cor van Dam, Director de Marketing de Avnet Abacus power. El catálogo de soluciones eléctricas de Avnet Abacus incluye módulos de los principales fabricantes, como Emerson, Murata Power Solutions, Ericsson, Lineage y Power-One, dispositivos discretos de Power Integrations, paquetes de baterías y células estándares y a medida de Varta, así como ﬁltros para supresión de EMI. En el último año, Avnet Abacus ha experimentado un elevado crecimiento de sus ventas, tanto a escala europea como nacional. Su facturación en 2010 fue de 315 millones de euros, lo que supone un avance del 40%. “En relación al sector español, el crecimiento ha sido notable aunque más discreto al haber aumentado la mitad de la media europea, cuenta Javier Revilla”, Director General de Avnet Iberia.

Circuitos de 14 nm en obleas de 300 mm

Intel invertirá más de 5.000 millones en su nueva fábrica

■ La nueva fábrica de semiconductores que va a construir Intel en el estado de Arizona (EE.UU.) costará más de 5.000 millones de dólares a la compañía. La edificación de esta nueva planta, denominada Fab 42, se iniciará a mediados de este año y se espera que finalicen en 2013. En estas instalaciones, que el presidente de Intel, Paul Otellini, ha calificado como las más avanzadas en el mundo para la fabricación de semiconductores, se fabricarán transistores con unas dimensiones mínimas de 14 nm sobre obleas de 300 mm. Si bien Intel exporta tres cuartas partes de su producción a otros países, también produce tres cuartas partes de sus microprocesadores en EE.UU.

Los fabricantes de LCD aumentan su producción ■ Como respuesta a la demanda actual, los fabricantes de visualizadores LCD aumentarán su fabricación en un 30% durante 2011 según un estudio realizado por la consultora DisplaySearch en su último informe trimestral. En el modelo de negocio actual, los fabricantes de paneles TFT-LCD proporcionan exclusivamente la célula de cristal líquido que incluye el TFT y los sustratos de vidrio de filtro de color, así como los cristales líquidos con el controlador de temporización y los circuitos controladores, pero no fabrican el módulo de retroiluminación o ninguna otra película óptica adicional, que es función del fabricante de televisores. Este modelo permite gran flexibilidad en la producción de pantallas y, al mismo tiempo, que los fabricante de TV optimicen sus diseños. PROTAGONISMO CHINO Las previsiones de DisplaySearch para este año son que Chimei Innolux logrará hacerse con casi el 50% del total de entregas de paneles LCD basándose en sus principales clientes que son empresas chinas o filiales en este país. El segundo mayor fabricante, Samsung, planea mantener un 40% de su producción para consumo interno. El resto de fabricantes incrementarán su producción entre el 10% y el 20% durante 2011. Por otro lado, la fabricación de televisores ha incrementado su externalización en la fabricación de pantallas hasta un 34%. En particular Sony y LGE han externalizado el 50% y el 20% de su producción, respectivamente. El mercado está copado por la producción de Chimei Innolux, Samsung y LG Display. Mundo Electrónico | MAR 11

actualidad

Mercado

Las femtocélulas ganan enteros por versátiles ■ Las femtocélulas estaban destinadas inicialmente a mejorar la cobertura de las comunicaciones móviles en el interior de los ediﬁcios; sin embargo, su potencial es muy superior, basándose sobre todo en los servicios que se puedan ofrecer y en su valor añadido. En el punto clave residen atributos como localización, presencia y aplicaciones que vinculan la red a cada punto especíﬁco. Servicios como localización de usuarios pueden ser muy útiles para controlar a los niños, pero existe también innumerables aplicaciones que utilizan la localización precisa de los teléfonos que proporciona la femtocélula. En este sentido, un estudio realizado por ABI Research calcula 2,3 millones de abonados en femtozonas en el año 2012, cuando generarían un negocio de más de 100 millones de dólares. Pero el crecimiento será geométrico y en el 2015 el 45% de los usuarios de femtocélulas estarán suscritos a servicios de femtozonas, empezando por usuarios asiáticos y norteamericanos pero, a medio plazo, también llegarán a Europa.

Dispositivos de bajo consumo y energías renovables al alza ■ Tras el fuerte crecimiento del 41,6% experimentado en 2010, el volumen de negocio global del mercado de semiconductores para la gestión de potencia se verá menguado considerablemente en 2011 debido al frenazo de la demanda, pero todavía conseguirá incrementarse a un ritmo de dos dígitos según un estudio de IHS iSuppli. Los ingresos que aportan estos semiconductores aumentarán hasta los 36.200 millones de dólares en 2011, un 13,9% más que en 2010, y se espera que el crecimiento se mantenga durante todos los trimestres de 2011. El freno esperado en el crecimiento del sector se debe al aumento exagerado durante 2010 que se considera insostenible. Uno de los principales factores que contribuirán a la expansión en 2011 es el desarrollo de dispositivos con baterías más eﬁcientes. Los consumidores buscan baterías con la mayor duración posible en sus aparatos, ya sean móviles, portátiles o GPS. MAR 11 | Mundo Electrónico

Auge de las mDRAM

Los ordenadores de tableta multiplican la demanda de NAND ■ El uso de memoria ﬂash NAND para ordenadores de tableta se multiplicará por cinco a lo largo de este año según un estudio realizado por la ﬁrma consultora IHS iSuppli, hasta alcanzar los 2.300 millones de GB, lo que representaría un crecimiento de más de un 382% respecto al año 2010. A más largo plazo, el mercado seguirá subiendo hasta totalizar 12.300 millones de GB en 2014. La proporción de memorias NAND que utilizan estos dispositivos en relación con el mercado total de memorias NAND aumentará desde casi un 12% del total este año (poco más del 4% en 2010) para alcanzar un 16% del total en 2014. Este crecimiento está relacionado con este tipo de equipamiento del que se espera que evolucione muy positivamente durante los próximos años.

Si las memorias NAND seguirán al alza, no pasa lo mismo con las memorias DRAM que se espera que, con una evolución todavía positiva, ralentice su previsión para los próximos años y eso pese a que el mercado de mDRAM (mobile DRAM) crecerá un 71% a lo largo de este año. Las mDRAM son memorias DRAM especializadas para el mercado de telefonía móvil que incorporan funciones de gestión de energía avanzadas. Se espera que las mDRAM alcancen 2.900 millones de gigabits a lo largo de este ejercicio después de contabilizar 1.700 millones de gigabits el año 2010. El crecimiento seguirá siendo sostenido los próximos años para llegar a un total de 20.500 millones de gigabits en 2015, lo que supone multiplicar por un factor 12 las cifras del año 2010.

El mercado de NFC se muestra prometedor a partir de 2011 ■ El mercado de comunicaciones en campo cercano (Near Field Communication, NFC) ha dejado la fase de innovación y empieza a desarrollarse comercialmente, según un estudio elaborado por la ﬁrma Frost & Sullivan. Su principal aplicación corresponde a los teléfonos móviles, aunque sin una implantación masiva en un mayor número de modelos NFC no podrá desarrollar todo su potencial. Las estimaciones de Frost & Sullivan indican que en 2015 habrá 863 millones de teléfonos móviles con el sistema NFC habilitado. En ese momento, supondría el 53% del mercado total de telefonía móvil. Frost & Sullivan aﬁrma en su estudio que para el 2015 NFC será la solución más utilizada para el pago de móviles

y calcula que el valor de dichos pagos para ese año será de unos 111.190 millones de euros en todo el mundo, y en la Unión Europea alcanzará 41.780 millones de euros. El crecimiento medio interanual previsto durante los próximos cinco años será del 118%. Existen dos posibles modelos de negocio para el mercado de NFC. El primero se basa en el alquiler de memoria, según el cual NFC alquilaría el espacio que precise para la aplicación pertinente; el segundo es el pago anual de un alquiler con un número de acciones determinado. Si se supera el número de acciones se aplicaría un coste adicional. Frost & Sullivan anticipa en su estudio que el segundo modelo será el más aplicado en un futuro.

Células fotovoltaicas

Investigadores de la UPC logran un rendimiento superior al 15% ■ Las células desarrolladas por los investigadores del Grupo de Investigación en Micro y Nanotecnologías de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) han superado en su rendimiento la barrera del 15%. En concreto, han logrado una eﬁciencia de conversión (de la luz solar en electricidad) del 20,5%, cosa que permite aumentar una tercera parte la producción de energía por cada unidad de superﬁcie. Este resultado está al nivel de las investigaciones realizadas por grupos de investigación líderes en este ámbito a escala internacional. Compuestas de silicio cristalino, su funcionamiento es sencillo y similar al de las células convencionales: la luz que captan genera cargas que se recogen en los contactos de las placas y la transforman en corriente eléctrica. Finalmente, la luz solar

convertida en corriente eléctrica se inyecta en la red eléctrica para usos domésticos e industriales. La clave del éxito ha sido minimizar las pérdidas, hecho que convierte las células de silicio desarrolladas por los investigadores de la UPC en las más eﬁcientes del Estado. El resultado de esta investigación está al nivel de otras de las investigaciones hechas en otros países líderes en el ámbito de la energía fotovoltaica. De hecho, el rendimiento máximo de células de este tipo es del 24,7%, logrado por un grupo australiano de la University of New South Wales. ESPAÑA SUPERA LOS 4.000 MW Según la Agencia Internacional de la Energía, España es uno de los países con más potencia fotovoltaica instalada, con más de 4.000 MW. El líder

es Alemania, con 7.203 MW instalados. A escala mundial, de acuerdo con los datos de la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica, la potencia total instalada en 2009 era de 22.787 MW, 15.943 MW de ellos en la UE. De hecho, en dos años, entre 2007 y 2009, la UE se ha convertido en líder del sector, tras haber triplicado el número de instalaciones fotovoltaicas, seguida de lejos por Japón con 2.633 MW. En 2010, según datos de la Red Eléctrica Española, la energía de origen solar cubrió en España un 2% del total de la demanda de energía eléctrica y representa un 6,25 % del total cubierto por medios renovables, categoría a la que pertenecen la energía hidroeléctrica, eólica, solar térmica, biomasa, geotérmica y mareomotriz, entre otras.

Mundo Electrónico | MAR 11

actualidad

Tecnología

Plataforma móvil de ST-Ericsson para teléfonos móviles con pantalla táctil ■ ST-Ericsson ha anunciado una plataforma monochip que permitiría, según fuentes de la propia compañía, reducir el coste de los teléfonos móviles táctiles y además podría conectarse a redes EDGE y WiFi, con la posibilidad adicional de controlar dos tarjetas SIM de diferentes operadores de forma simultánea. El circuito E4915 se ha diseñado para destinarse a teléfonos de bajo coste que requieran funcionalidad multimedia y acceso a Internet de banda ancha. Se ha equipado con un interface de alta velocidad y memoria DDR y es compatible con pantallas táctiles de gran formato y cámaras de hasta 3 Mpuntos. Con previsión de comercialización en la segunda mitad del año, este nuevo dispositivo ofrece soporte a micrófonos duales que reducen signiﬁcativamente el ruido de fondo y permite servicios de voz de canal adaptativo y multiusuario (tipo VAMOS, Voice Adaptive Multi-user channels on One Slot), este sistema permitirá duplicar la capacidad de voz de las redes GSM.

Samsung empieza a diseñar CI de 20 nm ■ Samsung ha entrado en el grupo de los fabricantes que trabajan en tecnología de 20 nm que, además de la compañía coreana, está formado por Intel, GlobalFoundries y TSMC. Samsung empezará a fabricar circuitos en tecnología CMOS con nodos de 20 nm y 12 capas metálicas, interconexiones de cobre y un esquema de puerta metálica de elevado k. Las primeras acciones pasan por transferir la tecnología de 32 y 28 nm al nuevo proceso tecnológico. La compañía seguirá utilizando una inmersión de 193 nm para los nodos de 20 nm con ayuda de una optimización de máscara de fuente (SMO, Source Mark Optimization) duplicando plantillas y utilizando otras técnicas. Samsung ha señalado que el proceso de 20 nm de la compañía es un 30% más rápido que su proceso de 28 nm de baja alimentación. Los nuevos nodos de 20 nm también se alimentarán mediante tensiones de 1,8/1,5 V con tecnología de óxido de doble puerta, dieléctricos gruesos y ﬁnos, etc. MAR 11 | Mundo Electrónico

Con anchos de banda de 400 MHz a 4 GHz

LeCroy anuncia su plataforma de osciloscopios WaveRunner 8 Zi Tania Trapero

■ LeCroy ha presentado seis osciloscopios anunciados como los sucesores de su serie WaveRunner. Los nuevos WaveRunner 6 Zi son los osciloscopios más versátiles del mercado con un ancho de banda desde 400 MHz a 4 GHz. Además incluyen una gran variedad de paquetes de aplicación, mayor capacidad de disparo para aislar problemas con mayor rapidez, una interface de usuario diseñado para un manejo sencillo y una amplia variedad de sondas. El WaveRunner 6 Zi incorpora una pantalla de alta deﬁnición 16:9 de 12,1 pulgadas que se puede rotar e inclinar para visualizar mejor la información. Otra particularidad de este nuevo modelo de osciloscopio es un avanzado TriggerScan especialmente apropiado para capturar únicamente las señales de interés y dar respuesta a alta velocidad. También posee gran capacidad de memoria, de hasta 128 Mpuntos/canal, una frecuencia de muestreo de 40 GS/s, bajo ruido, una completa línea de soluciones comprobadas y herramientas de análisis de datos serie entre las cuales se pueden destacar I2C, SPI, UART, RS-232, audio (I2S, LJ, RJ, TDM), CAN, LIN, FlexRay, MIL-STD1553, SATA, PCIe, 8b/10b, USB2, entre otras. Otra novedad en el diseño es WavePilot, una nueva forma para navegar y controlar las funciones, así como WaveScan, Spectrum, modo historia y LabNotebook.

“Por un lado, el ingeniero es capaz de validar el diseño, depurar, y mediante su capacidad de análisis, caracterizar un sistema embebido sin inconveniente alguno; y, por otro, al tener todo diseñado, está en condiciones de dar solución a cualquier problema”, explicó Raffaella Ricci, Director de Ventas de LeCroy. EL RENOVADO WAVESURFER SERIE B Adler Instrumentos presenta la nueva familia de osciloscopios LeCroy WaveSurfer Serie B con una mayor velocidad de muestreo y memoria mucho más amplia. WaveSurfer-B LeCroy, cuenta con un ancho de banda entre los 200 MHz a 1 GHz, incorpora mejores prestaciones como el modo secuencial, que permite al usuario segmentar la memoria, posee un interface de pantalla táctil de 10,4 pulgadas, cinco puertos USB, una velocidad de muestreo de hasta 10 GS/s y una memoria de hasta 25 Mpts. Otras funciones que incorpora son WaveStream para facilitar la medida de ﬂuctuación (jitter) y de otros problemas; la función WaveScan que reduce el tiempo de detección de problemas difíciles de encontrar con un disparador; y la función LabNotebook que permite elaborar informes personalizados con las anotaciones realizadas por el usuario directamente sobre la pantalla para que ,una vez ﬁnalizado, se pueda ser enviar por correo electrónico desde el propio osciloscopio.

Software gratuito

RS anuncia la versión 2 de DesignSpark PCB ■ RS Components ha presentado la versión 2 de su software gratuito para diseño de placas de circuito impreso DesignSpark PCB. Las mejoras han sido posibles gracias al trabajo junto con Number One Systems, especialistas en software CAD para electrónica, e incluyen nuevas características como la visualización 3D de los diseños, así como una mayor funcionalidad de gestión de la biblioteca. Los nuevos usuarios pueden descargar gratuitamente la nueva versión de DesignSpark PCB en www.designspark. com/pcb. Quienes ya sean usuarios registrados recibirán alertas sobre la actualización de la herramienta. NUEVAS MEJORAS DesignSpark PCB se ha reforzado en tres áreas clave. En primer lugar, la incorporación de la visualización en 3D que permite al ingeniero ver la representación tridimensional de su placa en cualquier etapa del diseño, para evaluar rápidamente los requisitos de diseño mecánico en su actual paquete de CAD. En segundo lugar se encuentran las nuevas funciones de la biblioteca y gráﬁcos de salida, que permiten a los usuarios crear y salvar nuevas bibliotecas, mover componentes directamente a las bibliotecas desde la vista del diseño y ofrecer más ﬂexibilidad en los informes y opciones de impresión. Por último, las mejoras funcionales se encuentran en el menú de proyecto, con nuevas opciones de gestión de diseño que incluyen comando, duplicación y mejora en la resolución de la rotación angular, todos ellos dirigidos a acelerar las pruebas de diseño y desarrollo para los usuarios.

Alcatel-Lucent introduce un nuevo concepto de estación base ■ Alcatel-Lucent se ha vuelto a adelantar a la tendencia del mercado con su lightRadio, un nuevo sistema cuyo resultado podría ser un cambio de paradigma en las estaciones base de las comunicaciones móviles. Ha sido desarrollado por los Bell Labs con una tecnología de antena activa y una compresión CPRI avanzada, con la ayuda de Freescale y HP. La familia de productos lightRadio se compone de diferentes partes: la antena de matriz activa de banda ancha, el cabezal de radio remoto multibanda, el procesador de banda base lightRadio, el control lightRadio y el sistema de gestión que utiliza el gestor activo de servicios (SAM, Service Aware Manager) 5620. Fuentes de Alcatel-Lucent han señalado que esta tecnología podría sustituir a la estación base actual localizada en la base de cada torre de emisión. El nuevo sistema se puede dividir en sus elementos y distribuirlos tanto en la antena como a través de la nube como en una red. Además, este sistema permitiría reducir las antenas para 2G, 3G y LTE en una antena única que puede montarse en torres, laterales de ediﬁcios o cualquier lugar con suministro de energía y una conexión de banda ancha. Mundo Electrónico | MAR 11

actualidad

Tecnología

Conectores eléctricos para vehículos híbridos ■ FCT Electronic es una empresa alemana especializada en fabricación de dispositivos para automoción que ha presentado el nuevo conector eMobility, diseñado y comprobado en Israel dentro de una arquitectura de red de vehículos eléctricos. Este nuevo conector se adapta especialmente a las necesidades de los vehículos híbridos y eléctricos de última generación. Los conectores eMobility cumplen los requisitos del estándar IEC-621962, que determina las especiﬁcaciones mecánicas y eléctricas; además, la nueva familia de conectores también se ha ajustado para homologarse conforme a la normativa IEC-603091:199+A:2005 para un conector de carga de 16 A y se ha homologado por diferentes institutos europeos. Entre las características técnicas de este conector destaca su funcionamiento trifásico para tensiones de 230, 400 y 500 VCA y corrientes de hasta 70 A, con un montaje y desmontaje en modo de secuencia segura, conexión de corte de seguridad, resistente al agua superior a IP44 y un margen de temperatura operativo entre -30 y +70ºC.

Intel confirma que prepara una planta de obleas de 450 mm ■ Intel está poniendo en marcha su primera fábrica para la producción de obleas con diámetro de 450 mm, que estará situada en los EE.UU. y se destinará a la producción de CI en tecnología de 22 nm. La inversión prevista para estas instalaciones se sitúa entre 6.000 y 8.000 millones de dólares. La planta será operativa en 2013 y contará con el equipamiento necesario para la fabricación de obleas con diámetros de 450 mm. Esta tecnología, si bien ya se encuentra disponible, todavía no había sido puesta en marcha por el elevado coste que representa para las empresas y su difícil rentabilización. Por esa misma razón se había ﬁrmado un acuerdo entre Samsung, Intel y Toshiba para ponerla en marcha. Según todos los expertos, los primeros dispositivos reales podrían llegar al mercado en 2018 después de completar el largo camino de puesta en marcha de una nueva tecnología. MAR 11 | Mundo Electrónico

Para parámetros de RF, modulación y OTA

Medidas TD-LTE en analizadores portátiles de Anritsu ■ Anritsu ha presentado el primer paquete para medidas en analizadores portátiles para medir parámetros de RF, modulación y OTA (Over-theAir) en transmisores de radio TD-LTE eNodeB. Este paquete ha sido diseñado para su uso con las familias MT822xB BTS Master y MS272xC Spectrum Master de Anritsu ofrece a operadores, fabricantes de equipamiento para redes, subcontratistas e instaladores que participen en el despliegue de redes LTE un instrumento portátil para test, veriﬁcación y generación de informes de calidad y cobertura del transmisor de la estación base. Con la instalación de la opción de medida de RF para TD-LTE, el MT822xB y el MS272xC pueden medir el espectro del canal, la potencia respecto al tiempo, la Relación de Potencia respecto al Canal Adyacente (Adjacent Channel Leakage Ratio, ACLR) y la Máscara de Emisión Espectral (Spectral Emission Mask, SEM). Se puede visualizar un cuadro de RF de manera que los usuarios puedan ver todos los resultados sobre la pantalla del instrumento.

VISUALIZACIÓN DE MEDIDAS Entre las medidas que se pueden realizar con la opción de Medida OTA para TD-LTE OTA se encuentran la ID de célula, la ID de grupo, la ID de sector y la potencia de la señal de sincronismo (S-SS) para las seis señales de mayor intensidad. También indica la dominancia de SSS. También se pueden visualizar las cinco medidas más importantes: potencia de la señal de referencia, potencia de la señal de sincronismo, EVM, error de frecuencia y frecuencia portadora. La serie MS272xC Spectrum Master, que cubre frecuencias de hasta 43 GHz, ofrece, de momento, el rango de frecuencias más amplio disponible hasta ahora en un analizador de espectro portátil. La serie MS272xC también incorpora un conjunto de aplicaciones para el test de la capa física de RF, facilitando así a los técnicos de campo, empresas e ingenieros, la monitorización de señales de transmisión por el aire, la localización de fuentes de interferencia y la detección de transmisores ocultos.

Componentes pasivos con mayor densidad de potencia ■ Algunos de los principales fabricantes de componentes pasivos, entre los que se incluyen Epcos, Sumida y Via Elektronik, han unido sus fuerzas con especialistas en materiales e institutos de investigación como Teofan, FIT Ceramics, Bosch, Semikron, Faunhofer IISB y Fraunhofer IKTS para lograr nuevos componentes pasivos que maximicen la densidad de energía con el objetivo de mejorar los sistemas de alimentación. El proyecto forma parte del plan de investigación del Ministerio de Educación y Ciencia alemán, que lo ha dotado con 1.669 millones de euros para una inversión total en el proyecto

de 2.923 millones de euros como inversión total privada y pública. La misión es lograr crear las innovaciones básicas en el campo de componentes pasivos para su inclusión en los sistemas de alimentación de nueva generación. El proyecto tiene una duración de tres años durante los que se trabajará en los aspectos esenciales para maximizar la densidad de energía en los componentes pasivos. Con componentes más compactos y, al mismo tiempo, más eﬁcientes, las nuevas fuentes de alimentación permitirían mejorar su rentabilidad y lograrían ahorrar energía, un aspecto esencial en la tecnología del futuro.

Menor consumo de energía

Micros de 32 bit de Microchip con gran número de periféricos ■ Microchip Technology anuncia una familia de microcontroladores PIC32MX5/6/7 de 32 bit formada por seis dispositivos que proporcionan los mismos periféricos integrados para conectividad Ethernet, CAN, USB y serie con nuevas opciones más económicas de memoria. Además, las mejoras en el diseño ofrecen un menor consumo de energía de 0,5 mA/MHz para la corriente activa, mayor duración de la memoria ﬂash con 20 kciclos de lectura/escritura y una mejor capacidad para emulación de EEPROM. La familia más reciente de microcontroladores PIC32 de 80 MHz ayuda a los diseñadores de sistemas embebidos a disminuir sus costes sin sa-

criﬁcar las prestaciones o la funcionalidad. La potencia de cálculo en bruto del núcleo MIPS32 M4K se ha visto maximizada para alcanzar las mejores prestaciones dentro de su categoría en 1,56 DMIPS/MHz, con integración de Ethernet, CAN, USB y múltiples canales de comunicación serie, así como las opciones más económicas de memoria. La familia proporciona 32 KB de RAM y hasta 140 KB de ﬂash. Cada uno de los seis nuevos microcontroladores está disponible en cinco encapsulados diferentes con patillas compatibles: encapsulados TQFP 12x12 mm de 100 patillas, TQFP 14x14 mm y BGA, así como encapsulados TQFP y QFN de 64 patillas.

Memoria impresa de 128 bit con circuitería lógica ■ ThinFilm Electronics y la compañía PARC (perteneciente al grupo Xerox) han completado el diseño de una memoria direccionable Thinfilm de 128 bit. El diseño combina la tecnología de memoria de Thinfilm con una tecnología de transistor desarrollada por PARC para incluir circuitería CMOS que permite reducir significativamente el número de bloques de contacto necesarios para controlar la memoria. El producto de Thinfilm es una memoria de 20 bit basada en contacto, junto con un controlador de memoria destinada específicamente para juegos y juguetes interactivos avanzados. Los productos de Thinfilm direccionables permitirán una integración para crear sistemas imprimibles completos, tales como etiquetas ID, etiquetas

de sensores y etiquetas de precios. Esta nueva tecnología supone un paso adelante para lograr memorias impresas de alta densidad que abrirían grandes posibilidades a nuevos mercados incluyendo su integración con otros elementos impresos como sensores, fuentes de alimentación o antenas. Las dos empresas involucradas en el proyecto están trabajando para proporcionar la siguiente generación de etiquetas de memoria utilizando electrónica impresa, en estos momentos están en fase de desarrollo del prototipo y se espera que a lo largo del año que viene puedan estar disponibles comercialmente. La electrónica impresa permite reducir el número de pasos para la fabricación de componentes y también su coste.

Llegan las memorias ‘universales’ que combinan DRAM y flash ■ Investigadores de la Universidad Carolina del Norte han desarrollado una nueva tecnología de memoria, denominada ‘universal’, que combina la velocidad de las memorias DRAM con la densidad y no volatilidad de las memorias flash. Una nueva tecnología de memoria que utiliza un transistor FET de doble puerta podría reducir considerablemente el consumo de energía, un aspecto fundamental sobre todo en los dispositivos portátiles. La ventaja de la nueva estructura de memorias es que son tan rápidas como las memorias DRAM pero requieren un refresco inferior por lo que consumen menos energía. DOBLES PUERTAS FLOTANTES Y EFECTO TÚNEL DIRECTO Las dobles puertas flotantes aplican el efecto túnel directo cuando almacenan carga para representar los bits, en lugar de inyección de huecos electrónicos como es el caso de las memorias flash; la consecuencia de ello es que pueden trabajar a tensiones más reducidas. Las primeras pruebas requerían el mismo refresco que las memorias DRAM: unos 16 ms. Al incrementar la tensión su valor de dato puede transferirse a la segunda puerta flotante que trabaja de forma similar a una memoria flash tradicional y ofrece un almacenamiento no volátil a largo plazo. En funcionamiento, los ordenadores que utilicen este tipo de memoria para su memoria principal podrían trabajar de forma normal hasta que estuvieran ‘en reposo’. En ese momento los datos podrían transferirse a la segunda puerta para reducir el consumo de energía de la memoria. En el momento que se requieran los datos por parte del ordenador, la segunda puerta los transfiere rápidamente a la primera de forma que puede volver a trabajar de forma habitual. En estos momentos la nueva estructura de memoria se encuentra en plena fase de comprobación por parte de los investigadores, pero tienen esperanzas de que, al trabajar con tensiones más reducidas que las memorias flash, podrían superar la barrera de éstas, que se limita a unos 10.000 ciclos de lectura/escritura. Mundo Electrónico | MAR 11

actualidad

Tecnología

El proyecto europeo SYNAPTIC va por buen camino ■ Ya ha transcurrido el primero de los tres años de duración del proyecto europeo SYNAPTIC (SYNthesis using Advanced Process Technology Integrated in regular Cells), encabezado por la compañía danesa Nangate y otras siete organizaciones europeas y brasileñas, entre las que se encuentra la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). El objetivo de esta iniciativa es optimiza la fabricación y reducción de las variaciones sistemáticas en la tecnologías nanométricas mediante la explotación de la regularidad a nivel de arquitectura, estructura y geometría. REGULARIDAD EN LAS ESTRUCTURAS Los socios del proyecto han indicado que observan estructuras regulares en motores y arquitecturas de computación, que es la base de los dos test de prestaciones industriales que se utilizarán para asegurar los beneficios de la nueva generación de algoritmos y métodos de síntesis. La regularidad a nivel de estructura se utiliza para dirigir y optimizar la generación de funciones booleanas a medida de aplicación específica. Esta aproximación puede solventar las limitaciones asociadas a los métodos de síntesis tradicionales ligados a bibliotecas estándar autónomas. También se ha desarrollado un flujo de generación de bases que permite una generación automatizada de bases de célula estándar con niveles configurables de regularidad y, además, se han desarrollado dos arquitecturas de célula que pueden tomar efectos litográficos en consideración, mejoran la fabricabilidad y, eventualmente, permiten reducir la variabilidad. Además de Nangate y la citada universidad catalana, los socios del proyecto son las compañías STMicroelectronics y Thales, el IMEC, el Politecnico di Milano (Italia) y la Universidade Federal do Rio Grande du Sul (Brasil). También participa Leading Edge como compañía consultora especializada en técnicas de software para diseño electrónico (electronic design automation, EDA) dentro del mercado europeo. MAR 11 | Mundo Electrónico

Implantación electrónica en la retina

Implante biónico ocular para enfermedades degenerativas ■ El CSEM (Centre Suisse d’Electronique et Microtechnique) y la ﬁrma NanoRetina han desarrollado un circuito biónico implantable especialmente diseñado para devolver la vista a los ciegos cuando la ceguera ha sido causada por enfermedades degenerativas retinales. En la actualidad existen unos 10 millones de personas en todo el mundo de 40 o más años que están ciegos, muchos de ellos debido a enfermedades degenerativas como la degeneración macular relacionada con la edad. El implante ocular de alta resolución y ultracompacto que está desarrollando NanoRetina es una retina artiﬁcial que incorpora varios nanocomponentes en un implante muy reducido de un tamaño aproximado de la uña de un niño pequeño. El objetivo del proyecto es desarrollar una nueva generación de implantes retinales que compensen las retinas dañadas sin tener que recurrir a una operación quirúrgica, es decir, el implante se coloca con anestesia local y una pequeña incisión de unos 5 mm, que sigue con el ‘pegado’ del implante sobre la retina dañada. El procedimiento completo duraría una media

hora y se ha diseñado para mantener la armonía con la funcionalidad natural del ojo. FOTORRECEPTOR EN LA RETINA Su funcionamiento natural se basa en un fotorreceptor retinal que reacciona a la luz convirtiéndola en una señal eléctrica que se envía al cerebro mediante el nervio óptico. El cerebro, en ese instante, crea la imagen que se está viendo. Cuando las conexiones nerviosas y el nervio óptico todavía funcional, la retina artiﬁcial permitiría pasar la información visual al cerebro en lugar de los fotorreceptores naturales de la retina dañada. El circuito biónico está compuesto de un pequeño dispositivo de imagen, similar al que utiliza una cámara digital, junto con el interface electrónico que incluye la red de electrodos diseñados para estimular el nervio óptico que tendría que enviar los datos recogidos por el circuito hasta el cerebro. El implante se alimentará mediante una fuente de alimentación externa integrada en un par de receptáculos especiales que el paciente deberá llevar. Las primeras pruebas en humanos están previstas para el año 2013.

Las memorias no volátiles ven reducir su consumo ■ La arquitectura de memorias no volátiles (NVM), también denominada ReRAM puesto que se basan en el cambio de resistencia del dispositivo, tiene un consumo de memoria inferior a las memorias actuales. Un proyecto de la Universidad de Tokio está trabajando en el estudio de su consumo para lo que ha llegado a un acuerdo con la empresa Docea Power para utilizar su software Aceplorer con el ﬁn de modelizar y optimizar el consumo de energía en las nuevas memorias. Las memorias ReRAM consumen mucha menos energía durante la escritura de datos y exhiben una tasa de errores de bit inferior. La nueva arqui-

tectura muestra ventajas en términos de velocidad, consumo de energía y ﬁabilidad en comparación con las RAM tradicionales y, el nuevo software permitirá modelizar el consumo de energía a nivel de sistema electrónico de forma que se pueda investigar la arquitectura de diseño óptima para los futuros dispositivos. La modelización a nivel de sistema es la única forma de lograr simular tanto el consumo de energía como la distribución térmica del mismo, elementos clave para proporcionar suﬁciente información para permitir la optimización de la arquitectura de la memoria.

Basadas en un proceso de TSMC

Altera anuncia FPGA de 28 nm ■ Altera ha introducido dispositivos de 28 nm dentro de las nuevas familias de FPGA Cyclone V y Arria V, la familia recientemente ampliada de FPGA Stratix V y las familias anunciadas anteriormente de ASIC HardCopy V. Con esta gama de 28 nm, Altera aprovecha las ventajas que le proporcionan su tecnología de transceptor, arquitectura de producto, integración de propiedad intelectual (IP) y tecnología de procesos para optimizar soluciones que cubren los diferentes retos del diseño de sus clientes. Para atender de forma efectiva la más amplia variedad de aplicaciones, Altera está utilizando la tecnología de

proceso de 28 nm High Performance (28HP) de TSMC para su familia de productos de gama alta (FPGA Stratix V) y los ASIC HardCopy V, así como la tecnología de proceso de 28 nm LowPower (28LP) de TSMC para sus familias de productos de bajo coste (FPGA Cyclone V) y gama media (FPGA Arria V). El proceso 28LP también permite que Altera proporcione un equilibrio óptimo entre coste, prestaciones y bajo consumo. El uso de la tecnología de proceso 28HP en la gama alta es un aspecto crítico para ofrecer las prestaciones del núcleo y del transceptor que exigen las aplicaciones de alto nivel.

Los nanomateriales ganan terreno para la soldadura ■ Los cojines de soldadura podrían quedar pronto obsoletos si el nuevo material creado por Semiconductor Research junto con la Universidad de Stanford cumple las expectativas. Mediante la introducción de nanotubos de carbono térmicamente conductivos entre dos hojas metálicas finas se consigue una nanocinta que transfiere el calor fuera de los circuitos mejor que las soldaduras y además es un material más ligero y flexible, más barato y adecuado para la electrónica, según han señalado los propios investigadores. Las soldaduras actuales son demasiado gruesas y rígidas desde un punto de vista mecánico, lo que complica determinados trabajos que podrían mejorar considerablemente con el nuevo material. La nanocinta consiste en una alineación vertical de nanotu-

bos de carbono como núcleo central y recubierto en la parte de arriba y abajo por aleaciones específicamente elegidas para contactar con el disipador térmico y el circuito. Desde un punto de vista físico parecen un cojín de soldadura estándar porque tanto la parte superior como la inferior son metálicas, pero el núcleo central le proporciona unas características específicas de conducción gracias a los nanotubos de carbono. Además, el nuevo material puede trabajar con el equipamiento estándar actual. Inicialmente el material, que tiene una conductividad térmica comparable con el cobre, se fabricará como material de sustitución directa de los cojines de soldadura. Sin embargo, sus características de flexibilidad le permiten también generar un nuevo tipo técnicas de encapsulado.

Analizador vectorial de redes con calibración automática de LeCroy ■ LeCroy, a través de su distribuidor Adler Instrumentos, ha presentado un nuevo concepto de instrumento: la serie de analizadores de redes vectoriales Sparq. El Sparq mide parámetros de desviación de señal (scattering) hasta 40 GHz en cuatro puertos, simplemente presionando un botón y con un coste que según el fabricante es cinco veces más bajo que con los métodos tradicionales, como los analizadores vectoriales de redes (VNA). El Sparq es un instrumento en el dominio temporal que utiliza tecnología TDR/T junto con innovaciones en materia de adquisición de LeCroy para la medida de los parámetros S del dispositivo bajo prueba. El Sparq muestra los resultados de las medidas tanto en el dominio de la frecuencia como en el dominio del tiempo, con resultados de las medidas en archivos estándar para ser cargados en software de simulación de terceros. La unidad es pequeña, robusta, basada en PC y fácilmente transportable, e incluye todas las herramientas hardware y software requeridas por el ingeniero de integridad de señal para caracterizar dispositivos pasivos. El Sparq se calibra utilizando una referencia OSLT (circuito abierto, cortocircuito, carga y paso) interna. Esto permite automatizar la calibración y la medida simplemente pulsando un botón y sin la necesidad de conectar y desconectar estándares de calibración. Los modelos “E” de Sparq incluyen la capacidad de calibración interna, soportando también calibraciones manuales mediante el uso de un kit de calibración externo. CALIBRACIÓN AUTOMÁTICA Cuando se utiliza la calibración automática, el Sparq elimina automáticamente los efectos de los cables, conectores, adaptadores y cualquier accesorio de test para devolver únicamente los parámetros S del dispositivo bajo prueba. Los usuarios no tienen necesidad de preocuparse acerca de la ubicación del plano de referencia, ni de emplear software adicional para ayudar en el proceso de medición. Se pueden mostrar en pantalla hasta 16 formas de onda simultáneamente con los resultados de las medidas, con la posibilidad de realizar zoom, cambios de posición, así como realizar medidas y funciones matemáticas sobre las formas de onda. Mundo Electrónico | MAR 11

dossier

Energía Solar Fotovoltaica

La incertidumbre se ceba en la industria fotovoltaica El sector de la energía fotovoltaica está desarrollando nuevos sistemas de acumulación que, junto a la disminución de costes y la expansión de nuevos canales de promoción, habrían de paliar el descenso de la demanda y favorecer el aumento del volumen de negocio. Sin embargo, en España los bruscos cambios del entorno regulatorio han generado unos altibajos que en nada favorecen la potenciación de esta actividad en nuestro país.

Clara Sánchez

n estudio reciente de IMS Research indica que las nuevas instalaciones mundiales de energía fotovoltaica crecieron un 130% hasta llegar a una capacidad de generación de potencia de 17,5 GW en 2010 y una previsión de crecimiento de dos dígitos para 2011 hasta 20,5 GW. Según el estudio, 22 países instalarán más de 50 MW este año y, aunque la reducción de demanda por parte de Alemania y la República Checa restringirá el crecimiento previsto, ésta se verá compensada por los menores costes de producción. Otro factor a tener en cuenta es el uso de energía por parte de fábricas, que en 2010 aumentó un 70% y en casi el 90% en el tercer cuatrimestre del año. Aunque la demanda creciera y no lo hiciera la oferta, los precios de los inversores cayeron un 11%. De hecho, IMS prevé que será uno de los segmentos del mercado más prometedores ya que se convertirá en un negocio atractivo para muchos distribuidores. El estudio muestra las nuevas pautas en las que Europa pierde protagonismo y Asia, junto a EE.UU., le toman el relevo. El mercado global de la energía solar fotovoltaica llegará a los 850 millones de dólares en 2014, que representa un crecimiento anual del 25% según otro análisis de la misma empresa. Las previsiones de IMS para el sector a largo plazo son positivas ya

MAR 11 | Mundo Electrónico

que el mercado duplicará su tamaño de nuevo en los próximos cinco años. Por otro lado, según Gartner Group, entre 2005 y 2010 la demanda mundial de electricidad ha crecido un 21%. Si los cálculos de esta empresa se cumplen, se precisará que la generación mundial de energía sea de 2000 GW en 2030 para hacerle frente, por lo que el mercado se estabilizaría una vez equiparadas oferta y demanda. Otro estudio de Bank Sarasin indica que España sigue siendo un país interesante para el desarrollo de la energía solar y que será uno de los primeros países en el que los proyectos fotovoltaicos se implementarán sin subvenciones estatales. El estudio también prevé que a escala mundial la bajada de los costes, la mejora en la eﬁciencia y la expansión de los canales de marketing empujaran a la industria fotovoltaica hacia un crecimiento interanual del 45% al 50% durante 2012. Algunos especialistas sostienen que el volumen de negocio de la industria de la energía solar superará a la de semiconductores entre los próximos 10 a 20 años ya que su posible integración arquitectónica en los cascos urbanos facilita su uso y expansión. De hecho, un estudio de previsiones de Green Peace aﬁrma que para 2020 se habrán creado más de 6,5 millones de puestos de trabajo debido a una im-

plantación más rápida de las renovables en suelos urbanos. Sin embargo, la crisis económica ha causado la devaluación de empresas que cotizan en bolsa y esto, por descontado, ha tenido efectos sobre el sector privado, lo que ha ralentizado este desarrollo previsto. LA UE PRETENDE ALCANZAR UN 20% DEL CONSUMO RENOVABLE Por parte de la UE, el Comisario de Energía, Günther Oettinger, caliﬁcó como "no correctos" los recortes del gobierno, lo que supone un respaldo importante para las asociaciones de empresas del sector fotovoltaico en España. El estudio de Bank Sarasin al que hemos hecho referencia con anterioridad aﬁrma que el crecimiento europeo se situará en torno al 14%, lo que favorecerá que la energía solar fotovoltaica “pueda sobrevivir sin programas de subvención estatal a la vez que consiguen paridad en la red”. La crisis económica está afectando gravemente al sector ya que la propia naturaleza del negocio y la necesidad de adquirir materias primas necesarias para los paneles hacen inviable el pago a crédito. La imposibilidad para muchos clientes de abonar las compras al contado debido a la falta de liquidez de la economía ha provocado un frenazo al crecimiento.

Tabla 1. Evolución del marco legislativo español en el sector fotovoltaico Potencia instalada Potencia acumulada

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

0,6

1,4

0,7

2,4

3,8

4,9

6,5

10,4

20,3

102

535

2.705

160

695

3.400

3.442

RD 2818/1998

RD 1663/2000

RD 436/2004

RD 661/2007

RD 1578/2008

Fuente: Mº de Industrua, Turismo y Comercio.

Tabla 2. Evolución de las instalaciones de energía fotovoltaica en Europa Alemania Francia Italia España

2006 850 8 10 102

2007 1.100 11 70 542

2008 2.001 46 338 2.708

2009 3.900 185 730 5

2010 7.000 500 1.500 100

Fuente: EPIA, CNE.

REGULACIÓN DE LAS PRIMAS SOBRE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA En España, el Gobierno dictó en diciembre el Real Decreto-Ley 14/2010, que reduce a 1.250 el número de horas de producción de energía solar que se pueden verter a la red con derecho a prima durante los próximos tres años, lo que supondría el 30% de la facturación del sector. Un estudio de CC.OO. alerta que la expectativa de crecimiento alcanzaba una previsión de 7.270 empleos para 2020 pero que el recorte de las primas del Gobierno altera radicalmente el escenario. El recorte estimado supone un ahorro de 900 millones de euros para el Ministerio de Industria, cifra equivalente a un tercio de la facturación del sector. El Gobierno deﬁende que las medidas responden a la necesidad de reducir el déﬁcit de tarifa, es decir, la cantidad que se adeuda a las grandes distribuidoras eléctricas por toda una serie de conceptos que se acordaron con tal de compensar la liberalización del servicio. Según representantes del sector, el gobierno ha tomado decisiones incontroladas y pésimas políticas de respuesta a las realidades económicas y ambientales en lugar de servir al interés general de los ciudadanos. La Asociación Empresarial Fotovoltaica (AEF), la Asociación de la Industria Fotovoltaica (ASIF) y la Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA) denuncian la incapacidad del gobierno de aplicar una visión progresista y de futuro de las energías reno-

vables, así como de haber propiciado la inseguridad en el sector energético, el cual asegura que la nueva situación sitúa el estado español en medio de un caos regulatorio. ASIF propuso implantar una regulación que incluyera el autoconsumo de electricidad fotovoltaica para que España obtuviera unos retornos económicos, ambientales y de seguridad energética mayores, pero al parecer el gobierno no quiso negociar las pautas de la nueva regulación. El desarrollo del negocio fotovoltaico en nuestro país ha sido mayúsculo en los últimos años. De hecho, las previsiones de ASIF para 2010 apuntaban hacia un descenso de costes y mejoras en la eﬁciencia que compensarían, en cierta medida, la menor inversión del gobierno. La presidenta de la Comisión Nacional de la Energía, María Teresa Costa, se mostró partidaria de aplicar “criterios de racionalidad” en las subvenciones para reordenar la situación en el sector. En las tecnologías verdes aﬁrmó que hay que “comparar lo que cuesta la tecnología y lo que aporta al sistema” ya que el 43% de la prima se la lleva la solar, que tiene poca aportación al sistema y es más cara que la eólica. Antonio Padilla, Responsable de Desarrollo de Negocio para el Sector de Energías Renovables de AT4 Wireless, explica que a escala mundial los mercados pioneros como Alemania y España han ido cediendo el protagonismo a otros países emergentes como Italia, Francia o EE.UU. ya que “estos países intentan marcar unas pautas re-

guladoras que les permitan crecer con garantías de futuro”. Los avances tecnológicos siguen un ritmo satisfactorio pero la crisis económica ha menguado la demanda de producción del sector y puede retrasar el gran objetivo de alcanzar la paridad con las energías de procedencia de combustible fósil, denominada “paridad con la red”. Esto supondría un incremento significativo de la potencia dedicada al autoconsumo, con mayor protagonismo a los edificios y al coche eléctrico, entre otras aplicaciones. La propuesta del Real Decreto es llegar a un sistema de balance neto de energía: instalaciones destinadas a producir para autoconsumo y asociadas a suministros existentes. La red actuaría como colchón para absorber excedentes de producción y éstos no se pagarían, sino que se compensarían descontándose directamente de la factura del abonado. Además, los excedentes no compensados se acumularían para próximas facturaciones. Estos nuevos criterios permitirían que se limitara la demanda energética sobre el sistema y se acerque a la gestión de la demanda. En España, la aprobación del RD 1578/2008 fomentó la instalación de más de 2,5 GW de potencia en un solo año, muy por encima de otros países como Alemania que tradicionalmente había sido el primero de la clasificación. Esta situación puntual ha hecho que sea más evidente la recesión de estos años, puesto que el crecimiento en instalaciones no es equiparable a la demanda de energía. El desarrollo de las células solares fotovoltaicas tuvo un despegue notorio a principios de los 80 y la crisis energética reciente, agravada por el alto coste de los combustibles fósiles, la dependencia energética y la mayor concienciación social por emplear energías menos contaminantes, está favoreciendo de nuevo la apuesta por la tecnología fotovoltaica. ●

Tabla 3. Evolución de la industria de energía solar fotovoltaica en Alemania (2006-2014) Mercado anual Previsión de la potencia acumulada

2006 843 2.899

2007 1.271 4.170

2008 1.809 5.979

2009 3.806 9.785

2010 5.000 14.785

2011 3.000 17.785

2012 3.000 20.785

2013 4.000 24.785

2014 4.000 28.785

Fuente: EPIA.

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Energía Solar Fotovoltaica

IGBT de alta tensión optimizados para inversores solares

Ante el impulso que recibe la adopción de fuentes ecológicas de energía, aplicaciones como electrodomésticos, iluminación, herramientas eléctricas y otros equipos industriales están aprovechando rápidamente las ventajas de la energía solar. Para cumplir de manera efectiva las exigencias de estos productos, los diseñadores de fuentes de alimentación están convirtiendo de manera eﬁciente la energía del Sol en la tensión CA o CC deseada con un número mínimo de componentes y un alto grado de ﬁabilidad y robustez.

Wibawa T. Chou Ingeniero Jefe de Aplicaciones International Rectiﬁer

ediante una combinación óptima de IGBT en el lado de bajo (low-side) y alto potencial (high-side) dentro de una topología de puente completo se optimiza el diseño de un inversor CC/CA para generar de manera eﬁciente una potencia de salida de 500 W con una forma de onda senoidal de 120 V y una frecuencia de 60 Hz. La entrada de 200 V para este inversor procede de un panel solar.

Para generar eﬁcientemente la tensión o la corriente CA deseada para estas aplicaciones, el inversor solar necesita una combinación apropiada de los dispositivos controlador, de gobierno y de potencia a la salida. Con el ﬁn de lograrlo se presenta un diseño de inversor CC/CA optimizado para una potencia de salida de 500 W con una forma de onda senoidal monofásica de 120 V y una frecuencia de 60

Hz. Un convertidor de tensión CC/CC conectado a un panel fotovoltaico suministra una entrada de 200 V CC a este inversor. Sin embargo, este diseño no ofrece información detallada sobre el panel solar ya que no constituye el principal punto de interés. Existe actualmente una amplia variedad de interruptores avanzados de potencia como los MOSFET, los transistores bipolares o BJT y los IGBT para

Figura 1. Para generar eﬁcientemente una salida de 500 W CA, este inversor de energía solar combina IGBT de alta tensión en el lado de bajo y de alto potencial (low-side y high-side) en una topología de puente completo. MAR 11 | Mundo Electrónico

la conversión de potencia. Ahora bien, para conseguir la los máximos niveles de eficiencia de conversión y de prestaciones hace falta escoger los transistores de potencia más adecuados para esta aplicación. La investigación y el análisis desarrollados a lo largo de los años indican que un IGBT ofrece varias ventajas frente a otras alternativas dentro de los transistores de potencia. Entre tales ventajas se encuentran su capacidad para manejar una mayor corriente, el control de puerta mediante tensión en lugar de corriente y la capacidad de encapsular conjuntamente un diodo de recuperación ultrarrápida para una desconexión más rápida. Asimismo, el perfeccionamiento de la tecnología de proceso y de la estructura del dispositivo han mejorado considerablemente las características de conmutación del IGBT. Otros aspectos a destacar son sus mejores propiedades de conducción, amplia área de funcionamiento seguro (safe operating area, SOA) con un alto grado de robustez. Una vez valorados estos factores, en el diseño de este inversor es preferible implementar IGBT de alta tensión como interruptores de potencia. Dado que la topología del inversor implementado en este diseño es de puente completo, existen cuatro IGBT de alta tensión utilizados en este inversor solar (figura 1). En este circuito, los transistores Q1 y Q2 se indican como IGBT en el lado de alto potencial (high-side), mientras que Q3 y Q4 son dispositivos en el lado de bajo potencial (low-side). Con el fin de mantener a la baja las pérdidas totales de potencia y una elevada eficiencia de la conversión de potencia se recurre a un conjunto apropiado de IGBT en el lado de bajo y de alto potencial (low-side y high-side) en esta solución de inversor CC/CA. [1] IGBT DE ZANJA Y PLANOS Con el fin de minimizar simultáneamente los armónicos y la disipación de potencia, el inversor aplica la modulación de anchura de impulso (pulsewidth modulation, PWM) para los IGBT en el lado de alto potencial, mientras que los dispositivos de potencia en el lado de bajo potencial conmutan a 60 Hz. Al trabajar a una frecuencia de PWM igual o superior a 20 kHz con una modulación a 50/60 Hz para los IGBT en el lado de alto potencial, los inductores de salida L1 y L2 son pequeños para proporcionar un filtrado eficaz de los armónicos. Asimismo, el ruido audible del inversor también se minimiza ya que la frecuencia de conmutación

■ “Existe

actualmente una amplia variedad de interruptores avanzados de potencia como los MOSFET, los transistores bipolares o BJT y los IGBT para la conversión de potencia”

se sitúa por encima del espectro del oído humano. Tras investigar varias técnicas de conmutación con diferentes combinaciones de IGBT se llegó a la conclusión de que la composición para obtener el menor nivel de pérdidas y las mayores prestaciones del inversor es la utilización de IGBT de zanja (trench) ultrarrápidos para transistores en el lado de alto potencial y dispositivos planos de velocidad estándar para la sección de bajo potencial. Si se comparan los dispositivos planos de velocidad rápida y estándar, los IGBT de zanja ultrarrápidos que conmutan a 20 kHz proporcionan la menor suma total de disipación de potencia en conducción y en conmutación. Otra ventaja de la conmutación a 20 kHz para los transistores en el lado de alto potencial es que los inductores de salida tienen un tamaño razonablemente reducido y el ﬁltrado resulta sencillo. Del mismo modo, para el lado de bajo potencial, los IGBT planos con velocidad de conmutación estándar a 60 Hz dan como resultado el nivel más bajo de disipación de potencia. Al analizar las características de con-

■ “Para conseguir

la los máximos niveles de eﬁciencia de conversión y de prestaciones hace falta escoger los transistores de potencia más adecuados para esta aplicación”

mutación de un IGBT de zanja ultrarrápido de alta tensión (600 V) se observa que estos dispositivos están optimizados para conmutar a 20 kHz. Esto se traduce en menos pérdidas en conmutación para estas frecuencias, incluyendo valores más bajos de la tensión de saturación entre colector y emisor VCE(on) y de la energía total de conmutación ETS. Como resultado de ello, las pérdidas totales de potencia en conducción y en conmutación se mantienen al mínimo. Según esto, se escogen IGBT de zanja ultrarrápidos como el IRGB4062DPBF como dispositivos de potencia en el lado de alto potencial. Además, este IGBT de zanja ultrarrápido también se encapsula junto a un diodo ultrarrápido de recuperación suave que también ayuda a mantener unas bajas pérdidas en conmutación. A todo ello hay que añadir que en estos IGBT no se generan cortocircuitos porque los inductores de salida L1 y L2 limitan di/dt cuando la salida del inversor está cortocircuitada, ofreciendo así al controlador el tiempo suficiente para reaccionar de la forma apropiada. Además, los IGBT preparados para cortocircuitos ofrecen una mayor VCE(on) y una mayor ETS que los IGBT que no lo están y con las mismas dimensiones. En consecuencia, con una mayor VCE(on) y una mayor ETS , los IGBT preparados para cortocircuitos aportan más pérdidas de potencia para disminuir la eficiencia del inversor de energía. Además, los IGBT de zanja ultrarrápidos también ofrecen una área operativa de polarización inversa de forma cuadrada, una temperatura máxima de unión de 175°C y pueden resistir cuatro veces la corriente nominal. Como demostración de su robustez, estos dispositivos de potencia también están comprobados al 100% para cargas inductivas de referencia. Al contrario del lado de alto potencial, las pérdidas en conducción son las predominantes en los IGBT del lado de bajo potencial. Dado que la frecuencia de trabajo es de sólo 60 Hz para los transistores en el lado de bajo potencial, las pérdidas en conmutación son insignificantes para estos dispositivos. Tal como se explica detalladamente en la referencia, los IGBT planos de velocidad estándar están especialmente preparados para bajas frecuencias y menores pérdidas en conducción. Por tanto, con los dispositivos del lado de bajo potencial conmutando a 60 Hz, el nivel más bajo de disipación de potencia para estos IGBT se logra mediante IGBT planos de velocidad estándar. Dado que las pérdidas en conmuMundo Electrónico | MAR 11

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Energ铆a Solar Fotovoltaica

Figura 2. Este circuito inversor de energ铆a solar utiliza CI controladores de puerta de alta tensi贸n y alta velocidad para el gobierno de cada rama del puente en H.

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tación son insignificantes para estos dispositivos, la disipación total para los IGBT planos de velocidad estándar no se ven afectadas por sus pérdidas en conmutación. Teniendo en cuenta esto, el IGBT de velocidad estándar IRG4BC20SD es la elección para los dispositivos de potencia en el lado de bajo potencial. Un IGBT de cuarta generación encapsulado junto a un diodo antiparalelo de recuperación suave y ultrarrápido está optimizado para una mínima tensión de saturación y bajas frecuencias de trabajo (<1 kHz). El valor típico de VCE(on) es de 1,4 V a 10 A. Los diodos coencapsulados junto a los IGBT en el lado de bajo potencial (lowside), especialmente adaptados para unos niveles extremadamente bajos de la caída de tensión directa y de la corriente de fuga inversa, están optimizados para minimizar las pérdidas durante la circulación libre (freewheeling) y la recuperación inversa. EFICIENCIA DEL INVERSOR La figura 2 muestra el circuito inversor de energía de puente completo al nivel del sistema. Tal como se indica en esta figura, cada rama del puente en H se gobierna mediante un CI de gobierno de puerta de alta tensión y alta velocidad con canales de salida independientes y con referencia al lado de bajo y de alto potencial. El canal flotante del circuito de control IRS2106SPBF permite el funcionamiento con una sola fuente de alimentación con autoelevación para los transistores de potencia en el lado de alto potencial. De ahí que se suprima la necesidad de una fuente de alimentación aislada para el gobierno del lado de alto potencial. Esto se traduce en una mejor eficiencia para el inversor y una reducción del número de dispositivos del sistema completo. Los condensadores de autoelevación para estos controladores se refrescan con cada ciclo de conmutación (50 µs) cuando la corriente circula libremente en los diodos encapsulados con los IGBT del lado de bajo potencial. Dado que los diodos coencapsulados con Q1 y Q2 en el lado de alto potencial no están sujetos a la corriente de circulación libre y que Q3 y Q4 en el lado de bajo potencial tienen una mayoría de pérdidas en conducción y muy pocas pérdidas en conmutación, las pérdidas totales del sistema se ven minimizadas y la eficiencia del sistema se maximiza. Además, debido a que en cualquier momento la conmutación se implementa en pares de dispositivos dispuestos en diagonal (Q1 y Q4 o Q2 y Q3), se elimina la posibilidad de con-

Figura 3. Formas de onda de salida de los CI controladores de puerta y tensión de salida senoidal.

ducción cruzada. A todo ello hay que añadir que cada uno de los CI controladores de salida incorpora una etapa intermedia para grandes pulsos que se ha diseñado para minimizar la conducción cruzada. Otra característica destacada de este inversor es que funciona con una sola fuente de alimentación de CC. Elimina así la necesidad de un bus de CC negativa. En resumen, para el sistema inversor en su conjunto esto se traduce en una mayor eﬁciencia

y un menor número de componentes. Menos componentes también signiﬁcan menos espacio y una lista de materiales más reducida. En este diseño de inversor, la fuente de +20 V se aplica primero para alimentar el microprocesador y los circuitos de gestión interna. Para el código fuente implementado, el microcontrolador de 8 bit PIC18F1320 utilizado en este inversor genera la señales para los controladores del IGBT

Figura 4. La conmutación de los IGBT en el lado de alto potencial (high-side) a 20 kHz y de bajo potencial (low-side) a 60 Hz produce una onda senoidal de 60 Hz en el condensador de salida, a continuación del inductor de salida. Mundo Electrónico | MAR 11

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Energía Solar Fotovoltaica

Temp. a 100 W

Temp. a 200 W

Temp. a 350 W

Temp. a 450 W

Temp. a 500 V

39,2°C

48,1°C

60,4°C

71,3°C

80,0°C

guración fue del 97,09%. Con una configuración parecida, a continuación se adaptó el inversor para una salida de 200 W y se midió de nuevo la eficiencia de la conversión. Se observó que la potencia CA en la carga era de 214 W con una pérdida de potencia de 6,0 W, mientras que la tensión de salida a 60 Hz era de 124,6 V con una corriente de salida de 1,721 A. La eficiencia de conversión medida para este valor de la potencia fue del 97,28%. Se observaron niveles parecidos de eficiencia incluso al nivel más bajo de la potencia de salida, que es de 100 W. La figura 5 muestra la eficiencia del inversor medida dentro de un rango de la potencia de salida de 100 a 500 W con la misma entrada de CC. Esta figura indica que la alta eficiencia de salida >97% se mantiene para todo el amplio rango de la potencia de salida, si bien la pérdida de potencia se incrementa a medida que se eleva la potencia de salida. En resumen, mediante la combinación de los controladores de alta tensión adecuados y los IGBT de alta tensión en el lado de bajo y de alto potencial, el diseño del inversor de energía solar descrito ofrece constantemente una elevada eficiencia de conversión para potencias de salida en el rango de 100 W a 500 W. Dado que la eficiencia de conversión es tan alta, la baja disipación de potencia no presenta ninguna dificultad en cuanto a la gestión térmica. En consecuencia, para la máxima potencia de salida de 500 W, la temperatura de unión medida para los IGBT del lado de alto potencial IRGB4062DPBF es de unos 80°C, menos de la mitad que la temperatura máxima de unión especificada de 175°C. De manera parecida, para el mismo nivel de potencia, los IGBT en el lado de bajo potencial IRG4BC20SDPBF indican una temperatura de unión de 83°C. Y para una potencia de salida cercana a 200 W, las lecturas de temperatura son aún más bajas. Tal como se señala en la tabla 1, los transistores en el lado de alto potencial leen 48,1°C, mientras que los dispositivos en el lado de bajo potencial miden 49,1°C, respectivamente. Por tanto, la tarjeta de demostración que incorpora los controladores y los IGBT de alta tensión funcionó sin ventilador hasta 500 W. [2]

39,2°C

48,1°C

60,1°C

71,2°C

79,0°C

REFERENCIAS

39,5°C

49,1°C

62,1°C

74,2°C

83,0°C

39,2°C

48,5°C

61,0°C

72,7°C

81,0°C

Figura 5. Tal como se indica, la eﬁciencia del inversor CC/CA permanece constantemente por encima del 97% para un amplio rango de la potencia de salida.

que en última instancia proporcionan las señales para el gobierno apropiado de los IGBT. Los controladores de puerta, implementados en un proceso propio de CI avanzado de alta tensión (G5 HVIC) y con tecnologías CMOS inmunes a retención, incorporan técnicas de variación de nivel de alta tensión y de terminación que permite a los controladores generar las señales apropiadas para el control de puerta a partir de la baja tensión de entrada procedente del microcontrolador. La entrada lógica es compatible con la salida estándar CMOS o LSTTL, a partir de una lógica de 3,3 V. Los diodos ultrarrápidos D1 y D2 ofrecen la ruta para la carga de los condensadores C2 y C3 y asegurar la correcta alimentación de los controladores en el lado de alto potencial. Las formas de onda de salida se pueden ver en la ﬁgura 3. Tal como se muestra, du-

rante el semiciclo positivo de salida, el IGBT Q1 en el lado de alto potencial está modulado con un PWM senoidal, mientras que Q4 en el lado de bajo potencial está conduciendo. De forma parecida, durante el semiciclo negativo de salida, Q2 en el lado de alto potencial está modulado con un PWM senoidal mientras Q3 en el lado de bajo potencial está conduciendo. Esta técnica de conmutación produce 60 Hz de onda senoidal CA en el condensador de salida C4, tras el filtro LC de salida. Con el inversor diseñado para una salida de 500 W, la potencia de salida CA medida fue de 480,1 W con una pérdida de potencia de 14,4 W. La tensión de salida CA a 60 Hz fue de 117,8 V con una corriente de salida de 4,074 A. La forma de onda de 60 Hz para esta salida de 500 W se muestra en la figura 4. La eficiencia medida para esta confi-

Tabla 1. Temperatura de unión de IGBT para varios niveles de potencia de salida IGBT IRGB4062DPbF Q1 IRGB4062DPbF Q2 IRG4BC20SDPbF Q3 IRG4BC20SDPbF Q4

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[1] “Choose Your IGBTs Correctly for Solar Inverter Applications”, by Wibawa Chou, Power Electronics Technology, August 2008, p.20. [2] DC to AC Inverter IGBT Demo Board. ●

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Energía Solar Fotovoltaica

Soluciones completas de acumulación energética para mobiliario urbano e interurbano aislado El desarrollo de las redes de telecomunicaciones, así como de los cada vez más eﬁcientes sistemas de visualización e iluminación basados en tecnología LED de bajo consumo, están favoreciendo el despliegue de un mobiliario urbano e interurbano que cada día ofrece más servicios de interés para el ciudadano sin perder la referencia de una mayor concienciación con el medio ambiente, no sólo reﬂejada en el uso de fuentes de energías renovables, sino también en la búsqueda de soluciones que impliquen un menor impacto en la infraestructura actual.

Javier Sánchez Collada Responsable Comercial Saft Baterías

os nuevos sistemas alimentados por fuentes renovables o discontinuas, o incluso mediante fuentes autónomas si se trata de dispositivos de bajo consumo (cuya utilización está muy generalizada en el segmento de telemedición), están íntimamente vinculados al desarrollo de las baterías electroquímicas. Saft ha desarrollado un concepto de batería especialmente destinada a satisfacer los requisitos energéticos de aquellos sistemas que, por su emplazamiento físico, no disponen de una fuente continua de energía. Los módulos VHT de tecnología de níquel-hidruro metálico (NiMH) de Saft han sido desarrollados para ofrecer alta ciclabilidad en aplicaciones al exterior. Sus altas prestaciones apoyadas en su electroquímica, junto a su electrónica de gestión de carga y descarga, proporcionan unas cualidades óptimas en sistemas alimentados mediante paneles solares, pequeñas turbinas eólicas, o que están conectados a fuentes discontinuas de energía. La electroquímica de NiMH se caracteriza por ofrecer una capacidad de ciclado muy por encima de otras

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electroquímicas tradicionales de plomo-gel, e incluso superiores a la gran mayoría de baterías construidas con pares electroquímicos basados en ión de litio que pueden encontrarse en el mercado. MONITORIZACIÓN DEL SISTEMA Desde el punto de vista técnico, la electrónica del Battery Manage-

ment System (BMS) monitoriza y gestiona en todo momento los procesos de carga y descarga de las celdas de NiMH del módulo. Esto permite que el usuario de la batería pueda tener acceso en tiempo real, mediante comunicación serie, a información detallada referente a tensión, corriente, estado de carga, e incluso estado de salud de la ba-

tería; o simplemente, atender a una prealarma digital, si el sistema sólo necesita ser notificado de haber llegado a un estado de carga, con el objeto de cambiar el modo de administrar la energía restante dentro de la batería, lo que es de gran utilidad en farolas fotovoltaicas. La incorporación de un BMS en la batería permite la alimentación directa de los módulos VHT por medio de un panel fotovoltaico sin necesidad de incluir un regulador solar, lo que simplifica y abarata la instalación del sistema. En esencia, los módulos VHT de Saft consisten en acumuladores capaces de gestionar por sí mismos las fuentes a las que están conectados, asegurando en todo momento el adecuado flujo energético hacia el sistema al que dan soporte. Se trata de una solución completa. Desde el punto de vista de la ciclabilidad, los módulos VHT ofrecen unas elevadas prestaciones en lo que a vida en ciclos se refiere, llegando a ofrecer más de 5.000 ciclos a una profundidad de descarga del 20%, con una temperatura permanente de 50ºC, condiciones que claramente no pueden afrontar otras tecnologías de acumulación pero que ponen de manifiesto la fiabilidad a largo plazo que ofrecen los módulos. PLAZOS MÁS PROLONGADOS DE REPOSICIÓN Por otro lado, dado que se trata de una batería con un par electroquímico de níquel, el módulo VHT no presenta el fenómeno de “muerte súbita” característico en los acumuladores basados en reacciones de plomo y plomo-gel. Los módulos VHT avisan con antelación acerca de su estado de salud permitiendo al usuario final planificar un cambio en el momento más adecuado, alargando y optimizando al máximo los periodos de reposición, sin que ello suponga un impacto económico fortuito e impredecible. El módulo VHT de Saft está disponible en diferentes topologías y capacidades por lo que es fácilmente integrable. Existen versiones prismáticas y tubulares (diámetros de 140 mm y 110 mm) normalizadas para tensiones de 12, 24 y 36 V, y capacidades de 10 Ah a 20 Ah. Por lo que respecta al encapsulado, existen versiones que cumplen las especificaciones IP54 para aplicaciones en el exterior equipadas con carcasa de aluminio.

La alta capacidad de ciclado, unido a su buena densidad y eficiencia energética, confieren a los módulos VHT unas notables aptitudes para ofrecer soluciones de acumulación muy compactas y robustas. Esto resulta muy interesante en despliegues en campo de dispositivos aislados que requieran largos períodos de mantenimiento con el fin de reducir costes. Además, un tamaño reducido y flexible contribuye a proporcionar una mayor libertad al diseño mecánico de la estructura que ha de dar soporte físico al sistema, un aspecto especialmente destacable desde el punto de vista estético y crucial en la integración arquitectónica de mobiliario urbano. ●

■ “La incorporación

de un BMS en la batería permite la alimentación directa de los módulos VHT por medio de un panel fotovoltaico sin necesidad de incluir un regulador solar, lo que simpliﬁca y abarata la instalación del sistema” Mundo Electrónico | MAR 11

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Telecomunicaciones

Red inalámbrica de sensores

Gestión del consumo eléctrico (y II) En la primera parte de este artículo se presentó la funcionalidad requerida y la estructura básica del sistema propuesto, centrándose especialmente en los diferentes componentes hardware que componen el sistema y que proporcionan los bloques funcionales básicos del sistema. En esta segunda parte, el artículo se centra en el software que proporciona la funcionalidad de alto nivel que el sistema necesita para cumplir los requisitos necesarios para la gestión del consumo eléctrico. E. Lluna [eduardo.lluna@uv.es], A.E. Navarro, D. Ramírez, S. Casans y J. Sánchez Universidad de Valencia

a forma habitual de escribir software mediante tareas que se reparten el trabajo e interactúan entre ellas es con la ayuda de un sistema operativo (SO) que proporcione la gestión de tareas y los mecanismos de sincronización entre ellas. Si bien existen SO para la gama de microcontroladores usados [1][2] para reducir la carga y optimizar la memoria se ha optado por un sistema basado en Máquinas de Estado Finitos (Finite State Machines, FSM). Cada tarea se ha descompuesto en forma de una máquina de estados. El programa principal inicia las máquinas de estado llamando a la función de inicio propia de cada FSM y luego entra en un bucle infinito en el que ejecuta las funciones doTaskX() de cada máquina de estado de forma consecutiva. La función doTaskX() ejecuta las funciones particulares de cada máquina en función de su estado interno. El estado interno está representado por una variable software, de forma que la estructura básica es una estructura switch() con los diferentes estados que componen la máquina. El cambio de estado se realiza mediante la modificación de esta variable. La figura 1 muestra la estructura básica del programa principal en la que se pueden ver las funciones de inicialización y ejecución de dos tareas típicas. Con este sistema hay que diseñar las máquinas de estado de forma que cada estado ejecute un código acotado en el tiempo, de forma que la suma del tiempo máximo de ejecución de todas las demás máquinas marca la latencia mínima de cualquier tarea. Esto es un sistema multitarea

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Figura 1. Estructura básica código FSM.

El sistema de medida, tal y como se ha diseñado, funciona de forma autónoma y los datos se van guardando en el NC, pero éstos deben ser volcados a un nivel superior para ser procesados y visualizados. Este nivel superior es el Sistema de Control de Red.

Figura 2. FSM de la tarea NetTask del NC y NM.

Figura 3. FSM Tarea TxRxTask del NC y NM.

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Figura 5. FSM Tarea ModeTask del NM.

Figura 4. FSM Tarea SincTask del NM.

cooperativo no preemptivo. Al no ser preemptivo y ser cada máquina de estados la que cede el control a la siguiente se simplifican enormemente los mecanismos de sincronización entre los procesos al garantizarse que cada estado es, en su ejecución, una unidad atómica. Las figuras 2, 3, 4 y 5 muestran las máquinas de estado usadas para las tareas más significativas en cada tipo de nodo. Las figuras muestran los diferentes estados disponibles y los eventos que producen la transición entre los mismos. La figura 2 muestra las FSM de la tarea NetTask para ambos tipos de nodo, NC y NM. En el NC es responsable de la creación de la red. Si la red ya está presente (otro NC ya la ha creado), se configura como repetidor. La FSM maneja dos eventos, NET_ PRESENT y NET_NOT_PRESENT enviados por la pila MiWi. El NM tiene dos estados posibles: Conectado o Desconectado. La pila MiWi envía el evento CONNECT o DISCONNECT para efectuar la transición entre ambos estados. La figura 3 muestra la FSM de la tarea TxRxTask. El comportamiento de esta tarea es diferente dependiendo del tipo de nodo. En un NC tiene dos estados, uno en el que se encuentra cuando la red todavía no ha sido establecida y un segundo, cuando la red es establecida. RX_DATA y NETWORK_LOST producen los cambios de estado, ambos enviados por la pila MAR 11 | Mundo Electrónico

MiWi. RX_DATA se envía cuando se recibe un nuevo paquete de datos. NETWORK_LOST indica que hay algún problema con la conexión a la red y ésta se ha perdido. En el caso del NM aparecen dos estados más, Búsqueda Coordinador y Espera Aceptación que gestionan la espera hasta que el nodo esté conectado a la red y aceptado por el NC. La ﬁgura 4 muestra la FSM de la tarea encargada de la sincronización en un NM, SincTask. La FSM tiene tres estados, Sin Coordinador, Sin Sincronizar y Sincronizado. La tarea arranca en el estado Sin Coordinador y el primer paso consiste en conectarse a un NC. La tarea TxRxTask envía el evento COORDINATOR_FOUND cuando esta conexión se produce, lo que causa la transición al estado Sin Sincroni-

zar. En este estado se inicia el proceso de sincronización descrito anteriormente. Cuando el proceso termina, se genera el evento SYNCHRONIZED y la FSM pasa al estado final Sincronizado. En caso de que el coordinador de red se pierda, la pila MiWi envía un evento COORDINATOR_LOST para volver al estado de desincronización. Un evento periódico de tiempo lanza el proceso de sincronización de forma periódica una vez sincronizado para mantener la precisión de la misma. La figura 5 muestra la FSM de la tarea encargada de la gestión de modos de funcionamiento en un NM, ModeTask. La FSM arranca en el estado Inicio y cambia a los estados Automático, Manual o Calibración en función de parámetros de configuración. El modo de funcionamiento se cambia

Figura 6. Pantalla principal de la aplicación del SCR.

mediante órdenes enviadas desde el SCR.

Figura 7. Histórico de datos de la aplicación del SCR.

Los resultados muestran valores de cobertura aceptables de hasta unos 15 metros con muros intermedios, lo cual está por debajo de las especiﬁcaciones y los resultados esperados, lo que sugiere que la antena integrada en la PCB no presenta un buen rendimiento

Figura 8. Modo manual de la aplicación del SCR.

SISTEMA DE CONTROL DE RED El sistema de medida, tal y como se ha diseñado, funciona de forma autónoma y los datos se van guardando en el NC, pero éstos deben ser volcados a un nivel superior para ser procesados y visualizados. Este nivel superior es el Sistema de Control de Red. La aplicación del sistema de control de red se ha desarrollado en LabVIEW y proporciona funcionalidad básica de recepción, almacenamiento y visualización de los datos medidos, así como el acceso a medidas instantáneas y la configuración de los nodos. La aplicación consta de una serie de pestañas con diferentes funcionalidades. La figura 6 muestra la pantalla principal correspondiente a la pestaña General en la que se muestran los nodos presentes en la red y una serie de datos básicos de los mismos como su número de identificador, si está presente en ese momento, si tiene alarmas activas, si está calibrado, el tipo de sonda de corriente conectado a él y la versión de firmware. La pestaña Datos contiene los controles para la activación/desactivación del volcado de datos desde el nodo central. En la pestaña Históricos (figura 7) se permite la visualización de los datos volcados desde los nodos de forma gráfica. En la pestaña Alarmas se muestra una lista de las alarmas recibidas de los nodos de medida indicándose la hora de inicio y fin de la misma o si está activa. La pestaña Manual (figura 8) contiene una serie de controles que permiten el envío de órdenes instantáneas a los nodos de medida para realizar tareas de configuración o para obtener valores de medida instantáneos. La pestaña Configuración contiene los controles para la configuración de parámetros básicos de funcionamiento como el puerto empleado en el PC o el directorio de almacenamiento de los datos. Por último, la pestaña Consola proporciona un interface de línea de comandos con el nodo central. RESULTADOS EXPERIMENTALES El hardware y el software descritos en este trabajo se han desarrollado y se han fabricado prototipos con los que se han realizado una serie de pruebas para comprobar el funcionamiento del sistema. Se ha medido el consumo de los NM con los diferentes tipos de sondas y para el caso del NC con diferentes mecanismos de Mundo Electrónico | MAR 11

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Telecomunicaciones

Tabla 2. Resultado de las medidas efectuadas usando la sonda Rogowski (Rocoil)

Tabla 1. Consumos obtenidos en diferentes conﬁguraciones del NC y NM Tipo de nodo

Consumo (mW)

Valor

V (Vrms)

I (Arms)

E. Activa (Ws)

E. Reactiva (VAs)

Nodo central USB

347

Real

219,9

1,76

0,106

0,107

Nodo central RS232

420

Medido

222,4

1,75

0,105

0,108

Nodo medidas - Rogowski

294

�r

-1,14%

0,57%

0,94%

-0,93%

Real

219,9

2,60

0,158

0,159

Nodo medidas - Hall

427

Medido

223,4

2,59

0,159

0,160

�r

-1,59%

0,38%

-0,63%

Real

219,9

3,47

0,211

0,212

Medido

223,4

3,50

0,213

0,212

�r

-1,59%

-0,86%

-0,95%

0,00%

Real

219,9

2,70

0,159

0,165

Medido

221,2

2,68

0,160

0,166

�r

-0,59%

0,74%

-0,63%

-0,61%

Real

219,9

3,53

0,211

0,217

Medido

220,7

3,48

0,210

0,216

�r

-0,36%

1,42%

0,47%

0,46%

Tabla 3. Resultado de las medidas efectuadas con la sonda de Efecto Hall Valor

V (Vrms)

I (Arms)

E.Activa (Ws)

E.Reactiva (VAs)

Real

219,9

1,76

0,106

0,107

Medido

222,0

1,78

0,106

0,108

�r

-0,95%

-1,14%

0,00%

-0,93%

Real

219,9

2,60

0,158

0,159

Medido

223,7

2,64

0,159

0,160

�r

-1,73%

-1,54%

-0,63%

Real

219,9

3,47

0,211

0,212

Medido

221,3

3,41

0,210

0,214

�r

-0,64%

1,73%

0,47%

-0,94

Real

219,9

2,70

0,159

0,165

Material

Atenuación (dB)

Medido

221,5

2,65

0,158

0,165

Cartón

�r

-0,73%

1,85%

0,63

0,164

Madera

Real

219,9

3,53

0,211

0,217

Cerámica

Medido

222,3

3,48

0,213

0,219

Metal

�r

-1,09%

1,69%

-0,95%

-0,92%

Plástico

Tabla 4. Resultados de la prueba de cobertura Potencia máxima

Potencia media

Potencia mínima

Distancia (m)

RSSI dBm

2,2

-63

-77

3,5

-66

-80

-79

-87

-74

-88

6,5

-65

-75

-69

-84

MAR 11 | Mundo Electrónico

Tabla 5. Atenuación de la señal en función del material con el que se cubre el nodo

Tabla 6. Resultados de la prueba de sincronización T1-T0 RSSI (dBm)

Máximo

Mínimo

Ticks

-47

788

12,02

198

3,02

-57

702

10,71

211

3,22

-67

666

10,16

198

3,02

-78

542

8,27

209

3,19

BIBLIOGRAFÍA [1] FreeRTOS. www.freertos.com [2] Micrium uC/OS II. www.micrium. com [3] Kannan Srinivasanm, Philip Levis: "RSSI is Under Appreciated", EmNets 2006.

cronización funcionará correctamente en cualquier caso.

Figura 9. Distribución de nodos en la casa de prueba.

comunicación con el SCR obteniéndose los resultados mostrados en la tabla 1. Para comprobar las capacidades de medida se han efectuado pruebas con diferentes cargas para los dos tipos de sonda de corriente usadas. Se ha comprobado que para las medidas de energía se obtienen errores por debajo del 1% mientras que los valores de tensión y corriente eficaz se mantienen por debajo del 2%. Los resultados de las medidas efectuados se muestran en la tabla 2 para la sonda Rogowski y tabla para el sensor basado en Efecto Hall. Para el sistema de comunicaciones inalámbricas basado en IEEE 802.15.4 se han efectuado pruebas de cobertura en un escenario real empleando diferentes potencias de transmisión y pruebas de cobertura frente a obstáculos para comprobar el efecto de encerrar el dispositivo en una caja de diferentes materiales. En todas las pruebas se ha usado el parámetro RSSI (Received Signal Strength Indicador) [3], calculado automáticamente por el chip MRF24J40. Este parámetro da una indicación del nivel de señal recibido en la recepción de un paquete de datos. Las pruebas de cobertura se efectuaron en un escenario real, una casa con paredes de ladrillo y puertas de madera. En las pruebas se situó el nodo central en un punto fijo y se fueron situando nodos de medida en diferentes puntos repartidos por la casa a diferentes distancias. La figura 9 muestra la distribución de los puntos en la

casa. Se emplearon tres potencias de transmisión, máxima (0 dBm), media (-18,75 dBm) y mínima (-38,75 dBm). Los valores obtenidos se muestran en la tabla 4. En el caso de la potencia mínima no se produjo conexión entre los nodos de medidas y el nodo central en ninguna de las posiciones. Para los otros niveles de potencia, no hubo problemas de conexión en ninguna de las posiciones probadas. El límite de sensibilidad del MRF24J40 está en -85 dBm, por lo que alguno de los valores medidos para el caso de la potencia media están en el límite. Por lo tanto el nivel de máxima potencia es el único que garantiza la cobertura plenamente. Los resultados muestran valores de cobertura aceptables de hasta unos 15 metros con muros intermedios, lo cual está por debajo de las especiﬁcaciones y los resultados esperados, lo que sugiere que la antena integrada en la PCB no presenta un buen rendimiento. La tabla 5 muestra la atenuación medida en el caso de envolver uno de los nodos con una cobertura del material indicado. En función de los resultados, en el caso de encerrar la antena dentro de un envoltorio plástico el efecto en la señal es muy bajo. Por último se han realizado pruebas de sincronización entre los nodos. Éstas consisten en medir el valor del intervalo T1-T0 para diferentes valores de RSSI. La tabla 6 muestra los resultados obtenidos. En todas las pruebas se observa que el valor mínimo de T1-T0 es independiente del nivel RSSI por lo que el algoritmo de sin-

CONCLUSIONES Con la tecnología actual y los sensores inteligentes disponibles en el mercado es posible la construcción de una red de sensores con relativamente pocos componentes, pudiendo relegar la mayor parte de la funcionalidad al software, lo cual da más flexibilidad y facilita nuevos desarrollos. Si bien hemos aplicado el sistema desarrollado a un sensor para la medida de parámetros eléctricos, el sistema es fácilmente adaptable a cualquier otro tipo de sensor. El desarrollo modular desarrollado permite incluso tener una red mixta de nodos de medida con diferentes tipos de sensores conectados. Se ha comprobado que en la parte de la sincronización no es necesario el uso de un RTC en cada nodo de medida para obtener medidas perfectamente sincronizadas. En el área del software se ha desarrollado un sistema basado en máquinas de estados finitos, que ha facilitado el diseño del software en forma de tareas cooperativas sin requerir del soporte de un sistema operativo. Con los elementos expuestos en este artículo se puede concluir que el sistema desarrollado ha cumplido plenamente los objetivos perseguidos de disponer de un sistema de medida distribuido basado en componentes comerciales de calidad probada, de forma que el desarrollo ha podido centrarse en dotar al sistema de funcionalidades avanzadas. El sistema desarrollado se constituye como una herramienta operativa para la gestión energética tanto en entornos domésticos (domótica) como en industriales. AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido posible gracias al soporte financiero de los proyectos ENE2008-06588-C04-04 el Ministerio de Ciencia e Innovación de España y del Fondo Social Europeo para el Desarrollo Regional y ACOMP/2010/231 de la Generalitat Valenciana. ● Mundo Electrónico | MAR 11

tendencias

Diseño

Contadores eléctricos domésticos

Equipos de próxima generación Durante los últimos años, los antiguos contadores mecánicos Ferris se han ido paulatinamente reemplazando por contadores electrónicos de electricidad. En la actualidad, las soluciones de medición electrónica incorporan todos los componentes y funciones necesarios, como medición de señales analógicas, cálculo de datos necesarios, almacenamiento de datos de calibración y valores de medición, controladores de visualización en pantalla y canales de comunicación en un único chip. Stefan Schauer Texas Instruments

l rápido desarrollo de procesadores de señal digital (DSP) y microcontroladores ha propiciado la aparición de una gran variedad de soluciones alternativas, mientras que la integración de componentes digitales y funciones analógicas en una sola pieza de silicio ha solucionado muchos de los problemas técnicos antes relacionados con los medidores de electricidad electrónicos. Hoy en día ya existen microcontroladores con convertidores A/D que permiten una muy buena integración en los sistemas y, por lo tanto, una reducción de costes. Además, en la actualidad, los circui-

tos especíﬁcos de aplicación estándar (ASSP) para sistemas de medición de electricidad también disponen de un interface integrado para realizar todos los cálculos de valores de energía. Estos nuevos controladores, como el MSP430FE427 de Texas Instruments, ofrecen una amplia variedad de de aplicaciones, lo cual permite que la CPU principal esté libre para ejecutar otras tareas importantes. Teniendo en cuenta que las especiﬁcaciones de rendimiento de estos interfaces son bastante elevadas, es necesario que sean sistemas autónomos capaces de realizar todos los cál-

Figura 1. Diagrama de bloques: de la solución actual a la basada en microcontrolador. MAR 11 | Mundo Electrónico

culos de forma autónoma. El sistema principal sólo debe realizar un número limitado de acciones para iniciar los parámetros de calibración del frontend, ajustar el modo de arranque y emitir la señal de inicio. Una vez realizadas estas acciones, el front-end debería funcionar con muy poca o sin interacción con la CPU principal, que solo debe recopilar los resultados de los cálculos y, por lo tanto, está libre para ejecutar otras tareas, como controlar la conmutación de tarifas. CONMUTACIÓN DE TARIFAS La conmutación de tarifas es un factor

de cada vez más a menudo ya que la mayoría de la carga procede de motores y de fuentes de alimentación conmutadas. Sin embargo, si se utiliza una carga resistiva como sensor de corriente el problema se reduce, pero en este caso es necesario incorporar un amplificador de ganancia adicional que lleve la señal de entrada desde la carga resistiva al rango de medición del convertidor A/D. Una carga resistiva de 200 µΩ genera una señal pico de solo 22 mV a 60 A. De este modo, si se amplifica la ganancia a 32 se alcanzan 700 mV aproximadamente, lo cual es adecuado para la mayoría de convertidores y se sigue manteniendo el margen dinámico necesario. El acceso y manejo de todas estas funciones debe resultar fácil para conseguir un desarrollo rápido y fiable en un mercado que crece rápidamente. Figura 2. Distribución de patillas en el microcontrolador MSP430FE42x y conexión a la red eléctrica.

cada vez más importante, especialmente en Europa del Este, que permite que los proveedores de energía puedan obtener una carga más estable en sus redes eléctricas. Cubrir los picos de demanda durante el día, cuando las industrias trabajan a pleno rendimiento, resulta extremadamente costoso; mientras que por la noche la demanda es baja y los generadores se apagan. Esta práctica no es nada eﬁciente y, además, resulta muy difícil de controlar. Concienciar a los usuarios particulares para que utilicen las lavadoras y lavavajillas por la noche en lugar de hacerlo durante el día puede contribuir a equilibrar la balanza. Otra característica importante es la comunicación a través de varios canales independientes. El canal de comunicación por infrarrojo estándar en la parte frontal del medidor, cuyas especiﬁcaciones se detallan en los estándares EN, tiene un protocolo y una sintaxis de comandos muy complejos, lo cual incrementa la demanda de energía de proceso y de memoria del microcontrolador. Además, la posibilidad de que el sistema sea capaz de trabajar con protocolos de líneas eléctricas simples en el futuro hace que se resulte cada vez más interesante. En la actualidad se barajan distintas opciones para su implementación. Las posibles opciones van desde tasas de datos muy elevadas, lo cual requiere un DSP adicional, hasta un protocolo de modulación por des-

plazamiento de frecuencia (FSK). En los medidores de electricidad estándar esto debería ser posible puesto que los datos que deben procesarse son de pocos bytes y su tasa de repetición tampoco es muy elevada. En este caso, una CPU potente de 16 bit como la MSP430 puede trabajar con el protocolo de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) con tan solo unos pocos componentes externos. El uso de electrónica de última generación evidentemente signiﬁca que todo el proceso de calibración puede llevarse a cabo mediante software de manera que la compensación de los ajustes de ganancia, especialmente en el canal de corriente, así como la compensación de cambio de fase sean solo algunos de los pocos parámetros requeridos. Estos parámetros pueden almacenarse en la memoria ﬂash de los microcontroladores, lo cual permite que sean enviados al motor de cálculo del interface del dispositivo de medición. La compensación de cambio de fase constituye un gran problema que debe solucionarse porque la mayoría de sistemas utilizan sensores de corriente con tolerancia CC, lo que tiene la gran desventaja de un cambio de fase de 4 grados. Es un valor muy elevado y sin compensación, y puede producirse un error de más del 10% en la lectura de la medición si también se produce un cambio de fase de la carga en la línea eléctrica. Esto suce-

MICROCONTROLADOR CON PROCESO DE SEÑAL INTEGRADO Un microcontrolador como el MSP430FE42x, con proceso de señal integrado ESP430CE1 para la medición de potencia monofásica e interface analógico integrado concebida especialmente para aplicaciones de medición de potencia abre la puerta a la aparición de una gran variedad de medidores. El procesador ESP430CE1 realiza la mayoría de mediciones de forma automática sin recurrir a la CPU principal dejándola libre para otras tareas como la comunicación. Además, el procesador aporta a los sensores de corriente una gran flexibilidad de manera que pueden emplearse cargas resistivas, transformadores de corriente (incluidos los transformadores de CC con modulación de fase alta) o bobinas de Rogowski sin hardware adicional. Esto, junto con el amplio número de ciclos de lectura/ borrado especificados en la memoria flash del MSP430, que permite utilizar la memoria para programación, calibración y registro de datos, abre la posibilidad de fabricar un medidor de electricidad de chip único. En el mercado de medición de electricidad especialmente, los desarrolladores de aplicaciones reciben una presión enorme, no solo para reducir costes sino también para añadir más funciones. La única solución viable para la mayoría de funciones requeridas es que estén integradas en el controlador para desarrollar medidores más rápidos y dotar a las empresas de la competitividad que necesitan para ser las primeras en el mercado. ● Mundo Electrónico | MAR 11

optrónica 36

Descripción y aplicaciones

Láseres de fibra óptica Desde su desarrollo en los años 60 hasta nuestros días, los láseres de fibra óptica han ido incrementando su importancia en diversos ámbitos de nuestra vida. Ya sea en la medicina, la electrónica de consumo o la industria, las mejoras introducidas por este tipo de láseres han hecho que constituyan una de las principales líneas de investigación en nuestros días. En este artículo se presenta una breve descripción de los láseres de fibra óptica y sus aplicaciones.

Rosa Ana Pérez-Herrera [rosa.perez@unavarra.es] y Manuel López-Amo Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Pública de Navarra

“Los láseres de ﬁbra óptica representan una nueva generación de láseres relativamente compactos, es decir, de menor peso y tamaño que los convencionales; además, pueden alcanzar niveles de potencia de decenas, centenas e incluso miles de vatios” MAR 11 | Mundo Electrónico

os láseres de fibra óptica aportan frente a otros láseres una serie de ventajas tanto económicas como técnicas para su aplicación industrial. Las características técnicas que los hacen competitivos son su menor tamaño, su mayor eficiencia y la simplicidad de sus sistemas de enfriamiento. Un láser de fibra óptica es un dispositivo en el que el medio activo que proporciona la ganancia es habitualmente una fibra óptica dopada con algún tipo de elemento de las denominadas tierras raras. Las más usadas son el erbio (Er3+), el neodimio (Nd3+), el yterbio (Yb3+), el tulio (Tm3+), o el praseodimio (Pr3+). Todos estos elementos usados como dopantes en el interior de una fibra óptica sirven para realizar amplificadores de fibra dopada, que son los elementos esenciales de un láser de fibra. Existen igualmente una serie de efectos no lineales tales como la dispersión estimulada Raman (stimulated Raman scattering), la amplificación estimulada Brillouin (stimulated Brillouin scattering) o el mezclado de cuatro ondas (four-wave mixing) que pueden también proporcionar ganancia en una fibra óptica sin necesidad de usar dopantes y, de ese modo, servir como medio de ganancia para un láser de fibra óptica. Los láseres de fibra óptica pueden usarse bien para generar radiación de onda continua (CW) o como generadores de pulsos ópticos ultracortos. Los láseres de fibra óptica suponen una innovación tecnológica muy importante que está pasando rápidamente de los laboratorios de investigación a distintas aplicaciones en

la industria, gracias a los numerosos productos ya comercializados. Estos dispositivos representan una nueva generación de láseres relativamente compactos, es decir, de menor peso y tamaño que los convencionales; además, puede alcanzar niveles de potencia de decenas, centenas e incluso miles de vatios. Las aplicaciones de láseres con tal potencia son muy variadas, incluyendo procesos industriales, mecanizado de piezas, soldadura, medida remota y control de contaminantes en la atmósfera (monitorización ambiental) [1]. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los láseres, ya sean de gas o de estado sólido, necesitan un medio que proporcione ganancia a las longitudes de onda que se pretenden emitir y una realimentación y filtrado selectivo en longitud de onda que favorezca la emisión estimulada frente a la emisión espontánea. Para realizar esta realimentación selectiva en longitud de onda se utilizan configuraciones ópticas que van desde la pareja de espejos que forman un resonador Fabry-Perot a estructuras más elaboradas realizadas en semiconductor o con fibras ópticas. En cualquier caso y por costumbre, todas estas estructuras reciben el nombre de cavidades, aunque sean bien sólidas. Los láseres de fibra soportan normalmente un buen número de modos de resonancia longitudinales dentro de su cavidad debido al gran ancho de banda de la ganancia espectral de la amplificación en fibra óptica (>30 nm) y al relativamente pequeño espaciado entre estos modos (< 100 MHz).

El ancho de banda espectral de salida de un láser puede superar los 10 nm funcionando en modo de onda continua. Algunas aplicaciones de estos láseres requieren una operación de ancho de línea muy estrecha y con un único modo cuya longitud de onda pueda ser sintonizada sobre el ancho de banda. Se han utilizado diversos métodos para realizar láseres de fibra óptica con un ancho de línea suficientemente estrecho para aplicaciones como las telecomunicaciones [2]. De entre ellos, las redes de difracción de Bragg en fibra óptica (Fiber Bragg Grating, FBG) son los componentes preferidos para este propósito, dado que pueden fabricarse con un espectro de reflectividad de menos de 0,1 nm. Resulta también interesante destacar que el gran ancho de banda de estos láseres de fibra óptica es muy útil para sintonizarlos sobre un rango de longitudes de onda superior a los 50 nm [2]. Los láseres que emiten múltiples longitudes de onda resultan de gran interés en el ámbito de las telecomunicaciones y la multiplexación de sensores. Estos láseres tienen además un gran potencial para caracterizar fibras ópticas y componentes para la multiplexación en longitud de onda (WDM). Las características deseables de estas fuentes ópticas serían las siguientes: se necesita un gran número de canales sobre un rango ancho de longitudes de onda, potencias de salida moderadas (del orden de 100 µW por canal) con una buena relación de señal a ruido óptica (OSNR por sus siglas en inglés), una buena ecualización en potencia entre las líneas emitidas, una operación de un único modo longitudinal para cada línea de emisión láser, que sean sintonizables y que tengan una posición apropiada en la parrilla de frecuencias de la ITU. Los láseres de fibra cubren gran parte de estos requisitos como fuentes de emisión multilínea. Su fácil fabricación ha dado lugar a muchos diseños avanzados. El principal desafío en la realización de un láser de emisión multilínea usando fibra dopada con tierras raras es el hecho de que los iones de dichos materiales se saturan prácticamente de forma homogénea a temperatura ambiente, impidiendo una operación multilínea estable. El término “láseres de fibra óptica” normalmente hace referencia a láseres que utilizan la fibra óptica como

medio de ganancia, aunque algunos dispositivos que emplean un amplificador óptico de semiconductor y un resonador de fibra han sido catalogados también como láseres de fibra (o láseres de fibra/semiconductor). En la mayoría de los casos y como ya se ha comentado con anterioridad, este medio de ganancia es una fibra dopada con iones de tierras raras y uno o varios diodos láser que se utilizan como bombeo óptico [3]. Como es bien sabido, el término láser significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación y consta de una fuente óptica con una cavidad por la que sale un haz de luz monocromático y muy directivo. La principal característica de dicho haz es la de ser altamente coherente lo que permite en ciertas aplicaciones focalizar una gran cantidad de potencia óptica por unidad de superficie. Por otro lado, las fibras ópticas han proporcionado un notable impulso al desarrollo de las telecomunicaciones durante las últimas cuatro décadas. Para ello, se han creado una serie de dispositivos adicionales, muchos de ellos fabricados también con fibras ópticas; como acopladores, filtros y amplificadores. Estos dispositivos son intrínsecamente de bajas pérdidas y pueden interconectarse fácilmente dentro de las redes de telecomunicación [4]. La importancia de los sistemas de fibra óptica con multiplexación en longitud de onda (WDM) ha crecido exponencialmente durante la primera década de este siglo. La técnica de multiplexación en longitud de onda

se utiliza tanto en telecomunicaciones como en redes de multiplexación de sensores. Para los sistemas WDM se necesita generar múltiples portadoras ópticas, que permiten el incremento de la capacidad del sistema de una forma eficiente y económica. Los láseres de fibra óptica son especialmente apropiados para este tipo de sistemas, especialmente para multiplexar sensores de fibra óptica. Como se ha comentado con anterioridad, un dispositivo clave fabricado con fibra óptica es la red de difracción de Bragg o FBG, que puede utilizarse para reflejar o filtrar luz en el propio núcleo de la fibra con el fin de evitar el uso de componentes externos de óptica de volumen y disminuir las pérdidas de potencia óptica. Una red de Bragg consiste de una modulación periódica del índice de refracción del núcleo de una fibra óptica, por lo general monomodo [4]. En un FBG la longitud de onda de la luz que es reflejada viene dada por la siguiente ecuación:

lBragg = 2 × neff × L donde neff es el índice de refracción efectivo del núcleo de la ﬁbra y Λ es el periodo de la red de difracción. En la ecuación anterior se puede ver que la longitud de onda de Bragg puede variar con un cambio en el periodo de la red de difracción o del índice de refracción efecto. El primero sería el caso de una variación de tensión y el segundo de una modiﬁcación en la temperatura, razón por la cual las FBG se utilizan habitualmente como

Figura 1. Diagrama de los niveles de energía de un ión de Er3+ y ampliﬁcación mediante bombeo de E1 a E3, obteniendo emisión estimulada desde E2 hasta E1. La línea discontinua indica transiciones sin radiación.

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optrónica 38

Figura 2. Conﬁguración básica de un láser de ﬁbra óptica.

sensores de estos dos parámetros. Son ideales para un amplio rango de aplicaciones y suponen un elemento clave en el campo de las comunicaciones ópticas y como sensores de fibra óptica, además de tener aplicaciones en láseres de fibra óptica [5]. DISEÑO DE LÁSERES DE FIBRA ÓPTICA Los láseres de fibra óptica pueden diseñarse usando una gran cantidad de alternativas de cavidad láser [2]. Como se ha mencionado, uno de los tipos más sencillos de cavidad láser es la llamada cavidad Fabry-Perot, que puede realizarse situando la fibra óptica amplificadora entre dos espejos de alta reflectividad. En el caso de los láseres de fibra, los espejos a menudo se sitúan en el extremo final de las fibras para así evitar las pérdidas de difracción. Uno de los láseres de fibra óptica más utilizados hoy en día es el láser de fibra dopada con erbio (EDFL) ya que pueden operar en varias regiones de longitudes de onda que van desde el visible hasta el infrarrojo lejano. Resulta de particular interés la región situada en torno a los 1,55 µm dado que coincide con la zona de bajas pérdidas de las fibras de sílice utilizadas en las comunicaciones ópticas y en la multiplexación de sensores de fibra. Para conseguir la ganancia en estos láseres se emplean amplificadores de fibra dopada con erbio que consisten en una fibra cuyo núcleo ha sido

dopado con iones Er3+ y que, con un bombeo apropiado, dichos iones pueden conseguir que la fibra alcance una ganancia óptica gracias a la emisión estimulada. En términos muy simplificados, el principio de operación es el siguiente: cuando el ión de Er3+ es introducido en el material, tiene una energía de base de E1, la energía más baja posible para el ión de Er3+ (figura 1). Existen dos niveles de energía convenientes para bombear ópticamente el ión de Er3+. El primero es E2 y el segundo E3 está aproximadamente 1,27 eV por encima del nivel de energía de base. Estos dos niveles corresponden a las longitudes de onda de 0,98 y 1,48 µm. De hecho, se han desarrollado láseres de semiconductor que trabajan en estas longitudes de onda con el único propósito de servir como bombeo de las fibras dopadas con erbio. Su uso ha dado lugar a una gran variedad de láseres de fibra comerciales que emiten en la zona de los 1,55 µm. Introduciendo potencia óptica “de bombeo” en la fibra dopada a cualquiera de estas longitudes de onda se consigue la inversión de población entre los niveles E1 y E2. Por ejemplo, al bombear a 0,98 µm (figura 1) los electrones del nivel E1 promocionan al nivel E3 y desde ahí a una banda de energía intermedia E2. Este paso se realiza mediante una transición que no produce fotones y el tiempo de vida medio de los electrones en este nivel es de unos 10 ms.

Figura 3. Esquema de una cavidad unidireccional de ﬁbra óptica en anillo para láseres de ﬁbra.

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De este modo, más y más electrones se acumulan en E2, que se encuentran a 0,8 eV por encima del nivel base de energía E1. La acumulación de electrones en E2 conlleva la inversión de población entre E2 y E1. La diferencia de niveles de energía �E=E2-E1=0,80 eV corresponde con longitudes de onda de la banda de 1550 nm, por lo que al alcanzar la inversión de población tendremos ganancia por emisión estimulada en este rango de longitudes de onda. Este amplificador óptico, dentro de la cavidad del láser de fibra, comenzará generando inicialmente fotones por emisión espontánea dentro de la banda de amplificación del erbio. Posteriormente, y ya por emisión estimulada, generará una emisión láser a las longitudes de onda que vengan forzadas por la cavidad. Por otro lado, dependiendo de las características del bombeo que se aplique, se puede obtener una emisión de luz continua (continuous wave, CW) o pulsada mediante las técnicas de conmutación de la ganancia, o la de retención de modo (mode locking); o mediante la colocación de un absorbente saturable a la salida. La figura 2 muestra un ejemplo de una configuración básica de un láser de fibra óptica dopada. La luz de “bombeo” es introducida desde el extremo izquierdo a través de un espejo hasta el núcleo de la fibra dopada. La luz láser generada se extrae a través del extreme derecho del montaje. Existen varias alternativas para evitar que la luz del bombeo pase a través de los espejos dieléctricos. Por ejemplo, una posibilidad podría ser aprovechar las ventajas de los acopladores de fibra. Es posible diseñar un acoplador de fibra tal que la mayor parte de la potencia de bombeo llegue a la fibra dopada sin sufrir la atenuación de un espejo. Dichos acopladores se conocen como acopladores de multiplexación en longitud de onda (WDM). Otra solución es la de usar redes de Bragg de fibra óptica como espejos [6]. Como es bien sabido, una red de Bragg puede actuar como un espejo de

Figura 4. Caracterización de un láser en anillo multilínea de ﬁbra óptica.

alta reflectividad para la longitud de onda del láser al mismo tiempo que es transparente al bombeo. El uso de dos de estas redes de difracción daría también lugar a una cavidad FabryPerot todo-fibra [7]. Una ventaja adicional de las redes de Bragg es que el láser puede ser forzado a operar con un único modo longitudinal [8]. Una tercera propuesta hace uso de cavidades en anillo de fibra óptica en combinación o no con redes Bragg [9]. Estas cavidades se utilizan normalmente para obtener un comportamiento unidireccional del láser. En el caso de los láseres de fibra óptica, una ventaja adicional es que una cavidad en anillo se realiza si usar espejos. En el diseño más simple, dos puertos de un acoplador se conectan de manera que formen una cavidad láser en anillo al incluir a la fibra dopada entre una entrada y una salida del acoplador, como se puede ver en el esquema de la figura 3. Para asegurar un funcionamiento unidireccional, se puede utilizar un aisla-

dor dentro del lazo de fibra. Sin embargo, se han realizado varias configuraciones alternativas de láseres de fibra óptica, donde los acopladores pueden eliminarse de la cavidad en anillo mediante el uso de circuladores [8], [10]. En teoría también sería necesario al-

Figura 5. Evolución del número de publicaciones en revistas y congresos cientíﬁcos relacionadas con los láseres de ﬁbra óptica desde su aparición hasta el año 2008. (Fuente: www.scopus.com)

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optrónica 40

Figura 6. Porcentaje de publicaciones relacionadas con los láseres de ﬁbra óptica desde su aparición hasta el año 2008 distribuida por países. (Fuente: ISI Web of knowledge)

gún dispositivo para controlar la polarización de la luz que circula por el anillo de fibra óptica como por ejemplo un controlador de polarización. Este controlador de polarización proporciona un mecanismo dentro de la cavidad para compensar la dependencia entre la polarización y la ganancia. Sin embargo, algunos trabajos previos [10] han demostrado que, en la práctica, este elemento posee una influencia mínima en el caso de tener un láser en régimen multimodo. Son posibles otros muchos diseños de cavidades de fibra óptica. Por ejemplo, utilizando dos cavidades Fabry-Perot acopladas. En el esquema más simple, uno de los espejos se separa del final de la fibra una distancia determinada. La reflectividad del 4% de las transiciones fibra-aire actúa como un espejo de baja reflectividad que acopla la cavidad de fibra con el espejo separado por aire que a su vez forma una segunda cavidad. Normalmente no se desea generar una segunda cavidad, y por este motivo, todas las terminaciones de fibra del sistema que no se usan tienen que ir inmersas en un gel adaptador de índice para evitar reflexiones indeseadas. La figura 4 muestra el desarrollo experimental de un láser de fibra óptica obteniéndose en este caso, 3 emisiones láser simultáneamente. Muchos láseres presentan fluctuaciones en la intensidad de su potencia de salida que aparece bien como una secuencia de pulsos estrechos o como un pequeño rizado superpuesMAR 11 | Mundo Electrónico

“En la actualidad, cerca de 70 empresas de todo el mundo comercializan láseres de ﬁbra óptica”

to sobre la señal de salida del láser de onda continua. Se ha demostrado que estas inestabilidades pueden degradar significativamente las características de funcionamiento de los sistemas láser de fibra óptica. Se han realizado diferentes estudios de sus posibles causas. Los principales motivos que influyen en la estabilidad son: la potencia de bombeo [11], la longitud de la fibra dopada [12], el factor de acoplo utilizado [13], la longitud total de la cavidad [12], las pérdidas en la cavidad [14] así como la influencia de efectos tales como el llamado efecto de quemado espectral de huecos (spectral hole-burning) [15]. Sin embargo, otros factores como por ejemplo el control de la polarización [12], no parecen tener un gran efecto sobre dichas inestabilidades como ya se ha comentado con anterioridad. Como muestra del interés despertado por este tipo de dispositivos, la figura 5 muestra la evolución del número de publicaciones en revistas y

congresos cientíﬁcos relacionados con este tipo de láseres, mostrando una clara tendencia de subida desde su aparición hasta el año 2008. Del mismo modo, la ﬁgura 6 muestra el porcentaje de publicaciones relacionadas con estos láseres también desde su aparición hasta el año 2008, distribuida por países. APLICACIONES Desde que se empezaron a comercializar en la década pasada, este tipo de láseres se han vuelto omnipresentes. Se pueden encontrar en decenas de aplicaciones en muchos sectores de la sociedad actual. Estas incluyen campos tan dispares como la electrónica de consumo, las tecnologías de la información, caracterización de componentes y materiales en ciencia, métodos de diagnóstico en medicina, así como el mecanizado, soldadura o sistemas de corte en sectores industriales y militares. El continuo aumento de la potencia de salida de estos láseres está abriendo una gran cantidad de nuevas aplicaciones para muchos de ellos, los cuales empezaron con unas potencias de salida de decenas de vatios y ahora pueden alcanzar varios kilovatios. En un principio, estos láseres se comercializaron para la industria de las telecomunicaciones y después fueron integrándose en el campo de aplicaciones como la soldadura y corte de materiales a medida que su potencia de salida iba incrementando [16]. En muchas de estas aplicaciones, los

Tabla 1._ Resumen de la oferta comercial de láseres pulsados de ﬁbra óptica. Material

Longitud de onda (nm)

Potencia máxima

Erbio (ﬁbra dopada)

1055-1090

18 W

1525-1565

1-10 nJ

1530-1565

1550-1580 Yterbio (ﬁbra dopada)

1030-1040

300 W

1030-1070

10 W

1030-1080

Yterbio (glass)

1050-1090

1060-1090

10 W

1020-1080

1-10 nJ

Aplicaciones

Empresas

Aviación/Automoción Medicina/ Biomedicina Investigación de materiales Comunicaciones Medicina/ Biomedicina Control de calidad Procesado e investigación de materiales Sensado remoto Comunicaciones Procesado de silicio Taladrado de materiales Grabado de materiales Micro-mecanizado Corte de polímeros y silicio Sensado remoto Comunicaciones Comunicaciones Procesado de semiconductores Comunicaciones Procesado de semiconductores Control de calidad Sensado remoto

Roﬁn-Baasel Inc Calmar Optcom Inc Calmar Optcom Inc PolarOnyx Inc EOLITE Systems IPG Photonics Corp PolarOnyx Inc Nufern Nufern Calmar Optcom Inc

Tabla 2._ Resumen de la oferta comercial de láseres de ﬁbra óptica de onda continua (CW). Material

Longitud de onda (nm)

Potencia máxima

Erbio (ﬁbra dopada)

980-1550

10 W

1085-1095 1530-1620

2 kW

1535-1565 Ti

1800-2100

Yterbio (ﬁbra dopada)

1030-1080 1060-1080

2 kW

1,2 W

1060-1070 1060-1070

50 W

1080-1090

50 W

1030-1120

50 kW

beneﬁcios de los láseres se deben a sus propiedades físicas. Por ejemplo, un haz láser altamente coherente puede enfocarse por debajo de su límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Cuando se enfoca un haz de un láser potente sobre un punto, éste recibe una enorme densidad de energía. Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información al realizar cavidades microscópicas en un CD, DVD o Blu-ray. También permite a un láser de media o baja potencia al-

Aplicaciones

Empresas

Soldadura de materiales Robótica Control de calidad Sensado remoto Soldadura Manipulación de metales Procesado de materiales Sensado remoto Corte, soldadura y mecanizado de diversos materiales Procesado de materiales Biotecnología Procesado de materiales Sensado Procesado y corte de materiales Construcción Corte y grabado de materiales Instrumental médico Procesado de materiales Soldadura Corte y soldadura de materiales

canzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimar materiales. A continuación se enumeran algunas de las ventajas de los láseres de fibra óptica frente a otros tipos de láseres: • La luz sale por una fibra flexible: el hecho de que la luz se genere y salga del láser por una fibra permite desarrollar fácilmente un elemento de enfoque móvil. Esto resulta interesante para láseres de corte de metales o telas, soldadura o grabado de metales y polímeros. • Alta potencia de salida: los láseres

Lasea SA Japan Laser Corp IPG Photonics Corp PolarOnyx Inc IPG Photonics Corp PolarOnyx Inc Lumics GmbH Laser Photonics Roﬁn-Baasel Inc Nufern IPG Photonics Corp

de fibra pueden tener regiones activas de varios kilómetros de largo, y así producir y soportar unas ganancias y potencias ópticas muy altas. Los niveles de potencia de salida continua pueden ser de kilovatios dado la buena relación entre el volumen y el área superficial de la fibra, lo que permite un enfriamiento eficiente. • Alta calidad óptica: las propiedades del guiado de la luz en las fibras reduce o elimina la distorsión térmica en el camino óptico, produciendo una difracción limitada, o un haz óptico de gran calidad. Mundo Electrónico | MAR 11

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BIBLIOGRAFÍA [1] http://www.conacyt.gob.mx/comunicacion/Revista/200/Articulos/Laseres/Laseres00.htm [2] P. R. Morkel, “Rare Earth Doped Fiber Lasers and Amplifiers”, CRC Press, 2001. [3] http://www.rp-photonics.com/fiber_lasers.html [4] H. H. Cerecedo Núñez y M. D. Iturbe Castillo. “Rejillas de Bragg en Núcleo de Fibra Óptica de Vidrio”, Revista Mexicana de Física, Vol. 44, No. 2, pp. 198, (1998). [5] Agrawal, “G. P. Nonlinear Fiber Optics”. Cap 10, Academic Press, London, 1995. [6] R. P. Kashyap, “All-fibre narrow band reflection gratings at 1500 nm”, Electronics Letters, Vol. 26, No. 11, pp. 730-732, (1990). [7] G. A. Ball, “Standing-wave monomode erbium fiber laser”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 3, No. 7, pp. 613-615, (1991). [8] R. A. Pérez-Herrera, M. Fernández-Vallejo, S. Díaz, M. A. Quintela, M. López-Amo y J. M. López-Higuera, “Stability comparison of two quadruple-wavelength switchable erbium-doped fiber lasers”, Optical Fiber Technology, Vol. 16, No. 4, pp. 205-211, (2010). [9] L. Talaverano, S. Abad, S. Jarabo y M. LópezAmo, “Multiwavelength Fiber Laser Sources with Bragg-Grating Sensor Multiplexing Capability,” Journal of Lightwave Technology, Vol. 19, No. 4, pp. 553-558, (2001). [10] R. A. Pérez-Herrera, M. A. Quintela, M. Fernández-Vallejo, A. Quintela, M. López-Amo y J. M. López-Higuera, “Stability comparison of two ring resonator structures for multiwavelength fiber lasers using highly doped Er-fibers”, IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 27, No. 14, pp. 25632569, (2009). [11] R. A. Pérez-Herrera, “Experimental optimization in terms of power stability and output power of highly Er-doped fiber lasers with single and hybrid cavities”, Fiber and Integrated Optics, Vol. 29, No. 2, pp. 106-120, (2010). [12] F. Liegeois, “Mid-term stability of a fiber ring laser with a wavelength-tunable Fabry-Perot filter”, in Proceedings of SPIE, Vol. 5480, No. 36, pp. 3645, (2004). [13] C. H. Yeh, “Dual-Wavelength S-Band ErbiumDoped Fiber Double-Ring Laser”, Laser Physics, Vol. 18, No. 12, pp. 1553-1556, (2008). [14] V. Deepa, “Linewidth characteristics of a filterless tunable erbium doped fiber ring laser”, Journal of Applied Physics, Vol. 102, No. 8, art. no. 0831074, (2007). [15] Y. Liu, “Stable room-temperature multi-wavelength lasing realization in ordinary erbium-doped fiber loop lasers”, Optics Express, Vol. 14, No. 20, pp. 9293-9298, (2006). [16] http://www.photonics.com/Article. aspx?AID=36248 [17] http://www.conacyt.gob.mx/comunicacion/ Revista/200/Articulos/Laseres/Laseres03.htm [18]http://www.optoiq.com/index/lasers-for-manufacturing/display/ils-article-display/247670/articles/ industrial-laser-solutions/volume-21/issue-2/features/high-power-fiber-lasers-gain-market-share.html

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• Tamaño compacto: aunque más voluminosos que los láseres de semiconductor, los láseres de fibra óptica son compactos comparados con sus homónimos de gas con unos niveles potencia comparables, dado que la fibra puede ser curvada y enrollada para así ahorrar espacio. • Fiabilidad: los láseres de fibra muestran una alta estabilidad ante vibraciones, un largo tiempo de vida y una operación prácticamente libre de mantenimiento. Como ya se ha señalado, estos láseres se utilizan en procesos de fabricación, para grabar o marcar metales, plásticos y vidrio. A modo de resumen se muestra un listado de otras aplicaciones de este tipo de láseres en la vida cotidiana: • Medicina: Operaciones sin sangre, tratamientos quirúrgicos, ayudas a la cicatrización de heridas, tratamientos de piedras en el riñón, operaciones de vista, operaciones odontológicas. • Industria: Cortado, guiado de maquinaria y robots de fabricación, mediciones de distancias precisas mediante láser. • Defensa: Guiado de misiles balísticos, alternativa al radar, cegado a la tropas enemigas. • Ingeniería Civil: Guiado de máquinas tuneladoras en túneles, diferentes aplicaciones en la topografía como mediciones de distancias a lugares inaccesibles. • Investigación: Espectroscopia, interferometría láser, LIDAR, telemetría. • Desarrollos en productos comerciales: Impresoras láser, CD, lectores de código de barras, punteros láser, termómetros, hologramas, aplicaciones en iluminación de espectáculos. • Tratamientos cosméticos y cirugía estética: Tratamientos de acné, celulitis, tratamiento de las estrías, depilación. Los láseres de fibra óptica prometen alcanzar aún mayores niveles de potencia óptica, ya que la tecnología no está limitada por el diseño de las fibras ópticas, sino por la potencia disponible de bombeo con las agrupaciones de diodos láser de semiconductor. Por otro lado, es posible configurar los láseres de fibra óptica de forma oscilador maestro–amplificador de potencia (MOPA por sus siglas en inglés), lo que permite obtener láseres de alta potencia y pulsados, con una duración de pulso de picosegundos (billonésima parte de un segundo) y femtosegundos (milbillonésima parte de un segundo). Se estima que con este tipo de configuración se pueden lograr potencias de hasta cien kilovatios [17].

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SITUACIÓN DEL MERCADO DE LOS LÁSERES DE FIBRA ÓPTICA Resumiendo, los mayores beneficios de la tecnología de los láseres de fibra óptica son los siguientes: una eficiencia mayor del 27%, una larga vida de los diodos de bombeo, un mantenimiento prácticamente gratuito, una misma unidad puede cortar, soldar o incluso taladrar, baja divergencia del rayo, y un relativo bajo coste. Estos láseres son compactos y transportables y ofrecen un óptimo funcionamiento ya que no requieren calentamiento, el tamaño del haz de salida con varía con la potencia y tiene un gran rango dinámico. En la actualidad, cerca de 70 empresas de todo el mundo comercializan este tipo de láseres de fibra óptica. Las tablas 1 y 2 muestran algunas de las principales características y posibles aplicaciones tanto para los láseres pulsados como para los de onda continua así como algunas de las empresas que los distribuyen. Dadas estas prestaciones, y dada su disponibilidad comercial cada vez más abundante, la aceptación de la tecnología de los láseres de fibra óptica ha ido creciendo uniformemente en todo el mundo [18]. A día de hoy, el procesado de materiales con láser de fibra óptica es una tecnología real de sustitución. Es decir, muchas compañías están comenzando a llevar a cabo su producción con la ayuda de estos láseres y están comenzando a ver como un signo de expansión y mejora la sustitución de sus viejos láseres. Otra área donde los láseres de fibra óptica están incrementando su mercado es en el campo de las aplicaciones móviles donde, debido a su reducido tamaño, estos láseres pueden transportarse fácilmente. Actualmente existen láseres de fibra comerciales con niveles de potencia de salida de hasta 50 kW. Estos dispositivos han demostrado unas prestaciones nunca conseguidas hasta ahora en cuanto a velocidad y profundidad de penetración. Este hecho ha dado lugar a la expansión de los láseres de fibra en el ámbito del procesado de materiales. ●

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ACTUALIDAD

Redes cuánticas de banda ancha gracias a nuevos avances ■ Las redes cuánticas de banda ancha están cerca de convertirse en una realidad puesto que los investigadores ya han demostrado que se pueden transferir bits cuánticos (qubit) desde fotones a dispositivos de memoria cristalinos de estado sólido. Mediante un cristal superenfriado, los investigadores han sido capaces de demostrar que se pueden transferir de forma reversible bits cuánticos desde una guía de onda de red cuántica a una memoria de estado sólido, así como en sentido contrario. Esto abre la posibilidad de construir una verdadera red cuántica. Han sido investigadores de la Universidad de Calgary (Canadá) y de la Universidad de Paderborn (Alemania) los que han logrado el proceso reversible de transferencia de fotón a fotón entre fotones y procedentes de fotones de átomos de estado sólidos excitados. Han usado materiales de tierras raras para dopar una guía de onda de niobato de litio que ha servido para el protocolo de memoria cuántica fotón-eco. ENLACE DE FIBRA DE 50 M De forma independiente, otro grupo de investigadores, en este caso de la Universidad de Ginebra (Suiza) han logrado demostrar una capacidad similar sobre un enlace de ﬁbra óptica de 50 m que se utiliza para trazar un camino para que los repetidores cuánticos puedan extender comunicaciones ultraseguras de una red cuántica a cualquier distancia. El primer grupo ha conseguido demostrar que sus guías de onda de niobato de litio, que ya se utilizan ampliamente en las comunicaciones ópticas, pueden manejar señales desde 5 MHz hasta 5 GHz, con un tiempo de retención de memoria de siete nanosegundos. La memoria cuántica utilizada por los cristales de niobato de litio necesitan ser superrefrigerada a -270ºC. El proceso todavía tiene que pasar por unas cuantas etapas como poder transferir qubit hacia y desde las memorias cuánticas. Además se tiene que trabajar mucho para lograr alargar el tiempo de retención de memoria de algunos nanosegundos a un mínimo de un segundo, condición necesaria para utilizar repetidores para poder crear redes cuánticas de grandes dimensiones. Los investigadores ya han aprendido a andar, ahora tienen que mejorar sus pasos. MAR 11 | Mundo Electrónico

Silicio-germanio en el modulador

Fujitsu reduce el consumo de los conmutadores ópticos ■ Fujitsu ha anunciado un conmutador de guía de onda óptica caracterizado por un consumo reducido a la mitad en comparación con los conmutadores tradicionales que se utilizan en este tipo ce aplicaciones. Para lograrlo ha utilizado una plantilla ﬁna de siliciogermanio (SiGe) en lugar de silicio en el modulador de índice refractivo. Esta tecnología, según Fujitsu, permitirá realizar conmutadores ópticos de alta velocidad capaces de trabajar sobre una amplia gama de longitudes de onda para soportar la actual demanda de servicios tales como la vídeoconferencia de gran ancho de banda manteniendo el consumo de energía dentro de unos límites más razonables. PRIMER PROTOTIPO El primer prototipo presenta un consumo de 1,5 mW que viene a ser la mitad de la energía que precisa un

dispositivo similar en tecnología de silicio. Esta cifra representa la menor potencia requerida hasta la fecha por parte de un conmutador óptico capaz de manejar alta velocidad en una gama amplia de longitudes de onda. La compañía japonesa ha señalado que ahora continúa trabajando en la integración de las diferentes tecnologías aplicadas a este dispositivo para crear conmutadores ópticos a gran escala para la próxima generación de redes. Este desarrollo viene a ser una respuesta a las predicciones de los expertos sobre el consumo energético de los sistemas de comunicaciones que indican que en el año 2025 el consumo será 13 veces superior a los niveles de consumo existentes en 2006 si no se encuentran alternativas a las tecnologías actuales capaz de reducir considerablemente el consumo de los dispositivos de comunicaciones.

Un proyecto de la UE abre las puertas a los circuitos ópticos ■ El proyecto de investigación PARADIGM (Photonic Advanced Research and Development for Integrated Generic Manufacturing), encabezado por la Universidad de Eindhoven, tiene como objetivo la estandarización del desarrollo y producción de circuitos ópticos para hacer que sean más baratos, y con tal ﬁn se buscan alternativas a su producción. Para lograrlo cuentan con unos fondos de 13 millones de euros ﬁnanciados en su mayor parte por la UE. El proyecto cuenta con 16 socios entre diferentes instituciones de investigación, universidades y empresas de alta tecnología como Alcatel, Thales,

Philips o Willow Photonics. Todos los socios han unido sus fuerzas para resolver el principal inconveniente de estos dispositivos, que e su precio de fabricación en comparación con los circuitos eléctricos equivalentes. Los primeros productos con los resultados logrados a partir de los estudios de este proyecto se espera que estén en el mercado en 2016 y, de cumplir los plazos, permitirían mantener a la UE a la cabeza de la tecnología de circuitos ópticos. Éste es uno de los segmentos prioritarios por los que ha apostado la UE para conservar un lugar preeminente en el desarrollo tecnológico.

El proyecto SARDANA da como resultado una red de ﬁbra óptica de 100 km y 1 Gbps

Basadas en LED de alta potencia

Proyecciones con más luz y nitidez gracias a la microóptica ■ Las actuales salas de conferencias o de presentación suelen ser oscuras para que la proyección sea nítida. Este inconveniente se podría resolver con una nueva tecnología de proyección que no sólo permitiría dispositivos más pequeños, sino que además permitiría la representación de las proyecciones en lugares luminosos, incluso en el exterior. El instituto de investigación alemán Fraunhofer AOP ha diseñado un prototipo de proyector que consiste en un sistema óptico de sólo 11 mm² y 3 mm de grosor a través del que brillan una serie de lámparas LED de alta potencia. La imagen que se logra es muy nítida, tiene colores brillantes y todo es gracias a la nanotecnología que incorpora, de hecho la imagen se integra con la microóptica de forma que los puntos sólo miden unos pocos cientos de nanómetros y se almacenan en una capa de cromo bajo la matriz de lentes. La matriz incorpora alrededor de 250 microlentes y bajo cada lente se incluye una microimagen. Con la proyección de todas las microimágenes sobre la pared, la calidad que se logra es muy

elevada y todo a partir de un proyector de muy reducidas dimensiones. PRIMER PROTOTIPO Esta nueva tecnología de bolsillo no sólo tiene potencial para sustituir a los proyectores digitales actuales, sino también las cámaras puesto que podría adaptarse perfectamente a todo un nuevo abanico de aplicaciones, tal como han señalado fuentes del instituto alemán. El primer prototipo diseñado tiene las dimensiones de una caja de cerillas y puede proyectar presentaciones, vídeos y películas a partir de un teléfono móvil o un ordenador. Para el desarrollo de la matriz de lentes se han utilizado compuestos de hidrógeno-carbono orgánico y oxígeno en una matriz inorgánica de óxido de silicio u óxido de titanio. Estos materiales previenen el cambio de los plásticos embebidos debido a los cambios químicos que se producen en los mismos a lo largo del tiempo. Como estos materiales son insensibles a las cargas mecánicas y térmicas, mejoran las características ﬁnales del producto.

Nuevas herramientas de Jenoptik ■ Jenoptik, ﬁrma especializada en equipamiento óptico para plantas de producción, ha anunciado un conjunto de métodos de integración de sistemas avanzados, así como herramientas para ensamblaje, interconexión y contactos para componentes especíﬁcos microópticos y optoelectrónicos. Para lograr esta nueva oferta de servicios ha puesto en marcha salas blancas de nivel 100 con herramientas de alineamiento especialmente diseñadas como un robot especial con 6 ejes y multitud de grados de libertad.

Además, Jenoptik ha desarrollado procesos para la fabricación de estructuras ópticas submicrónicas en la parte superior de sensores optoelectrónicos o matrices de sensores, así como una estructuración submicrónica de membranas para sistemas microópticos trabajando en la banda de ultravioleta extremo (EUV). Esta compañía trabaja con una gran variedad de materiales entre ellos silicio, fosfuro de galio (GaP), seleniuro de cinc (ZnSe), germanio, zaﬁro y diferentes plásticos.

■ El proyecto europeo SARDANA, iniciado en 2008 y encabezado por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) a través del Grupo de Comunicaciones Ópticas, está llegando a su fin. Tras la prueba de campo realizada por France Telecom (FT)-Orange a finales de enero en Francia, el sistema de comunicaciones por fibra óptica de banda ancha se presentó a primeros de febrero en Milán en el transcurso del congreso europeo Fiber-to-theHome 2011. Scalable Advanced Ring-based passive Dense Access Network Architecture (SARDANA) ha dado como resultado una red de fibra óptica disponible para más de 1.000 usuarios por anillo. El alcance de la red también supera los actuales 20 km ya que cubre hasta 100 km para dar servicio a núcleos urbanos y rurales. La velocidad también se multiplica al garantizar hasta 1 Gbps a cada hogar en entornos rurales y 300 Mbps dentro del ámbito urbano, con lo que se superan los 10 Mbps de velocidad media que ofrece actualmente ADSL. Además, la red es escalable y más robusta, segura y barata de construir y mantener. FIBRA HASTA LOS HOGARES Se trata de una red densa de fibra óptica universal denominada ‘fibreto-the-home network’, capaz de llegar a todos los hogares europeos. El nuevo sistema, que se pondrá en funcionamiento en el años 2015, regenera la señal óptica a través del bombeo y la amplificación de manera remota. Así, permite a los usuarios acceder a aplicaciones multimedia sin los cuellos de botella actuales. El proyecto SARDANA se ha desarrollado en el marco del VII Programa Marco de la Comisión Europea y se basa en que la tecnología ha de proporcionar las herramientas para que no se produzca la llamada brecha digital. Ha participado un consorcio de entidades integrado por la UPC, France Telecom (FT)-Orange, Tellabs, Intracom, el Instituto de Telecomunicações (IT), el High Institute of Communication and Information Technology (ISCOM) y el Research and Educational Laboratory in Information Technology (AIT). Mundo Electrónico | MAR 11

optrónica

Actualidad

Su implantación se extiende más allá del ámbito industrial

Sistemas de visión artificial, campo de expansión para la fotónica ■ Los sistemas de visión artificial forman parte fundamental de algunos procesos de fabricación, así como de algunos productos. Para productos desde células solares semiconductoras, compuestos farmacéuticos, segmento de automoción, etc., los sistemas de visión artificial ayudan a asegurar la calidad y maximizar la producción de la eficiencia y, en consecuencia, aportan ahorros de coste. El mercado global de los sistemas de visión artificial en Norteamérica se ha valorado en casi 900 millones de dólares según la AIA (Automated Imaging Association). Sin datos precisos del resto del mundo, no es descabellado establecer el mercado mundial en casi 3.000 millones de dólares y con una gran tendencia al crecimiento en el futuro. Las industrias con más interés en este campo son la de semiconductores, automoción y maderera. MÁS ALLÁ DE LA PRODUCCIÓN Hasta tiempos recientes los sistemas de visión artificial eran coto exclusivo de la fabricación, pero desde un tiempo a esta parte compañías no manufactureras se están interesando por este tipo de sistemas. El primer segmento no productivo es el de la seguridad y reconocimiento facial, un campo que ha experimentado importantes avances durante los últimos años. En cualquier caso, el avance en los sistemas de visión automatizada se basa actualmente en la mejora de las cámaras como núcleo central del sistema hasta haberse convertido en sistemas completamente digitales, con mayor rapidez y una resolución mucho más elevada. Con cifras del año 2009, sólo el 14% de las cámaras de los sistemas tenían capacidad GigabitEthernet, lo que implica un gran potencial de crecimiento en los sistemas de visión hacia GbitE y hacia 10 GibE. El segundo aspecto fácilmente mejorable es la creciente tendencia a incluir circuitería de procesamiento de imagen junto con la cámara, de forma que el mismo sistema puede realizar el preprocesamiento, el conjunto se ha denominado ‘cámara inteligente’ y combinan la funcionalidad de un sistema de visión automatizado pero a bajo coste, lo que permitiría que estos dispositivos se introdujeran en mercados masivos. Las primeras ‘cámaras inteligentes’ MAR 11 | Mundo Electrónico

sólo eran capaces de determinar la presencia o ausencia de un determinado elemento en la imagen. Los actuales sistemas con una resolución mejorada pueden entrar en campos tan delicados como el reconocimiento biométrico o la vigilancia inteligente. VIGILANCIA INTELIGENTE El segmento de vídeovigilancia ha cambiado desde una captura de imágenes indiscriminada a un sistema de vigilancia inteligente que, por ejemplo, permite monitorizar el tráfico, generar alertas de accidentes, identificar el número de matrícula de los vehículos y otras aplicaciones similares o más complejas en los “ojos inteligentes”. Éstos permiten aprender continuamente a partir de una entrada visual. Automáticamente se autoajusta a los cambios en el entorno visual de forma que puede concentrarse específicamente en determinados eventos sobresalientes que vendría a ser cualquier suceso que llamara la atención del entorno. Pero el sistema es más complejo puesto que, si se utiliza como sistema de vigilancia, no todos los eventos sobresalientes pueden tener relevancia desde un punto de vista de seguridad; por tanto, el sistema se complementa con un software que permitiría que el sistema aprendiera en base a unos pocos ejemplos de eventos sobresalientes para seguridad. El software analiza los eventos sobresalientes de una escena para detectar los eventos remarcables desde el pun-

to de vista de seguridad. El sistema experto los clasiﬁca además en función de su experiencia o una base de datos a la que se puede conectar. Finalmente, se tienen que coordinar las diferentes cámaras a un sistema común que le permita asegurar toda la zona de cobertura o escenario en particular. El objetivo del proyecto es desarrollar un sistema que permita trabajar en casos de la vida real, reconociendo la actividad de la gente a distancias variantes de la cámara. De esta forma, el sistema debería reconocer el comportamiento de las personas y determinar si el comportamiento es normal o es un comportamiento que puede representar algún tipo de riesgo para la seguridad y en ese momento activar las alarmas. El seguimiento podría ser a personas individuales o grupos de personas, incluso debería ser capaz de determinar la presencia de una persona concreta. La tecnología de ojo inteligente se compone de tres cámaras que actúan al unísono en un bucle de reconocimiento coordinado. Una cámara de visualización global realiza la monitorización general y, cuando detecta un evento determinado, activa otras dos

cámaras estereoscópicas con un elevado zoom. Este sistema se ha desarrollado dentro del VII Programa Marco de la UE bajo el nombre de proyecto SEARISE e incluye diferentes socios tanto académicos como industriales de toda Europa. La idea es situar estos sistemas en áreas con mucha cantidad de gente como aeropuertos, sistemas de transportes o eventos de masas. ASISTENTES PARA VEHÍCULOS Desde el punto de vista de aplicaciones masivas de bajo coste, el principal mercado en la actualidad puede ser el de los asistentes de automoción basados en sistemas de visión que están empezando a encontrar su hueco en el mercado al mismo tiempo que los conductores empiezan a ver las ventajas de tener un vehículo dotado con ese tipo de sistemas. Estas aplicaciones llegan al mercado masivo después de pasar por el segmento profesional como puede considerarse a las aplicaciones militares y de policía que han utilizado las imágenes térmicas para visualización nocturna en aplicaciones de seguridad y vigilancia. Ahora estas aplicaciones se están haciendo más compactas, han reducido su coste y con un software más potente han permitido que se traslade su uso a aplicaciones de gran consumo. Los sistemas de visualización térmica ya se encuentran disponibles, como opción, en algunos modelos de automóviles de gama alta. El PathFindIR de BMW incorpora un microbolómetro de 320x240 puntos con unas lentes de 19 mm de amplio ángulo para proporcionar un campo de visión de 36º todo ello en un dispositivo de 5,8x5,7x7,2 cm y 360 g de peso que se instala en la parrilla del vehículo. A partir del sistema de visión existe un software que interpreta los datos de las imágenes proporcionadas por la cámara para determinar la distancia y la forma de los objetos, que se presentan en una pequeña pantalla en el coche situada o en el salpicadero o en el propio parabrisas para evitar desviar la vista de la carretera. Ya existen versiones que permiten leer las señales de tráﬁco y presentarlas en la pantalla. Asimismo, los sistemas de ayuda al aparcamiento que incluyen cámaras es una opción común incluso en vehículos de gama media. Dentro de la evolución de los sistemas de visión, en paralelo han debido evolucionar los sistemas de iluminación, puesto que las imágenes con baja iluminación son difíciles de captar y pueden introducir errores.

Objetivo: más de 100 Tbps en 2020

Programa industrial del IMEC para mejorar las E/S ópticas ■ El IMEC ha puesto en marcha un programa industrial destinado a mejorar las características de las E/S ópticas de elevado ancho de banda que forma parte de la plataforma de investigación sobre CMOS a escala submicrónica y tiene por objetivo explorar la utilización de soluciones ópticas para la realización de interconexiones entre circuitos CMOS. Según la hoja de ruta de investigación se espera superar los 100 Tbps en el año 2020. La fotónica sobre silicio se ha constituido como la primera alternativa para ofrecer enlaces ópticos de corto alcance efectivos y de coste ajustado. Las principales ventajas de las interconexiones ópticas basadas en silicio pasan por su elevada velocidad, huella compacta, bajo consumo y bajo coste por lo que se convierten en una buena solución de interconexión escalable. Otra ventaja es su compatibilidad con las infraestructuras procesos de fabricación CMOS existentes. SUSTRATOS SOI Durante los últimos diez años, el instituto IMEC, junto con los laboratorios INTEC y la Universidad de Gante, han

demostrado las prestaciones de los dispositivos ópticos basados en silicio para transmisiones de alta velocidad basándose en sustratos tipo SOI. El nuevo programa del IMEC para lograr E/S ópticas de alta velocidad vierte toda su experiencia en el desarrollo de una solución fotónica que permita acceder a los retos de las interconexiones ópticas para circuitos CMOS. El primer trabajo a completar es el camino de transmisión E-O-E (Electrical to Optical to Electrical) que se modelará mediante varias tecnologías y probado con diferentes aplicaciones, así como soluciones existentes. Con las especiﬁcaciones logradas se intentará optimizar la densidad del ancho de banda, el consumo de energía, la robustez térmica o el coste del sistema. Una vez completada la primera etapa, se realizará el enlace óptico dentro del silicio, incluyendo los componentes requeridos como moduladores ópticos, fotodetectores basados en germanio y multiplexores ópticos. El objetivo ﬁnal es lograr un enlace real óptico y de ancho de banda para la próxima generación de circuitos y tecnologías ópticas.

Sun añade a su oferta una serie de medidores de potencia óptica ■ Sun Telecom, ﬁrma representada por Setup Electrónica, ha renovado toda la gama de sus equipos de mano actualizándola y ampliando el abanico de equipos para adaptarse a las diferentes necesidades. En la gama alta de Sun Telecom está la serie SUNOPM200 completamente nuevo. Este medidor portátil de potencia óptica tiene más prestaciones, como una fuente de luz estabilizada, detección y cambio automático de longitud de onda (850, 1300, 1310, 1490, 1550 y 1625 nm), almacenamiento de 1.000 registro de datos, retroiluminación inteligente según el entorno de trabajo y especialmente interesante es la función de auto-calibración que incorpora. Incluye un puerto USB y software para el tratamiento de la información. La batería tiene hasta 200 horas de trabajo e incluye para ahorrar la función de apagado tras un tiempo a deﬁnir sin utilizarlo.

APLICACIONES Junto con la fuente de luz SUN-LS200 (Laser Source) es un equipo fundamental para la fabricación e investigación de componentes ópticos, la experimentación y enseñanza de comunicaciones ópticas y para el test y mantenimiento de equipos y redes ópticas. La fuente de luz variable SUN-LS200 ofrece una elevada estabilidad de láser para medidas y test de fibra óptica. La fuente proporciona identificación de la longitud de onda y frecuencia lo que permite, junto con el OPM200 caracterizar perfectamente la fibra óptica tanto monomodo como multimodo. Entre las principales características se destaca la potencia de salida variable, alta estabilidad de láser, hasta 5 días de trabajo mediante duración de baterías, frecuencia de salida de 270, 330, 1000 y 2000 kHz, con una precisión de hasta 0,01 dBm. Mundo Electrónico | MAR 11

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Del entorno profesionales a las aplicaciones de uso masivo

Fotónica para todos los públicos ■ Durante muchos años, las aplicaciones ópticas y fotónicas habían sido coto privado de sistemas profesionales, ya sean industriales, de investigación o aplicaciones médicas. Sin embargo, con la llegada entrada del nuevo milenio las aplicaciones de consumo no han dejado de ganar relevancia y hoy en día abundan aplicaciones que guardan de una forma directa o indirecta relación con la fotónica. Los próximos años traerán más aplicaciones de este tipo, por lo que es importante conocer las tendencias actuales de la tecnología. Prueba de los cambios en la tecnología de masas es que, probablemente, uno de los hitos más recordados del pasado 2010 fue la llegada a las pantallas de Avatar, una película en 3D que revolucionaba el mercado y que ha abierto la puerta a un mercado 3D que ya empuja por entrar en los hogares. La consecuencia del éxito de dicha película fue que las principales fabricantes de televisores de alta gama como LG, Panasonic, Sony, Samsung, Toshiba y Philips, presentó pantallas y periféricos que permiten visualizar películas en 3D. Los consumidores no han empezado a prestar más atención de la cuenta a esa tecnología puesto que la oferta existente es limitada pero es cierto que determinados mercados como el norteamericano y el japonés han mostrado un espectacular avance, prueba de ello son las 3,2 millones de unidades vendidas sólo en el mercado norteamericano. Pero el mercado no se limita a la TV, puesto que la reproducción implica también como mínimo el periférico que constituye las gafas y que supone la apertura de una nueva línea de negocio para los fabricantes. Pero el mercado de la TV no es el único que espera crecer con los contenidos 3D: otra importante baza es el mercaMAR 11 | Mundo Electrónico

do de los vídeojuegos que siempre está a la zaga de la tecnología y que espera sacar un gran partido a los sistemas de visualización 3D. Las previsiones a futuro indican que el mercado de los televisores preparadas 3D supondrá un importante crecimiento para alcanzar los 118 millones de unidades en 2014. LÁSER Y SUS APLICACIONES Si la TV 3D es un gran representante de las aplicaciones fotónicas y optoelectrónicas actuales, no es la única que se puede encontrar en los centro de entretenimiento. De hecho, los visualizadores láser y la iluminación láser están ampliamente extendidos en todo tipo de salas o auditorios de conciertos, discotecas o incluso espectáculos al aire libre que aprovechan los avances en las tecnologías fotónicas para crear espectáculos visuales que no se podrían realizar de otra forma. La tecnología de última generación ha permitido, por ejemplo, que haya llegado el diodo láser azul de alta energía y bajo coste que ha permitido diferentes mejoras como el hecho

de desarrollar proyectores de vídeo basados en fuentes de láser de diodo azul o, por poner otro ejemplo, la evolución de la fabricación de diodos para su posicionamiento en matrices de diodos que aportan mayor energía sin incrementar el coste. Los diodos azules han experimentado un gran avance tecnológico; desde la llegada de los diodos azules el número de aplicaciones se ha multiplicado considerablemente en paralelo con la reducción de coste de estos dispositivos. La evolución de las fuentes de luz láser ha sido similar, se ha logrado desarrollar láseres más compactos y potentes manteniendo la coherencia de la luz dentro de unos niveles adecuados para las aplicaciones comerciales, de ahí su proliferación como elementos decorativos o lúdicos, pero también han tenido su participación en los procesos industriales para realizar medidas de distancias, para la fabricación de sensores como los utilizados por los vehículos como sensores de proximidad. Pero también han aparecido nuevas aplicaciones que, algunas veces fueron intuidas por el cine, como la ho-

lografía. En estos momentos diferentes grupos de investigación, entre los que destaca la Universidad de Arizona, trabajan en una tecnología de grabación de imágenes holográficas 3D. Sería una tecnología de representación en tres dimensiones que no requeriría un periférico especial para su representación, es decir, gafas especiales para lograr el efecto 3D. HOLOGRAMAS POR ETHERNET Hay otra tecnología que está estudiando la reproducción holográfica basada en una matriz de cámaras que almacena imágenes de un objeto desde diferentes perspectivas y las envía al reproductor de hologramas mediante una conexión Ethernet. En el otro extremo de la comunicación, un haz de láser pulsado de alta rapidez escribe la información en un polímero fotorrefractivo y cada pulso almacena un punto holográfico. Las comunicaciones holográficas distan de ser un mero trabajo de investigación puesto que hay un gran potencial en el campo holográfico, empezando por los anuncios, mapas en 3D, sistemas de entretenimiento o aplicaciones de telemedicina. En todo caso, para alcanzar estos niveles de comunicaciones, todavía se requieren mejoras tanto en los sistemas de representación 3D como en las tecnologías de comunicaciones por Internet, pero la imaginación cinematográfica está mucho más cerca de ser una realidad. Pero la revolución fotónica de esta primera década del nuevo milenio no se ha acabado en el mundo de la visualización o los láseres. Poco a poco se están dando pasos de gigante hacia la computación óptica que también se ve como una realidad un poco de ciencia ficción. En un mundo en el que las comunicaciones ópticas son una completa realidad, sólo hace falta lograr prescindir de la electrónica para alcanzar el siguiente paso en la evolución tecnológica. Las dificultades para alcanzar un verdadero ordenador óptico son innumerables, para empezar todavía no se ha logrado un interface electroóptico lo suficientemente adecuado para que no se introduzcan errores. Sin embargo, no es menos cierto que durante los últimos años se han producido toda una serie de descubrimientos, en muchos casos basados en tecnologías MEMS y microespejos que ha permitido dar un salto adelante a la hora del desarrollo de un verdadero ordenador óptico.

Objetivo: mejorar la eﬁciencia

El cristal fotónico puede hacerse realidad gracias a PHABLE ■ La firma alemana Eulitha y la japonesa Dai Nippon Printing han anunciado el éxito en la realización de plantillas para obleas de 4 pulgadas con la tecnología propietaria de Eulitha conocida como PHABLE. Se logró crear máscaras de cristal fotónico con una longitud de onda de 600 nm y una simetría hexagonal uniformemente sobre obleas de 4 pulgadas. PHABLE es una tecnología de fotolitografía basada en máscaras para la producción de estructuras fotónicas tales como cristales fotónicos, rejillas de difracción y superficies antirreflectantes. Estas plantillas ofrecen una elevada repetibilidad sobre amplias áreas que es fundamental para asegurar las prestaciones en dispositivos como LED, células solares y visualizadores planos. LUZ ULTRAVIOLETA SOBRE LA MÁSCARA Con esta tecnología la máscara se ilumina con un haz ultravioleta para formar una imagen de alta resolución que tiene muy poca profundidad de foco. Por tanto, los sustratos sin superficies planas pueden configurarse fácilmente. Con esta técnica se han

logrado agujeros circulares con un periodo de 600 nm dentro de un enrejado hexagonal e impresos en obleas de silicio con una capa fotorresistente que están disponibles comercialmente. Las plantillas logradas tenían una gran uniformidad en todo el área de 4 pulgadas. Los cristales fotónicos permitirán mejorar la extracción de luz de dispositivos LED o realizar plantillas para sustratos de zaﬁro que mejoran el comportamiento de los LED. También se podrá mejorar las células solares y su eﬁciencia con esta nueva tecnología, así como abrir nuevas posibilidades en los desarrollos de nanoestructuras.

LED contra el sueño al volante ■ Un nuevo emisor LED infrarrojo se está utilizando para reconocer microsueños en los conductores. Este nuevo sistema para la detección de fatiga requiere una cámara con un sensor CMOS que detecta la luz IR a una longitud de onda de 850 nm que no es visible para el ojo humano y analiza la imagen del conductor que se captura por la cámara. Este proceso se realiza sin que se perturbe al conductor, incluso de noche. Este diodo LED infrarrojo fabricado por Osram Opto Semiconductor se ha diseñado especíﬁcamente para ayudar a reconocer los peligrosos microsueños que afectan a los conductores. La cámara se monta en el campo de visión del conductor y utiliza un software de análisis de imagen para determinar si el conductor está fatigado o distraído. Gracias a su pequeño tamaño y a unas lentes integradas que tienen un ángulo de iluminación de 40º, el LED SFH4236 se puede ins-

talar en el tablero de instrumentos del vehículo e iluminar directamente la cara del conductor sin producir sombras. EL SUEÑO, FACTOR DE RIESGO Se estima que el 25% de los accidentes se producen debido a la fatiga o microsueños del conductor, por lo que esta tecnología permitiría reducir ese número de forma considerable. Además, las aplicaciones de estos LED-IR en el segmento de automoción es más amplio puesto que podrían utilizarse para el reconocimiento de la ocupación de los vehículos, sistemas de visión nocturnos, detección de proximidad y otros sistemas de ayuda a la conducción. Además, estos dispositivos tienen una vida media de decenas de miles de horas, muy superior a la vida media de cualquier vehículo por lo que no sería necesario sustituirlo en toda la vida operativa del vehículo. Mundo Electrónico | MAR 11

productos y servicios

la solución

Sistema para análisis de redes

Reflectómetro óptico portátil con pantalla táctil La serie Sun-OT4900 de Sun Telecom (distribuida por Setup Electrónica) está formada por reflectómetros ópticos en el dominio del tiempo (OTDR) portátiles, equipos para el análisis de redes ópticas que pueden trabajar a longitudes de onda de 1310 nm y 1550 nm. Diseñado para el test de fibra de forma rápida y cómoda, su peso es bajo y su uso es intuitivo gracias a teclas especiales para pruebas automáticas y programadas.

El Sun-OT4900 de Sun Telecom es un instrumento de pequeñas dimensiones que incorpora un visualizador TFT táctil en color de 3,5 pulgadas que se completa con un interface gráﬁco sencillo y orientado a la aplicación. Incluso el alto brillo e iluminación de la pantalla hace que su manejo resulte sencillo incluso por la noche o en entornos oscuros. De esta forma resulta apropiado para su manejo en el exterior por lo que es muy adecuado para tareas de mantenimiento de redes de ﬁbra óptica. En concreto resulta indicado para el análisis de redes ópticas con longitudes de onda de 1310/1550 nm. La pantalla táctil y el teclado se caracterizan por la inclusión de muy pocos botones y por incluir una botonera que permite su adaptación a las necesidades de medida de cada uno de los usuarios. Además, también incorpora una tecla que permite realizar una medida rápida y automática en las dos longitudes de onda a las que ofrece soporte, así como el almacenamiento de los resultados.

CARACTERISTICAS TÉCNICAS ■ Test para longitudes de onda de 1310/1550 nm. ■ Margen dinámico: 27 dB. ■ Fácil mano con pantalla táctil de 3,5 pulgadas ■ Formato pantalla TFT-LCD con retroiluminación graduable. ■ Función automática para ahorro de energía. ■ Batería hasta 8 h de funcionamiento. ■ Teclas para las pruebas más importantes. ■ Fuente de luz visible (VFL) incorporada. ■ Memoria para 320 curvas. ■ Software de PC completo para análisis. ■ Generación de informes.

MAR 11 | Mundo Electrónico

TRES MODOS DE FUNCIONAMIENTO El Sun-OT4900 se caracteriza por sus tres modos de funcionamiento con el fin de reducir el consumo de energía y su batería ofrece una duración máxima de hasta 8 horas. El nuevo instrumento ha sido desarrollado para diversos entornos metropolitanos con una longitud máxima de 120 km en redes de área amplia (WAN), de TV por cable (CATV) y otros sistemas de comunicación mediante fibra óptica tanto para su instalación como para mantenimiento. Estos equipos incorporan de serie una fuente de luz visible (VFL) para localizar roturas de fibra de forma rápida y práctica.

MEDIDA

Localizador de cables subterráneos El equipo Dynatel 2220 localiza transmisores remotos como sondas y cámaras de inspección de tuberías y cañerías además de cables subterráneos. De esta forma, el operador puede elegir la frecuencia que mejor se adapte a cada situación, ofreciendo el máximo rendimiento. El receptor presenta un gráﬁco de barras con la potencia de señal y la indicación de la dirección de la tubería o cable, ayudando así al operador a distinguir el conducto buscado en zonas congestionadas. Esta solución de fácil uso se distingue por un robusto diseño que permite su utilización en condiciones adversas con una alta precisión, así como por dos frecuencias activas de rastreo (8 y 82 kHz) que se pueden usar para localizar la mayoría de instalaciones. También permite leer de forma rápida la profundidad del tubo en los modos de potencia activa, pasiva y sonda.

MEDIDA

Osciloscopio de hasta 10 GS/s

La gama de equipos WaveSurfer MX-B y MSO MX-B de LeCroy incluye modelos con anchos de banda comprendidos entre los 200 MHz y 1 GHz caracterizados por velocidades de muestreo de hasta 10 GS/s y una profundidad de memoria de hasta 25 M puntos. Asimismo, incluyen todas las herramientas de depuración necesarias para completar un osciloscopio robusto y ﬂexible. Incluyen hasta 18 canales digitales con una velocidad de muestreo de 1 GS/s para la depuración analógica y medida de sistemas de señal mixta. En todos los casos se incluye un gran visualizador a color con una diagonal de 10,4 pulgadas y elevado brillo. Cuenta con diferentes modos de adquisición tanto para las señales lentas como las muy rápidas, incluyendo un modo secuencial que permite segmentar la memoria del equipo capturando hasta 10.000 adquisiciones en una única forma de onda: una técnica que permite la captura de pulsos muy rápidos contando con una velocidad de disparador de hasta 1,25 M formas de onda por segundo. ■ Fabrica y comercializa: LeCroy

MEDIDA

Grabador de datos I/Q

■ Fabrica y comercializa: 3M España

PASIVOS

Resistencia de película gruesa El aumento de la presencia del sulfuro en las resistencias consume la plata o el cobre en las terminaciones y crea grandes problemas en aplicaciones industriales y de automoción. Especialmente en los procesos que utilizan sustancias químicas como la fabricación de neumáticos o la producción de vino. Para combatir estos inconvenientes, la serie ASC ofrece tamaños estándares de 0402 a 2512 y valores de 1 R0 a 10 MΩ con características especiales de terminación que resisten los gases provocados por el azufre. Los conductores, el elemento de resistencia, la protección interna de vidrio y la cubierta externa de epoxy son aplicadas a un sustrato de aluminio, mientras que los chip se suministran con terminaciones “wrap-around” (envoltorios) especialmente aptos para la soldadura. Las terminaciones poseen una barrera de níquel electrometalizada y totalmente conformes a RoHS. El incremento en la resistencia ha sido demostrado en las pruebas de cumplimiento del estándar internacional ASTM B809-95(2008). Los nuevos componentes de la serie ASC se suministran en cinta y bobina para montaje automatizado.

El grabador de datos I/Q está indicado para señales digitales de RF en tiempo real. Gracias a su combinación de velocidad, tamaño compacto y resistencia, es apropiado para pruebas de unidad en redes de radiodifusión y telefonía móvil. En las medidas en equipos y componentes electrónicos, el grabador se puede emplear para suministrar señales de medida previamente generadas. Además, es posible grabar señales esporádicas y espectros de banda ancha en tiempo real para un análisis posterior fuera de línea. Este interface I/Q simplifica tanto el intercambio de parámetros entre los equipos como la configuración del grabador de datos. Durante la configuración, el usuario puede introducir varios modos de disparo para la función de arranque/paro que van desde el arranque manual rápido hasta el disparo de la grabación mediante un nivel de señal I/Q previamente introducido. El interface Ethernet integrado permite tanto controlar remotamente el equipo como transferir los datos de medida vía LAN. Dos interfaces USB adicionales ubicados en el panel frontal y una pantalla táctil facilitan aún más el manejo del grabador. ■ Fabrica y comercializa: Rohde & Schwarz

■ Fabricante: Welwyn

■ Comercializa: Anatronic Mundo Electrónico | MAR 11

productos y servicios 52

PROTECCIÓN

Circuito para comunicaciones Los modelos ECMF02 y ECFM04 son dos circuitos de protección especialmente desarrollados para aplicaciones de comunicaciones en teléfonos móviles, ordenadores de tableta y ordenadores portátiles, así como conexiones cableadas de tipo USB 2.0 y HDMI. Ambos dispositivos utilizan la tecnología iPad y combinan un filtrado en modo común con la protección ESD que necesaria en las líneas de alta velocidad. El filtrado en modo común previene los errores de datos causados por las interferencias EMI que se eliminan habitualmente mediante un componente cerámico independiente. El nuevo circuito permite, por tanto, reducir el número de componentes para realizar la protección, por lo que ahorra espacio en placa y simplifica el diseño. Además, los componentes son muy compactos y su altura no supera los 0,55 mm. ■ Fabrica y comercializa: STMicroelectronics

COMUNICACIONES

Cables para transmisiones inalámbricas Estos cables coaxiales cumplen los imperativos de miniaturización y de prestaciones eléctricas de los protocolos sin hilos como Bluetooth o IEEE802.11. Ya sea para ordenadores, teléfonos móviles, impresoras, cámaras digitales o Internet, se aplica el mismo concepto: los equipos electrónicos integran sistemas de antenas emisoras y receptoras necesarias al intercambio de datos. Estas antenas están conectadas a cartas electrónicas por medio de cables coaxiales con blindaje hasta 6 GHz. Esta compañía fabrica cables coaxiales (diámetro de 0,20 mm a 30 mm), cables y conectores RF para desarrollar coaxiales adaptados a estas aplicaciones. Su dominio de los métodos de extrusión y de los materiales utilizados tales como el PTFE, FEP o Celloﬂon (PTFE expandido patentado) permite proponer un material dieléctrico que resiste temperaturas de hasta 150°C. ■ Fabrica y comercializa: Axon Cable

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POTENCIA

MOSFET de 12 V de entrada y alta eficiencia La gama de MOSFET de la familia DirectFET formada por los modelos IRF6811 e IRF6894 proporcionan una elevada eficiencia para aplicaciones reductoras síncronas con entrada de 12 V como servidores, ordenadores de sobremesa y portátiles de próxima generación. Estos dispositivos se caracterizan por una resistencia en conducción y una carga de puerta muy reducida que permite incrementar su eficiencia en un 2% si se compara con la anterior generación. Estos MOSFET permiten reducir considerablemente las pérdidas en las aplicaciones de conversión y el modelo IRF6894 también integra un diodo Schottky que reduce las pérdidas asociadas con la conducción del diodo y su recuperación inversa. La nueva generación tiene patillas completamente compatibles con las versiones anteriores de la familia DirectFETplus. ■ Fabrica y comercializa: International Rectifier

MEDIDA

Registrador de datos multicanal con 2 GB de memoria ﬂash El registrador multicanal GL820E sustituye al anterior modelo GL200a e incorpora nuevas prestaciones como una memoria flash interna de 2 GB para largas capturas, margen de entrada de tensión de 20 mV a 50 V independiente por canal, unidades de medida definidas por el usuario, predefinidas termopares y humedad, conexión USB para volcado y registro en PC, alimentación por baterías, CA y CC, 4 entradas lógicas extras para medidas de pulsos y pantalla color TFT de 4,3 pulgadas (480x272 puntos) caracterizada por un elevado factor de contraste. Los datos calculados se pueden comparar con canales de medida en tiempo real. Además, cuenta con capacidad para funcionar con baterías o conectado a la corriente e incorpora una función de filtro del ruido que pueda producirse por la señal de alimentación de 50/60 Hz. Además, ha incrementado su capacidad de almacenamiento que junto con su capacidad de muestreo de 10 ms ofrece un mínimo de un mes de captura de forma completamente autónoma. ■ Fabricante: Graphtec ■ Comercializa: Setup Electrónica

MICROS

Microcontrolador de 8 bit para aplicaciones monofásicas La familia de microcontroladores PIC18F87J72 de 8 bit ha sido optimizada para aplicaciones monofásicas y multifunción en contadores inteligentes y monitorización de energía. Las principales prestaciones de estos microcontroladores son: doble canal AFE con convertidores delta-sigma de 16/24 bit y amplificador de ganancia programable de alta ganancia; controlador LCD de hasta 132 puntos, con regulador de tensión tipo elevador; 128 KB de memoria de programa flash; 4 KB de memoria RAM; tecnología mTouch, sensor táctil capacitivo (CTMU); y RTCC, reloj en tiempo real y calendario. Gracias a su etapa de entrada analógica de doble canal se propone una solución precisa y de sencillo manejo para el desarrollo de contadores que superen las prestaciones definidas por la IEC clase 0.5. Además, con sus 128 KB de memoria de programa flash y 4 KB de RAM se abre la posibilidad de incorporar funciones de tiempo de uso y multitarifa. Por otro lado, con su elevado nivel de integración de periféricos, incluyendo un controlador de LCD, reloj/calendario de hardware en tiempo real (RTCC) y una unidad de teclado capacitivo (CTMU) se puede diseñar un completo interfaz de usuario con un único dispositivo. ■ Fabricante: Microchip Technology ■ Comercializa: Sagitrón

POTENCIA

Convertidor CC/CC de 30 W El AM30E-Z es un convertidor CC/CC que ahorra hasta un 35% en el espacio de la placa con una potencia de 30 W y encapsulado compacto para alcanzar una densidad de potencia de 15 W/pulgada cúbica con unas dimensiones de 2x1 pulgadas. Tiene unos márgenes de entrada de 9 a 18, 18 a 36 y 36 a 75 VCC y puede proporcionar la elevada ﬂexibilidad requerida para aplicaciones con entradas de tensión reguladas o alimentadas con baterías. Con un aislamiento entre entrada y salida de 1600 VCC, salidas simples y dobles de 3,3; 5; 5,1; 12 y 15 VCC, logra una regulación de carga completa y protección continua frente a cortocircuitos con rearranque automático. Está homologado RoHS y tiene un margen de temperaturas comprendido entre -40 y +85ºC en cumplimiento de IEC 61000-4, EN55022 Clase A y EN55024. ■ Fabrica y comercializa: Aimtec

COMUNICACIONES

Conmutador Ethernet para aplicaciones industriales

CONMUTACIÓN

Multiplexores analógicos para aplicaciones militares Las especiﬁcaciones de los multiplexores de la familia DG408 cumplen los requisitos de la normativa MIL-PRF-38535, de forma que son adecuados tanto para aplicaciones militares como aeronáuticas. Tanto esta familia como la DG409, también con la misma certiﬁcación, conectan una de sus ocho entradas a una salida común determinada por una dirección binaria de 3 bit de forma que se ha optimizado para la adquisición de datos a alta velocidad y enrutado de señales de audio con aplicaciones alimentadas por baterías. La alimentación máxima se ha ajustado a 44 V con una resistencia en conducción de 100 Ω y una inyección de carga de 20 pC y con la característica adicional de incluir una patilla de habilitación para la interconexión de diferentes dispositivos para incrementar las señales de entrada. El dispositivo se ha encapsulado en formato CerDIP de 16 patillas, LCC de 20 patillas y Flat-Pack de 16 patillas.

La combinación de dos puertos Ethernet Gigabit (1000Base-TX) y ocho puertos Fast Ethernet (10/1000Base TX) permite que el conmutador ofrezca una funcionalidad de los conmutadores Ethernet con capacidad Gigabit en todos los puertos. El sistema de conexión de los puertos del conmutador wienet UMS 8-2 G se realiza mediante conectores RJ45. El conmutador Ethernet wienet UMS 8-2 G de Wieland Electric se presenta con envolvente de aluminio robusto, con protección IP 50 y un margen de temperatura de -40 a +70ºC adecuado para ambientes industriales adversos. Dispone de una amplia gama de entrada de tensión, desde 9 VCC a 55 VCC, posibilitando así una amplia variedad de aplicaciones. Los LED de puesta en marcha, velocidad de transferencia de datos y estado de conexión permiten un diagnóstico preciso y completo. El conmutador es totalmente compatible con IEEE 802.3 y cumple los requisitos de todas las reglamentaciones relevantes del sector como UL, FCC y CE. ■ Fabrica y comercializa: Wieland Electric

■ Fabrica y comercializa: Vishay Intertechnology Mundo Electrónico | MAR 11

productos y servicios 54

CONEXIÓN

Conectores con ﬁltros de aislamiento CONVERSIÓN

Convertidores A/D de alta velocidad El convertidor AD9284 es un dispositivo doble de 8 bit que permite alcanzar una velocidad de 250 MS/s, mientras que el modelo AD9286, también con 8 bit de resolución, incrementa su velocidad de muestreo hasta 500 MS/s. Ambos dispositivos ofrecen una elevada relación señal/ruido de 49,3 dB y ofrecen un elevado margen dinámico libre de espurios de 65 dB para adaptarse a aplicaciones como instrumentos alimentados por baterías, medidores portátiles y osciloscopios digitales. Se puede utilizar junto con el dispositivo ADA4960 de baja distorsión y el generador de reloj AD9516 para proporcionar una solución de conversión de datos completa. Los dos conversores A/D se han encapsulado en un formato tipo LFCSP y cuentan con 48 contactos para un margen de temperaturas de funcionamiento comercial.

La tecnología PlanarMag permite desarrollar dispositivos de conexión Ethernet que se caracterizan por incluir filtros magnéticos en el propio conector. Se suministran disponibles dispositivos para conexión 1 GBase-T y 10/100Base-T que permiten reducir el número de componentes de terminación de forma que se mejoran las características de interconexión en las comunicaciones Ethernet. Los filtros se incluyen en un dispositivo BGA de 24 contactos que aportan 12 contactos de E/S totalmente compatibles con los productos industriales existentes. Todos los productos son compatibles RoHS y homologados según JEDEC J-STD, por lo que se ajustan a las especificaciones para comunicaciones del IEEE-802.3, compatibles con las necesidades de conmutadores y enrutadores así como ordenadores y portátiles cámaras IP y teléfonos IP, además de todo tipo de dispositivos que requieran una conexión filtrada.

■ Fabrica y comercializa: Analog Devices

MEDIDA

Módulo de reconocimiento industrial El iVU Plus TG es un sensor de imagen que ofrece un sistema de reconocimiento y comunicación avanzada para la realización de hasta 30 inspecciones de etiquetas, piezas o encapsulados. Teniendo en cuenta aspectos como el tamaño, orientación, forma y localización. Incorpora una pantalla táctil de visualización y una memoria que le permite ajustarse a las necesidades de cualquier empresa sin necesidad de una conexión a PC. La conexión Ethernet asegura la compatibilidad con cualquier tipo de sistema industrial. El módulo de reconocimiento integra iluminación, lentes de enfoque ajustable, control de exposición automático y proceso de alta velocidad, todo ello dentro de una carcasa IP67 que permite su utilización en entornos agresivos. El sistema también puede completarse con un lector de códigos de barras y un sensor de pantalla remoto. Existen soluciones especíﬁcas a medida para iluminación externa.

■ Fabrica y comercializa: Tyco Electronics

CONVERSIÓN

Convertidor CC/CC síncrono El MAX15053 es un conversor CC/CC síncrono que trabaja en modo corriente y se caracteriza por unas dimensiones de 1,65x1,65 mm dentro de un encapsulado WLP que integra un MOSFET que permite simplificar el diseño, minimizar las interferencias EMI y ahorrar espacio en placa manteniendo una eficiencia por encima del 96% para un paso de corriente de 2 A a plena carga. Este convertidor trabaja a una frecuencia fija de 1 MHz que reduce el número de componentes externos. La arquitectura en modo de pico de corriente asegura una regulación de carga adecuada y simplifica la compensación de la misma. Es un dispositivo muy adecuado para aplicaciones de telecomunicaciones, redes y equipos de estaciones base. Cuenta con un arranque de salida prefijada suave y ajustable. Trabaja entre 2,7 V y 5,5 V de entrada y proporciona una precisión a la tensión de salida de ±1% y protección frente a sobretemperaturas, trabajando dentro del margen comercial.

■ Fabrica y comercializa: Banner Engineering ■ Fabrica y comercializa: Maxim Integrated Products MAR 11 | Mundo Electrónico

CONVERSIÓN

Módulo convertidor CC/CC de 12 A El módulo ZL9101 M es un convertidor CC/CC diseñado para la gestión de potencia en el punto de carga y resulta apropiado para aplicaciones como servidores, telecomunicaciones y sistemas de redes y almacenamiento. Es capaz de suministrar una corriente de hasta 12 A que permite reducir considerablemente el número de componentes externos de la aplicación. Simplifica el diseño de sistemas de alimentación inteligente a través del interface PMBus integrado que aporta flexibilidad en la gestión de la tensión, corriente, temperatura y otros parámetros de la alimentación en tiempo real. Este módulo se puede conectar en paralelo mediante una tecnología de reparto de corriente digital e incluye un interface GUI denominado PowerNavigator para la modificación de los parámetros del módulo. El módulo se ha encapsulado en un formato QFN térmicamente mejorado con unas dimensiones de 15x15 mm con una baja resistividad térmica de 11,5ºC/W en la parte superior y alta y de 2,2º C/W en la parte inferior. Su densidad de energía alcanza los 61 W por centímetro cúbico.

MEDIDA

Osciloscopio industrial de 4 canales Los osciloscopios portátiles de mano ScopeMeter 190 II son los primeros de cuatro canales diseñados para entornos industriales adversos. Estos equipos portátiles son los primeros en tener la homologación de seguridad para entornos CAT III 1000 V y CAT IV 600 V. Los cuatro canales de entrada están completamente aislados entre ellos para realizar mediciones diferenciales ﬂotantes, un aspecto clave para resolver problemas en dispositivos electrónicos trifásicos, como los variadores de velocidad. El chasis de los ScopeMeter está aislado del entorno, sin ranuras ni ventiladores de refrigeración que expongan el instrumento. Tiene la homologación IP-51, a prueba de polvo y salpicadura, por lo que es suﬁcientemente resistente para utilizarlo de forma segura en fábricas y en instalaciones.

■ Fabrica y comercializa: Intersil ■ Fabrica y comercializa: Fluke Ibérica

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09 10 11 12 13 14 15 16 21

Estudios Métodos Producción I+D Técnico Técnico Comercial Automatización Control de Calidad Instrumentación

Actividad Principal 01 Fabricación / Producción 02 Representación / Distribución 03 Almacenista 04 Detallista 05 Estudios Número de trabajadores de su empresa 01 1 a 5 05 100 a 499 02 6 a 9 06 500 a 999 03 10 a 49 07 1.000 a 4.999 04 50 a 99 08 Más de 5.000 Sector de actividad de su empresa

Mundo Electrónico | MAR 11

agenda 56

Genera celebra su 14a edición en Madrid a mediados de mayo a Feria Internacional de Energía y Medio Ambiente (Genera) se celebrará del 11 al 13 de mayo en Madrid. Su decimocuarta edición la consolida como una cita sectorial entre las energías limpias y la eﬁciencia energética. Este año se centrará en numerosas propuestas para el actual contexto de ahorro energético. El certamen, organizado por Ifema y promovido por el Instituto para la Diversiﬁcación y Ahorro de la Energía (IDAE), reunirá en los pabellones 8 y 10 de la Feria de Madrid a todas las

empresas participantes. La nueva política de ahorro energético que el Gobierno español está desarrollando añade todavía más importancia al encuentro.

VEHÍCULOS ELÉCTRICOS Además, el fomento y difusión del Plan Nacional de Impulso del Vehículo Eléctrico ha promovido la creación de la Zona Movele, un espacio reservado para las empresas y participantes de la feria cuyo eje principal es la promoción del vehículo eléctrico. Reunirá fabricantes e importadores de vehículos, empresas especializadas en

Smart Lighting dará a conocer los últimos avances en iluminación Durante los días 3 y 4 de mayo se llevará a cabo Smart Lighting, en el Linder Congress Hotel de Dusseldorf (Alemania). Este evento se centrará en soluciones en red para sistemas de iluminación inteligente: la segunda ola de iluminación de estado sólido. La conferencia cuenta con el apoyo y colaboración de la EOS (la Sociedad Europea Óptica), Photonics21, la ELC (Federación Europea de Compañías de Lámparas), la SEMI, y el Consorcio de la Industria Europea de Fotónica (EPIC). La conferencia recogerá los sectores interesados en la cadena de la iluminación en un solo evento. El programa se basa en dos días de presentaciones en desarrollo tecnológico para los sistemas de alumbrado inteligente y las estrategias y oportunidades empresariales para la comercialización de estos sistemas. www.smartlighting.org

Segunda conferencia EOS sobre fabricación de componentes ópticos La 2ª Conferencia sobre Fabricación de Componentes Ópticos resaltará las líneas más emergentes del mercado y proporcionará un foro para debatir todos los aspectos de la fabricación y el test de dispositivos ópticos. Será una oportunidad para intercambiar información con investigadores de renombre, cientíﬁcos, ingenieros y profesionales de toda Europa. El congreso se celebrará en el Centro Internacional de Congresos (International Congress Centre, ICM) de Múnich. Sus principales temas a tratar serán: aspectos prácticos y teóricos sobre acabado de tecnologías, pruebas de fabricación, procesos de manufacturación de óptica, productos y procesos emergentes en la fabricación óptica e instrumentos de apoyo para los componentes necesarios para la fabricación europea. www.myeos.org/events/eosmoc2011

MAR 11 | Mundo Electrónico

la instalación de centros de recarga, empresas de servicios energéticos, representación de instituciones públicas y privadas y entidades especializadas en la financiación de flotas de vehículos. El contenido de este salón también pretende contribuir, un año más, al impulso del plan “20/20/20” de la Unión Europea, que persigue recortar en 2020 las emisiones de CO2 en un 20%, mejorar la eficiencia energética en otro 20% y lograr que el 20% de la energía consumida proceda de fuentes renovables. www.ifema.es

BREVES NÚREMBERG 3-5 MAYO

SMT/Hybrid/Packaging Las tecnologías ópticas están llamadas a ganar protagonismo en este evento dedicado a los procesos de integración y encapsulado de circuitos electrónicos. Un apartado especial denominado precisamente “Optics meets Electronics” analizará precisamente este aspecto. www.mesago.de

NÚREMBERG 17-19 MAYO

PCIM EUROPE 2011 Conferencia internacional orientada hacia la Electrónica de Potencia y sus aplicaciones en energía de movimiento y dirección que tiene sus aplicaciones en todos los procesos de ﬂujo de energía, desde la generación hasta su uso y distribución. www.mesago.de/en/PCIM

BUDAPEST 24-27 MAYO

TETRA WORLD CONGRESS 2011 La capital húngara será el lugar de encuentro de la comunidad internacional TETRA y ofrece la oportunidad única de reunirse con usuarios, fabricantes, operadores de redes, los que desarrollan aplicaciones e integradores de sistemas de todo el mundo. www.tetraworldcongress.com

Mundo Electr贸nico | MAR 10

índices y avances 58

Índice de anunciantes Mundo Electrónico - Marzo 426

Adler Instrumentos .............................11

Próximo número - 427 Mundo Electrónico dedica el dossier del número de abril a la Electrónica de Potencia y publica artículos acerca del análisis de señales biomédicas y el diseño optimizado de fuentes de alimentación de alta frecuencia.

Aslan ......................................................4 CWIEME ...............................................13 Fadisel .................................................59 National Instruments ..........................60 RC Microelectrónica ........... Portada, 57 RM Electronics ....................................25 Rohde & Schwarz ..................................2 Rohm Semiconductor ...........................7

■ Tendencias

Desarrollo de productos: acelerar el ciclo de diseño y reducir imprevistos Jas Gohlar Farnell Análisis de señales biomédicas mediante PCA e ICA J.M. Miguel Jiménez, L. Boquete, M. Rodríguez, S. Ortega y R. Cambralla Universidad de Alcalá

■ Dossier

Electrónica de Potencia

■ Opinión

Comunicaciones inalámbricas alimentadas por RapidIO Fred Zust Integrated Device Technology

Índice de Empresas citadas 3M.........................................................................................51 Adler Instrumentos ...........................................................12,17 Agilent Technologies................................................................6 Aimtec ...................................................................................53 Alcatel-Lucent .......................................................................13 Altera .....................................................................................17 Analog Devices ......................................................................54 Anatronic ...............................................................................51 Anritsu ...................................................................................14 AT Wireless .............................................................................6 Avnet Abacus ..........................................................................8 Axon Cable............................................................................52 Banner Engineering ...............................................................54 Chimei Innolux .........................................................................9 Dai Nippon Printing................................................................49 Elitha .....................................................................................49 Epcos ....................................................................................14 FCT Electronic .......................................................................14 Fluke .....................................................................................55 Fujitsu....................................................................................44 Graphtec ...............................................................................52 IBM .........................................................................................8 Idapt ........................................................................................6 Intel ....................................................................................9,14 International Rectiﬁer ........................................................20,52

MAR 11 | Mundo Electrónico

Intersil ....................................................................................55 Jenoptik ................................................................................45 LeCroy ........................................................................12,17,51 Maxim Integrated Products....................................................54 Microchip Technology ......................................................15,53 Nangate ................................................................................16 Osram Opto Semiconductor ..................................................49 Rohde & Schwarz ...............................................................6,51 RS Components ....................................................................13 Saft Baterías ..........................................................................26 Sagitrón.................................................................................53 Samsung ............................................................................8,12 Setup Electrónica ........................................................47,50,52 ST-Ericsson ...........................................................................12 STMicroelectronics ................................................................52 Sumida ..................................................................................14 Sun Telecom ....................................................................47,50 Texas Instruments .................................................................34 ThinFilm Electronics ...............................................................15 TSMC ......................................................................................8 Tyco Electronics ....................................................................54 Via Elektronik .........................................................................14 Vishay Intertechnology ...........................................................53 Welwyn .................................................................................51 Wieland Electric .....................................................................53