ek012020

1/2020 (c. 6)

Тошихико Танако, президент компании Socionext Europe: гарантируем, что сможем решить любые задачи

(c. 33)

Специальное ПО для автоматизации испытаний на электромагнитную совместимость

(c. 66)

Семейство масштабируемых многоядерных МК i.MX8 от компании NXP Semiconductors

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

содержание ЭК

№01/2020 РЫНОК 6 Знакомьтесь – Socionext 10 Обзор новостей рынка электроники по итогам 2019 г.

17 Дмитрий Боднарь Полупроводниковая микроэлектроника – 2019 г. Часть 2

22 Андрей Пересадин Правда или вымысел?

28 Новинки техники и технологий за 2019 г.

33 Николай Лемешко, Дмитрий Богаченков Универсальная программная платформа R&S ELEKTRA для испытаний по ЭМС и ее функциональные особенности

ИСТОЧНИКИ И МОДУЛИ ПИТАНИЯ 38 Кэрри Делано, Гаурав Митал Увеличение срока службы батарей в компактных устройствах с помощью импульсных стабилизаторов SIMO

ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ 40 По материалам компании TME Одноплатный компьютер UPS-P4-A10-08128 фирмы AAEON

журнал для разработчиков

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

www. elcp.ru

редакционная коллегия: Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; реклама: Антон Денисов; Елена Живова; распрост­ра­нение и подпис­ка: Марина Панова, Василий Рябишников; директор издательства: Михаил Симаков Адрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35, тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; эл. почта: info@elcp.ru, www.elcp.ru ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА: Мир электроники (Самара): 443080, г. Самара, ул. Революционная, 70, литер 1; тел./факс: (846) 267-3139, 267-3140; е-mail: info@eworld.ru, www.eworld.ru. Радиоэлектроника: 620107, г. Екатеринбург, ул. Гражданская, д. 2, тел./факс: (343) 370-33-84, 370-21-69, 370-19-99; е-mail: info@radioel.ru, www.radioel.ru. ЭЛКОМ (Ижевск): г. Ижевск, ул. Ленина, 38, офис 16, тел./факс: (3412) 78-27-52, е-mail: office@elcom.udmlink.ru, www.elcompany.ru. ЭЛКОТЕЛ (Новосибирск): г. Новосибирск, м/р-н Горский, 61; тел./факс: (3832) 51-56-99, 59-93-31; е-mail: info@elcotel.ru, www.elcotel.ru. Издательство «Электроника инфо»: 220015, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Пушкина 29Б. Teл./факс: +375 (17) 204-40-00. E-mail:electronica@nsys.by, www.electronica.by. Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по пе­риодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory». Ис­поль­зо­ва­ние ма­те­ри­а­лов воз­мож­но толь­ко с со­гла­сия ре­дак­ции. При пе­ре­ пе­чат­ке ма­те­ри­а­лов ссыл­ка на жур­нал «Эле­к­трон­ные ком­по­нен­ты» обя­за­тель­на. От­вет­ст­вен­ность за до­сто­вер­ность ин­фор­ма­ции в рек­лам­ных объ­яв­ле­ни­ях не­сут рек­ла­мо­да­те­ли. Индекс для России и стран СНГ по каталогу агентства «Роспечать» — 47298, индекс для России и стран СНГ по объединенному катало­ гу «Пресса России. Российские и зарубежные газеты и журналы» — 39459. Свободная цена. Издание зарегистрировано в Комитете РФ по пе­ чати. ПИ №77-17143. Издание зарегистрировано на Украине, свидетельство о государственной регистрации КВ№17602-6452 ПР. Подписано в печать 13.01.2019 г. Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 6000 экз. Отпечатано в типографии «Премиум Пресс» 197374, Санкт-Петербург, ул. Оптиков, 4

электронные компоненты

Руководитель направления «Разработка электроники» и главный редактор Леонид Чанов редакторы: Владимир Фомичёв; Леонид Чанов;

Охлаждения силовых модулей, ключей, реле и других электронных компонентов Оказываем услуги по фрезерованию, нарезке резьбы, сверловке радиаторных профилей по чертежам заказчика.

СЕТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ

содержание

42 Ян Пирсон Проектирование отказоустойчивых, надежных и защищенных систем для интернета вещей

4

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА И ПРИБОРЫ 45 Имон Нэш, Эберхард Бруннер Двунаправленный мост для измерения высокочастотной мощности и возвратных потерь

ДИСКРЕТНЫЕ СИЛОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ 56 Алексей Чистяков Интегрированные силовые ключи

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ 61 Александр Ковальчук Беспроводная система-на-кристалле nRF5340 от Nordic Semiconductor 66 Евгений Говоров Микроконтроллеры серии i.MX8 компании NXP Semiconductors

www.elcomdesign.ru

РЕКЛАМА

Все операции выполняются на станках ЧПУ с максимальной точностью и в сжатые сроки.

СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ 75 Петр Поздняков Разработка приложений для СнК SmartFusion2 с использованием Libero SoC и SoftConsole

ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ 84 Игорь Колобов Электромагнитные реле концерна TE Connectivity 88 Максим Гонченков РЧ-трансформаторы: принцип работы, разновидности, применение

СПРАВОЧНЫЕ СТРАНИЦЫ 91 Новинки месяца. Редакционный обзор 95 Александр Кораблев Интегральные датчики температуры Analog Devices с цифровым выходом

contents # 0 1 / 2 0 2 0

E L E C T R O N I C CO M P O N E N T S # 01 / 2020 MARKET 6 Meet the Socionext. Interview 10 News Review of the Global Electronics Market – 2019 6 Dmitry Bodnar Semiconductor Microelectronics – 2019. Part 2

ENGINEERING 22 Andrey Peresadin Truth or Myth?

28 New Developments and Technologies in 2019

EMC 33 Nickolay Lemeshko and Dmitry Bogachenkov Versatile Software Platform R&S ELEKTRA for EMC Testing and Its Features

38 Cary Delano and Gaurav Mital SIMO Switching Regulators Extend Battery Life in Small Devices

EMBEDDED SYSTEMS 40 Based on TME Materials AAEON Single-Board Computer UPS-P4-A10-08128

NETWORKS AND INTERFACES 42 Ian Pearson IoT Design: An Approach to Designing Resilient, Robust and Reliable Secure Systems

45 Eamon Nash and Eberhard Brunner An Integrated Bidirectional Bridge with Dual RMS Detectors for RF Power and Return-Loss Measurement

DISCRETE POWER 56 Alexey Chistyakov Integrated Power Switches

MICROCONTROLLERS and MICROPROCESSORS 61 Alexander Kovalchuk Wireless SoC nRF5340 from Nordic Semiconductor 66 Yevgeny Govorov i.MX8 Microcontrollers from NXP Semiconductors

DEVELPOMENT TOOLS 75 Peter Pozdnyakov Apps Development for SoC SmartFusion2 with Libero SoC and SoftConsole

PASSIVE 84 Igor Kolobov TE Connectivity Electromagnetic Relays 88 Maxim Gonchenkov Demystifying RF Transformers: A Primer on the Theory, Technologies and Applications

REFERENCE PAGES 91 Newly-Designed Products. Monthly Editorial Review 95 Alexander Korablev Integrated Temperature Sensors with Digital Outputs from Analog Devices

электронные компоненты №01 2020

содержание

POWER SUPPLIES

INSTRUMENTATION TOOLS

5

Знакомьтесь – Socionext

рынок

Фаблесс-компания, разработчик систем-на-кристалле, каковой является японская Socionext, – не такой уж частый гость на российском рынке. Поэтому мы не упустили возможность побеседовать с ее представителями – г-ном Тошихико Танака (Toshihiko Tanaka), президентом компании Socionext Europe, и г-ном Матиасом Аккерманом (Matthias Ackermann), менеджером по дистрибуции. Случай представился во время подписания соглашения о сотрудничестве компаний Socionext Europe и российской «Сканти».

6

Тошихико Танака, президент компании Socionext Europe

– Расскажите об истории создания компании. В России о Socionext практически ничего неизвестно. Начнем интервью с общих сведений о компании.

– В названии компании кратко отражена наша специализация и основные цели. Расшифровывается Socionext следующим образом: –– SoC – системы-на-кристалле (СнК): специализация нашей компании; –– I/O – система ввода/вывода является одним из фундаментальных элементов SoC; –– One – здесь все просто: наша цель – быть номером один; –– Next – мы дальновидны и смотрим в будущее; –– Ext – сокращенная форма extension (пер. с англ. – расширение). Мы «расширяемся», чтобы получить новые возможности. Компания образована в 2015 г. объединением бизнесов компаний Fujitsu и Panasonic, связанных с разработкой и производством СБИС. Fujitsu принадлежит 40% нашей компании, а Panasonic – 20%. Примерно 2000 сотрудников пришли из Fujitsu и 600 – из Panasonic. Поскольку обе компании широко известны, нам не пришлось прикладывать много усилий, чтобы заявить о себе. Конечно, мы немало поработали, чтобы обеспечить «бесшовное» слияние обеих команд и не потерять клиентов, но это принесло свои плоды. Многих ключевых клиентов мы унаследовали от наших учредителей – Fujitsu и Panasonic. В то же время мы стараемся продвигать компанию в СМИ, участвовать в международных выставках и других мероприятиях. Кроме того, немало наших инженеров имеет опыт работы в Кремниевой долине (США), где они переняли новый опыт работы с клиентами, который мы используем в нашей практике. Разумеется, одних только наших усилий мало, поэтому мы активно работаем с дистрибьюторами, которые эффективно продвигают нашу продукцию. Вот и сейчас для продвижения продукции в России мы заключили соглашение с российским дистрибьютором «Сканти». Мы – новая компания, но нельзя сказать, что мы начали с нуля. Нам не пришлось образовывать офисы в других странах – мы их, в основном, унаследовали от Fujitsu. Сегодня

www.elcomdesign.ru

Матиас Аккерман, менеджер по дистрибуции

в этих офисах, разбросанных по всему миру, работают почти 2800 сотрудников Socionext.

– Каковы сильные стороны компании, что выделяет ее?

– Инновации! Это ключ к успеху. Мы разработали и продолжаем разрабатывать новые продукты для современного цифрового мира. Например, Socionext является лидером в области решений для 8К-видео. Благодаря внушительному опыту в данной сфере мы гарантируем потребителям, что сможем решить любые поставленные задачи. Клиенты – наш самый главный актив.

– Давайте поговорим о продукции компании.

– Мы – лидеры рынка по созданию СнК для систем обработки изображений, сетевых технологий и вычислительных устройств. Решения компании используются в самых разных приложениях. Наши процессоры обработки изображений серии Milbeaut применяются для обработки видеосигналов цифровых камер, в т. ч. камер смартфонов, видеонаблюдения и камер премиум-класса с разрешением 4K. В контроллерах графических дисплеев Socionext реализованы самые современные методы обработки графики. Эти устройства востребованы в автомобильной электронике, бытовой технике, системах безопасности и других приложениях, где используются дисплеи. Кроме того, наша компания занимается приложениями, связанными с визуализацией данных (Visual Systems). Мы разрабатываем комплексные решения обработки, отображения и защиты видеоконтента. Можно долго перечислять, где используются наши разработки. Выделю лишь некоторые области применения: 8K ТВ, человеко-машинный интерфейс, интернет вещей, мобильные DTV-тюнеры. Особенно отмечу, что у нас имеется новое решение AV1 для облачных сервисов, которое представляет собой усовершенствованный стандарт сжатия видеоданных, позволяющий архивировать данные на 30% эффективнее, чем известный стандарт HEVC, сохраняя при этом то же качество. Мы используем более чем 40‑летний опыт создания микросхем СнК и ASIC для построения встраиваемых вычислитель-

ных систем и способны реализовать практически любые решения, которые требуются клиентам. Наш опыт пригодился и в создании сетевых СнК, которые сочетают в себе высокую производительность с малым энергопотреблением. Все свои решения мы обеспечиваем программными и аппаратными инструментами разработки, а также макетными и оценочными платами. Несколько компаний в СНГ уже смогли протестировать и оценить наши инструменты. Более того, у нас появились компании-партнеры в СНГ, которые помогают в разработке инструментов и, что особенно важно, обеспечивают обратную связь между пользователями и разработчиками по нашим новым продуктам.

– Компания создает высокотехнологичные инновационные продукты. Следовательно, у нее должна быть развитая система центров исследований и разработки. Расскажите об этом аспекте деятельности.

– В общей сложности у нас 10 таких центров. Шесть центров находятся в Японии, два – в Европе, один – в США и один в Китае. Наши затраты на этот вид деятельности достаточно велики. Мне не хотелось бы называть точную цифру инвестиций, но поверьте, что в процентном исчислении от общего оборота эти затраты как минимум не меньше, чем у ведущих мировых полупроводниковых компаний. Наши центры R&D вполне оправдывают себя. С 1980 г. разработка кастомизированных решений ASIC является одним из наших приоритетных видов деятельности. Накопленный опыт позволяет решать самые сложные задачи в практически любых приложениях, включая искусственный интеллект. Мы лидируем в решениях для обработки видеоконтента: в нашем арсенале имеются способы обработки потокового 8K для мультимедиа, а также видеосигналов 4k60. И, конечно, к этим решениям относится новый способ сжатия видеоконтента AV1. В этот же перечень можно добавить графический процессор обработки изображений Milbeaut, о котором говорилось ранее.

– Многие изделия компании базируются на процессорных ядрах ARM. А есть ли в вашем ассортименте собственные процессорные ядра?

– Разработка процессорных ядер – сложный и дорогостоящий процесс, который может занять не один год. Следует приложить немало усилий, чтобы вывести на рынок по-настоящему новый продукт. Для большинства наших решений отлично подходят ядра ARM. Они обеспечивают наилучшее на рынке соотношение цена/производительность. Для них существует множество инструментов проектирования, которые хорошо известны разработчикам. Поскольк у единичные ядра ARM не мог у т покрыть все наши потребности, мы разработали многоядерный микропроцессорный кластер SynQuacer, базирующийся на ядрах ARM, оптимизированный для использования в серверных приложениях, обработки потокового видео, сетевых приложениях, искусственном интеллекте и решения других схожих задач. SynQuacer – очень сложное специализированное решение, поэтому мы не предлагаем его как отдельный продук т, а используем его в наших решениях для интерфейсов PCI, в системах кодирования и декодирования. Наш процессорный кластер имеет высокую вычислительную мощность, обеспечивает минимальную задержку обработки данных и при этом имеет малое энергопотребление.

– Бывали случаи, когда компания отказывалась от заказа из-за его чрезмерной сложности, невозможности выполнить своими силами?

– Нет. Таких случаев не было. Напротив, мы предпочитаем сложные интересные заказы, мы растем на них, «расширяемся». Помните, что означает Ext в нашем названии? Если для выполнения заказов нам не хватает собственных IP-ядер и мы видим, что их разработка нецелесообразна, мы приобретаем эти ядра у партнеров, среди которых – ARM, Cadence, Synopsys и другие разработчики IP-ядер.

рынок

7

Слева направо: Дмитрий Соловьев, директор по развитию бизнеса «Сканти»; Тошихико Танака, президент компании Socionext Europe; Марош Янига, менеджер по развитию бизнеса в Восточной Европе; Матиас Аккерман, менеджер по дистрибуции

электронные компоненты №01 2020

рынок

8

К тому же, мы всегда интересуемся пожеланиями заказчиков. Допустим, если они хотят, чтобы мы использовали IP-ядра Synopsys, мы будем использовать именно эти ядра несмотря на то, что в нашем ассортименте имеются аналогичные по функциональному назначению решения. Воспользуюсь случаем и напомню, что поскольку Socionext – фаблесс-компания, среди наших партнеров имеются и производственные компании, например TSMC. Кроме того, мы сотрудничаем с разработчиками и изготовителями отладочных плат, инструментов тестирования и др.

интеллекта. Большой потенциал кроется в телекоммуникационной отрасли, высокоскоростной передаче данных, а также в автомобильной электронике и беспилотных автомобилях. Мы наблюдаем постоянный рост заинтересованности в нашей продукции. Если эта тенденция сохранится, мы будем думать о привлечении дополнительных ресурсов для работы с российским рынком. Пока же, в ближайшие несколько кварталов, мы будем использовать имеющиеся на текущий момент ресурсы и максимально развивать сотрудничество с нашим новым партнером – «Сканти».

– Расскажите немного подробнее об использовании IP-ядер других компаний. Как Вы определяете целесообразность их использования?

– Разработка СнК – процесс сложный и ресурсоемкий. На разработку простых СнК можно затратить один год и до двух лет в случае более сложных. Помимо собственно разработки, немало времени занимает сертификация. Естественно, что мы стараемся упростить и удешевить разработку, приобретая стандартные IP-ядра у партнеров. Не стоит всякий раз заново изобретать велосипед. Мы не ставим задачу конкурировать с уже существующими стандартными продуктами. В случаях, когда найти требуемое решение на рынке достаточно сложно, приходится разрабатывать свои IP. Например, мы разработали АЦП, ЦАП и SerDes с производительностью 56–128 Гвыб/c. То же самое касается и программных продуктов. Заказчик может попросить нас написать ПО, а может использовать свое. Возможны варианты, когда клиент использует в основном свое ПО, но просит нас написать, например, стек протоколов. Каждый проект – отдельный случай. Тем и интересна наша работа.

– Раз уж Вы упомянули «Сканти», объясните свой выбор. Почему именно «Сканти»?

– Нам было важно найти надежного партнера в России. С этой целью мы потратили немало времени на поиск. В «Сканти» нас привлек высокий уровень инженерной подготовки сотрудников и умение эффективно вести сложные проекты. Специалисты компании могут предложить полную техническую поддержку нашим клиентам. Это очень важное обстоятельство, учитывая сложность нашей продукции. Компания уже 19 лет на рынке, имеет офисы в пяти городах, в т.ч. в странах СНГ и продолжает активно открывать новые.

– Давайте вернемся к российскому рынку. Как Socionext со стороны видится развитие нашего рынка?

– Пожалуй, из всех бывших стран т. н. «Восточного блока» в России наибольшее число интересных для нас проектов. У вас в стране ряд бывших советских компаний пережили преобразования социалистической модели экономики в рыночную. В России имеются компании, производящие оборудование для мультимедиа и телекома, которые в т. ч. создают решения для обработки потокового видео, используют высокоскоростные решения по обработке данных. Ряд компаний разрабатывает и производит системы видеонаблюдений, занимается искусственным интеллектом и автомобильной электроникой. Мы видим большой потенциал для себя, поэтому нам было важно найти в России партнера, который знает российский рынок, и действовать через эту компанию. В результате мы заключили соглашение со «Сканти». Хотя Россия – географический сосед Японии, с точки зрения логистики нам гораздо удобнее сотрудничать с вашей страной через Европу. Например, мы поддерживаем несколько проектов в Новосибирске, но добираться туда из Японии достаточно сложно: прямого авиарейса нет, и лететь приходится через Москву. Поэтому с Россией будет работать наше европейское отделение. В первый год в рамках новой структуры европейского отделения мы проделали большую работу, посетили десятки компаний, что принесло свои плоды. Количество проектов стало расти, и теперь Россия является важным регионом для нашей компании.

– В каких сегментах российского рынка Socionext видит наибольшую перспективу?

– Их немало. Например, это обработка видеоконтента, кодирование и декодирование формата H.265 вплоть до 4K, видеонаблюдение, где используются методы искусственного

www.elcomdesign.ru

– «Чем объяснить выбор «Сканти», почему именно Socionext?» – этот вопрос мы адресовали Дмитрию Соловьеву, директору по развитию бизнеса «Сканти».

– В мире полупроводниковой электроники все быстро меняется, это динамичный бизнес. Недавно на мировом рынке прошла волна консолидации, что заставило нас переоценить стратегию развития. Мы были открыты для нового партнерства, и как раз в это время Socionext искала способы усилить свое положение на российском рынке. Таким образом, наши интересы совпали. Мы довольны сотрудничеством с Socionext. Это глобальная инновационная компания, разрабатывающая и поставляющая решения СнК для очень многих приложений. Как раз на сотрудничество с такими компаниями мы и ориентируемся. Опыт и технический уровень наших специалистов дает нам уверенность в успешности партнерства.

– Каковы, на Ваш взгляд, основные драйверы развития электроники в ближайшем будущем?

– Несколько быстро развивающихся технологий могут быть такими драйверами. Во‑первых, искусственный интеллект. В настоящее время он используется уже во многих приложениях, и крупные мировые компании инвестируют средства в его развитие. Беспилотные автомобили, а также автомобильные информационно-развлекательные системы являются еще одним динамично развивающимся направлением. Ну и, конечно, беспроводные сети 5G. Пожалуй, эти три направления будут основными драйверами развития электроники в 2020 г. Отмечу, что продукты нашей компании можно найти во всех указанных приложениях.

– Каким образом компания планирует стратегию развития?

– Мы не пытаемся определить заранее какие-то определенные технологии, в которые следует инвестировать, скажем, в течение пяти лет. Образно говоря, рынок технологий – это поле битвы команд, где каждая компания спешит разработать свою технологию и как можно быстрее вывести ее на рынок. Чтобы быть успешными, необходимо иметь обратную связь с рынком, с мировыми лидерами, способными быстро принимать стратегические решения, от которых зависит потребность в новых решениях. Именно на организацию и упрочение таких связей и ориентирована стратегия развития нашей компании. Материал подготовил Леонид Чанов

РЕКЛАМА

Обзор новостей рынка электроники по итогам 2019 г. Предлагаем вниманию читателей традиционный обзор новостей мирового, в т. ч. российского рынка электроники за прошедший год на основе материалов портала «Время электроники». Начало прошлого года ознаменовалось обострением продолжающейся торговой войны США и Китая, последствия которой серьезно сказываются на состоянии мировой экономики. В 2019 г. сократился рынок смартфонов и памяти, но выросли сегменты электромобилей, интернета вещей, носимой электроники и искусственного интеллекта. По прогнозам нескольких аналитических агентств, мировой рынок полупроводниковой продукции упадет к концу 2019 г. на 7 или даже 12% после трех лет непрерывного роста. Российский рынок электроники, доля которого, увы, пренебрежимо мала на глобальном рынке, в целом отслеживает общемировые тенденции развития. К наиболее известным событиям ушедшего года относится официально признанное банкротство «Ангстрема-Т», многомиллиардные убытки «Микрона», принятие Госдумой закона о запрете продажи электронной техники без российского ПО, разработка ПК «Эльбрус 801 К» и др. Подробнее см. сайт www.russianelectronics.ru.

Мировой рынок Январь

Все самые дорогие компании мира – из сферы ИТ Рыночная капитализация Amazon составила 797 млрд долл., Microsoft – 789. Акции первой компании выросли на 3,4%, а второй – на 0,1%. На третьем месте расположился холдинг Alphabet – в него входит Google с рыночной стоимостью 745 млрд долл. За ним следует Apple с 702 млрд долл. В феврале 2018 г. первые три строчки рейтинга заняли Amazon, Apple и Google. Компания Microsoft тогда вошла в десятку самых дорогих брендов.

р ы нок

Накануне бума рынка компания Bosch выкупила у Daimler долю в СП по производству электродвигателей для автомобилей В Bosch ожидают, что уже к 2020 г. около 20% всех автомобилей будут либо гибридными, либо электромобилями.

10

США объявили компанию Huawei в промышленном шпионаже В частности, компанию подозревают в краже информации о технологиях, которые американская T-Mobile использовала для проверок смартфонов. Удачные процессоры позволили AMD впервые за долгое время завершить год с прибылью Февраль

Торговая война США с Китаем вынуждает Philips перемещать производства По мнению генерального директора Philips, речь идет о серьезных изменениях в цепочках поставок. По предварительной оценке, в 2019 г. компания Philips потеряет из-за повышения тарифов примерно 60 млн евро. Однако последствия торговой войны выходят за рамки тарифов, поскольку она подрывает доверие потребителей в Китае к продукции из США.

Intel построит в Израиле новую полупроводниковую фабрику за 11 млрд долл. Компания Intel инвестирует 10,9 млрд долл. в новую полупроводниковую фабрику, которая будет построена в Израиле.

www.elcomdesign.ru

Франция вслед за Германией ослушалась запрета США на Huawei Германия – не единственная европейская страна, отказавшаяся действовать по указке Вашингтона, который потребовал запретить покупать оборудование Huawei. Италия же, напротив, запретит китайским компаниям Huawei Technologies и ZTE участвовать в развертывании инфраструктуры 5G. Китайская фаундри SMIC практически готова к производству 14-нм чипов Ранее ожидалось, что выпуск этой продукции начнется в конце 2019 г. Перепроизводство чипов памяти и снижение спроса на ПК вдвое обвалили цены на SSD С начала 2018 г. цены на твердотельные накопители емкостью 1 Тбайт упали более чем на 50%. Падение продолжилось и в 2019 г. наряду со снижением цен на оперативную память. Основной причиной снижения цен на твердотельные накопители является продолжающееся падение стоимости флэш-памяти NAND, что, в свою очередь, вызвано снижением активности покупателей на рынке ПК.

Apple скатилась с 1-го на 17-е место в списке самых инновационных компаний GlobalFoundries может быть продана компаниям Samsung и SK Hynix SK Hynix построит четыре фаундри за 107 млрд долл. для производства памяти Март

Трамп хочет на 70% урезать финансирование возобновляемых источников энергии Россияне массово боятся потерять работу из-за роботов и искусственного интеллекта Расходы на полупроводниковые фабрики в 2019 г. урежут на 14%

Мировая индустрия электроники столкнулась с серьезной проблемой Согласно последнему отчету TrendForce, темпы развития передовых производственных процессов падают из-за ослабления спроса на большинстве конечных рынков, включая смартфоны. Среди факторов, отрицательно сказавшихся на ситуации, аналитики называют замедление экономического роста Китая и торговую войну между США и Китаем. Апрель

AMD отняла у Intel около 20% рынка процессоров в Японии и Германии В Японии доля AMD в сегменте ЦП для настольных ПК выросла с 22 до 41,4%.

Спасаясь от санкций США, тайваньские компании выводят производство электроники из Китая Китай собрался ударить по доллару Обострение торгового противостояния США и Китая может привести к тому, что Пекин сократит вложения в американский госдолг. Китайские власти могут пойти на это ради поддержания юаня. В 2019 г. рынок полупроводниковой продукции упадет на 7,2% После трех лет последовательного роста рынок полупроводниковой продукции в этом году сократится. Такой прогноз дают специалисты аналитической компании IDC.

Рынок больших данных и бизнес-аналитики в 2019 г. приблизится к 200 млрд долл. Специалисты аналитической компании IDC составили прогноз о развитии рынка решений для работы с большими данными и бизнес-аналитики. Ожидается, что в 2019 г. соответствующие расходы достигнут 189,1 млрд долл.

В Китае технике Apple объявили тотальный бойкот в поддержку Huawei

TSMC готова к тестовому производству СнК для Apple по технологии 5 нм

SpaceX вывела на орбиту Земли 60 спутников для глобального интернета

SEMI: продажи полупроводникового оборудования в 2018 г. рекордно выросли Специалисты SEMI, отраслевой ассоциации поставщиков, работающих в микроэлектронной промышленности, подсчитали, что 2018 г. объем продаж нового оборудования для производства полупроводниковой продукции составил 64,5 млрд долл.

Проблемы на мировом рынке гаджетов в 2019 г. По данным IDC, мировые поставки смартфонов в 2019 г. по сравнению с 2018 г. сократятся на 1,9%. Это будет третий год подряд сокращения поставок.

Apple заразила Foxconn, Wistron, Pegatron, Corning и TSMC «зелеными» идеями Производства Foxconn, Wistron, Pegatron, Corning и TSMC вслед за Apple тоже перейдут на использование возобновляемых источников энергии. Рынок полупроводников в 2018 г. вырос на 12,5% и почти достиг 500 млрд долл. Аналитики Gartner подвели итоги развития мирового рынка полупроводниковой продукции в 2018 г. За год этот рынок вырос на 12,5%, достигнув 474,6 млрд долл.

Июнь

Немецкий чипмейкер Infineon за 9 млрд евро покупает американского производителя микроконтроллеров Cypress Semiconductor Apple лидирует на рынке носимой электроники, но доля Samsung растет быстрее Аналитики IDC оценили рынок носимой электроники по итогам I кв. 2019 г. Оказалось, что рынок вырос на 55,2% – до 49,6 млн устройств.

Huawei купила московских создателей систем распознавания лиц и умных HD-камер Компания Huawei приобрела права на системы видеонаблюдения и технологии распознавания лиц, созданные московской компанией «Вокорд».

ON Semiconductor покупает американскую 300-мм фабрику Globalfoundries за 430 млн долл.

Продажи полупроводниковой продукции в 2019 г. резко упадут Мировой рынок полупроводниковой продукции, в прошлом году достигший рекордного объема 468,8 млрд долл., в 2019 г. сократится до 412,1 млрд долл., т.е. на 12,1%. Такой прогноз дали специалисты WSTS.

Intel терпит убытки и официально подтверждает проблемы с чипами на 10-нм техпроцессе

Трампазм крепчает: на гаджеты Huawei запретили ставить Facebook, Instagram и WhatsApp

Intel передумала делать чипы 5G-модемов для гаджетов Apple, ПК и интернета вещей

Май

SEMI: поставки кремниевых пластин за год сократились на 5,6% Xiaomi захватила рынок ТВ в Китае и Индии. На очереди Бразилия и Россия? Трамп поднял в 2,5 раза пошлины на импорт электроники из Китая в США За год AMD отвоевала у Intel доли во всех сегментах процессорного рынка

Путин обсудил с Си Цзиньпином замену Android на «Аврору» в гаджетах Huawei, а также перенос части их производства в Россию Вражда США и Китая может обвалить мировой рынок кремниевых пластин Apple будет выводить свои заводы из Китая Биткоин превысил отметку в 10000 долл. Евросоюз одобрил покупку Red Hat компанией IBM за 34 млрд долл.

электронные компоненты №01 2020

р ы нок

6-нм техпроцесс TSMC будет запущен в массовое производство в 2020 г.

Intel вернула себе первое место в списке крупнейших полупроводниковых производителей Samsung снова вторая, сообщают аналитики IC Insights.

11

Июль

IDC: рынок устройств «умного дома» всего за год взмыл на 37,3% Однако наибольший рост поставок продемонстрировали умные колонки. В торговой войне США и Китая победил Вьетнам Экономика Вьетнама в 2019 г. стала быстро расти, поскольку стране удалось извлечь выгоду из торговой войны США и Китая. Американские высокотехнологичные компании бегут из Китая SK Hynix может купить одну из полупроводниковых фабрик Intel Южнокорейский производитель микросхем памяти SK Hynix заинтересован в приобретении фабрики Intel по производству запоминающих устройств, расположенной в китайском Даляне. Человечеству надоели смартфоны, на рынке начинается обвал В 2019 г. рынок гаджетов ожидает рекордно низкая динамика продаж. По мнению аналитиков Gartner, пользователи теряют интерес к покупке новых смартфонов, планшетов и даже ПК из-за отсутствия функций, действительно стоящих больших средств.

Microsoft инвестирует 1 млрд долл. в некоммерческого разработчика ИИ Кор п ор ац и я M icros of t з а яв и ла , ч то инв е с т ируе т 1 млрд долл. в некоммерческую организацию OpenAI, чтобы способствовать разработке технологий искусственного интеллекта на базе облачного сервиса Microsoft Azure.

Apple купит часть Intel с 2200 «душами» за 1 млрд долл.

Apple достанется 2200 сотрудников, патенты и другие активы, связанные с разработкой модемов для смартфонов.

Из-за валютных войн дорожает электроника для компьютеров Противостояние США и Китая вышло на новый виток. В начале месяца Китай значительно опустил курс юаня по отношению к доллару, что в США было воспринято как валютная война и манипулирование курсом. Одним из следствий этого решения стало повышение стоимости системных плат и видеокарт. Рынок микросхем памяти восстановится не раньше 2020 г. Компания Applied Materials, поставляющая оборудование, услуги и программное обеспечение для производства полупроводниковых микросхем, предупредила, что восстановление на рынке ИС памяти до 2020 г. маловероятно. Трамп обрушил рынок, назвав Китай одним из двух главных врагов США Intel неубедительна в попытках доказать превосходство своих ЦП над конкурентами от AMD Процессоры AMD Ryzen первого и второго поколения получились весьма удачными, а новое поколение в еще большей мере закрепило первенство AMD, если говорить о соотношении цены и производительности. Европа ударит по Google, Apple, Amazon, Microsoft и Facebook в торговой войне с США Евросоюз разработал экономическую программу, предусматривающую ответ действиям президента США Дональда Трампа.

Apple и Samsung засудят за вредное радиоизлучение их смартфонов В современных смартфонах Apple и Samsung зафиксировано многократное превышение уровня SAR-излучения. Вредные смартфоны продаются по всему миру, включая Россию, и на эти компании подали в суд за сокрытие информации об опасности, которую несут их гаджеты.

Август

р ы нок

Apple спешно переносит производство электроники из Китая Apple начала перенос производства из Китая во Вьетнам в попытке избежать повышенных импортных пошлин, введенных США в рамках торговой войны.

12

Прибыль Samsung сократилась в 2,5 раза. Спрос растет только на дисплеи компании Долгожданные первые 10-нм процессоры Intel вызвали много вопросов Sharp покидает рынок панелей OLED для гаджетов Американский рынок рухнул, Apple, IBM и многие богачи потеряли миллиарды из-за твитов Трампа Рост напряженности в торговых отношениях между Китаем и США дорого обошелся Вашингтону. По итогам торговой сессии, фондовые рынки США потеряли в общей сложности около 700 млрд долл. После двух лет запрета военные США не могут отказаться от ПО «Касперского» Разработки «Лаборатории Касперского» используются в правительственных и военных сетях США спустя два года после указа Дональда Трампа о прекращении эксплуатации этого ПО. Российский защитный софт был обнаружен в т.ч. на компьютерах американских фармацевтических и финансовых компаний.

www.elcomdesign.ru

Сентябрь

Основатель Arm покидает компанию после 30 лет работы Майк Мюллер (Mike Muller), соучредитель и технический директор компании Arm, уйдет в отставку в конце месяца. Он был техническим директором Arm в течение почти 20 лет. Продажи устройств для умного дома в этом году вырастут почти на четверть По мнению специалистов IDC, мировой рынок устройств умного дома в 2019 г. вырастет на 23,5% в годовом исчислении. Это значит, что за год будет отгру жено почти 815 млн устройств. Рынок устройств умного дома в 2019 г. превысит 100 млрд долл. Компания Strategy Analytics прогнозирует, что расходы потребителей на оборудование и услуги, связанные с концепцией «умного дома», в 2019 г. достигнут 103 млрд долл. В период до 2023 г. они будут расти в среднем на 11% в год, и в 2023 г. достигнут 157 млрд долл. Октябрь

Трамп поставит Китай на колени Стало известно, что администрация президента Дональда Трампа рассматривает возможность исключения китайских компаний из американских фондовых бирж. Рынки плохо отреагировали на эту новость: акции Alibaba упали на 5,15%, JD.com – на 5,95%, а компания Baidu потеряла 3,67%.

Samsung закрывает свой последний китайский завод по производству гаджетов Последний китайский завод Samsung по производству смартфонов будет закрыт в конце октября. Фабрика в Хойчжоу была запущена в 1992 г.

«Золотой век» 5G наступит уже в 2020 г. Согласно прогнозу ABI Research, к концу 2019 г. в мире будет насчитываться 12 млн подключений 5G. Однако уже в 2020 г. это число возрастет до 205 млн, положив начало «золотому веку» 5G.

Россия по примеру Европы обложит налогом мировых цифровых гигантов вроде Google В России может поменяться подход к налогообложению международных цифровых компаний. Минфин хочет обязать их делиться прибылью от операций с российскими клиентами.

Индийский рынок ПК взмыл на 16% Согласно подсчетам IDC, лидером рынка является компания Lenovo, доля которой по итогам квартала составляет 28,5%. На втором месте – HP с 26,4%. Замыкает первую тройку компания Dell, доля которой равна 19,7%.

Sony и Samsung поделили 10-млрд рынок датчиков изображения для гаджетов Два производителя контролируют 85% рынка датчиков изображения для смартфонов. В 2020 г. объем этого рынка достигнет 12 млрд долл.

Билл Гейтс снова стал самым богатым на планете благодаря 10-летнему контракту с Пентагоном Основатель Microsoft Билл Гейтс занял первое место в рейтинге миллиардеров Bloomberg. Он впервые за два года обогнал главу Amazon Джеффа Безоса. Состояние Гейтса оценивается примерно в 110, а Безоса – в 109 млрд долл.

Самым эффективным в мире руководителем признан 56-летний глава Nvidia Сооснователь и гендиректор компании Nvidia 56-летний Дженсен Хуан возглавил ежегодный рейтинг самых эффективных руководителей, который составляет американский журнал Harvard Business Review. Так, за период 2015–2018 гг. акции американской компании выросли в цене в 14 раз. На сегодняшний день капитализация Nvidia превышает 100 млрд долл. Продажи новейших 7-нм чипов обеспечили AMD рекордную за последние 14 лет выручку Выручка компании AMD значительно выросла за счет продаж новых кристаллов Ryzen, Radeon и Epyc с нормами 7 нм. На рекордную выручку почти не повлияло небольшое снижение продаж в сегменте корпоративных, встраиваемых и заказных решений. Ноябрь

США за год увеличили инвестиции в ИИ на 120%, вернув себе лидерство Трамп сдался: Huawei возобновит бизнес в США Власти Китая и США постепенно приближаются к решению, которое пойдет на пользу Huawei и Google. В последние несколько недель появились явные признаки того, что Huawei снова получит разрешение на ведение бизнеса с американскими компаниями.

Intel выпустит 7-нм процессоры в середине 2021 г., когда у AMD уже будут 5-нм чипы Xerox хочет за 33 млрд долл. купить HP, которая втрое ее дороже Xerox уже якобы сделала предложение HP, но официальных заявлений пока не было. Рыночная капитализация Xerox составляет около 8,3 млрд долл., а HP – 29 млрд. Между тем, специалисты говорят, что Xerox находится в хорошем состоянии, чтобы заключать сделки любого размера.

Доля Arm на рынке GPU для гаджетов быстро падает под напором Apple По подсчетам Strategy Analytics, доля Arm на рынке GPU для смартфонов и планшетов всего за год сократилась на 16%. Глава Apple: iPhone обречен на производство в Китае Айфоны едва ли будут когда-либо собираться в США, где находится головной офис компании, считает глава корпорации Тим Кук. Полупроводниковое производство Panasonic за 250 млн долл. купит тайваньская Nuvoton Technology Компания Panasonic заявила, что продаст свое производство полупроводниковой продукции тайваньской Nuvoton Technology за 250 млн долл.

Samsung будет выпускать процессоры для Intel, чтобы покрыть их дефицит Компания Samsung Electronics согласилась поставлять Intel центральные процессоры для компьютеров, чтобы помочь решить проблему с их дефицитом. Декабрь

На рынке «персональных вычислительных устройств» скоро начнется обвал Аналитики IDC прогнозируют многолетний обвал для рынка ПК – сразу после более-менее стабильного 2019 г. Впрочем, хотя некоторые категории «просядут» более чем на 10%, другую продукцию ожидает стабильный последовательный рост.

Intel продала Apple модемный бизнес с «убытком в несколько миллиардов долларов» Продажа части модемного бизнеса компании Apple обернулась для Intel потерями, исчисляемыми миллиардами долларов. В Intel уверены, что во всех ее бедах виновата компания Qualcomm – крупный поставщик модемов для смартфонов, замешанный в антимонопольном расследовании по части нечестной конкуренции. В ответ на французский цифровой налог США может обложить французские товары 100-% пошлиной Это ответ на налог, который придется платить Google, Facebook, Apple и Amazon и другим американским компаниям.

электронные компоненты №01 2020

р ы нок

Samsung Electronics справила 50-летие и начала массовые увольнения Без компании Samsung Electronics сложно представить себе очень многие сегменты электроники. Компания давно закрепилась на месте лидера рынка смартфонов, лидера полупроводникового рынка и отлично себя чувствует на рынке бытовой техники. После закрытия последнего китайского завода мобильных телефонов в сентябре 2019 г. южнокорейский производитель практически прекратил производство мобильных телефонов в Китае. Samsung Electronics планирует доверить китайским сборщикам ежегодное производство около 60 млн телефонов серии Galaxy M и Galaxy A.

Apple снова стала самой дорогой компанией в мире, подорожав до 1,18 трлн долл. Компания Apple стала первой – ее рыночная капитализация достигла 1,18 трлн долл. Microsoft дышит в спину купертинскому гиганту. Ее капитализация равна 1,14 трлн долл. Amazon и Alphabet пока заметно отстают.

13

В следующем году память подорожает почти на треть Ресурс DigiTimes прогнозирует, что в следующем году средняя цена продажи памяти может вырасти на 30%. Китай ударил по Microsoft, Dell и HP в ответ на давление со стороны США Китайские власти приказали всем государственным учреждениям в течение трех лет отказаться от иностранного компьютерного оборудования и программного обеспечения, и те начали исполнять указание. Этот шаг станет серьезным ударом для таких компаний как Microsoft, Dell и HP.

Российский рынок Январь

ФСБ против Рогозина: россиянам запретили ввозить в страну спутниковые телефоны и системы спутникового интернета Интернет вещей в России пока не смогут перевести на отечественное оборудование, поскольку такового просто не существует Госкомиссия по радиочастотам отложила обязательный перевод операторов связи стандарта LPWAN, передающих данные от устройств интернета вещей, на отечественное оборудование. Он должен будет начаться 1 декабря 2020 г. Пока такого оборудования в России нет. Гендиректор Yota внезапно уволился «Микрон» нацелился на китайский и индийский рынок чипов для автомобильной электроники Первые поставки уже начались. Россия заставит Apple продавать айфоны с российскими антивирусами «Ангстрем-Т» освоил уникальную для России технологию Trench MOSFET Российское предприятие «Ангстрем-Т» сообщило об освоении современной технологии полупроводникового производства. Речь идет о технологии силовых транзисторов Trench MOSFET. В настоящий момент в России только «Ангстрем-Т» может выпускать транзисторы такого типа. Февраль

р ы нок

«Яндекс.Телефон» испытал полный провал на рынке

14

Появился новый серверный «Эльбрус» для оборонных нужд Разработчики линейки «Эльбрус» завершили создание нового высокопроизводительного процессора за 621 млн руб. по заказу Минпромторга и во исполнение постановления Правительства о государственном оборонном заказе.

Microsoft признала Россию лидером по внедрению искусственного интеллекта Российские компании оказались лидерами по внедрению искусственного интеллекта. «Лаборатория Касперского» разрабатывает собственную ОС не только для интернета вещей и автомобильной электроники, но и для гаджетов Российские технологии радиоэлектронной борьбы скоро себя исчерпают Активное внедрение современной Россией средств радиоэлектронной борьбы объясняется использованием оставшегося после распада Советского Союза технологического задела, потенциал которого в ближайшее время исчерпается. Чипсеты ГЛОНАСС для России произведет Индия, а не Китай Индия будет выпускать навигационные чипсеты (составная часть навигационных систем для получения сигналов со спутников) ГЛОНАСС российской разработки.

Hа российских процессорах «Байкал» созданы первые роботы. Один из них разливает кофе в Сколково «Микрон» вошел в десятку мировых производителей, выпустив первый отечественный UHF-чип Главу «Байкал Электроникс» и «Т-Платформы» арестовали Следователи возбудили уголовное дело против владельца компаний «Т-Платформы» и «Байкал Электроникс» Всеволода Опанасенко – единственного поставщика компьютеров для нужд МВД. Создателя Открытого правительства Михаила Абызова арестовали из-за инвестиций в оборону США Отказ военных передавать операторам частоты для 5G может поставить крест на техническом прогрессе в России Апрель

ФСБ предлагает перейти на отечественные SIM-карты и 5G-оборудование вместо китайского и американского

Чиновник Совбеза РФ признал Россию отсталой в робототехнике

Россия утвердила свой первый нацстандарт для интернета вещей

Суд на Кайманах признал банкротом компанию, создавшую российский смартфон YotaPhone

В США начали массово скупать акции «Яндекса»

Россия сможет глушить военную КВ-электронику всей Европы

Таинственный моноблок на 28-нм «Эльбрусах» с ОС Windows 7 демонстрировался на недавней выставке со скоростью на уровне древних 1,2-ГГц ядер Core 2 Duo Военным в России запретили на службе пользоваться смартфонами, планшетами, флэш-картами и рядом других гаджетов Сбербанк потерял миллиарды рублей из-за ошибок искусственного интеллекта Март

В 109 млн руб. обойдутся планы мирового лидерства России по большим данным, блокчейну и роботам

www.elcomdesign.ru

На создание отечественного оборудования 5G Россия выделит почти 30 млрд руб. В ближайшие пять лет власти готовы выделить около 28 млрд руб. на разработку российского оборудования и программного обеспечения для сетей 5G и интернета вещей. Май

Nokia передаст России права на свои технологии и электронику Компания Nokia передаст права на интеллектуальную собственность и исходные коды некоторых видов своего телекоммуникационного оборудования российской компании

«РТК-Сетевые технологии» (совместное предприятие «Рос­ телекома» и Nokia). Торговая война США и Китая стала угрожать российской экономике Торговая война США и Китая может привести к снижению цен на российские ресурсы, считает министр экономического развития России Максим Орешкин. В «Роскосмосе» выявили миллиардные хищения В корпорации «Роскосмос» выявили миллиардные хищения. Об этом заявил председатель Следственного комитета России Александр Бастрыкин. Гендиректор ключевого производителя электроники для «Роскосмоса» сбежал за границу Отъезд Яскина совпал с началом внутреннего аудита в НИИ КП, инициированного по распоряжению главы «Роскосмоса» Дмитрия Рогозина. Российские сим-карты запустят на импортных чипах вместо отечественных Создан первый суперкомпьютер на процессорах «Эльбрус» Июнь

Первый видеозвонок в российских сетях 5G осуществили «МегаФон», «Ростелеком» и Nokia «Сбербанк» создаст искусственный интеллект на чипах Nvidia Компания SberCloud, являющаяся облачным провайдером группы «Сбербанк», и компания Nvidia подписали соглашение о совместной разработке и внедрении на российском рынке продуктов и услуг на основе искусственного интеллекта (ИИ). Кремль одобрил применение техники Huawei в сетях 5G от МТС Пока США и «партнеры» боятся использовать оборудование Huawei для сетей 5G, многие другие страны делают выбор в пользу китайских технологий.

«Роскомнадзор» завалил исками провайдера, отказавшегося покупать несертифицированное оборудование для «закона Яровой» Западные санкции на электронику «подрезали» ГЛОНАСС Июль

Половину выручки от «Эльбрусов» могут обеспечить заказы военных серверов Разработчики «Эльбрусов» взяли на себя обязательства по поставке в Минобороны тысячи серверов на одноименных процессорах. Предположительно, этот контракт обеспечит компании, по ее собственным расчетам, половину выручки в 2019 г.

На покрытие России интернетом вещей от государства нужно 70 млрд руб. Российским школьникам запретят пользоваться смартфонами и предоставят «шкулфоны» от «Ростеха» Всю информацию о россиянах соберут на одном сайте для упрощения контроля над ними Правительство России одобрило законопроект о создании портала, на котором будет храниться информация обо всех гражданах страны. Август

Huawei нажилась на россиянах Выручка ООО «Техкомпания Хуавэй», российской «дочки» Huawei Technologies, по итогам года составила 132,3 млрд руб. По сравнению с 2017 г., прибыль выросла почти в 2,5 раза. Большая часть этой суммы приходится на продажу смартфонов. В Москве начали тестировать 5G У России есть альтернатива для гаджетов Согласно исследованию Института развития интернета (ИРИ), в шести из восьми категорий отечественные программные продукты могут стать достойной альтернативой иностранному ПО для предустановки на персональные компьютеры и ноутбуки. При этом по ряду направлений национальные продукты уже пользуются большей популярностью, чем иностранные. В российских войсках появится своя сотовая связь Рейман требует 6 млрд руб. у принадлежащего ему «Ангстрема» России нужен 51 млрд руб. на вторую квантовую революцию «Ростех» скрестил процессоры «Эльбрус» и Intel и российскую ОС с MS Windows в одном моноблоке Новый моноблочный ПК «Бином-КА», выпущенный концерном «Автоматика», включает две практически полностью изолированные друг от друга вычислительные системы. Благодаря этому устройство может одновременно работать в глобальном интернете и защищенной корпоративной сети, блокируя доступ извне к последней. Сентябрь

Российский бренд мобильной электроники BQ выпустил смартфон дешевле 7000 руб. с дактилоскопом и поддержкой NFC Российский бренд мобильной электроники BQ заявил о выпуске смартфона BQ 5730L Magic C. Несмотря на доступную цену, модель получила двойную камеру, поддержку NFC и сканер отпечатков пальцев на задней панели. Между Москвой и Санкт-Петербургом скоро поедут беспилотные грузовики Экспорт российского ПО резко замедлился из-за недоброжелательности США и ЕС Согласно прогнозу «Руссофт», в 2018 г. экспорт российского ПО должен был вырасти на 19% до 10,5 млрд долл., но в реальности составил 10%. Снижение темпов роста экспорта «Руссофт» объясняет «недоброжелательным отношением к российским компаниям в США и ЕС».

электронные компоненты №01 2020

р ы нок

Российский производитель «бесконечных флэшек» за три года продал всего тысячу устройств и теперь закрывает бизнес Российский стартап по производству «бесконечных флэшек», которые поступили в продажу в 2016 г., закрывает бизнес. В качестве причины основатель стартапа указывает потерю интереса к проекту и неверные кадровые решения. За все время компании удалось продать менее 1 тыс. устройств; кроме того, проект не вынес конкуренции с облачными хранилищами.

Huawei хочет скупить отечественный Linux, «Эльбрусы» и российское «железо» Huawei пытается договориться с разработчиками российских процессоров «Эльбрус» и российской ОС «Альт» об использовании этих технологий в своей продукции. Это позволит китайской компании позиционировать свое оборудование как российское и продавать его госсектору.

15

Компания «Микрон» списала расходы на невостребованный электронный паспорт «Микрон», разработавшая и выпустившая невостребованные чипы для провалившегося проекта универсальной электронной карты (УЭК), списала в убыток расходы на этот проект в бухгалтерской отчетности по российским стандартам РСБУ за 2018 г. Именно этим компания объяснила многомиллиардные убытки за отчетный период, хотя и не назвала конкретную сумму списания. На «Эльбрусах» создан дешевый многопользовательский ПК: по 30 тыс. руб. за рабочее место ИНЭУМ им. И.С. Брука разработал ПК «Эльбрус 801К», основой для которого послужили российские процессоры «Эльбрус». На одном таком ПК могут работать от двух до шести пользователей одновременно, что делает эти ПК достаточно дешевыми для образовательных учреждений. Октябрь

Первый в России прототип квантового компьютера заработал в НИТУ «МИСиС» Представлен российский процессор Baikal-M для компьютеров, серверов и ноутбуков Российская компания «Байкал Электроникс» представила на форуме «Микроэлектроника 2019» в Алуште свой новый процессор Baikal-M. Топ-менеджеров посадили за кражу 114 млн руб. из программы ГЛОНАСС Три менеджера, которые похитили у «Роскосмоса» 114 млн руб. при реализации федеральной программы ГЛОНАСС, получили от трех до пяти лет колонии. Они завысили стоимость работ, выполненных «Спецстроем» при реконструкции корпуса ЦНИИмаш.

р ы нок

Компания «Ангстрем-Т» официально признана банкротом «Ангстрем-Т» задолжал своему кредитору, госкорпорации «ВЭБ.РФ», сотни миллионов долларов, и та подала заявление о признании его банкротом. В будущем «Ангстрем-Т» может быть возрождена – Минпромторга России подготовило 10-летний план по ее модернизации и развитию, а Правительство России рассматривает возможность инвестирования в нее 20,9 млрд руб.

16

Ноябрь

Москва инвестирует 1,2 млрд руб. в электронику для тотального слежения за гражданами по их лицам Объем российского рынка ИИ в 2019 г. составит 9 млрд руб. Около 30% крупных компаний в России уже внедрили искусственный интеллект или запустили пилотные проекты в этой сфере. Остальные 70% намерены сделать это в следующие два года. Аналитики прогнозируют ежегодный рост инвестиций в этой сфере на 30% до 2023 г. Российские ИТ-гиганты учредили альянс по развитию ИИ Сбербанк, «Газпром нефть», «Яндекс», Mail.ru Group, МТС и РПФИ подписали соглашение о создании альянса в сфере искусственного интеллекта. Альянс будет развивать рынок искусственного интеллекта, продвигать за рубежом российские разработки в этой сфере и помогать решать отраслевые проблемы. Россия хочет запретить импортную электронику в банках, ТЭК, медицине, транспорте, промышленности и науке

www.elcomdesign.ru

Выявлены лидеры продаж микроконтроллеров на российском рынке ЭКБ В списках популярных производителей микроконтроллеров на российском рынке продукция Microchip/Atmel продолжает оставаться на первом месте, но их совместная доля неизменно снижается. Доля STMicroelectronics за счет самого раннего старта продаж ARM Cortex-M3 продолжает увеличиваться. Госдума запретила гаджеты, компьютеры и телевизоры без российского софта Госдума приняла закон о запрете продажи электронной техники без российского программного обеспечения. Россия создаст «Большого брата», который будет отслеживать цифровой путь граждан и создаст их нейропрофили Уральский научно-образовательный центр создаст платформу, которая будет собирать информацию о пользователях, отслеживать их цифровой след и создавать на его основе нейропрофиль – цифрового двойника человека. Данные будут поступать из открытых источников или от самих пользователей. Декабрь

АПКИТ: создание госинтегратора – плохая идея На правительственном уровне обсуждается идея использования в технопарке «Сколково» государственного интегратора «Сколково-интеграция», который будет создавать и продвигать комплексные отраслевые ИТ-решения на базе отечественного ПО. Авторы идеи полагают, что крупные отечественные интеграторы, в основном, стремятся продвигать хорошо знакомые им зарубежные решения и не очень-то заинтересованы в импортозамещении. Сами интеграторы с этим выводом категорически не согласны. «Лаборатория Касперского» готовит к выпуску собственный смартфон на фирменной операционной системе Скончался создатель процессора самого первого ПК от Apple В возрасте 82 лет из жизни ушел Чак Педдл (Chuck Peddle) – инженер, который способствовал популяризации домашних ПК и появлению доступных моделей. Незапуск почти половины спутников в Роскосмосе объяснили санкциями по радиационно-стойким микросхемам и неготовностью OneWeb В России испытали «автономный интернет» В России прошли первые учения, предусмотренные законом о «суверенном или автономном интернете».

Apple, Samsung и другие компании не намерены отвечать за российское ПО, предустановленное на их устройства по «закону против Apple» Госорганы в 2019 г. фактически угробили «Т-платформы»: компания в агонии, «80% сотрудников уволились», отключен сайт К неиссякающему поток у проблем компании «Т-платформы», чей основатель и гендиректор находится под стражей, добавилось масштабное сокращение штата. Организации не хватает денег не только на зарплаты, но и, возможно, даже на поддержку корпоративного сайта.

Полупроводниковая микроэлектроника – 2019 г. Часть 2. Российская политика берет верх над «угасающей» экономикой Дмитрий Боднарь, к.т.н., генеральный директор, АО «Синтез Микроэлектроника»

Российская внешняя и внутренняя политика продолжают доминировать над «угасающей» экономикой страны. Ведущие российские предприятия оборонно-промышленного комплекса (ОПК) и микроэлектроники ухудшают свои и без того слабые показатели, увеличивают кредитную задолженность, убытки и переходят в банкротное и предбанкротное состояние. Меры государственной поддержки неэффективны, а технические и экономические достижения у предприятий отрасли отсутствуют. Полное игнорирование властями страны необходимости проведения политических и экономических реформ не оставляет перспектив для реального и устойчивого роста экономики России.

Политика и «угасающая» экономика России

емой и ручной Госдумы. Таким образом, ключевой задачей для власти в ближайшие два года будет сохранение конституционного большинства по итогам выборов в Госдуму в 2021 г. Однако даже если Владимир Путин формально освободит кресло Президента, то его займет лояльный и контролируемый кандидат (но вряд ли Дмитрий Медведев, который не удержит власть). Вполне возможно, повторится «рокировка» 2008 г. с сохранением всех властных рычагов у ныне действующего президента. Для этого тоже необходимо накопление денежных резервов в стране. Очень полезным для реализации этих сценариев станет мировой экономический кризис, позволяющий выдвинуть тезисы о том, что «в тяжелое для страны время коней на переправе не меняют» или «страна не хочет повторения 1990‑х гг. » или «никто не справится кроме Путина». Списать на мировой экономический кризис постараются все ошибки и провалы (хоть с 1914 г.), особенно не утруждаясь дополнительной аргументацией. К сожалению, какие-либо предпосылки для активного роста российской экономики отсутствуют. Самым печальным и опасным в нашей стране является то, что существующая система государственных и формальных общественных институтов и управления не позволяет что-либо изменить даже тогда, когда все понимают, что страна не развивается, движется в другую сторону или катится назад. В стране нет ни одного общественного института, мнение которого

электронные компоненты №01 2020

рынок

Российская экономика в минувшем году продолжила свое восьмилетнее с 2012 г. движение около и ниже нуля и, похоже, что российские власти махнули на нее рукой. Они не понимают и не знают, как вдохнуть жизнь в нашу «тлеющую» и затухающую экономику и своей главной задачей видят не допустить ее сильного провала. Единственным средством для подпитки экономики и предотвращения провала для властей РФ является накопление денежных резервов, которые предназначены для расходов в условиях глубокого кризиса. Этот момент должен скоро наступить. Однако нефтяные доходы при ценах около 60 долл. уже не дают той прибыли и запаса, который был при ценах 100–140 долл. и живой экономике в стране. Ставшее крылатым выражение «люди – это новая нефть», реализующееся в повышении налогов, снижении доходов и повышении пенсионного возраста, наглядно демонстрирует этот подход. Наша экономика при всех ее потенциальных резервах ужасно неэффективна: хуже нее разве что экономика Венесуэлы. Тяжелой гирей на ней также висит не имеющая аналогов в истории нашей страны повальная коррупция на всех уровнях, с которой власти даже не пытаются реально бороться. Для этого им самим надо стать образцом честности, а это, похоже, властям не под силу. Ничего положительного предложить обществу они не хотят и не могут.

Поскольку прогнозы по экономике России на ближайшие один–три года неудовлетворительные, власти страны все чаще переносят начало активного роста экономики на далекие 2025 и 2030 гг. А начинающийся мировой экономический кризис будет отличным оправданием грядущих неудач. Единственное, что власти пытаются сделать – создать атмосферу страха (войны, революции, «майдана», уголовного преследования и т. д.). За этим стоит их собственный с т р а х п отер я т ь у пр ав лени е, б ез опасность, ничем не ограниченные материальные блага. Этот страх и неопределенность будут нарастать по мере приближения к 2024 г., т. е. к конституционно определенному сроку передачи властных полномочий. Искушение никому и ничего реально не передавать может взять верх над законом. Но, судя по всему, реальной передачи власти в 2024 г. в стране не произойдет. Президент Путин не отпустит бразды правления, а для легитимизации этого процесса будет использован один из нескольких сценариев. Исключен вариант проведения всероссийского референдума по продлению полномочий (как в Белоруссии). За последние 20 лет референдум в стране ни разу не проводился, к тому же его итоги непредсказуемы, а сам факт его проведения будет выглядеть циничным и провокационным. Наиболее реальными могут стать сценарии с переформатированием государства, органов управления и изменениями Конституции РФ с помощью контролиру-

17

рынок

18

властям нельзя игнорировать, к тому же большинство из них создано по чиновничьим лекалам. Невозможность проведения реформ с запросами снизу от общества, когда власть не заинтересована ни в чем, а только в собственном благосостоянии, не оставляет шансов на благоприятный сценарий развития страны в ближайшие годы. Группа людей, управляющих страной и принимающих основные решения, относится к поколению возраста 60+, сформировавшемуся во времена СССР. Социалистические методы им никогда не были близки, а методы дикого капитализма и обогащения пришлись по вкусу. Эти люди четко усвоили, что «кухонная» демократия времен СССР (когда недовольство жизнью не выходит за пределы обсуждения на домашней кухне) не несет в себе прямой угрозы при отсутствии реальных лидеров протеста и невозможности его перехода на городские улицы. Сценарии и итоги горбачевской перестройки ими также хорошо усвоены. Они боятся любых форм демократии, опасаясь выхода ситуации из-под контроля и повторения конца горбачевской эпохи. С экономикой и промышленностью они просто не знают, что делать, поскольку в своей жизни были далеки от них и никогда не были с ними связаны. Доверить экономику компетентному специалисту и управленцу было для них рискованно из-за возможного роста его политического влияния и авторитета, а также создания альтернативы, что категорически неприемлемо для нынешней власти на всех этапах ее существования. Повторения китайской экономической революции Дэн Сяо Пина без зарубежных инвестиций, технологий и бурного развития рынка в стране никогда не достигнуть, а концепция России как энергетической сверхдержавы с треском провалилась. Власть имущие не могут дать задний ход после событий, связанных с Крымом и Украиной, международных скандалов, ракетных и ядерных угроз всему миру. Остается продолжать делать ставку в экономике на сырье, углеводороды и госкорпорации, пытаясь сохранить равновесие в стране. Точно так же было в период брежневского застоя, о котором беднеющее население страны на фоне 1990‑х и 2010‑х гг. уже вспоминает с ностальгией. Словно в подтверждение этого после отстранения России от мировых спортивных олимпиад и соревнований из-за допинговых скандалов в недрах госучреждений формируются предложения провести альтернативную олимпиаду, как это сделал СССР в 1984 г., бойкотируя Олимпийские игры в США. И ведь проведут, и повесят новый железный

www.elcomdesign.ru

занавес! Поэтому полный контроль над силовыми структурами, средствами массовой информации, законодательной, исполнительной, судебной ветвями власти имеет ключевое значение. Влияние интернета как нового формата получения информации в нашей стране пока несколько переоценено из-за апатии, безразличия и закомплексованности большой части населения, особенно пред- и пенсионного возраста, а также бюджетников, сильно зависящих от государства. Тем не менее было решено перестраховаться от выступлений молодежи, взяв под контроль Яндекс, начав ограничение коммуникационных каналов в виртуальном пространстве и тотальное подавление мирных протестов. При дозированной денежной подпитке (даже при общем падении доходов населения) и массированной пропаганде в классических СМИ (телевидение, радио) можно долго поддерживать состояние застоя. Подобное достаточно давно происходит в Венесуэле. Главное – не допустить резкого провала и потери контроля над ситуацией, сохранить статус-кво за счет повышенного материального стимулирования в сравнении с остальным населением, пенсионных и социальных льгот для всех ветвей власти и силовых структур, а также ее несменяемости. Именно для такого длительного консервирования ситуации осуществляется накопление денежных резервов в стране всеми возможными способами. Кроме того, поскольку отдельная категория приближенных к власти людей и друзей изолирована от международного бизнеса персональными санкциями, этой группе резервы позволяют создать условия для ведения внутреннего бизнеса. Российская политика давно доминирует над отечественной экономикой, но в минувшем 2019 г. окончательно развеялись иллюзии, и стало ясно, что нам ожидать в ближайшие годы. Путь нынешней власти – консервация текущего состояния и возможный отход на заготовленные позиции за пределами и внутри страны в случае форс-мажора. Оборонно-промышленный комплекс России на грани выживания

Одной из наиболее серьезных экономических проблем страны является закредитованность предприятий и населения, что наглядно проявляется на примере ОПК, где много микроэлектронных фабрик. Долг предприятий ОПК перед банками достигает 2 трлн руб., из которых около 700 млрд руб. требуют реструктуризации [1]. Эти долги образовались за несколько лет «милитаристской эпохи» России, когда правительство

наращивало вооружения, но не всегда и не вовремя оплачивало расходы предприятий ОПК. Все 1319 предприятий ОПК страны в 2018 г. реализовали продукции на 4,8 трлн руб., из которых 48% приходятся на гособоронзаказ, 31% – на экспорт вооружений, 21% – на гражданскую продукцию. Кредитная нагрузка отрасли достигла уровня, когда кредиты предприятий превышают их пятилетнюю прибыль до вычета налогов, что делает шансы самостоятельного погашения кредитов нереальными. Только 583 из 1319 предприятий имеют показатели с размером долгов на уровне двухлетней прибыли. Президент и Правительство страны не имеют решений по выходу из этой ситуации. Едва ли серьезно следует воспринимать их предложение по наращиванию объемов выпуска гражданской продукции на предприятиях ОПК с 21% в 2018 г. до 30% (в 2,2 раза до 1,5 трлн руб.) к 2025 г. и до 50% (в 6,3 раза до 4,2 трлн руб.) к 2030 г. В качестве потенциала роста рассматриваются госзакупки, нацпроекты и различные меры господдержки. Похоже, что наша страна оказалась в той же точке, в которой находилась во второй половине 1980‑х гг., когда был провозглашен очередной несбывшейся лозунг конверсии предприятий ОПК, а все закончилось уничтожением сотен тысяч единиц никому не нужного тяжелого вооружения и крахом экономики СССР. Тем не менее, страна продолжает неэффективно тратить огромные деньги на производство ненужного вооружения, ведет войну в Сирии, поддерживает сомнительные режимы в третьих странах в ущерб социальной сфере и развитию своей страны. Поскольку против полного списания долгов возражают банки-кредиторы, то, скорее всего, эту проблему Правительство РФ будет решать по частям: часть предприятий будет обанкрочено, а остальные предприятия докапитализируют, реструктурируют и частично спишут долги за счет госбюджета. Некоторые долги и продукцию предприятий ОПК трансформируют в задолженности по кредитам 30 странам Африки, на которые, судя по словам Владимира Путина на саммите Россия–Африка, им поставят вооружение и технику, причем часть на безвозмездной основе. Затем этим странам спишут долги, как по заявлению Президента России на этом же саммите простили 20 млрд долл. африканским странам. Какая уж тут экономика – псевдогеополитика важнее! Круговорот долгов и кредитов в стране! Пополнять эти расходы будут за счет новых налогов, падения реальных доходов населения, печатания ничем не неподкрепленных

денег и роста инфляции. Главное – дотянуть без сильных обвалов экономики до 2024 г. Следовательно, не приходится рассчитывать на рост экономики и значительный рост доходов населения, падающих подряд шесть лет. Убыточная микроэлектроника России

Отчетный год

Выручка, млн руб.

Валовая прибыль, млн руб.

Чистая прибыль, млн руб.

2018

7595

–453

–4413

2017

6686

3

–1624

2016

6572

447

–1691

2015

7642

408

–1291

2014

6996

105

–839

2013

6536

347

–1346

2012

6073

–77

–1817

2011

5264

149

–1671

2010

4572

445

–465

2009

4589

966

262

Итого:

62 525

2 340

–14 895

включающая освоение к 2026–2027 гг. технологий 28 нм, а к 2030 г. – 10‑нм и даже (внимание!!!) 7‑нм процесса. На несколько самых главных вопросов, относящихся именно к компетенции Минпромторга, ответы не даны. Есть ли рынок в России под эти технологии, и кто его будет готовить? Имеет ли шансы предприятие, отрезанное от всего мира международными санкциями, стать эффективным? Отк уда взять громадные деньги на этот проект (из госбюджета, вестимо)? Какие гарантии, что на новом обнуленном этапе все не закончится новым банкротством? Кто ответит по итогам деятельности, или в 2030 г. будет уже не до этого? Рост объемов реализации отечественных предприятий происходит за счет освоения госбюджетного финансирования на НИОКР. Если из финансо в ы х п о к а з а т е л е й э л е к т р о н н ы х предприятий страны вычесть финансирование из госбюджета на выполнение НИОКР, то только очень малое их количество способно стать прибыльным. Камнями преткновения, которые не дают эффективно развиваться электронной промышленности страны, являются мизерный размер российского рынка электроники и его милитаризованность, а также неэффективность всей нашей экономики и системы управления. В начале 2000‑х гг. к ним можно было отнести и устаревшие технологии, и оборудование полупроводниковых предприятий, которое не обновлялось со времен СССР. Но в настоящее время те же «Микрон» и «Ангстрем-Т» обладают, пусть не самыми передовыми, но востребованными на мировом рынке технологиями 90–180 нм. Для примера: по данным компании IC Insights, в конце 2018 г. доля проектных норм более 65 нм (т. е. имеющихся на «Микроне» и «Ангстрем-Т») в производстве полупроводников составила в мире 38%, в Северной Америке – 46%, а в Китае –

50% от общего объема (см. рис. 1) [7]. В прогнозах на 2023 г. эта доля в мире составит 35% [8], т. е. производственные и технологические возможности «Микрона» и «Ангстрема-Т» потенциально востребованы на мировом рынке не только в минувшем году, но и в ближайшее десятилетие, т. к. использующая эти технологии продукция силовой, промышленной, потребительской, автомобильной электроники будет долго востребована на мировом рынке. Однако наши предприятия так и не стали конкурентными по техническим и экономическим показателям на мировом рынке. Основные причины заключаются в отсутствии конкурентоспособной продукции, нежелании и неспособности конкурировать на открытом рынке в надежде на господдержку. И это частные компании, а что же тогда с государственными! Возможный аргумент о влиянии на них зарубежных санкций несостоятелен, поскольку доля экспорта в их продукции всегда была низкой, а убыточными они были и до введения санкций. Собственно говоря, по этим же причинам вся наша экономика, а также перерабатывающие отрасли неэффективные и неконкурентные на мировом рынке. Нежелание властей страны чтолибо менять и неспособность к реформированию постепенно возвращают страну в 1980‑е гг. Оценивать итоги российской микроэлектроники с каждым годом становится все сложнее. Мы уже привыкли к тому, что отечественной отрасли нечего предложить в качестве достижений мирового уровня не только по продукции, технологиям, сервисам, но и по сколь-нибудь значимым научным поисковым исследованиям и новым направлениям микроэлектроники. 10 лет назад энтузиазм отечественных специалистов поддерживался новыми возможностями дизайна за счет доступа к современным зарубежным средствам проектирования и международной кооперации, а также

электронные компоненты №01 2020

рынок

Финансовое положение ведущих российских производителей электронных компонентов, особенно имеющих собственное производство чипов, много лет является убыточным. Ведущая российская полупроводниковая компания АО «Микрон» уже в течение девяти лет с 2010 по 2018 гг. работает с возрастающими убытками, а 2018 г. завершила с рекордными убытками в 4,4 млрд руб. (см. табл.) [2]. АО «Светлана» из С.-Петербурга в 2018 г. по этой же причине прекратило свое существование. АО «Ангстрем-Т» проходит процедуру банкротства, а его экс-владелец Леонид Рейман через суд добивается своего включения в реестр кредиторов с суммой требования 423 млн руб. [3]. Проблема в том, что государство не хочет бросить этот «чемодан без ручки» – даже для того, чтобы остановить и законсервировать производство «Ангстрема-Т», требуется финансирование. В итоге в начале 2019 г. банк ВЭБ как агент Правительства РФ выделил 4,5 млрд руб. для обеспечения работы предприятия, а в мае 2019 г. заявил о выделении еще 21 млрд руб. из госбюджета. Завод «Ангстрем», еще одно предприятие из группы «Ангстрем», по итогам 2018 г. также показал убыток в размере 478,1 млн руб., а доля военной продукции в ассортименте предприятия приблизилась к 100%. Завод «Ангстрем» в 2019 г. был в большей мере занят судебной, а не производственной деятельностью. Совладелец «Ангстрема» Леонид Рейман с помощью подконтрольного ему ООО «Альтернатива Капитал» через суд пытается взыскать с предприятия 2,17 млрд руб. [4]. В настоящее время Следственный Комитет России проводит проверку «Ангстрема» в связи с предполагаемыми махинациями на 6,5 млрд руб. при закупке Министерством обороны РФ военных радиостанций с 2014 г. [5]. В октябре 2019 г. Арбитражный суд Москвы окончательно признал АО «Ангстрем-Т» банкротом [6]. Но больше всего вызывают удивление положительные по замыслам, но абсурдные по действиям планы Минпромторга по спасению «Ангстрема-Т». Согласно этим планам, на базе предприятия предполагалось сформировать всероссийское производс тво микроэлектроники. Однако на этом все хорошие новости заканчивались. Дальше начиналась бумажная гигантомания,

Таблица. Финансовые показатели завода «Микрон» за 2009–2018 гг.

19

рынок

Рис. 1. Мировой рынок производства пластин по регионам и проектным нормам на декабрь 2018 г.

20

расширением технологических возможностей в стране благодаря запуску новых микроэлектронных производств («Микрон», «Ангстрем»). Это давало серьезную надежду на открытие новых каналов взаимодействия, расширение рынка полупроводниковых товаров и услуг. К сожалению, с начала 2010‑х гг. все эти каналы оказались закупоренными из-за фактического консервирования экономического развития страны и слабого рынка отечественной микроэлектроники, а созданный руководством нашей страны после крымских событий в марте 2014 г. барьер в отношениях с западными странами привел к санкционным ограничениям и откату отечественной отрасли. Какие бы статистические данные о росте в любом виде исчислений ни приводили государственные органы и чиновники, основная масса специалистов однозначно оценивает это как движение назад, особенно за последние два года. Наибольшие опасения вызывают пессимистические прогнозы специалистов и руководителей предприятий микроэлектроники, сменившие энтузиазм 10‑летней давности. Это разительно контрастирует с бравурными изречениями руководства страны, правительства и промышленности, которые, однако, прекрасно понимают, что происходит, но, как и в СССР в начале 1980‑х гг., выдают желаемое за действительное. Но даже эти подогнанные показатели говорят о том, что страна не развивается, а находится в застое. При застойных явлениях рассчитывать на активное развитие высокотехнологичной микроэлектроники не приходится, а выдумывать достижения властям становится труднее и все чаще их пытаются найти в прошлом и в истории, а не в настоящем и будущем. Страна продолжает находиться в зазеркалье, и чем дольше это продлится, тем хуже будут последствия. Частоты 5G в России

Примером неспособности принимать системные решения на государственном уровне является ситуация с выделением частот для создания сетей 5G. Практически вся мировая индустрия для 5G ориентируется на частотный диапазон

www.elcomdesign.ru

3,4–3,8 ГГц. Однако в России против этого диапазона выступили военные, и их поддержал Совбез РФ. Единый стандарт 5G еще не появился, но наиболее оптимальным считается диапазон частот 2–6 ГГц, обеспечивающий стабильный сигнал с дальностью до 2 км и высокую скорость передачи данных. Такой диапазон является оптимальным для городской среды. Евросоюз выбрал диапазон 3,4–3,8 ГГц, Южная Корея – 3,4– 3,7 ГГц, Австралия – 3,4–3,7 ГГц. Некоторые страны осваивают сразу два диапазона: Япония – 3,6–4,2 и 4,4–4,9 ГГц, Китай – 3,3–3,6 и 4,8–5 ГГц. В России, как и в США, диапазон 3–4 ГГц используется силовыми структурами, поэтому для реализации связи стандарта 5G Минкомсвязи РФ предлагает диапазон 4,4–4,99 ГГц. Поскольку этот диапазон не унифицирован, для него потребуется создание отдельного оборудования, которое будет стоить в полтора раза дороже. По утверждению Минкомсвязи, это оборудование будут производить российские компании. Можно ожидать, что его стоимость окажется значительно выше, чем в прогнозах. Дополнительной проблемой, если мировым стандартом будет окончательно утвержден диапазон 3,4–3,8 ГГц, станет работа смартфонов 5G в России. И снова весь мир пойдет в ногу, а Россия – особым путем! В итоге все придут к намеченной цели, а наша страна зайдет в тупик. То же самое происходило в СССР и закончилось катастрофой. Выводы

1. Российская государственная внешняя и внутренняя политика окончательно приобрела облик времен СССР, снова возвращает отечественную экономику в эпоху застоя и рецессию. Главная цель властей – создание денежных резервов и консервация текущего состояния страны на длительный период.

2. «Угасающая» и «тлеющая» российская экономика продолжает свою стагнацию, кредитная задолженность и убытки предприятий отечественной микроэлектроники и ОПК увеличиваются; производства оказываются в банкротном и предбанкротном состоянии.

3. Меры государственной экономической поддержки и целевого финансирования не достигают цели, что подчеркивает неэффективность экономики страны. Профицит госбюджета РФ в 2019 г. формируется не за счет роста экономики, а благодаря экспорту сырья, снижению расходов, росту фискального налогообложения и отчислению сырьевых доходов в золотовалютные резервы страны. У отечественной микроэлектроники на ближайшие 2020–2021 гг. отрицательные перспективы.

4. Как и в 2018 г., никаких значимых технических и экономических достижений у отечественной микроэлектроники и ее предприятий в минувшем году не было.

5. В России давно перезрела необходимость проведения политических и экономических реформ, но шансы их осуществления малы из-за нежелания властей и апатии населения страны. Литература 1. Александр Воробьев. Оборонные предприятия не справляют­ ся с обслуживанием кредитов. Ведомости. 17 октября 2019//www. vedomosti.ru.

2. Денис Воейков. «Микрон» скатился в рекордные за 10 лет много­ миллиардные убытки. CNews. 26 июня 2019//www.cnews.ru.

3. Экс-министр Рейман отсудил у «Ангстрема-Т» 423 миллиона.

ОТ РЕДАКЦИИ Как известно читателям, наш журнал посвящен прикладным аспектам электроники. В статье Дмитрия Боднаря помимо очень интересного и богатого фактическими данными материала содержатся оценочные характеристики российской внутренней политики, затрагивающей нашу отрасль. И хотя мнения в редакции разделились (кто-то согласился с точкой зрения Дмитрия Михайловича, а кто-то разделяет ее только частично), из уважения к профессионализму нашего постоянного автора мы оставили этот материал без изменений, в т. ч. несмотря на дублирующие друг друга аргументы и не вполне доказуемые выводы. Мы знаем автора как человека неравнодушного, искренне переживающего за положение дел в нашей отрасли. Соглашаться с ним или нет – пусть каждый решит сам.

Время электроники. 10 октября 2019//www.russianelectronics.ru.

4. Игорь Королев. Рейман требует 6 миллиардов у принадлежаще­ го ему «Ангстрема». CNews. 20 августа 2019//www.cnews.ru.

5. У генералов повысилось давление от полковников. Коммерсант. № 191. 18 октября 2019//www.kommersant.ru.

6. «Ангстрем-Т» банкрот. Признано официально. CNews. 28 октя­ бря 2019//www.cnews.ru.

7. Global Wafer Capacity 2018–2022. IC Insights. February 14.

2019//www.icinsights.com.

8. Wafer Capacity by Feature Size Shows Rapid Growth at < 10nm.

IC Insights. October 19. 2019//www.icinsights.com.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| Новая версия 9.0 среды автоматизированного тестирования Cantata реализует методологию «Разработка, Управляемая Тестированием» |

www.avdsys.ru/test

электронные компоненты №01 2020

рынок

Среда автоматизированного модульного и интеграционного тестирования Cantata фирмы QA Systems (Германия) предназначена для тестирования программного обеспечения встраиваемых систем, подлежащих сертификации по стандартам безопасности ПО. Новая версия 9.0 доступна с октября 2019 г. Одной из главных особенностей нового релиза является поддержка методологии Test Driven Development (TDD) – Разработка, Управляемая Тестированием.

TDD – это гибкая методология, при которой тесты разрабатываются на основании требований еще до того, как исходный код будет реализован. В отличие от инструментов с открытым исходным кодом, Cantata TDD обеспечивает более «чистый» исходный код и улучшает общепринятые техники TDD за счет полнофункционального тестирования методом белого ящика. Тестовые примеры Cantata TDD могут быть выполнены еще до того, как исходный код будет написан. По мере реализации исходного кода, Cantata заменяет заглушки на фактическое тело функции и автоматически обновляет тесты. Среди других особенностей релиза 9.0 – поддержка C++ в функции Cantata Autotest (автоматическая генерация тестов по исходному коду со 100% покрытием) и Build Variant Coverage – объединение данных тестового покрытия по нескольким различным сборкам ПО с генерацией сертифицированного суммарного отчета о покрытии. Как и предыдущие версии, Cantata 9.0 будет вскоре после выпуска сертифицирована SGS-TuV Saar GmbH как «средство верификации программного обеспечения, относящегося к безопасности», соответствующее стандартам: – IEC 61508 (общепромышленное оборудование) – до уровня SIL 4; – EN 50128 (железнодорожные системы) – до уровня SIL 4; – ISO 26262 (автоэлектроника) – до уровня ASIL D; – IEC 62304 (медицинская техника) – до класса C; – IEC 60880 (системы контроля АЭС) – для категории А. Набор сертификационных материалов по этим стандартам (Certification Kit) и руководство по применению среды Cantata в процессе сертификации (Safety Manual) входят в комплект поставки. Как дополнительный продукт поставляется комплект квалификационных материалов по требованиям DO‑178C (авионика). Среда Cantata применяется также при разработке ПО космических систем по требованиям NASA‑8719.13C и ECSS-E‑40 (European Cooperation for Space Standardization). Среда Cantata имеет более чем 20‑летнюю историю. Она является развитием среды IPL Cantata ++, интеллектуальная собственность на которую была приобретена компанией QA Systems у компании IPL в 2012 г. Дистрибьютор компании QA Systems в России – компания АВД Системы, поставщик средств разработки программного обеспечения критически важных для безопасности сертифицируемых встраиваемых компьютерных систем.

21

Правда или вымысел? Андрей Пересадин, инженер В первой части этой статьи рассматриваются некоторые базовые представления, которые бытуют среди разработчиков встраиваемых систем относительно вычислительных приложений с использованием графических процессоров, контроллеров флэш-памяти NAND, а также лидарных систем.

Техника и технологии

Мифы о вычислениях с помощью графических процессоров

22

Понимание того, как и когда использовать неспециализированные вычисления на графических процессорах (GeneralPurpose Computing on Graphics Processing Units, GPGPU), позволяет разработчикам встраиваемых систем лучше и быстрее решить задачу по управлению энергопотреблением и балансировке нагрузки с помощью этой эффективной технологии обработки данных. На пути проектирования современных встраиваемых систем разработчики сталкиваются с двумя главными трудностями – потерей расчетной мощности и повышением энергопотребления. К некоторым источникам проблем относятся увеличение количества источников данных, технологические усовершенствования, сокращение размеров устройств и повышение плотности размещения компонентов в системах. Во встраиваемых высокопроизводительных компьютерных системах (High-performance embedded computer, HPEC) применяются графические процессорные блоки общего назначения (GPGPU), увеличивающие быстродействие устройств, диапазон рабочей температуры и обеспечивающие их реализацию в компактном форм-факторе. В состав таких систем помимо графических процессоров (GPU) входят центральные процессоры (ЦП), что позволяет повысить скорость вычислений. С другой стороны, использование графических процессоров разгружает вычислительные мощности ЦП. Следует заметить, что по мере дальнейшего ужесточения требований к быстродействию ЦП его возможности исчерпаются. Чтобы этого не произошло, применяются универсальные мощные графические процессоры, которые решают некоторые вычислительные задачи лучше и быстрее, чем центральные процессоры, благодаря лучшей программируемости, точности и параллельным вычислениям. Понимание функциональных возможностей технологии GPGPU и ее ограничений позволяет выбрать наилучшие устройства с самой высокой производительностью, отвечающей нуждам разрабатываемого приложения. Сначала мы рассмотрим заблуждения, которые существуют в отношении применения этой технологии.

Поскольку графические процессоры предназначены для общего применения, они не способны решать комплексные вычислительные задачи. Неверно. Типовые мощные ЦП с архитектурой RISC или CISC оснащены десятками усовершенствованных ядер. У графического процессора – тысячи «специализированных» ядер, оптимизированных для адресации и обработки больших матриц данных дисплеев или оптических камер (см. рис. 1). Эта технология распределяет выполнение алгоритмов по многим ядрам, облегчает разработку и ведет параллельную обработку данных. Таким образом, использование параллельно работающих групп ядер в графических процессорах, где каждая из них отвечает за определенный участок вычислений, обеспечивает решение сложных задач. В технологии GPGPU используется параллельная обработка на графических процессорах для анализа данных, как если бы они были данными изображений или другими графическими данными. Поскольку графические процессоры работают на более низких частотах, у них, как правило, во много раз больше ядер, чем у ЦП. Графические процессоры обрабатывают изображения и графические данные намного быстрее стандартных ЦП. Блоки GPGPU нельзя использовать в жестких условиях эксплуатации. Неверно. Ответственность за эксплуатацию многих элементов и компонентов в жестких условиях возложена на производителя печатных плат или систем. То же относится и к процессорам GPGPU. Чтобы предусмотреть возможность такого применения, необходимо выбрать методы и меры, предотвращающие вредные воздействия окружающей среды и обеспечивающие соблюдение требований конкретного приложения.

Технология GPGPU востребована только для воспроизведения графики в игровых приложениях. Это неверно. За последние несколько лет стало ясно, что технология GPGPU открывает новые возможности обработки данных и сетей с глубоким машинным обучением, а также находит применение в приложениях с искусственным интеллектом. ЦП ЦП К настоящему времени появилось немало военно-технических Несколько ядер Тысячи ядер и оборонных систем на базе блоков GPGPU, в которых используются усовершенствованные вычислительные функции для Рис. 1. По сравнению с многоядерными быстродействующими ЦП, графические построения радаров, распознавания изображений, классифи- процессоры на основе технологии CUDA оснащены тысячами ядер, которые работают параллельно и одновременно обрабатывают большие объемы кации, регистрации движения, кодирования и т. д. данных

www.elcomdesign.ru

Например, компания Aitech, обладающая многолетним опытом разработки систем, выпускает платы с процессорами GPGPU и системы с малым форм-фактором для авионики, водного, наземного транспорта, а также для мобильных приложений. В настоящее время компания изучает возможность применения процессорных блоков GPGPU в космосе. Если требования к обработке данных превышают возможности системы, следует увеличить энергопотребление (приобрести более мощное оборудование, повысить тактовую частоту). Правильно. Попытки избежать использования технологии GPGPU, как правило, заканчиваются исчерпанием возможностей центрального процессора. Чтобы решить эту дилемму, устанавливают дополнительные ЦП или повышают тактовую частоту процессоров, что приводит к увеличению энергопотребления. В результате в большинстве случаев приходится уменьшать рабочую частоту ЦП, а также снизить тактовую частоту, чтобы компенсировать рост температуры кристалла. Установка дополнительного процессора усложняет приложение и вызывает проблемы с его интеграцией в систему. На первых порах, вероятно, так и происходит, поскольку требуется учитывать возможности использования новой передовой технологии. Но в долгосрочной перспективе это не так. Технология CUDA де-факто стала компьютерным языком для реализации обработки данных и алгоритмов. Алгоритмы CUDA можно повторно использовать на любой другой платформе, поддерживающей платы GPGPU NVIDIA. Поскольку перенос этих алгоритмов с одной платформы на другую прост, такой подход не требует использования специального оборудования и потому является более общим.

По-прежнему существует компромисс между потребляемой мощностью и производительностью. Разумеется, такие компромиссы всегда будут. Чем выше быстродействие и пропускная способность, тем больше потребляемая мощность. Однако это те же компромиссы, на которые приходится идти при использовании ЦП или любого другого блока обработки данных. В качестве примера рассмотрим технологию NVIDIA Optimus, которую применяет компания Aitech. Эта технология коммутации предусматривает решение дискретным графическим процессором всех задач по рендерингу, а передача сигнала финального изображения на дисплей по-прежнему осуществляется RISC-процессором с интегрированным графическим процессором (IGP). По сути, IGP центрального RISCпроцессора используется только как контроллер дисплея, обеспечивающий непрерывное отображение сигнала на дисплее в режиме реального времени без мерцания; при этом исключается необходимость в возложении всего рендеринга и генерации сигналов синхронизации процессором GPGPU, или задача по формированию изображений распределяется по всем центральным RISC-процессорам. Такое распределение нагрузки или балансировка увеличивает мощность системы. При работе менее требователь-

Распределение нагрузки на ЦП можно выполнить, расширив функциональные возможности платы, и этого достаточно для управления обработкой данных в приложении. Неверно. Все чаще в отраслевых приложениях используется параллельная обработка данных с использованием графических процессоров. Параллельная обработка изображения – оптимальная задача для GPU, для решения которой он и предназначен. По мере увеличения объемов поступающих данных и разрешения видеокамер спрос на архитектуру с параллельными вычислениями становится нормой, а не прихотью. В первую очередь, эта тенденция касается систем, критически важных для безопасности и предназначенных для ответственного применения, где необходимо получать, сравнивать, анализировать данные и принимать решения по построению нескольких сотен изображений одновременно (см. рис. 2). Закон Мура также применим к блокам GPGPU. Да, это так. В настоящее время компания NVIDIA разрабатывает прототип многокристального модуля GPU (MCM-GPU), который позволит непрерывно масштабировать производительность графических процессоров, несмотря на ограничения по масштабированию транзисторов. На конференции GTC 2019 представители компании NVIDIA представили технологии MCM-GPU для вычислительных систем высокого уровня. К ним относятся ячеистые сети, передача сигналов с малой задержкой и масштабируемые нейросети с глубоким обучением, а также очень эффективные технологии передачи данных между кристаллами с помощью органических соединений. Для освоения нового языка программирования (например, CUDA) требуется слишком много времени и денег. На самом деле, это не так. В настоящее время язык CUDA, являясь де-факто языком для организации параллельных

ЦП не справляется с задачей – медленная ОС

Техника и технологии

Поскольку GPGPU-системы обрабатывают очень большие объемы данных, энергопотребление приложений возрастает. Неверно. В настоящее время платы с блоками GPGPU являются очень энергоэффективными. Энергопотребление некоторых из них то же, что и у плат с ЦП. При этом GPGPU-платы параллельно обрабатывают намного больше данных с помощью тысяч ядер CUDA. Следовательно, повышается отношение потребляемой мощности к производительности.

ных приложений дискретный графический процессор можно не использовать. Процессор IGP компании Intel осуществляет рендеринг, переход в режим пониженного энергопотребления и обеспечивает наибольшее соотношение между быстродействием и потребляемой мощностью.

23 Распределение нагрузки усложняется

Совершенствование ЦП и повышение тактовой частоты Повышение потребляемой мощности и выделяемого тепла

Рис. 2. По мере увеличения объемов поступающих данных способность центрального процессора управлять их обработкой, распределением нагрузки и тактированием перестанет отвечать требованиям систем

электронные компоненты №01 2020

вычислений, составляет основу многих решений. Немало алгоритмов портировано на этот язык. На страницах онлайнфорума компании NVIDIA представлено немало примеров, веб-тренингов, пользовательских сообществ и т. д. Кроме того, во многих университетах язык CUDA стал частью обязательных курсов обучения языкам программирования. На рынке встраиваемых систем, особенно систем с малым форм-фактором и оптимизированных по размеру, весу и стоимости, отсутствуют процессорные блоки GPGPU промышленного класса. Это не так. Компания NVIDIA выпускает линейку процессорных модулей Jetson, предназначенных для рынка встраиваемых систем (см. рис. 3). В настоящее время в ее состав входят системы-на-модулях (System on Modules, SoM), которые отвечают упомянутым требованиям. К этим устройствам относятся: TX1; TX2; TX2i – «промышленная» версия для жестких условий эксплуатации; Xavier. Компания NVIDIA анонсировала модули TX2i с более продолжительным сроком службы. Это значит, что уменьшился риск их применения в таких долгосрочных приложениях как авиакосмические, оборонные и космические, а также в некоторых промышленных приложениях. Например, компания Aitech реализовала немалое число проектов для военной техники и промышленного оборудования на основе упомянутого семейства встраиваемых модулей. Мифы о контроллерах флэш-памяти NAND

Техника и технологии

Контроллеры – важные компоненты в системах хранения информации во флэш-памяти NAND. Ложные представления о контроллерах рассматриваемых твердотельных накопителей имеются и в отношении флэш-накопителей USB, модулей памяти eMMC, SD-карт и любых других управляемых устройств на основе памяти NAND.

24

Наилучшие параметры – у флэш-памяти самого последнего поколения. Флэш-память нового поколения выпускается с одной целью – увеличить объем хранящихся данных на кристалле. В результате цена 1 Гбайт памяти уменьшается с каждым новым поколением этих запоминающих устройств. Однако, как правило, это достигается за счет того, что для хранения 1 бит информации требуется меньше электронов. Хотя это обстоятельство не является критичным для рынка потребительской электроники, где качество и надежность стоят на втором месте после цены, флэш-память NAND можно использовать в очень ответственных приложениях только благодаря тесному сотрудничеству производителей этих запоминающих устройств и контроллеров.

Рис. 3. Процессорные блоки GPGPU, предназначенные для военных и промышленных приложений, открывают новые возможности оптимизации систем по размеру, весу и стоимости, а также обеспечивают требуемую производительность систем с малым форм-фактором

www.elcomdesign.ru

Быстродействие памяти не зависит от ее емкости. Время записи и чтения массива флэш-памяти больше, чем позволяет производительность системы. Чтобы уменьшить это время, используются контроллеры, которые чередуют операции записи и чтения, обращаясь одновременно к разным массивам флэш-памяти. Для повышения скорости записи несколько модулей флэш-памяти объединяется, благодаря чему увеличивается суммарная емкость. С другой стороны, поскольку у флэш-памяти более нового поколения – выше емкость из расчета на один кристалл, твердотельный накопитель (SSD) на основе более новой технологии может работать медленнее при той же суммарной емкости. Выше производительность у того твердотельного накопителя, у кого больше объем памяти. В технических описаниях, как правило, указаны привлекательные значения быстродействия и часто – максимальная скорость интерфейса. Однако «узким местом» системы является либо контроллер, либо ограничения у технологии флэш-памяти. Более того, производительность «вынутого из коробки» запоминающего устройства высока, но падает со временем по мере заполнения памяти. Особенно это касается скорости произвольной записи. Многие системы оптимизированы под наиболее распространенные программы оценки производительности. Однако на практике она может оказаться значительно хуже, что зависит от частоты использования памяти. В конечном итоге, дешевая флэш-память и дешевые контроллеры никогда не обеспечат выигрышную производительность. Быстродействие флэш-памяти является постоянной в течение срока службы. Чем больше заполнен твердотельный накопитель, особенно произвольными данными, тем больше нагрузка на контроллер. Степень его интеллектуальности, которая требуется для чередования задач по управлению в фоновом режиме с фактическими операциями чтения или записями может стать решающим фактором выбора. Более дорогостоящие контроллеры с меньшим объемом собственной памяти или количеством аппаратных ускорителей могут плохо справляться с возложенными функциями, что сокращает срок службы системы или значительно уменьшает производительность. Решения на основе флэш-памяти NAND не зависят от сценариев использования системы. Выбранный сценарий использования приложения в значительной мере влияет на величину производительности и срок службы устройств хранения данных. Таким образом, необходимо хорошо понимать потребности разрабатываемого приложения, чтобы сэкономить на расходах и избежать жалоб заказчиков. Контроллеры флэш-памяти NAND для потребительской электроники всегда дешевле. Дешевые контроллеры обладают меньшим числом функций и меньшей аппаратной поддержкой. Из-за неоптимального регулирования износа, обработки ошибок или управления флэш-памятью срок службы твердотельных накопителей неизбежно сокращается, и повышается вероятность отказа. Следовательно, пользователь может потерять все ценные данные, а приложение перестанет функционировать. Поскольку наибольшая часть стоимости системы определяется стоимостью флэш-памяти, а не контроллера, выбор качественного контроллера гарантирует сокращение общей стоимости владения.

Данные уничтожаются после стирания. Свойства флэш-памяти NAND таковы, что данные остаются в ней, даже если удалить файлы из накопителя. Фактически процесс удаления осуществляется только в процессе управляющих процедур, к которым относится, например, чистка памяти. Некоторые контроллеры обеспечивают безопасное стирание данных, но необходимо понимать, что при этом происходит, если это важно для конечного приложения. Интерфейс SATA уступает место PCIe. Несмотря на то, что на рынке игровых приложений и ноутбуков доминирует интерфейс PCI Express (PCIe), спрос на SATA является устойчивым в промышленных приложениях для хранения данных. Спрос на твердотельные накопители SATA по-прежнему сохраняется у тех приложений, где не требуется обеспечить уровень производительности PCIe или ограничен бюджет энергопотребления. Новые контроллеры флэшпамяти SATA применяются для управления флэш-памятью 3D самого последнего поколения; при этом повышается ценовая конкурентоспособность решений в тех случаях, когда выбор компонентов диктуется не только быстродействием интерфейса.

Регулировка износа осуществляется равномерно. Регулировка износа – базовая функция в потребительских электронных устройствах, но она может оказаться сложной, если конечному приложению требуется продолжительный срок службы и функциональная надежность. Разработчики должны хорошо разбираться в функциях регулировки износа, чтобы обеспечить надежное функционирование системы. В двух словах, если данные важны пользователю или имеют значительную ценность, лучше всего выбрать контроллеры, предназначенные для ответственного применения. Выгодно использовать только высокоскоростные интерфейсы. На скорость операций и простоту использования влияет не только объем памяти, с которым работает контроллер. В равной мере необходимо контролировать выделение тепла устройством на скорости 1 Гбайт/с и выше. Обсуждается даже использование дорогостоящего активного водяного охлаждения в NVMe-решениях. Наконец, ошибочно полагать, что высокоскоростные интерфейсы предоставляются бесплатно – их дальнейшая эксплуатация тоже стоит определенных денег. Решения eMMC медленно загружаются. Кристалл eMMC – однокристальное решение, в котором сочетается контроллер флэш-памяти с памятью NAND. Благодаря простоте интеграции это решение часто используется как недорогая альтернатива, даже если на печатной плате вполне хватает места. Однако одним из самых распростра-

Устройства eMMC 5.x работают всегда быстрее eMMC 4.x. Часто игнорируется факт, что производительность приложения зависит не только от того, интерфейс какого поколения используется устройством. Необходимо также брать в расчет хост-интерфейс. Например, производительность, которая обеспечивается интерфейсом eMMC 5.x, не достигается, если хост поддерживает только eMMC 4.x. То же относится ко всем остальным интерфейсам, включая USB и SD. Максимальная скорость передачи данных по интерфейсу достигается только в том случае, если интерфейс хоста, по меньшей мере, соответствует интерфейсу устройства (включая режимы скорости и другие функции). Управляемая NAND-память – только у карт eMMC или UFS. Управляемой флэш-памятью NAND называются кристаллы, оснащенные функциями управления и собственно флэш-памятью NAND. Эти устройства предоставляют разные возможности и уровни качества. Некоторые кристаллы с управляемой флэш-памятью NAND очень схожи с необработанной памятью NAND, но имеют код с исправлением ошибок. Однако управление флэш-памятью NAND должно осуществляться с помощью внешнего процессора. Популярными и наиболее совершенными реализациями являются карты памяти eMMC или UFS, хотя их применение ограничено определенными хост-системами. Современные заказные управляемые NAND-решения легко реализуются и применяются с разными хост-интерфейсами. Решения «дискна-плате» обладают большими возможностями, а стоимость владения ими значительно меньше, чем у других решений.

LDPC – самый мощный код коррекции ошибок. Коррекция ошибок с помощью кода с малой плотностью проверок на четность (low-density parity check, LDPC) у многих ассоциируется с кодом ECC. Однако существует немало типов разных реализаций LDPC. Одни из них оптимизированы по качеству коррекции, другие – по скорости, третьи – по энергопотреблению, а четвертые – по стоимости. Короче говоря, не следует ошибочно считать, что LDPC – единственное и наилучшее решение. На самом деле, оно зависит от фактической реализации в устройстве.

LDPC обеспечивает качественную коррекцию ошибок. Хотя код LDPC должен обеспечить достаточно высокий уровень качества, он в значительной мере зависит от своей реализации. Например, при частоте ошибок ниже 10–12 на симуляцию процесса реализации кода LDPC потребовались бы годы. Следовательно, модели ошибок экстраполируются, что снижает точность проверки. Безопасность хранения данных – 100%. У флэш-памяти имеются ограничения, а ее способность безопасно хранить данные со временем ухудшается. Главное назначение флэш-контроллера заключается в повышении имеющегося уровня надежности, чтобы увеличить срок службы. Однако некоторые внешние причины могут ухудшать качество работы контроллера. К ним относится воздействие альфа-частиц и снижение надежности из-за сбоев питания. Поскольку нейтрализация этих воздействий по-разному осуществляется в изделиях производителей флэш-памяти, разработчики в каждом конкретном случае должны интересоваться способами противодействия.

электронные компоненты №01 2020

Техника и технологии

Чем больше хранится статических данных, тем продолжительнее срок службы. Поскольку количество циклов записи/стирания у флэшпамяти NAND ограничено, можно предположить, что если на диске записан большой объем статических данных, его срок службы становится дольше. Однако это не так. На самом деле, при хранении статических данных возникают две проблемы. Во‑первых, запоминание информации может стать проблемой, если она никогда не перезаписывается. Во‑вторых, часто невозможно выполнить регулирование износа при хранении статических данных. Высококачественные NAND-контроллеры обладают самыми современными алгоритмами для регулировки износа, начиная с перезаписи статических данных и заканчивая более часто использующимися блоками, что продлевает срок службы диска.

ненных заблуждений является мнение о том, что кристалл eMMC медленно загружается. Недавние разработки изменили эту ситуацию, благодаря чему загрузка некоторых eMMCрешений не превышает 10 мс. Таким образом, благодаря быстрой загрузке решения eMMC можно использовать и для хранения данных, и в качестве замены флэш-памяти NOR.

25

Накопители SLC всегда дороже, чем MLC или TLC. Разумеется, это так, если сравнивать по отношению объема памяти к ее цене. Однако с учетом потребностей конкретного приложения выбор памяти с одноуровневыми ячейками (SLC) может оказаться лучше с учетом показателя TBW (объем данных, которые можно перезаписать на SSD-накопитель) или совокупной стоимости владения. У пользователя имеется возможность запускать систему с меньшим объемом памяти и избежать замены накопителя в течение его срока службы (см. рис. 4). У SATA больше нет перспектив. Как известно, SATA – не новая технология. В тех промышленных приложениях, где надежность и срок службы являются ключевыми для накопителей, появились новые специализированные контроллеры флэш-памяти. Нарушения целостности данных при отключении электропитания, а также уменьшение стоимости владения из-за отсутствия DRAM – причины, которые свидетельствуют об исчерпании возможностей интерфейса SATA.

Техника и технологии

Для разработки заказного решения следует интегрировать исходный код в микропрограмму. Накопитель данных не во всех случаях обязан быть базовой системой хранения. Намного больше возможностей открывается с помощью прикладных программируемых интерфейсов (API). Кроме того, конечный пользователь может полностью контролировать встроенную программу и универсальный процессор сигналов (USP), не обращаясь за помощью к производителю контроллеров флэш-памяти, – достаточно лишь иметь набор инструментов для разработки API-интерфейсов. Карты памяти CompactFlash (CF) прекратили свое существование. Устройства CompactFlash, предназначенные для хранения данных, все реже выбирают для реализации современных промышленных приложений. Однако эти устройства по-прежнему применяются в промышленном оборудовании, где хост-системы все еще поддерживают унаследованный интерфейс. Главным преимуществом устройств CF является их надежность и сравнительно высокая скорость передачи данных (более 100 Мбайт/с). Новые CF-контроллеры даже поддерживают 3D NAND. Флэш-память NAND бывает разного качества. Бытует мнение, что у флэш-памяти NAND – разное качество. Однако не следует заблуждаться – хотя у запоминающих устройств ячейки имеют разную плотность (SLC, MLC, TLC)

26

Рис. 4. Существует разница между требованиями к управлению флэш-памятью NAND промышленного и потребительского классов

www.elcomdesign.ru

и относятся к разным температурным классам, одни и те же ненадежные (по показателю количества циклов программирования) флэш-устройства применяются в потребительской и промышленной электронике. В конце дня контроллер флэшпамяти определяет не только производительность и надежность устройства, но и его срок службы. Мифы о лидарах

В настоящее время для реализации приложений для автономного транспорта тестируется ряд разных решений. Одним из них являются лидары (Light Detection and Ranging), в которых применяются лазеры для измерения дальности между объектом, на котором они установлены, и другими объектами. При всей той шумихе, которая сопровождает на рынке заявления производителей о возможностях лидаров, подчас трудно разобраться, что правда, а что – вымысел. Мы рассмотрим несколько наиболее распространенных мнений и заблуждений о лидарах. Лидар – очень высокотехнологичное решение. Лидары были изобретены вскоре после появления импульсных лазеров в начале 1960‑х гг. Принцип действия лидара очень прост: он использует световые волны для определения местоположения объектов. Для этого лидар отправляет импульсы света и измеряет время, затраченное на возвращение отраженного от объекта сигнала. Поскольку скорость света является постоянной величиной, расстояние легко рассчитывается по измеренному времени. Лидары дорого стоят. Действительно, так было на протяжении достаточно продолжительного времени, что обусловлено было, главным образом, дороговизной лазерных источников. Однако с изобретением лазерных диодов стоимость лидаров существенно сократилась. В настоящее время импульсный лазерный диод, излучающий в видимом диапазоне света, можно приобрести по цене ниже 1 долл. Лидары позволяют измерять расстояние до нескольких точек, а высокая стоимость разработки этих систем, как правило, обусловлена способом производства. Инновационные технологии построения этих систем, например на платформе Micron Motion Technology компании Cepton позволяют создать лидар, стоимость которого не превышает двух сотен долларов. Лучше всего использовать твердотельный лидар, т. к. у него отсутствуют подвижные элементы. Твердотельный лидар, у которого отсутствуют подвижные элементы, повышает надежность системы. Конструкция такого лидара не знает износа, который возникает из-за вращающихся или трущихся частей. Однако это преимущество достигается за счет снижения быстродействия, в т. ч. сокращения диапазона измерений, меньшего поля обзора и повышения чувствительности к окружающим источникам света. Кроме того, высокая стоимость, обусловленная ценой изготовления твердотельных лидаров, препятствует массовому распространению этих приборов на потребительском рынке в ближайшей перспективе. Импульсный лидар лучше других подходит для сканирования. Организация NASA применяет импульсные лидары для операций по стыковке космических кораблей благодаря высокому разрешению этих приборов и возможности получать изображения дальних объектов. К сожалению, цена этой системы слишком высока для интеграции в автономные транспортные средства – около 1 млн долл. из-за компонентов, применяемых для работы на длине волны 1550 нм. Кроме того, потре-

бляемая мощность этих приборов достигает 100 кВт. Таким образом, несмотря на самую высокую производительность, лидары этого типа не пригодны для автомобильного рынка из-за своей дороговизны. Лидары должны работать в ИК-диапазоне. Лидар может работать на любой длине волны, пока имеется возможность формировать короткие импульсы. В ряде систем на основе этих приборов применяются лазеры с зеленым светом. Поскольку любой лазер, работающий в видимом диапазоне длин волн, может создавать серьезные затруднения дорожному движению, лидары работают в диапазоне инфракрасного излучения (ИК), которое люди не видят. Применение лидаров небезопасно для зрения. Безопасность зрения – сложное сочетание факторов, которые определяются не только длиной волны излучения лазера. Уровень безопасности лидара зависит от мощности, угла расходимости, продолжительности импульсов, направления излучения, а также от его длины волны. Например, мощность безопасного излучения 1550‑нм лазера может превышать мощность 905‑нм лазера. Однако 905‑нм лазеры получили большее распространение за счет сравнительно высокой рентабельности. Чтобы эти лазеры стали безопасными, были разработаны чувствительные оптические детекторы, для использования которых не требуются высокомощные лазеры. Лидары не могут работать в плохих погодных условиях. Эффективность использования лидара, являющегося оптическим устройством, в густом тумане уменьшается. Однако лидар может предоставлять ценные данные о типовых дорожных условиях. Ожидается, что со временем самоуправляемые автомобили будут оснащены комбинацией видеорегистраторов, радаров и лидаров, чтобы компенсировать недостатки каждого решения, что обеспечит безопасную перевозку пассажиров в разных погодных условиях.

В ближайшем будущем лидары не будут использоваться в автотранспорте. Появление самоуправляемых автомобилей – дело времени. Во всем мире автомобили этого типа проходят испытания на безопасную эксплуатацию. В ближайшие годы лидары найдут применение в автомобилях с активными функциями безопасности 3‑го уровня, которые оказывают содействие водителю. В дальнейшем будут реализованы функции 4‑го уровня, благодаря которым повысится автономность. В первую очередь, серийный выпуск полностью самоуправляемых автомобилей с функциями 5‑го уровня зависит не от реализации самой технологии, а от мер государственного регулирования и развития инфраструктуры на местах. Вместо лидаров можно использовать видеорегистраторы и радары. Наиболее важной характеристикой лидара является его высокое пространственное разрешение при измерении расстояния до трехмерных объектов. Радары отлично справляются с задачами по определению скорости перемещающихся объектов и способны обнаружить стоящую на обочине машину, но не в состоянии отличить эту машину от другого объекта. Камеры становятся бесполезными в ночных условиях, поскольку обеспечивают видимость только в пределах того, что освещают фары, не гарантируя безопасной езды. Кроме того, камеры плохо справляются со своими функциями, когда влажные дороги отсвечивают.

FMCW-лидар лучше ToF-лидара. Лидар с непрерывным частотно-модулированным излучением (Frequency-modulated continuous-wave, FMCW) измеряет фазовую разность оптической волны, а не ее время прохождения (time-of-flight, ToF). Таким образом, точность первого прибора выше второго (в диапазоне от мм до мкм). Такая высокая точность востребована в приложениях для визуального осмотра, но не используется для обнаружения препятствий на пути автомобиля. Из-за сравнительно высокой сложности конструкции лидаров с непрерывным частотно-модулированным излучением и соответствующих расходов эти приборы не пользуются спросом даже в автомобильных приложениях 4‑го и 5‑го уровней. Очевидно, что лидары станут играть важную роль в создании более безопасных автотранспортных средств. Ожидается, что при этом продуктивность ряда других применений повысится, включая промышленную автоматизацию и картографирование.

Техника и технологии

Лидары можно использовать только в автомобильных приложениях. Использование лидаров в автотранспорте – относительно новая тенденция. До сих пор эти приборы применяли, главным образом, для измерения расстояния между Землей и Луной, а также для определения метеорологических условий. В настоящее время лидары можно применять в любых приложениях, от которых требуется информация о местоположении объектов. Лидары предназначены для эксплуатации в железнодорожном транспорте, маршрутках и грузовиках, беспилотниках,

промышленных роботах, системах безопасности, а также для контроля дорожного движения.

27

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| Количество установленных умных фонарей увеличивается |

В конце 2018 г. количество умных фонарей во всем мире достигло 10,4 млн. Прирост рынка достигнет 24,5%, и к 2023 г. база установленных умных фонарей составит 31,2 млн. На Европу по состоянию на конец 2018 г. приходятся 40% рынка, на рынок Северной Америки – 30%, еще 30% – на остальные регионы мира. Крупнейшими поставщиками стали: британская Telensa (14,4% мировой доли поставок), а также Signify и Sensus. РЕКЛАМА

www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №01 2020

Новинки техники и технологий за 2019 г. В предлагаемом обзоре перечислены наиболее интересные, на наш взгляд, достижения в прошлом году, которые станут повседневно применяться в ближайшем или обозримом будущем. В 2019 г. наибольшее внимание уделялось развитию искусственного интеллекта, а также безопасности устройств и защите данных.

Январь

СП Toyota и Panasonic создадут суперъемкие аккумуляторы для электромобилей Panasonic и Toyota займутся разработкой твердотельных литиевых батарей, которые по сравнению с существующими литиевыми батареями обладают большей энергетической плотностью и безопаснее. В 2020 г. партнеры планируют освоить серийный выпуск аккумуляторов, в 50 раз превосходящих по емкости аккумуляторы, которые используются в гибридных транспортных средствах.

Новая архитектура Armv8.1-M для встраиваемых микросистем имеет расширенные возможности машинного обучения Важным преимуществом новой архитектуры является упрощение разработки и аппаратного, и программного обеспечения по сравнению с исторически используемой интеграцией CPU и DSP в однокристальной системе.

Intel привлечет индийскую компанию для создания своего GPU Производительность новых графических процессоров будет превышать 1 TFLOPS.

Техника и технологии

Февраль

28

Софтмейкер Adobe хочет войти в теплую компанию разработчиков ARM-процессоров Все больше компаний видят стратегическое или финансовое преимущество в создании собственных полупроводниковых решений. В той или иной степени ставку на собственные разработки делают Amazon, Apple, Facebook, Google и Samsung. По мнению Абхая Парасниса (Abhay Parasnis), технического директора Adobe, компании следует рассмотреть возможность лицензирования архитектуры ARM, поскольку именно она, а не разработки Intel скоро получит самое широкое распространение. Китайская фаундри SMIC практически готова к производству 14-нм чипов Компания SMIC, крупнейший китайский полупроводниковый производитель, собирается начать производство продукции с использованием 14-нм продукции до конца текущего полугодия. Компания уже сейчас работает над техпроцессами 10 и 7 нм.

Google займется разработкой кристаллов для своих гаджетов Проектирование чипов началось в Google еще в 2014. Напомним, в смартфонах Pixel 2 появился специальный процессор обработки изображений Pixel Visual Core, который Google разрабатывала совместно с Intel.

65 млн потребительских роботов будет выпущено уже в 2025 г. По прогнозу аналитической компании Tractica, поставки увеличатся с 15,4 млн ед. в 2018 г. до 65,8 млн ед. в 2025 г. Китай разместит на орбите несколько солнечных электростанций Китай намерен уже в ближайшем будущем построить на орбите Земли солнечную электростанцию. Строительство экспериментальной установки началось. В 2030 г. Китай собирается приступить к постройке мегаваттной орбитальной солнечной электростанции, а до 2050 г. должны построить и гигаваттную установку.

www.elcomdesign.ru

«Ростех» выпустил защищенный телефон Создатели аппарата утверждают, что его невозможно взломать или прослушать.

Intel готова к массовому производству памяти MRAM для интернета вещей Intel готова выпускать память такого типа с использованием 22-нм техпроцесса. Эта технология обеспечивает 10-летний срок хранения данных при температуре до 200°C и более 1 млн циклов перезаписи. В сетях 5G и 4G найдены уязвимости, которые можно использовать для перехвата звонков и отслеживания местоположения Удалось обнаружить три уязвимости в сетях 4G и 5G, которые можно использовать для перехвата телефонных звонков и отслеживания местоположения аппарата.

Torpedo использует особенность протокола, который уведомляет телефоны о входящих вызовах и текстовых сообщениях. Атака Piercer позволяет определить уникальный номер IMSI, присвоенный пользователю в сети 4G. Атака IMSI-Cracking может подобрать число IMSI методом «грубой силы» в сетях 4G и 5G. Март

Samsung представила чипы нового поколения для базовых станций 5G с поддержкой диапазонов 28 и 39 ГГц Чтобы обеспечить очень высокие скорости передачи данных, базовые станции 5G, работающие в спектре mmWave, используют около тысячи антенных элементов и несколько RFIC. Новые микросхемы RFIC изготавливаются по 28-нм технологии КМОП, а их полоса пропускания расширена с 800 МГц до 1,4 ГГц.

IDC: расходы на искусственный интеллект в этом году достигнут 36 млрд долл.

Cypress и SK Hynix решили создать СП по выпуску SLC NAND Напомним, в отличие от памяти QLC NAND, способной хранить в одной ячейке четыре бита, памяти TLC NAND, в одной

ячейке которой хранятся три бита, и памяти MLC NAND, где в одной ячейке хранятся два бита, в каждой ячейке SLC NAND хранится всего один бит. За счет этого память SLC NAND быстрее и долговечнее. Как минимум на десятилетие кремний останется основным материалом для процессоров Графен представляется очень перспективным материалом для вычислительной техники, но, вероятно, пройдет около 10 лет, прежде чем начнется его фактическое использование. Кремний все еще обеспечивает относительно простой способ уменьшить технологические нормы. Освоение 5 нм, а затем 3 нм займет как раз 10 лет. На промышленный ИИ потратят 13 млрд долл. в 2025 г.

Microsoft выявила серьезные баги в продуктах Huawei Два бага допускали повышение локальных привилегий и запуск произвольного кода. Тем не менее, «критического» статуса они не получили. Исправления были внесены в начале 2019 г. Выявленные баги допускали повышение привилегий в системе и запуск произвольного кода.

Hа российских процессорах «Байкал» созданы первые роботы Отечественный процессоры «Байкал» нашли первое применение в робототехнике. На чипе Bikal-T1 (новое название – BE-T1000) разработки «Байкал электроникс» под управлением ОС «Альт» компании «Базальт СПО» был выпущен т.н. колоборативный робот. Новинка с характеристикой полезной нагрузки в 3 кг получила название HR-03. Ее создал резидент «Сколково» – «Хамстер роботикс инжиниринг», который называет свое детище российским аналогом робота Kuka американской компании Universal Robotics.

Собственный ИИ-процессор Tesla для автопилота в 20 раз мощнее аналога от Nvidia Компания Tesla Motors заявила о разработке собственного процессора ИИ для самоуправляемого автомобиля. Фактически он уже используется в последних Model S и Model X, начиная с марта 2019 г. Кристалл площадью 260 мм2 с 6 млрд транзисторов FinFET изготавливается по 14-нм технологии компанией Samsung Electronics. Центральный процессор с 12 ядрами ARM Cortex-A72 работает на частоте 2,2 ГГц, встроенный GPU – на частоте 1 ГГц, а процессор нейронных сетей – на частоте 2 ГГц. Ростех выводит на международный рынок электронный нейроинтерфейс BrainReader Концерн «Автоматика» госкорпорации Ростех выведет на международный рынок универсальный нейроинтерфейс BrainReader, который позволяет совершать «обмен» информацией между мозгом человека и любым внешним устройством. Нейрогарнитура позволяет регистрировать поверхностную электроэнцефалограмму в естественных условиях, не ограничивая двигательную активность пользователя. Попутно заметим, что рынок интерфейсов «мозг–компьютер» растет опережающими темпами и уже в 2020 г. составит порядка 1,46 млрд долл. Май

Тайвань начал разработку технологий для сетей 6G со скоростью до 100 Гбит/с Приоритет отдан разработке микросхем для потребительских устройств с низким энергопотреблением и интеграции в одном корпусе антенн, усилителей мощности, приемников и передатчиков. К первоочередным целям отнесены достижение скорости передачи 10–100 Гбит/с для одного пользователя, а также формирование 100–1000 одновременных независимо модулированных лучей. В TSMC надеются, что большинство клиентов техпроцесса N7 перейдут на техпроцесс N6 По сравнению с техпроцессом N7, которым предусмотрено применение норм 7 нм, новый техпроцесс обеспечивает повышение плотности транзисторов на кристалле на 18%. В N6 применяется литография в жестком ультрафиолетовом диапазоне.

Апрель

Intel представила 56-ядерный процессор и много других интересных чипов для серверов Компания представила новые серверные ЦП Xeon Scalable. Их выделяет ряд особенностей, включая поддержку памяти Optane объемом до 36 Тбайт. Линейка Xeon Platinum 8200 представляет собой скорее обновление, чем что-то действительно новое. В нее входят 28-ядерные ЦП. Кроме того, были представлены Xeon Bronze 3200 – процессоры начального уровня с поддержкой решений для искусственного интеллекта. Младшую линейку составляют 8-ядерные Xeon Bronze 3100. Кроме процессоров Intel представила и новые однокристальные системы для серверного сегмента. Анонсированы также ПЛИС Agilex FPGAl, изготавливаемые по 10-нм техпроцессу.

E Ink Holdings начала выпуск полноцветных 26-дюймовых электрофоретических дисплеев ACeP Июнь

Seagate представила первые в отрасли жесткие диски объемом 16 Тбайт Жесткий диск Exos X16 типоразмером 3,5 дюймов со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин на сегодняшний день имеет наибольший в мире объем. Exos X16 обеспечивает встроенную защиту данных, в т.ч. функцию Seagate Жесткий диск Exos X16 объемом 16 Тбайт стоит 629 долл. Гонка за числом слоев в чипах флэш-памяти 3D NAND Производители флэш-памяти ускоряют освоение серийного производства кристаллов 3D NAND со 120 или 128 слоями.

электронные компоненты №01 2020

Техника и технологии

Страны ЕС выработают общий подход к вопросам безопасности сетей 5G Опираясь на ранее обозначенную позицию глав государств и правительств стран, входящих в Европейский союз, Европейская комиссия рекомендовала ряд конкретных действий для оценки рисков кибербезопасности сетей 5G и усиления превентивных мер. Рекомендации представляют собой сочетание законодательных и политических инструментов, предназначенных для защиты экономики, общества и демократических систем. Государства-члены ЕС имеют право исключать компании с их рынков по соображениям национальной безопасности, если они не соответствуют стандартам и законодательной базе страны.

Renesas Electronics новыми чипами на GaN укрепила свои позиции на рынке космической электроники Компания Renesas Electronics заявила о выпуске первых в космической промышленности радиационно-стойких микросхем контроллера ШИМ и драйвера ШИМ в пластиковых корпусах.

29

Они рассчитывают начать массовый выпуск этой продукции в 2020 г. Крупнейшее в мире хранилище «зеленой» энергии создадут в штате Юта Суммарная мощность достигнет 1000 МВт, чего будет достаточно для питания 150 тыс. домохозяйств. Проект подразумевает использование сразу четырех технологий хранения энергии: «возобновляемый» водород, энергия сжатого воздуха, аккумуляторные батареи и твердооксидные топливные элементы.

LG начинает продажи первого в мире телевизора OLED 8K Размерность дисплея составляет 7680×4320. В телевизоре используется процессор Alpha 9 Gen 2 8К, который повышает качество изображения и звука, опираясь на технологии глубокого обучения и доступ к широкой базе данных визуальной информации.

IBM: коммерческое применение квантовых компьютеров начнется в ближайшие 3–5 лет Начав свои исследования и разработки в области квантовых вычислений еще в 1996 г., компания IBM выпустила 5-кубитовый квантовый компьютер в 2016 г. и представила на CES 2019 первую в мире 20-кубитную систему, получившую название IBM Q System One. Компания скоро выпустит 58-кубитные квантовые компьютеры.

Техника и технологии

IDC: скоро расходы на интернет вещей превысят 1 трлн долл. Если прогноз оправдается, уже в 2022 г. объем рынка превысит 1 трлн долл. А к 2023 г. он достигнет 1,1 трлн долл. На тек ущий год аналитики прогнозируют показатель 726 млн долл.

30

Белорусский стартап Clevetura создал первую в мире полностью сенсорную клавиатуру с сенсорной панелью К лавиатуру можно подк лючить к пяти устройствам: к трем по каналу Bluetooth, к одному по проприетарному радиоканалу и к еще одному – посредством кабеля USB-C. TSMC начала разработку 2-нм нормы производства чипов Компания TSMC первой в мире приступила к освоению 2-нм техпроцесса. На его основе будут производиться мобильные процессоры для смартфонов и прочих гаджетов, а также чипы разного назначения. В списке Top500 суперкомпьютеров впервые все участники – петафлопсные Лидером остается система Summit, произведенная IBM и содержащая процессоры IBM Power и GPU Nvidia Volta GV100. Ее производительнос ть – 148,6 Пфлопс. Единственной новой системой в десятке лидер о в я в л я е т с я Fr o n t e r a – а м е р и к а н с к и й с у п е р к о м пьютер, соз данный Dell, с производите льнос тью 23,5 Пфлопс. Если говорить о компонентах, на процессорах Intel основано 95,6% всех суперкомпьютеров из списка. Система на процессорах ARM в списке все еще одна – Astra, но она с 205 места переместилась на 156, что обусловлено ростом производительности с 1,5 до 1,76 Пфлопс. Июль

У Samsung готова «истинно» 7-нм технология, которая использует EUV Эта технология превосходит обычную 7-нм технологию от TSMC по энергетической эффективности продукции.

www.elcomdesign.ru

К 2022 г. аккумуляторы для электромобилей подешевеют до 100 долл. за кВт∙ч Ожидается, что в период с 2018 по 2022 гг. цены на них снизятся на 45,7% до круглого значения 100 долл. за кВт∙ч. Китайская компания Contemporary Amperex Technology, являющаяся крупнейшим в мире производителем аккумуляторов для электромобилей, рассчитывает увеличить удельную емкость аккумуляторов с нынешних 245 до 300 Вт∙ч/кг уже в 2020 г.

5G дает преступникам преимущество над Европолом Европейские правоохранительные органы с приходом технологии 5G теряют способность прослушивать мобильные устройства преступников. Август

Компания Alibaba представила первое IP-ядро процессора, и это не ARM Оно получило название Xuantie 910. Основой Xuantie 910 служит открытая архитектура RISC-V. В отличие от лицензии ARM, архитектура RISC-V имеет ряд существенных преимуществ, включая возможность настраивать и модифицировать набор команд процессоров, не получая предварительного разрешения у какой-либо компании. Через «дыры» в чипах Qualcomm можно захватить миллионы устройств на Android Во множестве чипсетов Qualcomm выявлены критические уязвимости, которые могут быть спарены с багами Android. Комбинация из двух уязвимостей угрожает миллионам устройств на базе ОС Android и процессоров Qualcomm Snapdragon. Первая уязвимость представляет собой типичную проблему переполнения буфера в прошивке контроллера Wi-Fi. С помощью специально подготовленных пакетов данных можно заставить контроллер выполнить произвольный код. Вторая уязвимость присутствует в драйвере ядре Linux, на базе которого построена ОС Android. «Чипокалипсис» вернулся. Под ударом – ПК на процессорах Intel и AMD Исследователи обнаружили в процессорах Intel уязвимость, которая позволяет обойти защиту против печально известных багов Spectre и Meltdown, спровоцировавших «чипокалипсис» в 2018 г. Проблема затрагивает все процессоры, выпущенные Intel с 2012 г. Возможно также, что она распространяется на чипы AMD и ARM. Новая уязвимость несет угрозу всем компьютерам под управлением Windows на процессорах Intel, созданных с 2012 г. По данным некоторых исследователей, она также может затрагивать чипы AMD и ARM, позволяя обойти защиту против Spectre и Meltdown. В настоящий момент опасности подвергаются компьютеры и серверы, которые по каким-то причинам не получили вовремя обновление Windows с патчем. Перед атакой беззащитны также системы типа Windows XP, которые больше не поддерживаются Microsoft. Базовые станции 5G от Huawei потребляют на 20% ниже среднего по отрасли уровня благодаря ИИ Microsoft инвестирует 1 млрд долл. в некоммерческого разработчика ИИ Корпорация Microsoft заявила, что инвестирует 1 млрд долл. в некоммерческую организацию OpenAI, чтобы способствовать разработке технологий искусственного интеллекта на базе облачного сервиса Microsoft Azure.

РЖД протестировала беспилотный электропоезд «Ласточка» Компания «Российские железные дороги» провела тестовую поездку на первом российском беспилотном электропоезде «Ласточка» в рамках Международного железнодорожного салона «PRO//Движение. ЭКСПО». Уп р а в л е н и е б е с п и л о т н ы м э л е к т р о п о е з д о м Э С 2Г «Ласточка» может осуществляться автоматически – из кабины машинистом и из центра управления перевозками машинистом-оператором. Центр управления предназначен для контроля работы беспилотных поездов и принятия решений в случае возникновения нештатных ситуаций.

Intel создала первую в мире 144-слойную флэш-память QLC NAND В этих SSD память Intel Optane будет дополнять память QLC NAND, обеспечивая сочетание высокой производительности и объема. Октябрь

Первый в России прототип квантового компьютера заработал в НИТУ «МИСиС» Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС» сообщил о запуске первого в России прототипа квантового компьютера. Конфигурация прототипа включает два кубита, основой которых служат сверхпроводящие материалы.

Сентябрь

Революционный стандарт USB4: в 8 раз быстрее уже в 2020 г.

USB4 станет новым стандартом универсального интерфейса USB. Основанный на Intel Thunderbolt 3, он обеспечивает в восемь раз более высокую пропускную способность в сравнении с USB 3.0 – 40 Гбит/с против 5.

Intel заявила о начале поставок новых ПЛИС Intel Stratix 10 DX В описании ПЛИС Stratix 10 DX производитель первым делом упоминает интерфейсы Intel Ultra Path Interconnect (Intel UPI) и PCIe Gen4 x16, а также наличие нового контроллера памяти с поддержкой Intel Optane. В Windows 10 много ошибок из-за плохого тестирования Так произошло потому, что Microsoft сократила команды по тестированию ПО и перешла на испытания при помощи виртуализации.

Globalfoundries представила «лучший 12-нм техпроцесс» – 12LP+ FinFET Этот процесс позволяет увеличить производительность на 20% или уменьшить энергопотребление на 40% по сравнению с 12LP. Alibaba создала процессор для ИИ и уже использует его в интернете Китайская компания Alibaba Group Holdings представила процессор собственной разработки Hanguang 800. Это специализированное решение для задач машинного обучения. Американские технологические гиганты, к которым относятся Alphabet и Facebook, тоже разрабатывают собственные процессоры с целью повышения производительности своих центров обработки данных в задачах ИИ.

Nvidia представила крошечный одноплатный суперкомпьютер для ИИ Компания Nvidia представила Jetson Xavier NX – самый компактный в мире суперкомпьютер с ИИ для роботов и встраиваемых систем. Размер платы суперкомпьютера действительно небольшой. Если точнее, его габариты равны 69,6×45 мм. Сердцем Jetson Xavier NX служит однокристальная система с шестью процессорными ядрами Nvidia Carmel и GPU Volta с 384 ядрами CUDA и 48 тензорными ядрами.

Intel представила гигантскую ПЛИС на 43,3 млрд транзисторах Компания Intel представила программируемую пользователем вентильную матрицу (ПЛИС) Stratix 10 GX 10M. Как утверждается, эта 14-нм микросхема является самой большой ПЛИС в мире – в ней насчитывается 43,3 млрд транзисторов. Конфигурация Stratix 10 GX 10M включает более 10,2 млн логических ячеек, размещенных на двух кристаллах. Помимо этих двух кристаллов, имеются еще четыре, на которых сформированы в общей сложности 48 приемопередатчиков с суммарной полосой пропускания 4,5 Тбит/с. Наличие 2304 пользовательских линий ввода-вывода позволяет создавать разные интерфейсы. ИИ и 5G несут невиданные угрозы для информбезопасности Признавая, что без использования технологий ИИ не обойтись, эксперты отмечают, что злоумышленники уже пытаются использовать ИИ для проведения кибератак. Один такой инцидент уже случился: злоумышленники воспользовались технологией искусственного интеллекта для чрезвычайно эффективной имитации голоса высокопоставленного руководителя одной энергетической компании. В результате около 200 тыс. евро утекли на счет киберпреступников. Сети 5G также могут служить источником проблем. Эксперты опасаются роста атак на сети интернета вещей, а также того, что скоростные сети увеличат «поверхность атаки». Кроме того, программные оболочки оборудования для сетей 5-го поколения будут написаны без учета требований безопасности.

Huawei выведет экосистему ИИ в России на новый уровень Компания начала строить в России экосистему искусственного интеллекта. Она создается по трем направле-

электронные компоненты №01 2020

Техника и технологии

Huawei выпустила «самый быстрый» в мире мобильный процессор со встроенным 5G-модемом Huawei разработала процессор Kirin 990 5G с интегрированной поддержкой сетей 5-го поколения. Фактически, это первый в мире мобильный чип со встроенным 5G-модемом.

Kirin 990 5G входит в число самых производительных мобильных процессоров и по мощности опережает даже Qualcomm Snapdragon 855.

Kirin 990 в версии без модема 5G изготавливается по 7-нм техпроцессу – точно такому же, который используется в прошлогодней модели Kirin 980. Восемь ARM-ядер процессора поделены на три кластера. В первый кластер входят два высокопроизводительных ядра Cortex-A76 с частотой 2,86 ГГц, во второй – еще два Cortex-A76, но с частотой, пониженной до 2,09 ГГц, а третий кластер состоит из четырех энергоэффективных ядер Cortex-A55. Их частота составляет 1,86 ГГц.

Ноябрь

США за год увеличили инвестиции в ИИ на 120%, вернув себе лидерство Исходя из данных об инвестициях в 2019 г., аналитики утверждают, что разрыв между Соединенными Штатами и Китаем продолжает увеличиваться. Ожидается, что по итогам года доля США достигнет 70%.

31

ниям. Компания Huawei будет сотрудничать с российскими партнерами в инновационном развитии в области искусственного интеллекта на базе лаборатории Huawei OpenLab в Москве. В рамках второго направления будут готовиться разработчики из России для глобального сообщества Ascend Developer Community. Третье направление включает разработку курсов по технологиям ИИ, а также увеличение количества университетов, где будет проводиться подготовка по этому направлению.

VIA возвращается на рынок процессоров с уникальным изделием для ИИ В ближайшее время VIA со своей дочерней компанией CenTaur намерены выпустить совершенно новый процессор для корпоративного сегмента и рабочих станций. Он производится на мощностях TSMC по 16-нм техпроцессу. Площадь кристалла – 195 мм2. Процессор оснащен восемью 64-разрядными ядрами, работающими на частоте 2,5 ГГц, и поддерживает набор инструкций AVX-512. Но самое интересное – ядро NCore. Это отдельный блок для работы с ИИ, который соединен с каждым процессорным ядром специальной кольцевой шиной. Судя по всему, при таком решении процесс взаимодействия ЦП и NPU совершенно иной, чем в предлагаемых на рынке серийных чипах.

Техника и технологии

Российские ИТ-гиганты учредили альянс по развитию ИИ Сбербанк, «Газпром нефть», «Яндекс», Mail.ru Group, МТС и РПФИ подписали соглашение о создании альянса в сфере искусственного интеллекта. Альянс будет развивать рынок искусственного интеллекта, продвигать за рубежом российские разработки в этой сфере и помогать решать отраслевые проблемы, включая проблему нехватки кадров.

32

Самый мощный российский суперкомпьютер создали в Сбербанке на графических чипах Новый суперкомпьютер Christofari, созданный на основе готовых вычислительных узлов Nvidia DGX-2 специально для решения задач искусственного интеллекта, в Сбербанке называют самым мощным в России. По производительности Christofari многократно превосходит обычные машины и почти втрое – предыдущий самый быстрый суперкомпьютер страны «Ломоносов-2». Декабрь

Ожидается, что государственная помощь будет дополнена частной в размере 5 млрд евро. Завершение проекта запланировано на 2031 г.

Intel «пугает» грандиозными планами по новым техпроцессам до 1,4 нм В течение всего следующего десятилетия Intel собирается раз в два года переходить на все более совершенные техпроцессы в стремлении обогнать основных соперников. Конечная цель – 1,4 нм вместо нынешних 10 нм, переход на которые с 14 нм занял у Intel четыре года. Для интернета вещей разработаны революционные стандарты безопасности Разработчик стандартов безопасности в промышленности и электроники Underwriters Laboratories предлагает новый принцип стандартизации безопасности для устройств интернета вещей сразу по нескольким категориям. На сегодняшний день никаких общепринятых стандартов качества и безопасности интернета вещей нет. Обилие уязвимостей устройств делает их очень уязвимыми для кибератак на макроуровне. Сертифицировать устройства предлагается по семи категориям: обновление программных компонентов, данные и криптография, логическая безопасность, управление системой, пользовательские личные данные, протоколы безопасности и документирование. В начале 2020 г. ожидается публикация новой редакции стандартов.

Huawei готовит самый мощный мобильный процессор в мире Huawei работает над новейшим 5-нм процессором Kirin 1020 для будущих флагманских смартфонов. Он может самым первым получить высокопроизводительные ядра ARM Cortex-A78 и стать самым мощным мобильным кристаллом в мире. В последние годы Huawei выпускает топовые процессоры ежегодно, и всегда осенью – Kirin 980 вышел в сентябре 2018 г, Kirin 990 увидел свет годом позже. На основе этого можно предположить, что Kirin 1020 представят общественности в сентябре–октябре 2020 г. Первыми смартфонами на базе этого кристалла могут стать аппараты линейки Mate 40. Основными потенциальными соперниками Kirin 1020 являются процессоры компаний Apple, Qualcomm и Samsung. Apple в 2020 г. может выпустить чип А14, изготовленный по 5-нм нормам, а Qualcomm в декабре 2019 г. анонсировала 7-нм процессор Snapdragon 865. Вполне возможно, его улучшенная версия 865 Plus появится к лету 2020 г.

Fujitsu отгружает суперкомпьютер Fugaku из 150 тыс.

Arm-процессоров A64FX Суперкомпьютерная система Fugaku будет состоять более чем из 150 тыс. процессоров A64FX, разработанных Fujitsu на основе архитектуры Arm. Процессоры соединены высокоскоростной сетью Tofu Interconnect D. Компоненты будут доставлены в Центр вычислительных наук RIKEN в Кобе для установки и настройки. Проектная производительность Fugaku в 100 раз выше производительности системы Fujitsu K. При этом потребляемая мощность выросла всего в три раза. Прототип системы уже вошел в список Top500. При этом по энергетической эффективности он стал лучшим в списке.

Samsung Electronics и китайский интернет-гигант Baidu начнут выпуск ускорителей ИИ Специализированный процессор Baidu KUNLUN рассчитан на выпуск по нормам 14 нм. Новый процессор характеризуется пропускной способностью памяти 512 Гбайт/с и производительностью 260 TOPS при энергопотреблении 150 Вт. Он позволяет Ernie, предварительно обученной нейронной модели для обработки данных на естественном языке, выполнять построение логических выводов втрое быстрее, чем с помощью ускорения средствами GPU или ПЛИС.

Еврокомиссия предоставит 3,2 млрд евро на исследования аккумуляторов Европейская комиссия утвердила выделение государственной помощи в размере 3,2 млрд евро на исследования в области аккумуляторных технологий. Средства предназначены для проектов, реализуемых в семи странах альянса: Бельгии, Финляндии, Франции, Германии, Италии, Польше и Швеции.

Nvidia создала ARM-чип с 17 млрд транзисторов для роботов и беспилотных авто Кристалл называется Drive AGX Orin. Это программно-определяемая платформа для автономных транспортных средств и роботов. В качестве процессорных ядер используются ядра Arm Hercules, которые в 2020 г. должны появиться на рынке под названием Cortex-A78. Производительность СнК Orin составляет 200 TOPS, что в семь раз выше, чем у СнК Xavier.

www.elcomdesign.ru

Универсальная программная платформа R&S ELEKTRA для испытаний по ЭМС и ее функциональные особенности Николай Лемешко, в.н.с., АО «Корпорация «Комета», д.т.н., nlem83@mail.ru, Дмитрий Богаченков, руководитель направления ЭМС, ООО «РОДЕ и ШВАРЦ РУС», Dmitry.Bogachenkov@rohde-schwarz.com Статья посвящена обзору основных функций специального программного обеспечения (СПО) R&S ELEKTRA компании Rohde&Schwarz, предназначенного для автоматизации измерений по ЭМС, которое в настоящее время приходит на смену программному пакету R&S EMC32. Рассмотрено назначение модулей в составе СПО R&S ELEKTRA, его основные функциональные возможности, поддерживаемые средства измерений и вспомогательное оборудование. Введение

К настоящему времени методы измерений, используемые при сертификационных испытаниях по ЭМС, приобрели вполне завершенные очертания, а их совершенствование связано в основном с повышением достижимой точности средств измерений, а также с расширением охватываемой измерениями полосы частот. На текущий момент на рынке оборудования для испытаний по ЭМС имеется большое количество разнообразных решений, и потенциально любые из них, удовлетворяющие требованиям стандартов, могут использоваться в составе автоматизированных измерительных установок. Программное обеспечение, предназначенное для автоматизации испытаний по ЭМС, должно реализовывать: -- управление средствами измерений и вспомогательным оборудованием в объеме, достаточном для полной автоматизации измерений помехоэмиссии и помехоустойчивости; -- синхронизацию функционирования средств измерений и вспомогательной оснастки в соответствии с логикой проведения измерений; -- автоматическое сопоставление с нормами, установленными стандартами заданной группы для продукции конкретного вида; -- документирование результатов измерений с выпуском отчетов о соответствии технических средств установленным требованиям. В начале 2000‑х гг. компания Rohde&Schwarz представила программное обеспечение R&S EMC32 для автоматизации испытаний на помехоэмиссию и помехоустойчивость технических средств, обеспечивающее выполнение перечисленных функций. За прошедшее время существенные изменения претерпела номенклатура средств измерений, появились их новые образцы, сменилось несколько поколений операционных систем, появились новые требования к архитектуре программных продуктов. С учетом этого компания Rohde&Schwarz разработала новую программную платформу – СПО R&S ELEKTRA, приходящее на смену R&S EMC32. Целью настоящей публикации является обзор функциональных возможностей СПО R&S ELEKTRA. Назначение СПО R&S ELEKTRA и его программные модули

Программная платформа R&S ELEKTRA своей функциональностью охватывает испытания по помехоустойчивости и помехо­ эмиссии [6]. Достижимая с ее помощью полнота автоматизации

электронные компоненты №01 2020

Элек тромагнитная совмес тимос ть

В настоящее время одним из актуальных вопросов в области электромагнитной совместимости (ЭМС) является повышение эффективности измерений, выполняемых в рамках сертификационных испытаний технических средств. В классической трактовке понятие эффективности обычно рассматривают относительно финансовых и временных затрат, однако для области ЭМС этого оказывается недостаточно. Действительно, трудоемкость и значительный объем операций, например при измерениях эмиссии излучаемых радиопомех на открытых измерительных площадках [1–2], создают дополнительные условия для снижения качества результатов измерений. Это обусловлено следующими причинами: -- повышением количества ошибок из-за неполного соблюдения предписанных стандартами методик измерений («человеческий фактор»), в результате чего неконтролируемые погрешности измерений могут достигать 15 дБ [3]; -- снижением воспроизводимости результатов измерений [4] вследствие различий в конфигурации измерительной установки, наблюдаемом и при частичной автоматизации измерений; -- снижением повторяемости результатов измерений [5] при использовании разных измерительных установок за счет расхождений в оценках базовых составляющих неопределенности измерений, относящихся как к средствам измерений, так и к управлению ими и измерительной оснасткой. Повышение эффективности работы испытательных центров и лабораторий, выполняющих измерения по ЭМС, и уменьшение, а в ряде случаев – и полное исключение влияния названных факторов – может быть достигнуто путем использования программных средств для комплексной автоматизации измерений, которые должны отличаться широкой функциональностью и значительными возможностями конфигурирования. При этом само построение комплексных решений по автоматизации измерений в области ЭМС должно подчиняться требованиям стандартов той или иной группы, включая предписания действующего в РФ Технического регламента Таможенного союза [2]. Объединяющим ядром автоматизированных систем, предназначенных для измерений по ЭМС, должно являться программное обеспечение, обладающее адаптивностью к имеющейся базе средств измерений и оснастки.

33

Элек тромагнитная совмес тимос ть

34

измерений по ЭМС определяется наличием поддерживаемого оборудования у пользователей и типом установленных модулей СПО. Для измерения эмиссии кондуктивных и излучаемых помех она находится в диапазоне, начиная с управления только измерительным приемником либо анализатором спектра, и заканчивая выдачей команд контроллерам подъема мачты и вращения измерительных антенн для ориентации по поляризации, а для измерений устойчивости к воздействию радиочастотных полей – от считывания показаний датчика электромагнитного поля, расположенного в безэховой камере, до управления всеми элементами в составе установки формирования электромагнитных воздействий. СПО R&S ELEKTRA применимо для выполняемых вручную измерений, а также при их полной и частичной автоматизации. Для этого используются программные модули из состава СПО R&S ELEKTRA [7–8], основные из которых перечислены в таблице. Для стандартов разных групп измерения могут отличаться как алгоритмами проведения, настройками средств измерений, так и нормами, с которыми сопоставляются их результаты. Следуя принципу наибольшего охвата практических задач, СПО R&S ELEKTRA поддерживает испытания на основе стандартов CISPR групп 11, 12, 14, 15, 25, 32, 35, DO‑160, IEC 61000–4-3, IEC 61000–4-6, MIL-STD‑461 и некоторых других. Оборудование, поддерживаемое СПО R&S ELEKTRA

В значительной части случаев испытательные лаборатории по ЭМС не создаются «с нуля», а проходят эволюционный путь развития, основанный на последовательной модернизации. В то же время большинство лабораторий имеет некоторую измерительную специализацию и соответствующее ей разное приборное оснащение. Очевидно, что лаборатория, созданная для поиска проблем с ЭМС на этапе отладки технических средств, едва ли будет иметь оборудование и степень автоматизации, свойственные крупным сертификационным центрам. В связи с этим СПО R&S ELEKTRA поддерживает управление широким спектром средств измерений, например, измерительных приемников типа R&S ESU, ESCI, ESPI, ESL, ESRP, ESR, ESW и анализаторов спектра R&S FSL, FPL1000, FSV, FSW, FPC, FSH, FPH, что охватывает как наиболее функциональные и дорогостоящие приборы, так и бюджетные, но применимые для целей измерений по ЭМС. Включение в перечень поддерживаемых анализаторов спектра портативных приборов типа R&S FSH и FPH повышает гибкость комплектации измерительных установок. Максимальная автома-

www.elcomdesign.ru

Таблица. Модули СПО R&S ELEKTRA Модуль

Область использования

Режим испытаний

испытания по устойчивости к излучаемым помехам

полуавтоматический

R&S ELEMS-C

испытания по устойчивости к кондуктивным помехам

полуавтоматический

R&S ELEMI-E

базовый пакет СПО по измерению эмиссии излучаемых и кондуктивных помех

ручной

R&S ELEMI-A

автоматизация измерений эмиссии излучаемых и кондуктивных помех

полуавтоматический

R&S ELEMI-S

полная автоматизация измерений эмиссии излучаемых и кондуктивных помех

полностью автоматический

R&S ELEMS-S

полная автоматизация испытаний по устойчивости к излучаемым или кондуктивным помехам

полностью автоматический

R&S ELEMS-R

тизация измерений эмиссии излучаемых радиопомех на открытых измерительных площадках и в полубезэховых камерах достигается за счет использования контроллеров привода антенн и вращения испытуемого объекта, предусмотренного, например, стандартом [9]. СПО R&S ELEKTRA обеспечивает измерения эмиссии излучаемых радиопомех с использованием GTEM-камер как перспективной альтернативы измерительным площадкам разной конфигурации. В обеспечение измерений кондуктивных помех поддерживаются эквиваленты сети R&S ENVx. Для измерений помехоустойчивости программное обеспечение поддерживает управление генераторами, например, серий R&S SMA100x, SMB100x, SMC100A, SME, SMF100A, SML, SMR, SMT и др. Контроль мощности, циркулирующей в радиотракте, может быть осуществлен с использованием измерителей мощности R&S NRP2/NRX, снабженных датчиками R&S NRP-Z11, 51, 56, 57, 58, 61, 81, 85, 86, 91, 92, 98, 6A, 18A, а также ряда других средств измерений. Для усиления сигналов, необходимого для формирования испытательного электромагнитного воздействия, при использовании СПО R&S ELEKTRA могут применяться усилители R&S BBA100, BBA130, BBA150 и BBL200, а также усилители других производителей (BONN Elektronik, AR, Prana, Milmega и др.). Коммутация оборудования может выполняться при помощи устройства коммутации типа R&S OSP, также имеющего функцию внешнего управления. При этом ряд приборов в измерительной системе может быть обнаружен и идентифицирован автоматически. Многие из названных приборов имеют функцию удаленного управления по интерфейсу GPIB, который наряду с Ethernet может использоваться для объединения элементов измерительной установки в единую, гармонично функционирующую систему. При работе с оборудованием перечисленных типов СПО R&S ELEKTRA обеспечивает установку требуемой аппаратной конфигурации для выбранного соединения оборудования, позволяет осуществлять оперативный переход между

автоматическим и ручным управлением средствами измерений, а также реализовывать калибровочные процедуры, необходимые для обеспечения точности, достижимой для измерительной системы текущей конфигурации. Нельзя не упомянуть еще одно потенциально возможное и исключительно полезное для разработчиков электронных устройств применение СПО R&S ELEKTRA. Из опыта проектирования известно, что проблемы, связанные с ЭМС, подлежат решению на всех этапах проектирования. Но ранние этапы проектирования, когда проект изделия еще не воплощен в конкретных геометрических формах, характеризуются существенно большим выбором потенциально применимых решений для обеспечения ЭМС, чем стадия отладки, и – тем более – чем стадия сертификационных испытаний. Для выявления проблем ЭМС до этапа сертификации целесообразно проведение первичных измерений по ЭМС с использованием оборудования широкого назначения, например, анализаторов спектра R&S FSH, FPC и FPL1000, которые также поддерживаются СПО R&S ELEKTRA. Это сравнительно недорогое решение позволяет обнаружить потенциальные проблемы в части помехоэмиссии даже в отсутствие полноценного автоматизированного комплекса. Результаты таких испытаний, называемых обычно предсертификационными, в некоторых случаях могут быть учтены аккредитованными испытательными центрами [3], а также оказываются полезными для определения наихудшей конфигурации технического средства в части помехоэмиссии и помехоустойчивости. Концепция интерфейса программных модулей R&S ELEKTRA

Методология измерений показателей ЭМС строго регламентирована принятыми стандартами. Несмотря на наличие возможности ручного управления оборудованием, более удобным оказывается использование сформированных на их основе специальных шаблонов, которые позволяют осуществлять измерения

с минимальной предварительной подготовкой. Для испытаний изделий специального назначения обычно применяются особые стандарты, поэтому модули СПО R&S ELEKTRA допускают создание пользовательских планов испытаний. При этом, конечно же, должны учитываться технические ограничения имеющейся приборной базы. Такой подход позволяет в кратчайшие сроки начать выполнение измерений, чему также способствует интуитивно понятный одностраничный пользовательский интерфейс (см. рис. 1), при помощи которого могут быть выбраны тестовые шаблоны, сконфигурирована процедура тестирования, выполнена настройка привлекаемых средств измерений и вспомогательных устройств, а также настроен формат и содержание отчета, автоматически формируемого по результатам измерений. Левая

группа пиктограмм на рисунке 1 относится к самим тестируемым устройствам – можно задавать стандартные наборы шаблонов испытаний, например, для тестирования технических средств одного и того же класса. При необходимости поиск элементов управления, используемых для установки настроек измерений, может быть выполнен с использованием строки поиска. Конфигурация узлов в составе измерительного комплекса осуществляется указанием их типов и основных характеристик (см. рис. 2), оказывающих определяющее влияние на результаты измерений. Некоторые модели средств измерений, выпускаемые компанией Rohde&Schwarz, имеют встроенную память, в которую могут быть заложены, например, калибровочные таблицы. Такие данные СПО R&S ELEKTRA может использовать для автоматиче-

Элек тромагнитная совмес тимос ть

Рис. 1. Интерфейс СПО R&S ELEKTRA

35

Рис. 2. Конфигурирование элементов измерительной схемы при использовании СПО R&S ELEKTRA

электронные компоненты №01 2020

Элек тромагнитная совмес тимос ть

36

Рис. 3. Результаты измерений электромагнитных помех и сравнение с нормами заданных стандартов по ЭМС с помощью СПО R&S ELEKTRA

ской коррекции результатов измерений наряду с информацией из библиотек калибровки. При создании отчетов результаты измерений сопоставляются с нормами, установленными действующими стандартами (см. рис. 3). Такие отчеты, являясь конечным результатом тестирования по ЭМС, могут быть полезны и разработчикам технического средства как отправная точка в выборе направления их доработки, если результаты испытаний свидетельствуют о нарушении норм помехоэмиссии либо помехоустойчивости. Важно отметить, что при переходе с СПО R&S EMC32 на R&S ELEKTRA обеспечивается сохранение тестовых шаблонов, конфигурации схем измерений и других настроек, что исключает необходимость их повторного ввода после программной модернизации измерительных установок. Выводы

Таким образом, функциональность СПО R&S ELEKTRA, совмещенная с разнообразием поддерживаемого оборудования, позволяет осуществлять измерения помехоэмиссии и помехоустойчивости. В простейших случаях модули СПО R&S ELEKTRA будут управлять средствами измерений по командам, определяемым действиями оператора; в случае максимальной автоматизации ему достаточно выбрать тип измерений, стандарт и далее ожидать результата в виде сформированного отчета. В конечном счете, высокий уровень автоматизации измерений по ЭМС способствует сокращению длительности проектирования электронных устройств, что весьма важно в современных рыночных условиях. Измерительные комплексы на основе СПО R&S ELEKTRA могут быть легко модернизированы путем замены средств измерений и измерительной оснастки на новые их модели, поскольку следующие версии программных модулей будут поддерживать такие устройства. Гибкость модернизации изме-

www.elcomdesign.ru

рительных систем является еще одним преимуществом рассмотренной программной платформы, если ориентироваться на долгосрочную перспективу. Литература 1. ГОСТ 51320–99 «Совместимость технических средств элек­ тромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испыта­ ний технических средств – источников индустриальных помех». М. Издательство стандартов. 2000.

2. Технический регламент таможенного союза ТР ТС 020/2011. Электромагнитная совместимость технических средств.

3. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. Пер. с англ. Кар­ машева В. С., Кечиева Л. Н. М. Издательский дом «Технологии». 2003.

4. ГОСТ Р ИСО 5725–2-2002 «Точность (правильность и прецизион­ ность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений. ИПК «Издательство стандартов». 2002.

5. ГОСТ CISPR 16–4-2–2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре для измерения пара­ метров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости и методы измерений. Часть 4–2. Неопределенности, статистика и моделирование норм. Неопределенность измерений, вызванная измерительной аппаратурой». М. Стандартинформ. 2014.

6. R&S ELEKTRA. Программное обеспечение для испытаний на ЭМС. Проведение испытаний на ЭМС от этапа разработки до сер­ тификации. Брошюра изделия. Версия 01.01.

7. www.rohde-schwarz.com.

8. R&S®ELEKTRA EMC TEST SOFTWARE. Specifications. Data sheet.

Version 02.00.

9. ГОСТ 51320–99 «Совместимость технических средств элек­ тромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испыта­ ний технических средств – источников индустриальных помех». М. Издательство стандартов. 2000.

РЕКЛАМА

Увеличение срока службы батарей в компактных устройствах с помощью импульсных стабилизаторов SIMO Кэрри Делано (Cary Delano), заслуженный член инженерно-технического персонала, Гаурав Митал (Gaurav Mital), главный член инженерно-технического персонала, Maxim Integrated

От переносных устройств с батарейным питанием, к которым относятся вставные наушники, умные часы и игровые контроллеры, требуется, чтобы они функционировали в течение достаточно продолжительного времени. Разработчики должны обеспечить более длительный срок службы батарей, емкость которых ограничена малым форм-фактором, для эксплуатации в миниатюрных электронных устройствах. В конечном итоге, от корректной схемы по управлению питанием зависит спрос конечных пользователей на эти устройства.

И с т о ч н и к и и м о д у л и п и та н и я

Меньше размеры, выше эффективность

38

Мы рассмотрим силовой преобразователь с одним дросселем и многоканальным выходом (SIMO), который обеспечивает продолжительный срок службы батареи во вставных наушниках и носимой электронике, несмотря на их малые размеры (см. рис. 1). Сначала обсудим типовую систему по управлению питанием для беспроводных наушников‑вкладышей. Такие системы, как правило, оснащены ИС по управлению питанием (PMIC), в которой имеется зарядное устройство, понижающий преобразователь и LDO-стабилизаторы. Например, сдвоенный LDO-стабилизатор обеспечивает питание Bluetooth- и аудио. У типовой системы по управлению питанием суммарная эффективность ниже 70%, т. к. LDO-стабилизаторы используются несколькими шинами. Чтобы ее повысить, вместо LDO можно воспользоваться импульсными стабилизаторами. В таком случае каждому импульсному стабилизатору потребуется отдельный дроссель для каждого выходного фильтра, чтобы сформировать шину напряжения. Учитывая то, насколько велики размеры дросселей, и их дороговизну, такое решение нельзя считать практичным для миниатюрных электронных устройств. Напротив, архитектура SIMO обеспечивает намного более высокую эффективность, особенно тех изделий, которые питаются от небольших литиево‑ионных батарей. В качестве примера мы

Рис. 2. Структурная схема стабилизатора SIMO

www.elcomdesign.ru

Рис. 1. Срок службы батарей в переносных электронных устройствах, к которым относятся фитнес-трекеры, должен быть достаточно продолжительным

рассмотрим понижающе-повышающий стабилизатор SIMO от компании Maxim (MAX77650). Он оснащен одним дросселем, который управляет тремя выходными напряжениями в широком диапазоне выходного напряжения. Использование этого стабилизатора позволяет сократить занимаемое на плате место по сравнению с традиционной архитектурой за счет исключения необходимости в нескольких дискретных компонентах. Кроме того, эта архитектура обеспечивает высокую эффективность. Структурная схема стабилизатора SIMO представлена на рисунке 2.

В таблице сравнивается архитектура SIMO с традиционным решением по управлению питанием. Рассматриваемая архитектура обеспечивает высокую эффективность на каждом выходе. Такие же малые потери, как у традиционного индуктивного импульсного преобразователя, достигаются за счет коммутации ключей при почти нулевом напряжении, в результате чего рассеиваемая мощность мала. Благодаря временному разделению коммутации выходных ключей преобразователя SIMO выходной дроссель успевает обслужить каждый выходной канал. Такое решение обеспечивает ту же высокую эффективность, что и понижающе-повышающий преобразователь. Ток насыщения дросселя (I SAT ), при котором индуктивность уменьшается до 70% от исходного значения, зависит от размера сердечника дросселя при заданном материале и конструкции. По сравнению со схемой, в которой используются раздельные DC/DC-преобразователи, архитектура с одним дросселем обеспечивает следующие преимущества: -- меньше стоимость и размеры; -- выбор доступных значений компонентов; -- одномоментное временное разделение коммутации выходных силовых ключей, что позволяет избежать насыщения дросселя и использовать один дроссель в нескольких выходных каскадах; -- усреднение: даже если каналы е разделены по времени, пиковое потребление мощности разными элементами не происходит одномоментно, что позволяет избежать насыщения дросселя. Преодоление компромиссов при выборе архитектуры SIMO

Традиционное решение

SIMO

Преимущества SIMO

ток батареи Li+

49 мА

43,4 мА

ток на 5,6 мА меньше

эффективность системы

69,5%

78,4%

на 8,9% эффективнее

минимальное напряжение батареи Li+

3,4 В при использовании 3,3-В LDO

2,7 В

допускает больший разряд батареи

Параметр

питанием также позволяет увеличить срок службы батарей в конечных приложениях за счет малого тока, потребляемого каждым ее блоком (1 мА на выход). Поскольку эти устройства работают в высокочастотной области, они могут использовать небольшой дроссель. Устройства выпускаются в корпусе WLP размером 2,75×2,15×0,7 мм. По сравнению со схемой SIMO, работающей только в режиме понижающего преобразователя, в понижающе-повышающей топологии требования к дросселю возрастают, т. к. его время на обслуживание каждого канала меньше. Работа схемы SIMO только в режиме понижающего преобразователя ухудшается, когда выходное напряжение приближается к уровню напряжения батареи, поскольку требуется использовать дроссель в течение более продолжительного отрезка времени, что влияет на работу других каналов. Как правило, решения, которым необходим, по крайней мере, один канал с повышением выходного напряжения, лучше подходят для использования SIMO, чем в случае использования только каналов с понижением напряжения. Сценарий использования беспроводных наушников‑вкладышей

При проектировании беспроводных наушников‑вкладышей приходится идти на некоторые нежелательные компромиссы. Во многие такие устройства встроен один и более оптический или инерциальный МЭМС-датчик, а также светодиоды. Технология фотоплетизмографии позволяет с помощью интегрированного оптического датчика измерять частоту пульса и насыщенность крови кислородом. Для генерации большой интенсивности света, востребованной устройствами этого типа, светодиод должен работать в диапазоне более высокого напряжения (4–5 В), чем тот, который, как правило, обеспечивают литиево‑ионные батареи. Разработчики могут решить эту задачу одним из нескольких способов. Например, можно добавить понижающе-повышающий преобразователь в систему, т. е. использовать еще одно устройство. Кроме того, можно добавить еще один дроссель и конденсаторы, сократив тем самым ценное свободное место на печатной плате. Наконец, можно повысить рассеиваемую мощность, что нельзя считать идеальным сценарием для компактных электронных устройств, где важен размер батареи. Однако понижающе-повышающая технология SIMO позволяет воспользоваться одним из выходов, задать требуемое напряжение (до 5,2 В) для управления светодиодом, а также повысить эффективность датчика. Выводы

Как известно, емкость батареи таких миниатюрных устройств как наушники-вкладыши или электронные медицинские пластыри крайне ограничена. В то же время пользователям необходимо, чтобы эти устройства можно было эксплуатировать в течение продолжительного времени. Традиционные архитектуры по управлению питанием, в которых применяются дроссели большого размера, непригодны для указанных устройств. Преимущества архитектуры SIMO заключаются в более высокой эффективности и более длительном сроке службы батарей при намного меньшем размере схемы.

электронные компоненты №01 2020

И с т о ч н и к и и м о д у л и п и та н и я

Хорошо проработанная схема демонстрирует преимущества архитектуры SIMO, даже если приходится идти на некоторые компромиссы. У устройств на базе этой архитектуры напряжение пульсаций выше, поскольку большие объемы энергии на разные выходы подаются через один дроссель. Кроме того, пульсация выходного напряжения может увеличиться, т. к. при большой нагрузке у стабилизатора SIMO имеются временные ограничения и может возникать задержка при коммутации каналов. Этот недостаток можно компенсировать, увеличив емкость выходных конденсаторов. Хотя при этом занимаемая на плате площадь может и увеличиться, она будет меньше, чем у традиционных преобразователей с отдельным дросселем для каждого канала. В архитектуре SIMO могут также возникать более высокие перекрестные помехи, чем у схожих архитектур. Компания Maxim выпускается несколько ИС по управлению питанием, использующих архитектуру SIMO, которые позволяют обойти упомянутые компромиссные решения. Например, ИС MAX77650 и MAX77651 оснащены зарядным устройством, функцией управления питанием датчика, микроконтроллером, Bluetooth- и аудиокаскадами. Суммарная эффективность системы на 8,9% выше, чему у альтернативного решения (см. табл.). В этих ИС имеются микромощные понижающе-повышающие DC/DC-преобразователи SIMO, а также 150‑мА LDO-стабилизатор, который подавляет пульсацию в таких чувствительных к шуму приложениях как аудиосистемы. Для минимизации перекрестных помех и отрицательных выбросов в сигналах интерфейсной шины, а также для защиты входов устройств от высоковольтных скачков напряжения в линиях шин последовательно SDA (линия передачи данных) и SCL (линия передачи синхросигналов) устанавливаются резисторы. Чтобы в еще большей степени уменьшить перекрестные помехи и предотвратить колебательные переходные процессы, устройство всегда функционирует в прерывистом режиме (DCM), благодаря чему ток дросселя проходит через нулевую отметку в конце каждого цикла. ИС по управлению

Таблица. Сравнение архитектуры SIMO с традиционным решением по управлению питанием

39

Одноплатный компьютер UPS-P4-A10-08128 фирмы AAEON По материалам компании ТМЕ Одноплатные компьютеры фирмы AAEON (в т. ч. UPS-P4‑A10–08128) стали неотъемлемым элементом приложений, которые требуют продуктивного и компактного устройства с архитектурой x86, отличного от промышленного компьютера.

Сферы применения

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

Компактное устройство UPS-P4‑A10–08128 (см. рис. 1–3) прекрасно справляется со сложными задачами в приложениях с высокой вычислительной мощностью. Такие требования все чаще выдвигаются системами промышленной автоматизации. Кроме того, устройства интернета вещей (IoT), которые не являются конечными узлами, например, сетевые шлюзы (gateways), управляющие потоками данных и обеспечивающие их преобразование, создаются с использованием одноплатных компьютеров. Компьютер

Рис. 1. Одноплатный компьютер UPS-P4-A10-08128

40

UPS-P4‑A10–08128 (Up Square, UP2) является образцовым примером такого устройства. Еще одной сферой его применения являются приложения, связанные с анализом и обработкой изображения в режиме реального времени. Одноплатный компьютер UP 2 взаимодействует с картой mPCI-e, содержащей систему, которая является элементом нейронной сети (например, графический процессор Intel® Movidius® Myriad TM). В таких случаях его расчетная мощность существенно возрастает, позволяя осуществлять анализ и обработку данных непосредственно в краевых узлах сети (edge computing). Благодаря этому уменьшается время обработки, и минимизируются затраты, связанные с передачей данных, а также обслуживанием и арендой расчетных центров. Таким образом, одноплатный компьютер становится ключевой частью системы обнаружения объектов (например, изделий определенной марки в торговом автомате либо регистрационных номеров автомобилей, которые въезжают на охраняемую парковку), идентификации лиц (например, пола и возраста посетителей магазина в определенное время дня). В конце концов, он может стать управляющим агрегатом в автономном транспортном средстве, анализируя и обрабатывая изображения с камер. Количество применений ограничено только изобретательностью проектировщика. Одноплатные компьютеры часто применяются в малосерийном производстве, где требуется уменьшить время выпуска продукции на рынок. Кроме того, благодаря взаимодействию этих компьютеров с операционными системами Linux и Windows, программистам легче создавать электронные устройства за счет большого количества библиотек и контроллеров самой ОС, т. к. исключается необходимость рассматривать вопросы, касающиеся аппаратного аспекта устройства. Преимущества

Рис. 2. Верхняя сторона печатной платы одноплатного компьютера UPSP4-A10-08128

www.elcomdesign.ru

Существенным преимуществом одноплатного компьютера являются его небольшие размеры, что отражается на размере конечного устройства. Компьютер UPS-P4‑A10–08128 работает в широком диапазоне температур, а интегральные микросхемы с постоянной и оперативной памятью устойчивы к тряске и вибрациям. Существенным преимуществом является также небольшая потребляемая мощность, благодаря чему повышается долговечность и надежность оборудования. Интерфейсы на плате обеспечивают обмен данными с внешними устройствами. Одноплатный компьютер UPS-P4‑A10–08128 компании AAEON будет выпускаться как минимум до 2024 г. Устройство имеет сертификат CE/FCC Class A.

Рис. 3. Нижняя сторона печатной платы одноплатного компьютера UPS-P4-A10-08128 Технические параметры:

-- четырехъядерный процессор x86–64 Intel Pentium N4200 с частотой 2,5 ГГц; -- графическая карта Intel Gen 9 HD с поддержкой видеокодирования в форматах HEVC4, H.264, VP8 с разрешением 4K; -- встроенное ОЗУ емкостью 8 Гбайт и 128‑Гбайт флэшпамять; -- встроенная система ПЛИС Altera MAX10; -- питание: 5 В постоянного тока при 6 A; -- диапазон рабочей температуры: 0–60°C; -- вес: 0,26 кг; -- размеры: 85,6×90 мм. Интерфейсы и виды разъемов

В с т ра и в а е м ы е с и с т е м ы

Компьютер UP2 поддерживает следующие коммуни­ кацион­н ые интерфейсы: Ethernet x2; GPIO; MIPI–CSI2; USB 2.0; USB 3.0; eDP. Компьютер оснащен разъемом для расширений согласно стандарту 40‑pin (совместим с Raspberry PI), DP 1.2, HDMI 1.4, RJ45, магнитным экранированием x2, SATA, USB A x3, USB B micro и mPCI-e.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

41

| Фонд развития интернет-инициатив назвал препятствие для развития ИИ |

Развитие искусственного интеллекта (ИИ) в России осложняется процессом принятия закона о регулировании больших данных (Big Data). В середине 2019 г. в России подсчитали затраты на развитие ИИ. Результаты были отражены в дорожной карте Сбербанка «Нейротехнологии и искусственный интеллект». Совокупный объем оказания поддержки до 2024 г. составит около 100 млрд, а до 2030 г. – около 180 млрд руб. В настоящее время проект «Искусственный интеллект», на развитие которого предлагается направить почти 125 млрд руб., столкнулся со сложностями в ходе межведомственного согласования. РЕКЛАМА

www.russianelectronics.ru

электронные компоненты №01 2020

Проектирование отказоустойчивых, надежных и защищенных систем для интернета вещей Ян Пирсон (Ian Pearson), Microchip Technology

Сети и интерфейсы

Разработка и проектирование встраиваемых систем претерпела изменения с появлением технологии IoT, которая подразумевает подключение каждого встраиваемого устройства к интернету. От системы и ее узлов ожидают соответствия современным тенденциям, должного уровня безопасности и при этом – простоты обновления на уровне приложений для персонального компьютера. Несмотря на кажущуюся сложность проектирования такой системы, при правильном подходе оно не составит особых проблем.

42

При создании встраиваемой системы интернета вещей необходимо учитывать особенности разработки и роль к а ж дого конк р е тного ус т р ойс тв а в данной системе, проводя моделирование угроз и анализ рисков. Независимо от типа подключения к сети (проводной или беспроводной) срок службы устройства может составлять 1–20 лет, в течение которого оно может подвергнуться атаке. Именно поэтому безопасность является ключевым параметром при проек тировании системы, который подразумевает возможность защищенного выполнения всего алгоритма устройства, а также его обновление. Как следствие, с самого начала разработки системы или устройства следует учитывать, какое подключение к интернету будет использоваться, как станет выглядеть архитектура системы,

Рис. 1. Основные элементы IoT-устройства

www.elcomdesign.ru

что будет собой представлять процесс управления событиями, а также алгоритмы по решению возможных проблем, неминуемо возникающих, например, при расширении сети. Поскольку разработка серийного IoTустройства сопряжена со множеством аспектов, в т. ч. с процессами взаимодействия с отделами информационных технологий, маркетинга, инженерными подразделениями, отделом продаж, исполнительным персоналом, финансистами, юристами и т. д., следует заранее учесть все тонкости работы, стоимость и возможности устройства. Кроме того, следует учесть вопросы соответствия существующим стандартам. К этим вопросам, в частности, относится соответствие изделия предъявляемым требованиям, алгоритмы сбора, хранения и обработки данных, а также способы устранения непола-

док и нарушения целостности хранилища данных. Кроме того, необходимо построить бизнес-модель для расчета долгосрочных затрат на эксплуатацию устройства и обслуживание облачных хранилищ, если такие имеются. Работоспособность изделия и его поддержка в течение продолжительного промежутка времени зависит от правильного анализа этих исходных вопросов. Вопросы соответствия стандартам постоянно усложняются с появлением нового законодательства. Простоту использования и соответствие стандартам безопасности часто трудно сочетать в одном устройстве, а внедрение паролей и регистрации в сети не всегда просто организовать, не усложнив интерфейс. Равновесие между безопасностью и простотой, а также четкий план проектирования является залогом успешного создания устройства интернета вещей. Основу работы подк люченного к сети устройства (см. рис. 1) составляют несколько основных элементов: -- элемент обработки данных; -- элемент памяти; -- элемент коммуникации; -- безопасный аппаратный элемент; -- программное обеспечение. Эти элементы – общие для всех решений IoT, однако принцип их реализации является индивидуальным, зависит от дизайна и особенностей проектирования устройства, а также от оценки рисков, стоимости, функций, безопасности и ремонтопригодности. Конечной целью является разработка надежной, отказоустойчивой,

безопасной, масштабируемой, простой в обслуживании и в использовании технологичной системы, способной восстанавливаться. Кроме того, она должна обладать целостностью и иметь приемлемый уровень затрат не только на производство устройств, но и на их последующее обслуживание. Схематичный пример такого решения приведен на рисунке 2. Заметим, что затраты на проектирование, разработку и изготовление подключаемого к интернету устройства больше, чем на устройство, работающее в автономном режиме и не способное к обновлению «по воздуху». Однако при правильном подходе к проектированию ценность подключаемого к беспроводной сети устройства в долгосрочной перспективе намного превышает стоимость компонентов и затраты на разработку. Намного разумнее и выгоднее корректно разработать IoT-систему на начальном этапе, а не пытаться что-то исправить в ней уже потом, когда что-то пойдет не так. В некоторых ситуациях устройства интернета вещей могут использовать более одного процессора, особенно если им необходимо обрабатывать информацию, полученную через протоколы Wi-Fi, Bluetooth и т. д. Точная архитектура системы зависит от варианта ее использования, потребностей, рисков и других факторов. Корень доверия

каждому из них при изготовлении индивидуальный сертификат, а также генерировать QR-код, служащий для связки конечного изделия с сертификатом. Полученный QR-код пользователь привязывает к своей учетной записи при вводе устройства в эксплуатацию. Компания Microchip Technology недавно представила первое в отрасли предварительно подготовленное решение для безопасного ключа. Оно упрощает создание автоматизированной системы безопасной аутентификации для проектов практически любого объема. Данная трехуровневая система, известная как платформа доверия (Trust Platform), предоставляет готовые предварительно настроенные или настраиваемые защитные элементы и встраивается для аутентификации в любой инфраструктуре публичной или частной сети, в т. ч. сети LoRaWAN. –– Аутентификация данных. С ее помощью можно определить, были ли данные получены с конкретного устройства и не были ли они подменены в процессе передачи. Аутентификация позволяет обнаруживать аномалии в данных с помощью облачной аналитики.

–– Безопасная загрузка. Это использование закрытого алгоритма, хранящегося в элементе безопасности, для идентификации изменений в криптографической подписи главного МК и сохраненных образов обновления прошивки. Кроме того, используются дополнительные проверки целостности с помощью методов из библиотек безопасности класса B (Class B Safety Libraries).

–– Безопасное обновление встроенного программного обеспечения по беспроводной сети (Secure Firmware Upgrade Over the Air, FUOTA): алгоритм, хранящийся в элементе безопасности, используется для проверки источника обновления, а также подписи образа, отправляемого на устройство для подтверждения

его корректности до начала загрузки обновления.

–– Защита от клонирования. При правильном использовании защитный элемент позволяет предотвратить клонирование и подделку оборудования. Од н ако н а лич и е и ко рр е к т н о е использование защитных элементов подразумевает, что устройства были первоначально запрограммированы в безопасной производственной среде. Данный аспект создает проблемы, связанные с масштабируемостью производства, особенно в тех случаях, когда в производственную цепочку приходится вк лючать подрядчиков и субподрядчиков. Гибкость производства, простой ввод в эксплуатацию, а так же наличие защитных алгоритмов не только на предприятии, но и в самом устройстве позволяют конечному пользователю получить надежное устройство с возможностью безопасного подключения к сети и обновления. Обновление и память

Традиционно обновление прошивки устройства выполняется при помощи кабеля, подключаемого напрямую к устройству через последовательный порт. Такой подход использовался много лет, но он малопригоден для крупных масштабируемых сетей с множеством устройств, которые, кроме того, могут быть труднодоступными для такого типа подключений. В случае возникновения необходимости незапланированного обновления следует избегать подхода, требующего физического вмешательства. Альтернативой проводного подключения является использование обновлений при помощи FUOTA и, предпочтительно, безопасных FUOTA. Кроме того, на практике система должна использовать преимущества элементов безопасности, интегрированных в каждое устройство, чтобы предотвратить несанкционированные действия и обновления от неизвестных или ненадежных источников.

электронные компоненты №01 2020

Сети и интерфейсы

Безопасная система требует надежных средств для хранения информации и проверки подлинности запросов; при этом гарантируется, что защищенные данные никогда не буду т утеряны. Т. н. «якорь доверия» (trust anchor), являющийся по своей сути некоторым защитным элементом, отвечает именно за это. Данные элементы обеспечивают несколько методов для предотвращения аппаратных атак, добавляя в устройство такие функции как генераторы случайных чисел (Random Number Generators, RNG), соответствующие NIST SP 800 и криптографические алгоритмы, например FIPS, совместимые с ECDSA-P256 (Elliptic Cur ve Digital Signature Algorithm – алгоритм цифровой подписи на эллиптической кривой). Перечислим функционал, который обеспечивают защитные элементы.

–– Аутентификация устройства в облачных сервисах с использованием протестированных и понятных методологий инфраструктуры открытых ключей (public key infrastructure, PKI). Аутентификация позволяет осуществлять предварительную регистрацию устройств в системе и выдавать

Рис. 2. Пример беспроводного решения

43

Но как правильно осуществить процесс обновления? В идеале, безопасный процесс обновления при помощи FUOTA должен выполняться, не затрагивая алгоритм, который выполняется в микроконтроллере. Запись файла обновления непосредственно на флэшп а м я т ь ус т р о й с т в а б е з соз д а н и я локальной резервной копии прошивки порождает риск превращения устройства в «кирпич» в случае возникновения в процессе обновления критической ошибки. Интерфейс сети обновления по FUOTA должен иметь достаточную пропускную способность для продолжения процесса обновления в случае возникновения задержек, отключений или ошибок. Алгоритм обновления по FUOTA является наиболее гибким и легко адаптируется к сетям и конечным устройствам разных видов, чего нельзя сказать о традиционном методе, где для организации обновления могут потребоваться интерфейсы и кабели для подключения. Питание устройства и внешние факторы

При развертывании сети, состоящей из множества устройств, даже

при наличии алгоритма безопасного обновления нельзя в полной мере быть уверенным в отсутствии сбоев, связанных , например, с питанием и окру жающими ус ловиями, в т. ч. с электростатическими разрядами. Эти параметры также влияют на безопасность, могут заметно различаться в зависимости от каждого устройства как такового и в идеале должны учитываться при проек тировании для максимального приближения рабочих характеристик в реальных условиях к лабораторным. Взлом устройства сети может никогда не произойти на протяжении всего срока службы, что обусловлено следующими причинами и факторами.

– – П р о с т о е в е з е н и е . Ус т р о й с т в о может не стать объектом интереса злоумышленника, или корректное планирование и разработка сделают задачу вз лома дос таточно сложной.

–– Использование современных методов защиты. Хотя идеальной системы безопасности не существует и любая из них рано или поздно будет взломана, следует использовать современные методы защиты, обновляя их по мере возможности.

Например, если система наделена функцией безопасного обновления, можно использовать гибкую систему защиты, централизованную в облаке.

–– Применяется современный подход к разработке устройства и сети с помощью методов IoT Security Foundation, Gov.UK Secure by Design, UL2900, ISA 62443, ISA Secure и т. д.

–– Сис тема организована с учетом неизбежного увеличения размера кода.

–– И с х о д н о е п р о е к т и р о в а н и е с у четом наих удшего сценария использования с пос ледующим упрощением для конкретных применений, а не разработка без учета неблагоприятных сценариев. Устройства IoT имеют большой интерес д ля хакеров, мошенников и пользователей, желающих немного развлечься. Причины, по которым устройство может подвергаться атаке, не имеют смысла, главное – это возможный ущерб людям, изделиям, предприятиям, брендам и компаниям, который может быть весьма значительным. Аргумент «меня это не коснется» никогда не обеспечивал надежную защиту.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

Сети и интерфейсы

| Qualcomm представила платформу Snapdragon Ride для автономного вождения |

44

Qualcomm Technologies пополнила ассортимент продукции для автомобильного транспорта. Новая платформа Qualcomm Snapdragon Ride стала одним из самых продвинутых масштабируемых и открытых решений для автономного вождения. В состав платформы входит линейка однокристальных систем Snapdragon Ride Safety, ускоритель Snapdragon Ride Safety Accelerator и стек программного обеспечения Snapdragon Ride Autonomous Stack. Платформа Snapdragon Ride призвана решать задачи в области автономного вождения и систем содействия водителю (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS). Применение высокопроизводительного и энергоэффективного аппаратного обеспечения, передовых технологий искусственного интеллекта (ИИ) и новаторского программного стека автономного вождения позволяет создать полнофункциональное экономичное и энергоэффективное системное решение. Сочетание однокристальных систем Snapdragon Ride SoC, ускорителя и автономного стека обеспечивает масштабируемое решение автопроизводителям для трех сегментов автономных систем. Это уровни L1/L2 (ADASсистемы активной безопасности, включающие автоматическое экстренное торможение, распознавание дорожных знаков и функции удержания на полосе движения); L2+ (системы повышенного комфорта для автоматизированного движения по трассе, самостоятельной парковки и городского вождения в старт–стопном режиме) и L4/L5 (полностью автономное вождение для автономного городского транспорта, роботакси и робологистики). В основе платформы Snapdragon Ride находится линейка однокристальных систем СнК Snapdragon. Для ее создания использовались масштабируемые модульные многоядерные процессоры с высокой производительностью, энергоэффективные системы ИИ и компьютерного зрения, передовые графические процессоры. Платформа, состоящая из разных однокристальных систем и ускорителя, обладает высоким термическим КПД и может применяться в любом сегменте рынка, начиная с L1/L2 (30 TOPS) и заканчивая L4/L5 (более 700 TOPS при 130 Вт). Возможны разные конструктивные исполнения платформы, в т. ч. с воздушным охлаждением, что снижает себестоимость и повышает надежность за счет отсутствия дорогих систем жидкостного охлаждения. При этом упрощается конструкция, и увеличивается дальность пробега электромобилей. Однокристальные системы Snapdragon Ride и ускоритель разработаны для систем функциональной безопасности уровня ASIL-D. www.russianelectronics.ru

www.elcomdesign.ru

Двунаправленный мост для измерения высокочастотной мощности и возвратных потерь Имон Нэш (Eamon Nash), директор по разработке приложений; Эберхард Бруннер (Eberhard Brunner), старший инженер-конструктор, компания Analog Devices

В измерениях ВЧ-мощности и возвратных потерь в радиопередающих устройствах или в измерительных и испытательных приложениях обычно используются направленные ответвители и детекторы ВЧ-мощности. Рассматриваемое в статье решение удачно сочетает в себе оба таких устройства.

Рис. 1. Измерение падающей и отраженной мощности в цепочке передачи ВЧ-сигналов

ной мощностью. Такой измеритель часто встраивается в схему конечного приложения. Наглядным примером может служить случай, когда в сигнальном тракте на передачу переключаются два или более источников. Направленные ответвители имеют очень ценное качество, а именно способность различать падающую и отраженную радиочастотную мощность. Когда падающий ВЧ-сигнал (падающая волна) проходит через ответвитель к нагрузке (см. рис. 2), небольшая часть ВЧ-мощности (сигнал, который на 10–20 дБ ниже уровня пада-

ющей волны) отводится в ВЧ-детектор. В случае, когда измеряются и падающая, и отраженная мощность, используется второй ответвитель с обратной ориентацией по сравнению с ответвителем канала измерения падающей мощности. Уровни выходного напряжения двух детекторов пропорциональны уровням падающей и отраженной высокочастотной мощности. Направленные ответвители д ля поверхностного монтажа выполнены с учетом компромисса меж ду пропускной способностью и размером.

Измерительные средс тва и приборы

Направленные ответвители используются в самых разных приложениях. Они предназначены для определения радиочастотной мощности и могут устанавливаться в нескольких точках в цепочке передачи сигнала. В статье рассматривается микросхема ADL5920 от компании Analog Devices [1], которая позволяет с минимальными потерями в трактах прохождения сигналов одновременно измерять среднеквадратичные уровни падающей и отраженной мощности. Особенностью ADL5920 является ее широкополосность и универсальность. Измерения ВЧ-мощности и возвратных потерь в трактах приема обычно выполняются с использованием направленных ответвителей и детекторов ВЧ-мощности. На рисунке 1 представлен направленный ответвитель, который применяется в тракте радиопередатчика или в испытательном оборудовании для контроля над передаваемой и отраженной радиочастот-

45

Рис. 2. Типовая высокочастотная система измерения мощности с использованием направленных ответвителей и детекторов

электронные компоненты №01 2020

Рис. 3. Направленный ответвитель с разъемами, направленный ответвитель для поверхностного монтажа и пример использования ИС ADL5920 (между двумя ВЧ-разъемами)

Пр я м а я и о б р ат на я м о щ н о с т ь, проходящая через встроенный двун а п р а в л е н н ы й м о с т, и з м е р я е т с я с помощью двух среднеквадратичных детекторов, обеспечивающих линейность измерения в диапазоне не менее 50 дБ. Выходные напряжения детекторов на выводах VRMSF и VRMSR пропорциональны прямой и отраженной мощности в дБм. Третий дифференциальный выход создает напряжение, пропорциональное обратным потерям (коэффициенту отражения) в дБ, тесно связанное с коэффициентом стоячей волны напряжения (КСВН, или VSWR). Уровень синфазного сигнала этого выхода регулируется извне через вывод VOCM. Как уже упоминалось, вместо того чтобы воспринимать прямой и отраженный сигналы с помощью направленных ответвителей, в микросхеме ADL5920 для реализации широкополосного и компактного ответвителя, выполненного непосредственно на кристалле, используется запатентованная технология направленного моста. Чтобы понять, как он работает, сначала рассмотрим измерительный мост Уитстона. Измерительный мост Уитстона

Измерительные средс тва и приборы

Основу направленного моста составляет мост Уитстона (см. рис. 5). При балансировке такой мост имеет на выходе нулевое дифференциальное напряжение. В мосте Уитстона один резистор в одной из двух ветвей является переменным (R2), а два других (R1 и R3) – фиксированными. Всего в мосте четыре резистора – R1, R2, R3 и Rx, где Rx – неизвестное сопротивление. Если R1 = R3, то напряжение VOUT = 0 В только в случае, когда R2 = Rx. Мост считается сбалансированным, когда переменное сопротивление имеет такое значение, при котором равны

46 Рис. 4. Структурная схема ADL5920 [2]

Двунаправленные направленные ответвители с охватом частотного диапазона в одну октаву (верхняя частота FMAX равна удвоенному значению нижней частоты FMIN) выпускаются в корпусах размером до 6 мм 2 . При этом многооктавный направленный ответвитель для поверхностного монтажа гораздо больше (см. рис. 3). Многооктавное частотное покрытие обеспечивают широкополосные направленные ответвители с разъемами, но они значительно крупнее по габаритам, чем устройства для поверхностного монтажа.

www.elcomdesign.ru

Микросхема ADL5920 объединяет в себе широкополосный высокочастотный двунаправленный мостовой ответвитель мощности с двумя среднеквадратичными детекторами. Это ус тройс тво позволяет преодолеть пр о б л е м ы , с котор ы м и с т а лк ив а ются традиционные дискретные направленные ответвители, особенно на частотах ниже 1 ГГц. Структурна я с хе м а AD L 5920 пр е дс т ав лена на рис унке 4, а ее харак терис тики и особенности применения приве дены в [2].

Рис. 5. Мост Уитстона, создающий при балансировке нулевое дифференциальное выходное напряжение

коэффициенты деления напряжения на левой и правой сторонах моста. В результате появляется дифференциальный сигнал с нулевым напряжением на измерительных узлах, которые создают выходное напряжение VOUT. Однонаправленный мост

. (1) Понятие «сбалансированный» применительно к мосту означает, что когда сигнал подается в обратном направлении (с порта RFOP на RFIP), детектор напряжения VFWD (или порт Cpl) в идеальном случае «видит» нулевое дифференциальное напряжение, а максимальный сигнал он «видит», когда сигнал подается в прямом направлении (с RFIP на RFOP). Чтобы получить максимальную направленность в такой структуре, первостепенное значение имеет применение прецизионных резисторов. Для расчета возвратных потерь необходимо установить, насколько изолированы вход и выход однонаправленного моста. С этой целью входной сигнал подается на порт RFOP устройства. Если мос т сбалансирован, напряжения на обоих входах V+ и V– дифференциального усилителя равны, поскольку одинаковые коэффициенты деления 0,909 = 10 Ом/(10 Ом + 1 Ом) = 1 Ом/(1 Ом+ + 0,1 Ом) определяют нулевое дифференциальное напряжение: (V+ – V–) = 0 В. Двунаправленный мост

Двунаправленный мост, показанный на рисунке 7, схож с тем, который используется в ИС ADL5920. Сопротивление блока R = 50 Ом для 50‑Ом схемы.

Таким образом, значение измерительного резистора моста составляет 5 Ом, а сопротивление двух шунтирующих цепей – около 1,1 кОм [1]. Поскольку это симметричная цепь, то когда R S и RL = 50 Ом, входные и выходные сопротивления RIN и ROUT одинаковы и близки к требуемым 50 Ом. Ес ли сопротив ление ис точника сигнала и нагрузки составляет 50 Ом, сопротивление порта VFWD достаточно велико по сравнению с VREV. В реальных приложениях это соответствует максимальной передаче мощности от источника к нагрузке, что приводит к малой отражаемой мощности и, следовательно, к очень малому уровню сигнала на порту VREV. Давайте посмотрим, что произойдет, если RL станет бесконечным (разомкнутая цепь) или нулевым (короткозамкнутая нагрузка). В обоих случаях мы обнаружим, что уровни на портах VFWD и VREV приблизительно равны. Это отражает реальную ситуацию, где открытая цепь или короткозамкнутая нагрузка приводит к равенству прямой и отраженной мощностей. Далее мы подробнее проанализируем эти случаи. КСВН и коэффициент отражения

Полный анализ погрешностей в анализе рассматриваемой цепи слишком сложен и выходит за рамки этой статьи, но мы рассмотрим некоторые основные вопросы. Важными понятиями для описания напряжений и токов вдоль линии передачи являются бегущие волны. Общее решение напряжений и токов вдоль линий передачи состоит из падающей (прямой) бегущей волны и отраженной (обратной) бегущей волны, которые являются функциями расстояния х [4]: V(x) = V+(x) + V–(x), (2) . (3)

Рис. 6. Упрощенная однонаправленная мостовая схема

+

В уравнениях (2–3) V (x) представляет волну напряжения в сторону нагрузки, V–(x) – волну напряжения, отраженную от нагрузки из-за несовпадения импедансов, а Z0 – характеристическое (волновое) сопротивление линии передачи. В линии передачи без потерь Z0 определяется классическим уравнением: . (4)

Рис. 7. Упрощенная двунаправленная мостовая схема

Наиболее распространенным значением импеданса Z0 для высокочастотных линий передачи является 50 Ом. Если такая линия согласована с 50‑Ом нагруз-

электронные компоненты №01 2020

Измерительные средс тва и приборы

На рисунке 6 показана схема однонаправленного моста, объясняющая основные принципы работы такого устройства. Во‑первых, следует разрабатывать направленный мост с учетом конкретного значения импеданса Z 0 и минимизировать вносимые потери моста. Если RS = RL = R = 50 Ом, то измерительный резистор моста равен 5 Ом, что является хорошим компромиссом между вносимыми потерями (не более 1 дБ) и измерением уровня сигнала. Расчет сопротивления R OUT со стороны нагрузки R L дает точное значение сопротивления порта 50 Ом, а расчет RIN – значение 50,8 Ом (|Γ| = 0,008; RL = –42 дБ; КСВН = 1,016). Если сигнал подается на порт RFIP, то поскольку RIN ~ 50 Ом, напряжение на RFIP составляет примерно половину напряжения источника. Если предположить, что напряжение на порту RFIP равно 1 В, тогда напряжение на RFOP составит примерно 0,902 В. Это напряжение дополнительно уменьшается на коэффициент 10/11 = 0,909 так, что напряжение на отрицательном входе разнос тного усилителя составляет 0,82 В с результирующим дифференциальным напряжением

(1–0,82) В = 0,18 В. Эффективный коэффициент прямой связи (Cpl) этого моста определяется следующим образом:

47

кой и источником, она представляется ему в виде бесконечной линии. При таком согласовании импедансов любая волна напряжения, распространяющаяся по линии, не вызывает отражений, которые можно обнаружить в источнике или в линии. Однако если импеданс нагрузки отличается от 50 Ом, то в линии передачи генерируется стоячая волна, которую можно обнаружить. Такая волна определяется КСВН. В более общем смысле коэффициент отражения Г определяется как:

означает, что отраженная волна сдвигается по фазе на 180°, часто он берется по модулю. Возвратные потери (return losses, RL) имеют отрицательный знак по отношению к коэффициенту отражения Γ в дБ. Это обстоятельство следует учитывать, поскольку данный коэффициент и возвратные потери часто путают и используют взаимозаменяемо. Обратные потери рассчитываются следующим образом:

. (9) В другом очень важном определении возвратных потерь используется отношение падающей мощности Pincident к отраженной Preflected при разрыве импеданса. В этом случае возвратные потери определяются как:

, (6) где Z0 определяется как: , (7)

Измерительные средс тва и приборы

а γ как:

. (10) Это соотношение широко используется в расчетах при проектировании антенны. В свою очередь, КСВН, RL и Γ0 связаны между собой следующим образом:

γ = √(R + jωL) (G + jωC), (8) R, L, G и C – сопротивление, индуктивность, проводимость и емкость на единицу длины линии передачи. Поскольку отрицательный коэффициент отражения

48

Рис. 8. Упрощенный двунаправленный мост с сигналами

www.elcomdesign.ru

Два следующих уравнения представляют максимум и минимум напряжений стоячей волны. КСВН определяется как отношение максимального и минимального напряжений вдоль волны. Максимумы и минимумы напряжения вдоль линии передачи определяются как: |V(x)|max = |А| (1 + |Γ0|), (14)

Г(x) = Γ0e2γ x, (5) где Γ 0 – коэ ф ф иц и е н т о т р а же ни я от нагрузки; γ – постоянная распространения линии передачи; х – длина линии. Коэффициент отражения от нагрузки Γ0 представляется следующим образом:

. (13)

, (11)

, (12)

|V(x)|min = |А| (1 – |Γ0|). (15) Например, если в линии передачи с волновым сопротивлением 50 Ом уровень падающей волны напряжения имеет пиковую амплитуду A = 1, а линия соответствует идеальной нагрузке, то |Γ0| = 0; стоячей волны нет и, соответственно, КСВН = 1,00, а пиковое напряжение вдоль линии A = 1. Однако если сопротивление нагрузки RLOAD составляет 100 или 25 Ом, то |Γ0| = 0,333, возвратные потери RL = 9,542 дБ и КСВН = 2,00 при |V(x)|max = 1,333 и |V(x)|min = 0,666. В схему на рисунке 7 были добавлены сигналы в стандартной конфигурации и бегущие волны мощности там, где опорная плоскость находится под нагрузкой (см. рис. 8). На низких частотах, когда длина волны велика относительно физической структуры линии, напряжения и токи находятся в фазе, и цепь можно анализировать в соответствии с законом Ома.

Порты назначаются так, как показано для входного порта RFIP (порт 1), выходного порта RFOP (порт 2), связанного порта VFWD (порт 3) и изолированного порта VREV (порт 4). Поскольку структура симметрична, то когда сигнал отражается от ZL или поступает в RFOP, назначенные порты меняются местами. В случае согласованной нагрузки и генератора напряжения, подключенного к порту 1(RFIP), при Z S = ZL = Z0 = R = 50 Ом имеем: , (16)

Для увеличения направленности коэффициент α должен быть равен вносимым потерям LI. У микросхемы пик направленности обычно лучше, чем на упрощенном графике на рисунке 9. Если ZL ≠ Z0, как это обычно бывает, напряжения связанного и изолированного портов, которые являются комплексными, соответственно равны: VCPL = VS+ (1 – L1 • α) + VL– (L1 – α), (22) VISO = VL– (1 – L1 • α) + VS+ (L1 – α). (23) где VS+ – прямое напряжение на порту 1 (узел VS), а VL– – отраженное напряжение от нагрузки на порту 2 (узел VL). VL– определяется следующим образом:

где , (17) а VL/VS+ – вносимые потери LI или IL: IL = –20lg|S21| = –20lgL1 = 0,87 дБ. (18) Коэффициент ослабления для двух шунтирующих плеч с каждой стороны от основного резистора линии сопротивлением 0,1 Ом составляет:

VL– = VS+ • L1 • |Г0|ejΘ, (24) где Θ – неизвестная фаза отраженного сигнала. Подставляя уравнение для VL– в (22) и (23) и используя для упрощения уравнение (21) для определения DL, а также учитывая тот факт, что: VFVD = VS+ (1 – L1 • α), (25) мы приходим к комплексным выходным напряжениям:

. (19)

. (27) Из уравнений (26) и (27) видно, что для DL >> 1 мы имеем:

. (20) Из рисунка 8 видно, что направленность двунаправленного моста в линейной области определяется следующим образом:

. (21)

. (28)

В ADL5920 напряжения VREV и VFWD отображаются с помощью двух среднеквадратичных детекторов в их в линейном диапазоне логарифмического измерения (особенности использованных в ADL5920 детекторов подробно описаны в [4]). Среднеквадратичные напряжения VRMSR и VRMSF имеют значения (VISO/VSLP) и (VCPL/VSLP) в дБ, соответственно. Следовательно, дифференциальное напряжение на выходе устройства VDIFF в дБ представляется следующим образом: , (29) где VSLP – наклон характеристики детектора, составляющий около 60 мВ/дБ. Используя отображение напряжения в дБ в уравнении (29) и подставляя его в уравнение (28), получаем:

. (30) Рис. 9. Направленность, обеспечиваемая ИС ADL5920, в зависимости от частоты: уровень входного сигнала составляет 20 дБм

электронные компоненты №01 2020

Измерительные средс тва и приборы

Уравнения на рисунке 8 для |VREV| и |VFWD| определяют значения для этих напряжений с сигналом, приложенным в прямом направлении. Эти уравнения устанавливают предел направленности для упрощенной схемы, обусловленный неидеальным подавлением сигнала в изолированном порту:

, (26)

49

Рис. 10. Типичное выходное напряжение детектора ADL5920 в зависимости от частоты при нескольких уровнях входной мощности падающей волны

Используя уравнение (9) и подставляя его уравнение (30), получаем: PREV – PFWD = – IL – RL, (31)

Измерительные средс тва и приборы

RL = PFWD – PREV – IL. (32) На рисунке 10 показан отклик измеряющего мощность среднеквадратичного детектора в случае, когда сигнал через ADL5920 поступает в прямом направлении (падающая волна). Для определенного уровня мощности каждая кривая соответствует выходному напряжению в зависимости от частоты. Приведенные графики ограничены частотой 10 МГц, но была проверена также работа на частотах до 9 кГц. На рисунке 11 полученные данные представлены в виде выходного напряжения в зависимости от входной мощности, где каждая кривая представляет различную частоту. Когда вывод RFOUT микросхемы ADL5920 нагружен на резистор 50 Ом, отраженный сигнал по понятной причине отсутствует. Следовательно, детектор обратной волны не должен получать и детектировать возвращенную мощность. Однако поскольку направленность цепи неидеальна и уменьшается в зависимости от частоты, некоторый отраженный сигнал

Рис. 11. Типичное выходное напряжение детектора ADL5920 в зависимости от уровня входной мощности падающей волны на нескольких частотах

все же обнаруживается. На рисунке 12 показано напряжение падающей и отраженной волн на частоте 500 МГц, измеренное на выходах детекторов. Измерение сделано в условиях подачи сигнала на порт RFIN, а нагрузка выходного порта RFOUT составляет 50 Ом. Вертикальное разделение между этими кривыми напрямую связано с направленностью моста. На рисунке 13 показано, как влияет изменение нагрузки на измерение падающей мощности. Заданные уровни мощности подаются на порт RFIN, а возвратные потери снимаются с порта RFOUT и находятся в диапазоне 0–20 дБ. Как и ожидалось, когда возвратные потери составляют 10–20 дБ, точность измерения мощности достаточно хорошая. Однако когда возвратные потери становятся ниже 10 дБ, погрешность измерения мощности начинает увеличиваться. Примечательно, что при возвратных потерях величиной 0 дБ погрешность измерения все еще находится в диапазоне 1 дБ. На рисунке 14 микросхема ADL5920 используется для измерения возвратных потерь от нагрузки на частоте 1 ГГц. Возвратные потери известного уровня подаются на порт RFOUT. При этом измеряются напряжения VRMSF и VRMSR, а возвратные потери рассчитываются в обратном порядке. Итак, видно, что способность ADL5920 измерять потери на отражение ухудшается по мере их уменьшения, что

50

Рис. 12. Выходные напряжения VRMSF и VRMSR в зависимости от входной мощности Рис. 13. Измеренная падающая мощность в зависимости от приложенной на частоте 500 МГц в условиях, когда мост работает от порта RFIN, мощности и потерь на отражение нагрузки на частоте 1 ГГц а порт RFOUT нагружен на 50 Ом

www.elcomdesign.ru

напрямую связано с направленностью устройства. Кроме того, точность измерения ухудшается при уменьшении уровня подводимой мощности. Это связано с ограниченным диапазоном обнаружения и чувствительностью встроенных в ADL5920 среднеквадратичных детекторов. Следует обратить внимание на явную неравномерность, присутствующую в результатах измерения. Это связано с тем, что каждое измерение проводилось на одной фазе возвратных потерь. Если бы измерение повторялось на всех фазах этих потерь, мы получили бы семейство кривых, ширина которых по вертикали была бы примерно равна уровню пульсаций. Практическое применение ADL5920

Рис. 14. Измеренные потери на отражение в зависимости от поступивших возвратных потерь и ВЧ-мощности на частоте 1 ГГц

Рис. 16. Плата расширения EVAL-ADICUP3029 для устройств, выполненных на базе ADL5920

электронные компоненты №01 2020

Измерительные средс тва и приборы

Рис. 15. Оценочные комплекты от компании Analog Devices

Благодаря встроенной функции измерения высокочастотной мощности и возвратных потерь микросхему ADL5920 можно использовать в самом широком ряду приложений в диапазоне частот 9 кГц…7 ГГц. Основная линия передачи двунаправленного моста от RFIN к RFOUT (или наоборот) связана по постоянному току и позволяет проходить через мост постоянному напряжению смещения небольшой величины. При подключении постоянного тока к источнику и нагрузке положительные и отрицательные выводы питания ADL5920 должны быть подключены к +5 и –2,5 В, соответственно (относительно напряжения постоянного тока в RFIN и RFOUT). Для поддержки низкочастотных измерений внутренняя схема детектора соединена по постоянному току с направленным мостом.

ADL5920 потребляет 160 мА от источника 5 В и имеет режим пониженного энергопотребления, управляемый через вывод PWDN/TADJS. Устройство поставляется в 32‑выводном корпусе LFCSP размерами всего 5×5 мм и эксплуатируется в диапазоне температуры окружающей среды –40…85°C. К типовым вариантам применения ADL5920 относится внутрисхемный мониторинг высокочастотной мощности на уровнях до 30 дБм, где вносимые потери не являются критическими. Возможность измерения возвратных потерь позволяет использовать ИС в приложениях с управлением высокочастотной нагрузкой, например с подстройкой согласования антенны. Кроме того, на основе ADL5920 можно выполнить довольно простую схему для проверки состояния антенны.

ADL5920 также предлагается использовать для измерения скалярных возвратных потерь в приложениях для анализа материалов. Такой вариант применения ADL5920 наиболее подходит на частотах несколько ниже 2,5 ГГц, где направленность (и, следовательно, точность измерения) превышает 15 дБ. Основное назначение ADL5920: -- широкополосное линейное измерение мощности и возвратных потерь; -- контроль мощности передачи; -- автоматический контроль уровня мощности в беспроводных передатчиках, генераторах сигналов, векторных анализаторах цепей и в контрольной аппаратуре для устройств беспроводной связи; -- мониторинг состояния системных модулей, антенн, кабелей и разъемов. Для изучения и оценки возможности использования двунаправленного моста с двумя среднеквадратичными детекторами ADL5920 компания Analog Devices предлагает два оценочных комплекта (см. рис. 15). На рисунке 15а показана ADL5920‑EVALZ [7] – полностью завершенная четырехслойная оценочная плата на стеклотекстолите марки FR4. Для нормальной работы плате требуется источник питания постоянного тока с напряжением 5 В и током не менее 200 мА, подключаемый к зажимным контактам VPOS и GND. Вход для подачи высокочастотно-

51

На рисунке 15б показана новая оценочная плата DC2847A [8], представляющая собой скалярный рефлектометр, который выполнен на базе ADL5920. Плата расширения ADL5920 Arduino позволяет оценить работу устройства с платой Linduino (см. рис. 16–17). С помощью графического интерфейса в этой системе можно измерять и контролировать через ПК прямую и обратную мощность, а также возвратные потери.

Рис. 17. Установка для измерения радиочастотных характеристик на базе платы DC2847A и ADICUP3029

го сигнала и нагрузка подключаются к 2,92‑мм разъемам RFIN и RFOUT. Поскольку ADL5920 является полностью двунаправленной, входной сигнал можно также подавать на RFOUT с нагрузкой на RFIN. Выходные напряжения снимаются с выходов VRMSR, VRMSF, VDIFF+ и VDIFF–, выполненных на разъемах SMA или на соседних с ними к зажимным контактам. Эта оценочная плата также содержит схемы, которые используются для калибровки вносимых потерь.

Измерительные средс тва и приборы

52

Литература 1. ADL5920. 9 kHz to 7 GHz, Bidirectional RMS and VSWR Detector//www. analog.com.

2. ADL5920. 9 kHz to 7 GHz, Bidirectional RMS and VSWR Detector//www. analog.com.

3. Doug Jorgesen and Christopher Marki. Directivity and VSWR Measurements: Understanding Return Loss Measurements. Marki Microwave. 2012//www.markimicrowave.com.

4. Guillermo Gonzalez. Microwave Transistor Amplifiers Analysis and Design. Prentice-Hall. 1984.

5. Eamon Nash. Understanding, Operating, and Interfacing to Integrated DiodeBased RF Detectors. Analog Devices Inc. November 2015//www.analog.com.

6. ADL5920‑EVALSDPZ//ru.mouser.com.

7. ADL5920 Evaluation Board//www.analog.com.

8. DC2847A ADL5920 Arduino Shield Board with PC-Based Software GUI//www.analog.com.

9. EVAL-ADICUP3029 Arduino based Wireless Development Platform for Internet of Things applications based on an ultra-low power ARM Cortex-M3 processor//www.analog.com.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| Создан полноценный настольный ПК размером с сигаретную пачку |

Компания ECS выпустила неттоп Liva Q1 размерами 74×74×35 мм, являющийся моделью Liva Q 2‑го поколения. Компьютер позволяет заменить собой полноразмерный системный блок начального уровня, обладая всеми необходимыми для этого комплектующими и интерфейсами.

Liva Q1. У этого компьютера, базирующегося на процессоре производства Intel, имеется необходимый набор проводных и беспроводных интерфейсов. Компания ECS не раскрывает стоимость компьютера и сроки его поступления в продажу, но предлагает две модификации этого неттопа и несколько вариантов комплектаций.

ECS выпустит Liva Q1 в версиях Q1D и Q1L, располагающих идентичным дизайном и базовыми аппаратными спецификациями. Различия между ними заключаются исключительно в наборе проводных интерфейсов. В компьютере Q1L имеются два Ethernet-порта со скоростью по 1 Гбит/с каждый и всего один разъем HDMI, что делает невозможным подключение второго монитора. В свою очередь, Q1D лишился одного порта Ethernet, но получил взамен интерфейс DisplayPort. Вне зависимости от модификации Liva Q1 основан на аппаратной платформе Intel Apollo Lake, которая может быть представлена процессором Intel Celeron N3350, Celeron N3450 или Pentium N4200. Все три чипа вышли в III кв. 2016 г. и производятся по 14‑нм техпроцессу. Celeron N3450 и Pentium N4200 получили по четыре вычислительных ядра, а у младшего Celeron N3350 ядер вдвое меньше, плюс ни один процессор из этого трио не поддерживает технологию HyperThreading. Это значит, что число одновременно обрабатываемых потоков данных равно числу ядер в них.

Liva Q1 получил 2 или 4 Гбайт оперативной памяти современного стандарта LPDDR4 – перечисленные процессоры поддерживают такие модули. Частота работы памяти производителем не указана, но она не превысит 2400 МГц (на основе возможностей процессоров). Встроенный накопитель реализован на базе флэш-памяти стандарта eMMC. Ее максимальная емкость в данном случае – 64 Гбайт, а минимальная – 32 Гбайт. Кроме того, имеется поддержка карт памяти microSD емкостью до 128 Гбайт, тогда как место под классические 2,5‑дюймовые SATA-накопители отсутствует. В список модулей беспроводной связи входит модуль Bluetooth 4.2 для подключения беспроводной периферии и акустики, а для проводного подключения имеются два порта USB 3.1 Gen.1 и один USB 2.0. Модуль Wi-Fi стандарта 802.11ac тоже в наличии – вместе с Bluetooth он реализован на плате M.2. Одним из основных соперников Liva Q1 с учетом его размеров может стать компьютер iLife MP8, увидевший свет в октябре 2019 г. В распоряжении этого ПК имеется процессор Intel Celeron N4100 поколения Gemini Lake, 4 Гбайт оперативной памяти, накопитель eMMC на 64 Гбайт, слот microSD, два порта USB 3.0 и один USB-C. www.russianelectronics.ru

www.elcomdesign.ru

РЕКЛАМА

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| НОВОСТИ КОМПАНИИ MURATA |

Изолированные 1‑Вт AC/DC-преобразователи BAC1 от Murata Power Solutions

НОВОС ТИ ТЕХНОЛОГИЙ

Изолированные одноканальные стабилизированные 1‑Вт AC/DC-преобразователи BAC1 от компании Murata Power Solutions работают в широком промышленном диапазоне температур –40…85°C, в т. ч. без принудительной вентиляции и в жестких условиях. Преобразователи выпускаются в 6‑выводных корпусах SIP и устанавливаются на плату. Входное напряжение находится в диапазоне 85–264 В АС (планируется увеличить до 305 В АС) или 70–400 В DC. Выходное напряжение составляет 5, 12 или 24 В. Преобразователи BAC1 обеспечивают полную выходную мощность вплоть до 85°C и работают, начиная с –40°C. Собственная потребляемая мощность преобразователей BAC1 в режиме ожидания очень мала (20 мВт), что позволяет использовать их в энергоэффективных и экономичных приложениях. Преобразователи BAC1, идеально пригодные для эксплуатации в светодиодном освещении, измерительных приложениях, в умных домах, приборах учета, предназначены для многих сегментов рынка, включая управление производственными процессами, автоматизацию, медицинское и телекоммуникационное оборудование, а также интернет вещей.

54

Особенности: -- полностью стабилизированные 1‑Вт AC/DC-преобра­ зователи; -- монтируемый на плату корпус SIP; -- входное напряжение: 85–264 В АС (планируется увеличить до 305 В АС) и 70–400 В DC; -- выходное напряжение: 5; 12 и 24 В; -- соответствие требованиям стандарта UL60950; -- соответствие требованиям стандартов по безопасности медицинского оборудования 60601–1, 2MOOP/1MOPP (ожидается подтверждение); -- усиленная изоляция рабочего напряжения величиной 264 В AC; -- ожидается подтверждение соответствия требованиям ANSI/AAMI ES60601–1 для 2MOOP, 1MOPP; -- диапазон рабочей температуры: –40…85°C; -- линейная регулировочная характеристика (тип.): 0,3% для 5 В и 0,1% – для 12 и 24 В; -- нагрузочная регулировочная характеристика (тип.): 0,1%; -- очень малая потребляемая мощность в режиме ожидания: 20 мВт. Приложения: -- светодиодное освещение; -- измерительные системы;

www.elcomdesign.ru

-- умные дома; -- приборы учета. Преимущества: -- малые значения нагрузочной и линейной регулировочных характеристик; -- высокая эффективность; -- сертификат по медицинской безопасности; -- высокая надежность; -- планарные магнитные элементы; -- малая потребляемая мощность в режиме ожидания; -- малая площадь, занимаемая на печатной плате; -- совместимость по выводам.

Неизолированные POL DC/DC-преобра­зова­ тели MYMGC от Murata

Многоканальные неизолированные POL DC/DC-пре­ обра­ зователи MYMGC типа MonoBlock от компании Murata с высокой точностью поддерживают выходное напряжение и реализуют сложные алгоритмы последовательности включения выходного напряжения. Эти высоконадежные преобразователи предназначены для питания ПЛИС, для которых требуются соблюдать последовательность при включении питания. Несколько выходов обеспечивает простые конфигурации шин питания ПЛИС, а также уменьшает занимаемую на плате площадь. Размеры преобразователей уменьшены с помощью уникальной технологии корпусирования, благодаря которой площадь платы используется эффективно.

Особенности: -- малый размер решения даже с учетом внешних конденсаторов; -- быстрое протекание переходных процессов при изменении нагрузки при меньшем числе внешних конденсаторов; -- выходы с высокоточным напряжением и функции последовательного контроля, востребованные ПЛИС; -- диапазон рабочей температуры: –40…85°C; -- размер изделия (SMD-тип): 15,0×12,0×2,4 мм. Характеристики: -- диапазон КПД: 80–91%; -- диапазон выходного тока: 2,5–8 А; -- напряжение пульсации (пик–пик) и шум: 10 мВ; -- суммарная выходная мощность: 6,45–15,15 Вт; -- диапазон выходного напряжения: 3,3–5,5 В; -- входное напряжение (ном.): 5 В; -- соответствие требованиям RoHS.

Изолированный MYBTA от Murata

DC/DC-преобразователь

Изолированный DC/DC-преобразователь MYBTA от Murata представляет собой модуль типоразмера

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

1/32 Brick. Диапазон входного напряжения этого устройства составляет 36–75 В, а выходное равно 5 В ±3%. Номинальная выходная мощность преобразователя MYBTA равна 60 Вт, ток – 12 А. КПД DC/DC-преобразователя составляет 92% при электрической прочности изоляции 2250 В DC. Преобразователь MYBTA оснащен функциями самозащиты, к которым относится защита от пониженного напряжения питания; ограничение выходного тока; защита от выходного перенапряжения. К типовым применениям относятся малые соты, PoE PD и другое небольшое оборудование.

Характеристики: 60‑Вт DC/DC-преобразователь формата 1/32 Brick; тип корпуса: SMD; диапазон входного напряжения: 36–75 В; выходная мощность (ном.): 60 Вт; выходное напряжение: 5 В ±3%; ток (ном.): 12 А; КПД: 92%; электрическая прочность изоляции: 2250 В DC; формат: 1/32 brick; размеры: 23,36×19,05×12,7 мм.

650‑Вт U‑канальные преобразователи PQU650 для источников питания от Murata Power Solutions

Номинальная мощность преобразователя PQU650 для источников питания от Murata Power Solutions составляет 650 Вт. U‑образная конструкция канала обеспечивает эффективную вентиляцию и при конвекционном, и при принудительном охлаждении. AC/DC-преобразователь PQU650 от Murata Power Solutions размером 6×4 дюйма обеспечивает непрерывную выходную мощность 650 Вт и кратковременную выходную мощность до 800 Вт в переходном процессе при включении нагрузки. При 50°C выходная мощность преобразователей этой серии составляет 450 Вт при конвекционном охлаждении. Благодаря регулируемому напряжению основных каналов и вспомогатель-

Официальный дистрибьютор компании Murata Power Solutions – Группа компаний «Симметрон»: murata@symmetron.ru

электронные компоненты №01 2020

НОВОС ТИ ТЕХНОЛОГИЙ

-----------

ному выходу для питания вентилятора это решение можно использовать во многих медицинских приложениях, а также в системах аудио/видеосвязи. Особенности: -- стандартный промышленный формат 6×4 дюйма, форм-фактор U‑канала с монтажной площадью промышленного стандарта; -- суммарная высота U‑канала (макс.): 40 мм; -- суммарная высота с закрытой верхней частью (макс.): 42,7 мм; -- винтовая клеммная колодка или вставной разъем; -- соответствие нормам RoHS2; -- активная защита от бросков пускового тока; -- минимальная неравномерность распределения нагрузки; -- соответствие стандартам IEC60601 Ed. 3 medical (2 x MOPP Pri-Sec); 1 x MOPP Pri-Chassis Ground); -- IEC62368–1; -- с о о т в е т с т в и е т р е б о в а н и я м с т а н д а р т а по ЭМС IEC62368–1 4th Edition. Характеристики: -- диапазон основного выходного напряжения: 12–54 В DC; -- выходное напряжение вспомогательного резервного источника питания: 5 В DC; -- выходное напряжение канала питания вентилятора: 12 В DC; -- диапазон входного напряжения: 90–264 В AC; -- потребляемая мощность в условиях конвекции при 50°C: 450 Вт без уменьшения входного сетевого напряжения; -- потребляемая мощность в условиях принудительной вентиляции при 50°C: 650 Вт без уменьшения входного сетевого напряжения; -- повышение потребляемой мощности до 800 Вт при включении нагрузки; -- КПД (тип.): 95% при 50-% нагрузке. Приложения: -- медицинское оборудование; -- аудио/видеосвязь.

55

Интегрированные силовые ключи Алексей Чистяков, AlChis1248@mail.ru В статье рассматриваются интегрированные силовые ключи, указываются области их применения. Кратко описывается топология каждого ключа, приводятся практические примеры их использования.

Дискретные силовые компоненты

Введение

В последнее время существенно меняется функционал разработчика. Увеличение степени интеграции микросхем приводит к тому, что разработчик постепенно прекращается в своеобразного интегратора решений. Уже давно канули в Лету времена, когда приходилось проектировать дискретные усилители на транзисторах или реализовывать алгоритмы управления на отдельных логических микросхемах. Постепенно уходит «романтика» разработки и из силовой электроники. Кто из читателей сможет вспомнить, когда ему последний раз приходилось рассчитывать базовые цепи силовых транзисторов? Уже не первый год производители электронных компонентов выпускают интегрированные силовые ключи самого разного функционального назначения, которые реализуют функционал и коммутации, и защиты цепей. Мы попробуем разобраться с терминологией, относящейся к областям применения силовых ключей. Наиболее широкой производственной линейкой рассматриваемой продукции, на наш взгляд, располагает компания Texas Instruments. Кроме нее из известных на россий-

ском рынке компаний схожую продукцию выпускают Analog Devices, Diodes, Maxim, NXP, ON Semi, STMicroelectronics, Vishay. Разновидности силовых ключей

Коммутатор нагрузки (Load Switch, или КН) обеспечивает безопасную и надежную комму тацию нагрузки в системах распределенного питания. Коммутатор нагрузки используется для формирования последовательности включения шин питания, ограничения пускового тока, для уменьшения токов утечки. Мультиплексор шин питания (Power MUX) схож с коммутатором нагрузки, но играет роль мультиплексора. Мультиплексор шин (МШ) позволяет осуществить выбор из нескольких входных шин. Электронные предохранители (eFuse) и контроллеры горячего переключения питания (Hot Swap) обеспечивают дополнительную защиту силового тракта, предохраняя его от перенапряжений или провалов напряжения, а также от превышения током порогового значения. Контроллер Hot Swap позволяет осуществлять замену модулей и блоков системы без выключения питания, пре-

56

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая назначение силовых ключей

www.elcomdesign.ru

дотвращая возникновение переходных процессов, которые могут повредить компоненты системы. Идеальный диод ORing обеспечивает защиту от неправильной полярности включения. Как правило, в ORing силовой ключ не встраивается в контроллер, а для коммутации используется внешний MOSFET. Интеллектуальный силовой ключ верхнего плеча предназначен для защиты нагрузки. Кроме того, он выполняет диагностику электрической цепи, фиксируя короткое замыкание или обрыв; состояние цепи обычно определяется по потенциалу на внешних выводах ключа. В этих ключах предусмотрена возможность установки программируемого ограничения по току. В отличие от ключей верхнего плеча, которые подключают нагрузку к шине питания, ключи нижнего плеча коммутируют нагрузку с земляной шиной. Обратный диод этого ключа помогает устранить переходные процессы в цепи, возникающие при коммутации индуктивной нагрузки. В самом общем виде назначение силовых ключей иллюстрирует рисунок 1, а в таблице приведены основные квалифицирующие параметры этих ключей.

Таблица. Основные квалифицирующие параметры силовых ключей Системы распределенного питания Параметр

Защита входных силовых цепей

Защита выходных силовых цепей

коммутатор нагрузки

мультиплексор шин питания

электронный предохранитель eFuse со встроенным MOSFET

контроллер горячего переключения с внешним MOSFET

ORingконтроллер

интеллектуальный ключ верхнего плеча

ключ нижнего плеча

0–18

2,8–22

2,7–60

±80

±75

6–40

0–100

Ток (макс.), А

15

4,5

15

неприменимо

неприменимо

12

1

Ограничение пускового тока

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Защита от перенапряжения

+

+

+

Защита от обратной полярности

+

+

+

+

+

Напряжение, В

Регулируемый порог максимального тока Блокировка обратного тока

+

Мониторинг тока Защита от токов короткого замыкания

Сигнал диагностики Power Good

+

+

+ + +

+

+

Совместимость с индуктивной нагрузкой Защита от сброса нагрузки Тепловая защита

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

Топология силовых ключей Дискретные силовые компоненты

Упр ощенна я с хе м а ко м му т ато ра нагрузки приведена на рисунке 2. С помощью выводов CT и QOD ключа регулируется время нарастания и спада напряжения. Схема мультиплексора шин питания Power MUX приведена на рисунке 3. Как из него видно, Power MUX позволяет подключать нагрузку к разным шинам питания, причем при подключении к любой шине гарантированы все защиты. Тепловая защита обеспечивается по результатам измерения температуры силовых ключей. Кроме того, в мультиплексоре Power MUX имеется защита выходной цепи от токов короткого замыкания и от перенапряжений. Мультиплексоры обычно используются для переключения нагрузки при аварии одной из шин питания. Например, при аварийном отключении источника питания мультиплексор подключит нагрузку к питанию от резервной аккумуляторной батареи. Переключение между шинами питания осуществляется либо дистанционно по командам от внешнего устройства, либо автоматически при уменьшении напряжения рабочей шины питания ниже установленного порога. На рисунке 4 показана схема электронного предохранителя eFuse, который обеспечивает защиту нагрузки от перенапряжения и провалов напряжения, от перегрузки по току и от короткого замыкания. Время срабатывания защиты не превышает 200 нс. Типовой

Рис. 2. Упрощенная схема коммутатора нагрузки

57

Рис. 3. Схема мультиплексора шин питания Power MUX

электронные компоненты №01 2020

Дискретные силовые компоненты

Рис. 4. Схема электронного предохранителя eFuse

Рис. 5. Схема контроллера горячей замены

58 Рис. 6. Схема контроллера идеального диода ORing

порог срабатывания тепловой защиты составляет 150°C. К тому же, предохранители eFuse, как правило, еще и реализуют тот же функционал, что и коммутаторы нагрузки. Поскольку в состав контроллера горячей замены (Hot Swap), схема которого приведена на рисунке 5, не входит силовой MOSFET, к нему не применим параметр «Максимальный ток» в таблице. Контроллер управляет внешним ключом MOSFET, что придает решению большую гибкость, один и тот же кон-

www.elcomdesign.ru

троллер может использоваться в цепях с разным максимальным значением напряжения и тока, достаточно лишь выбрать соответствующий MOSFET. Контроллер Hot Swap измеряет величину тока цепи. Если он превышает допустимое значение, то контроллер запирает внешний ключ, и цепь разрывается. Чтобы не допустить выхода внешнего силового ключа из области безопасной работы (SOA), контроллер уменьшает допустимое максимальное значение тока при возрастании напря-

жения VDS защищаемой цепи. Заметим, что предельные допустимые значения устанавливаются с помощью внешних элементов – токочувствительного резистора RSNS и резистивного делителя напряжения, формирующего сигнал UVLO. После того как напряжение на шине достигнет установленного значения, контроллер Hot Swap устанавливает флажок Power Good (PG) на внешнем выводе. Некоторые контроллеры имеют интерфейс цифровой шины PMBus, который позволяет им обмениваться всеми данными с хост-устройством о состоянии цепи. Как и в контроллере горячей замены, в контроллере идеального диода ORing нет встроенного MOSFET. Схема контроллера приведена на рисунке 6. Контроллер идеального диода, как и стандартный диод, может блокировать пропускание обратного тока. При включении питания ток начинает протекать через внутренний диод MOSFET. Прямое падение напряжения превысит пороговую величину в несколько десятков милливольт, контроллер включит MOSFET, и ток нагрузки начнет протекать уже через него. Поскольку падение напряжения на открытом канале MOSFET меньше напряжения на диоде, меньше и мощность рассеяния. Если падение напряжения на открытом канале MOSFET станет меньше порогового уровня, контроллер отключит MOSFET. Если выходное напряжение превышает входное, что происходит, например, при замыкании на входе, встроенный в контроллер компаратор фиксирует изменение направления протекающего тока, и контроллер отключает внешний MOSFET. Внутренний диод MOSFET не пропускает обратный ток, что прерывает колебательный переходный процесс, при котором энергия поступает из нагрузки в источник питания. Точно также контроллер блокирует неправильную полярность при подключении аккумуляторной батареи. Этот же контроллер отлично подходит для схемы резервирования питания. На рисунке 7 приведена схема интеллектуального силового ключа верхнего плеча. Он обычно используется для коммутации удаленной нагрузки, расположенной вне платы или модуля. В нем предусмотрены токовая защита и диагностика цепи. Выводы ключа используются для диагностических сообщений и в некоторых случаях – для формирования сигнала, пропорционального току ключа. Схема силового ключа нижнего плеча приведена на рисунке 8. С точки зрения схемотехники, нижний ключ является довольно простым устройством. Из всех рассмотренных выше

ключей только он служит для коммутации нагрузки с земляной шиной. Практические примеры использования силовых ключей

Рис. 7. Схема интеллектуального силового ключа верхнего плеча

Дискретные силовые компоненты

Рассмотрим защиту от короткого замыкания с помощью интеллектуального силового ключа верхнего плеча. Как уже упоминалось, он используется для коммутации удаленной нагрузки, поэтому возможны два крайних варианта. В первом из них короткое замыкание происходит в непосредственной близости от внешних выводов ключа (см. рис. 9). Скорость нарастания тока короткого замыкания определяется сопротивлением и паразитными индуктивностями шины питания. Примерные графики изменения тока и напряжений, а также энергия, рассеиваемая при коротком замыкании, показаны на рисунке 9б. Примерно через 50 мкс ток короткого замыкания достигает порога срабатывания; в данном случае это пороговое значение составляет 90 А. Затем встроенный MOSFET выключается, и цепь разрывается. При разрыве цепи происходит всплеск входного напряжения, вызванный паразитными индуктивностями шины питания. Во время короткого замыкания величина рассеиваемой энергии не превышает 18 мДж. Несколько иная картина наблюдается, когда короткое замыкание происходит на выводах нагрузки (см. рис. 10). Из-за индуктивности кабеля нагрузки ток КЗ достигает порога срабатывания защиты не за 50 мкс, как в предыдущем случае, а за 250 мкс. В результате рассеивание энергии заметно возрастает до 75 мДж, что в четыре раза больше, чем в предыдущем случае. Из-за увеличения паразитных емкостей и индуктивностей, вносимых кабелем нагрузки, увеличивается длительность колебательного процесса на шине питания (см. рис. 10б). Идеа льный диод O R ing удо бно использовать для резервирова-

Рис. 8. Схема силового ключа нижнего плеча

59

Рис. 9. Короткое замыкание в непосредственной близости от выводов ключа

электронные компоненты №01 2020

Дискретные силовые компоненты

Рис. 10. Короткое замыкание в нагрузке

60

Рис. 11. Резервирование питания с помощью идеальных диодов ORing

ния питания. Пример такой с хемы приведен на рисунке 11: в качестве контроллера ORing используютс я компоненты LTC4359 компании Analog

Devices. В данной схеме к нагрузке подключен источник питания с наибольшим выходным напряжением. При этом обратный ток в источник питания

с меньшим напряжением блокируется диодом ORing. При аварии основного источника питания ток начинает протекать через внутренний диод MOSFET диода ORing резервного источника и тот коммутирует цепь. Протекание обратного тока в аварийный источник питания блокируется диодом ORing в цепи этого источника. Рассмотренные силовые к лючи довольно легко можно было бы реализовать на дискретных компонентах, если бы не одно «но», а именно: встроенные во все к лючи кроме к лючей нижнего плеча, защиты от превышения токов и напряжений, тепловая защита. Поэтому стоит трижды подумать, прежде чем отказываться от интегральных решений. Пожалуй, у дискретных решений над интегральными со встроенным MOSFET есть только одно преимущество – в дискретном решении можно выбрать MOSFET с меньшим сопротивлением открытого канала. Перевесит это преимущество наличие встроенных защит в интегральном решении? Ответ зависит от каждого конкретного случая. Мы ограничились примерами использования силовых ключей, как нам кажется, в наиболее распространенных на практике случаях. Все другие варианты использования рассматриваемых компонентов достаточно подробно рассмотрены в документации изготовителей.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| «Уфимское агрегатное производственное объединение» подключило станки к интернету вещей |

«Уфимское агрегатное производственное объединение» (УАПО) внедрило для станков систему «Диспетчер», разработанную компанией «Цифра». К системе подключены 34 станка. Система мониторинга в режиме реального времени контролирует и классифицирует простои станков, учитывает использование оборудования и вычисляет коэффициент его загрузки, контролирует энергопотребление, оповещает о нештатных ситуациях. Обмен данными с системами подготовки и управления производством позволяет интегрировать станки в единое информационное пространство. www.russianelectronics.ru

www.elcomdesign.ru

Беспроводная система-на-кристалле nRF5340 от Nordic Semiconductor Александр Ковальчук, Alexandr.Kovalchuk@gmail.com, Владимир Апарин, менеджер по развитию бизнеса, компания «Ультран», vaparin@ultran.ru

В статье рассматриваются основные модули двуядерной беспроводной системы-на-кристалле nRF5340 от Nordic Semiconductor. В СнК встроена технология NFC и радиомодуль, поддерживающий протоколы Bluetooth Low Energy 125, IEEE 802.15.4, а также проприетарные протоколы компании Nordic Semiconductor.

Введение

Словарь AAR – ускоренное распознавание адресов ACL – список доступа к областям встроенной флэш-памяти AHB – усовершенствованная высокопроизводительная шина APB – усовершенствованная периферийная шина CCM – счетчик с блоками шифрования COMP – модуль компаратора DPPI – распределенные программируемые соединения периферийных устройств ECB – электронная кодовая книга IPC – модуль межпроцессорных коммуникаций KMU – модуль управления ключами LCOMP – модуль компаратора с низким энергопотреблением MWU – блок мониторинга памяти NFCT – модуль беспроводной связи ближнего радиуса действия PDN – модуль импульсно-плотностной модуляции PMU – модуль управления питанием и тактированием PPI – программируемые соединения периферийных устройств QDEC – квадратурный декодер RADIO – радиомодуль 2,4 ГГц RoT– корень доверия RSSI – индикатор уровня принимаемого сигнала SAADC – модуль АЦП последовательного приближения

–– I2C с EasyDMA; –– UART (CTS/RTS) с EasyDMA. Ядро Cortex-M33 достаточно подробно описано в [2], поэтому мы не будем повторяться, но лишь заметим, что ядру приложений принадлежит флэш-память объемом 1 Мбайт и ОЗУ емкостью 512 Кбайт. С сетевым ядром работает флэш-память объемом 256 Кбайт и ОЗУ емкостью 64 Кбайт. Структурная схема СнК приведена на рисунке 1. Ниже мы опишем некоторые, на наш взгляд, основные периферийные модули, позволяющие получить представление о функциональных возможностях СнК. За рамками статьи оставим широко известные и многократно описанные модули, например стандартные коммуникационные интерфейсы, DMA и т. д. Управление питанием и тактированием

Структурная схема модуля управления питанием и тактированием приведена на рисунке 2. Модуль обеспечивает минимальное энергопотребление СнК. Модуль управления питанием (PMU) отслеживает требуемое энергопотребление всех узлов СнК и соответственно меняет напряжение питания и тактовую частоту узла за счет остановки синхронизации или изменения напряжения питания. ФАПЧ на 11,289 или 12,288 МГц с малым джиттером для аудиомодулей улучшает качество обработки сигналов. Встроенные конденсаторы для

электронные компоненты №01 2020

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Компания Nordic Semiconductor продолжает расширять производственную линейку беспроводных СнК. Так, в конце 2019 г. она объявила о выпуске СнК nRF5340. О прежнем поколении СнК nRF52 мы рассказывали в [1], а о непосредственном предшественнике nRF9160 было упомянуто в [2]. По сравнению с предшественниками, в этой новинке произошли довольно существенные изменения. В основном они касаются процессорных ядер. Вместо ядра ARM CortexM4F с тактовой частотой 64 МГц, использованном в nRF52, и вместо одного ядра ARM Cortex-M33 в nRF9160 с тактовой частотой 64 МГц, СнК nRF5340 базируется на двух ядрах ARM Cortex-M33 с тактовыми частотами 64 и 128 МГц. Таким образом, ее производительность существенно выросла. Одно из ядер Cortex-M33 используется в качестве процессора приложений. Его тактовая частота – 128 МГц, а производительность – 510 EEMBC CoreMark. Другое ядро Cortex-M33 предназначено для использования в беспроводной сети; его тактовая частота – 64 МГц, а производительность – 238 EEMBC CoreMark. Для сравнения заметим, что производительность СнК nRF9160 не превышает 243 EEMBC CoreMark. Добавим, что удельная производительность nRF5340 из расчета на 1 МГц превышает производительность nRF52840 на 58%. Связь между процессорными ядрами осуществляет модуль межпроцессорных коммуникаций IPC. В нем каждому процессорному ядру отведена группа регистров, через которые происходит обмен сообщениями между процессорными ядрами. Через модуль IPC может передаваться несколько задач или событий одновременно. Процессор приложений поддерживает следующие стандартные коммуникационные интерфейсы: –– 3x SPI с EasyDMA; –– 2x I2C с EasyDMA; –– 2x UART (CTS/RTS) с EasyDMA. Новый интерфейс HS-SPI для сопряжения с графическими дисплеями и высокоскоростными датчиками увеличивает функциональность графики. Сетевой процессор поддерживает беспроводные протоколы: –– Bluetooth 5.1: 2 и 1 Мбит/с, 500 и 125 Кбит/с; –– IEEE 802.15.4–2006: 250 Кбит/с; –– проприетарный на 2,4 ГГц: 1 и 2 Мбит/с. Сетевой процессор также поддерживает стандартные коммуникационные интерфейсы: –– SPI с EasyDMA;

61

Микроконтроллеры и микропроцессоры

62

Рис. 1. Структурная схема СнК

Рис. 2. Структурная схема модуля управления питанием и тактированием

www.elcomdesign.ru

внешних осцилляторов позволяют уменьшить число внешних компонентов. Сразу после включения питания система по умолчанию устанавливается в режим System ON; при этом часть модулей находится в активном режиме, а другая часть – в режиме ожидания (idle). Состояние модуля устанавливается программно путем соответствующих установок в регистрах конфигурации. Модуль PMU может изменять частоту тактирования ядра приложения в зависимости от его загруженности, позволяя снизить энергопотребление. В режиме System ON возможны два режима энергопотребления: -- с постоянной задержкой выполнений операций; -- низкого энергопотребления. В первом случае задержка минимальна и прогнозируема. В режиме низкого энергопотребления при автоматическом управлении питанием обеспечивается минимальное энергопотребление. Однако при этом задержка отклика системы становится мало прогнозируемой, т. к. снижение энергопотребления достигается за счет изменения времени включения ядра и соединений периферийных устройств PPI. Наименьшее энергопотребление достигается в режиме выключения System OFF. В этом случае процессорное ядро выключается, и выполнение задачи приостанавливается. Выход из этого режима осуществляется с помощью нескольких сигналов, формируемых периферийными устройствами; при этом осуществляется сброс системы, а также по внешнему сигналу сброса. В нескольких банках ОЗУ могут сохраняться записанные данные.

В режиме Core Force-off сетевое ядро можно принудительно отключить. Вывести сетевое ядро из этого режима может только ядро приложений. Перед включением режима Core Force-off желательно, чтобы периферийные устройства, связанные с сетевым ядром, были переведены в режим ожидания. После выхода ядра из этого режима происходит его сброс. Предусмотрены два режима питания: нормальный (Normal voltage) и повышенного напряжения (High voltage). Выбор режима зависит от того, к какому внешнему выводу микросхемы подключено напряжение питания. Если внешнее напряжение питания подключено к выводу VDD, выбирается режим Normal voltage; при этом питание формируется двумя встроенными LDO-регуляторами, один из которых питает ядро приложений и связанную с ним периферию, а другой – сетевое ядро и его периферию. Напряжение питания портов ввода/вывода в этом режиме осуществляется непосредственно напряжением VDD. Его величина находится в пределах 1,7–3,6 В. Если напряжение питания подключено к внешнему выводу VDDH, выбирается режим High voltage. В этом случае напряжение VDDH (его величина может изменяться в диапазоне 2,5–5,5 В) поступает на вход встроенного LDO-регулятора High voltage. Выходное напряжение этого регулятора (1,8–3,3 В) поступает на входы LDO-регуляторов, питающих процессорные ядра и их периферию, на порты ввода/вывода и на внешний вывод VDD, который можно использовать для питания внешних устройств. В режиме High voltage все три встроенных регулятора могут работать в режиме LDO или DC/DC-преобразователей. В обоих режимах контроль Микроконтроллеры и микропроцессоры

63

Рис. 3. Структурная схема программируемых периферийных соединений

электронные компоненты №01 2020

напряжения питания осуществляется супервизором, который фиксирует отклонение напряжения питания от заданной величины и формирует прерывание.

которая меньше, чем при использовании DPPI. Однако ярлыки предопределены и не конфигурируются – их можно только разрешить или запретить. В каждом модуле имеется не более 32 ярлыков.

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Архитектура периферии

64

В этом разделе мы рассмотрим принципы организации периферии, а в следующих разделах немного подробнее опишем отдельные модули. Периферийные модули распределены между двумя процессорными ядрами. Ядру приложений недоступны периферийные модули сетевого ядра, тогда как сетевое ядро может получить доступ к периферии ядра приложений. Периферийные устройства управляются через регистры конфигурации, регистры задач и регистры событий. Периферийные модули могут быть защищенными и незащищенными. При этом некоторые из них могут менять состояние. Более подробно технология ARM TrustZone описана в [2]. Доступ к отдельным областям флэш-памяти регламентируется с помощью списка контроля доступа ACL. Регистры задач представляют собой входы, позволяющие ЦП или периферийным устройствам инициировать выполнение задачи этим модулем. Регистры событий, напротив, являются выходами – они могут запускать задачи в другом периферийном модуле или вызвать прерывание процессора. Прерывание формируется по любому событию или по сочетанию событий. Однако каждый модуль может формировать только одно прерывание. Модуль может выполнять несколько задач; для каждой из них в группе регистров выделен отдельный регистр. Кроме того, периферийный модуль формирует несколько событий, для каждого из которых выделен отдельный регистр. Заметим, что перед использованием регистров задач или событий периферийный модуль должен быть включен (находиться в активном состоянии). Напротив, установка регистра PSEL (pin select) должна осуществляться до включения модуля. Игнорируются все записи в этот регистр при активном состоянии модуля. Структурная схема программируемых периферийных соединения приведена на рисунке 3. Каждому периферийному модулю назначается блок адресного пространства. Между идентификатором периферийного модуля и базовым адресом существует прямая связь. Например, модуль с базовым адресом 0x4001F000 имеет идентификатор ID=31 (1F=31). Разные периферийные модули могут иметь одинаковый идентификатор; при этом существуют ограничения в их использовании – у них могут быть общие регистры или общие ресурсы. Кроме того, допускается ограничение доступности из-за того, что одновременно можно использовать только один модуль. Заметим, что при изменении состояния модулей с одинаковым идентификатором рекомендуется проделать ряд подготовительных операций и для отключаемого, и для включаемого устройства. В частности, не следует доверять унаследованной конфигурации включаемого модуля – требуется заново выполнить его настройку. События и задачи разных модулей могут быть связаны между собой через распределенные программируемые соединения периферийных устройств (DPPI) с помощью регистров PUBLISH и SUBSCRIBE, которые имеются в каждом периферийном модуле (см. рис. 3). Если информацию о событии разместить в регистре PUBLISH, это событие станет доступным другим модулям. Соответственно, прочитать о событии можно через регистр SUBSCRIBE. В таком случае задача модуля будет запускаться по внешнему событию. Ярлык (shortcut) обеспечивает прямую связь между событием и задачей в рамках одного модуля. При создании соответствующего события связанная с ним задача запускается автоматически. Ярлык обеспечивает минимальную задержку,

www.elcomdesign.ru

Модули безопасности и защиты данных

Модуль AAR реализует криптографическую функцию Resolvable Private для ускоренного распознания частных адресов. Эта процедура, прописанная в спецификации Bluetooth Core v4.0, позволяет двум устройствам, использующим секретный ключ, создавать хэш на основе их адресов. Модуль обеспечивает распознание адресов в реальном времени. AAR использует тот же криптоускоритель AES, что и другие периферийные модули. Счетчик с блоками шифрования (CCM) применяет алгоритм шифрования, обеспечивающий и аутентификацию, и конфиденциальность при передаче сообщения. Модуль CCM формирует поток зашифрованных ключей, которые применяются при дешифровке входных данных. Алгоритм описан в специальной публикации NIST 800–38C. ARM TrustZone CryptoCell 312 (CRYPTOCELL) представляет собой подсистему безопасности. Она обеспечивает корень доверия RoT и совместима со многими стандартами и протоколами. Режим электронной кодовой книги ECB (который иногда называют методом прямого шифрования) можно использовать для реализации ряда криптографических функций. К ним относится генерация хэша, цифровых подписей и потока ключей для шифрования или дешифрования данных. Модуль поддерживает шифрование AES‑128, а дешифрование не поддерживает. Модуль управления ключами (KMU) управляет подмножеством пользовательских данных. Эта область предназначена для хранения криптографических ключей, к которым процессор не имеет доступа. В распоряжении модуля KMU находятся 128 слотов для ключей, в которых можно хранить один 128‑бит ключ. Если требуется хранить ключ большей размерности, объединяется несколько слотов. Доступ к модулю KMU разрешен только из безопасной области. Модули систем управления

Конечно, СнК nRF5340 не предназначена для построения сложных встраиваемых систем управления. Однако наличие модулей аналоговых компараторов, АЦП, ШИМ и квадратурного декодера позволяет реализовать управление относительно простым объектом. Кратко рассмотрим каждый из этих модулей. К компаратору COMP через мультиплексор можно подключить до восьми аналоговых сигналов. Для формирования опорного напряжения 1,2; 1,8 или 2,4 В используется встроенный ИОН. Предусмотрена работа в дифференциальном, несимметричном режимах и регулировка гистерезиса. Можно выбрать три режима быстродействия: -- низкоскоростной с малым энергопотреблением; -- нормальный режим; -- высокоскоростной режим. К модулю компаратора с очень малым энергопотреблением (LCOMP) также можно подключить до восьми аналоговых сигналов. Опорное напряжение изменяется с шагом VDD/16; всего можно использовать 15 шагов. Модуль LCOMP применяется для формирования сигнала пробуждения СнК. Модуль АЦП последовательного приближения SAADC имеет восемь аналоговых входов и может работать в режимах 8-, 10-, 12‑ и 14‑бит преобразования. Имеется возможность осуществлять преобразование несимметричных и дифференциальных сигналов. Опрос каналов происходит в однократном режиме или последовательным сканированием заданных

Рис. 4. Структурная схема радиомодуля

Беспроводные модули

Литература 1. Александр Ковальчук. Беспроводные системы-на-кристалле семейства nRF52 от Nordic Semiconductor//Электронные компонен­ ты. № 2. 2018 г.

2. Андрей Чистохвалов. Беспроводные микроконтроллеры с процессорным ядром Cortex-M33//Электронные компоненты. № 6. 2019 г.

65

РЕКЛАМА

Модуль беспроводной связи ближнего радиуса действия NFCT соответствует спецификации форума NFC. Перечислим некоторые особенности модуля: -- частота: 13,56 МГц; -- скорость передачи данных: 106 Кбит/с; -- пробуждение при обнаружении поля; -- программируемый контроллер синхронизации кадров; -- проверка циклическим избыточным кодом и автоматическое разрешение коллизий. Кадр данных передается непосредственно из ОЗУ. После окончания передачи кадра формируется событие. Принятые кадры автоматически дизассемблируются, и часть данных передается в ОЗУ. Пробуждение при обнаружении поля происходит в режиме SENSE (режим включается пользователем) и при нахождении СнК в состоянии System ON и в состоянии System OFF. В состоянии System ON при обнаружении поля формируется событие активации модуля NFCT. Если обнаружение поля происходит в состоянии System OFF, вначале формируется сигнал пробуждения. Если система переводится в состояние System OFF уже при обнаруженном поле, то модуль NFCT формирует сигнал пробуждения и осуществляет сброс системы. Заметим, что после сброса следует вновь установить конфигурацию модуля NFCT. Радиомодуль на 2,4 ГГц RADIO совместим с несколькими стандартами радиосвязи. Среди них: 1 и 2 Мбит/с, режимы Bluetooth Low Energy 125 и 500 Кбит/с, IEEE 802.15.4 250 Кбит/с, а также проприетарные протоколы Nordic 1 и 2 Мбит/с. Модуль

осуществляет автоматическую фильтрацию адресов и сопоставляет их с заданными шаблонами. Структурная схема радиомодуля приведена на рисунке 4. В состав модуля RADIO входит блок согласования адресов и блок управления межкадровыми интервалами, индикатор уровня принимаемого сигнала RSSI и счетчик битов, который формирует сигнал события, когда модуль отправляет или получает предварительно сконфигурированное количество битов. В режиме Ieee802154_250kbit модуль RADIO соответствует стандарту IEEE 802.15.4–2006. Скорость передачи данных: 250 Кбит/с, частота: 2450 МГц; тип модуляции: O‑QPSK PHY. Основные отличия IEEE 802.15.4 от Bluetooth Low Energy и проприетарных протоколов Nordic заключаются в схеме модуляции, структуре канала и структуре пакета. При передаче данных ток потребления модуля составляет 3,2 мА, а при приеме – 2,6 мА, что соответствует снижению на 30% при приеме и 40% – при передаче. В заключение добавим, что СнК nRF5340 выпускается в корпусе aQFN‑94; диапазон рабочей температуры: –40…105°C.

Микроконтроллеры и микропроцессоры

каналов. Задержка выборки программируется. Результаты преобразования передаются в ОЗУ через каналы EasyDMA (упрощенный DMA). Модуль ШИМ состоит из четырех независимых каналов, каждый из которых программируется отдельно. Квадратурный декодер QDEC обеспечивает декодирование и буферизацию выходных сигналов квадратурных датчиков, например энкодеров. Частота опросов датчика и массив накопленных результатов программируется пользователем. Заметим, что частота опроса сигналов датчика должна быть значительно выше частоты вращения вала, на который установлен энкодер. При невыполнении этого условия может возникнуть стробоскопический эффект и недопустимые переходы – оба квадратурных сигнала переключаются одновременно.

электронные компоненты №01 2020

Микроконтроллеры серии i.MX8 компании NXP Semiconductors Евгений Говоров, инженер-разработчик

В статье рассматриваются некоторые основные, на взгляд автора, узлы новейших микроконтроллеров i.MX8X серии i.MX8. В начале статьи в табличном виде перечислены некоторые наиболее важные параметры микроконтроллеров семейств i.MX8 М и i.MX8X.

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Введение

Микроконтроллеры (МК) приложений серии i.MX8 представляют собой высокопроизводительную масштабируемую многоядерную платформу, в состав которой входят 1-, 2‑ и 4‑ядерные кластеры ARM Cortex. Они могут найти применение в критически важных приложениях, в мультимедиа и обработке графики, системах технического зрения, в промышленных приложениях. Ядро Cortex-M4F встроено во все модификации МК и позволяет в реальном режиме времени выполнять критически важные задачи. Некоторые основные параметры семейств МК i.MX8, i.MX8M и i.MX8X приведены в таблице 1. Заметим, что статья написана «с пылу с жару» – серия продолжает развиваться, поэтому таблица 1 со временем может корректироваться. Все МК работают с широким рядом операционных систем: Android, Linux, QNX, Green Hills, DornerWorks XEN, FreeRTOS и с некоторыми операционными системами партнеров. Ниже мы более–менее подробно, насколько это позволяют рамки журнальной статьи, рассмотрим МК семейства i.MX8X, в котором, пожалуй, наиболее широко в настоящий момент представлены возможности серии. Возможности МК i.MX8 мы постараемся описать в ближайшее время в отдельной статье. Процессорные ядра

В семействе МК i.MX8 используются разные процессорные ядра, а именно: Cortex-M4F; Cortex-M7; Cortex-A35; Cortex-A53 и Cortex-A72. Ядра Cortex-M4F и Cortex-M7 имеют хорошо известную 32‑бит архитектуру Armv7‑M; МК с этими ядрами подробно рассматривались, и мы не будем их описывать. Но несколько слов следует сказать о ядрах Cortex-A35;

66

Рис. 1. Структурная схема ЦП, состоящего из 4-ядерного кластера Cortex-A35

www.elcomdesign.ru

Словарь ACM – мультиплексор тактовых частот ADM – модуль аутентификации отладки ADMA – подсистема аудио и DMA AMIX – аудиомикшер ASRC – асинхронный преобразователь частоты выборки AWIC – асинхронный контроллер пробуждения AP – процессор приложений APB – периферийная шина ASE – расширитель адресного пространства ATB – трассировочная шина для отладки CAAM – аппаратный криптоускоритель CAM – ассоциативная память CSI – последовательный интерфейс камеры CTM – триггерная матрица DB – модуль коммутатора DRAM DDRC – контроллер памяти DRAM DC – контроллер дисплея DSC – ведомый системный контроллер тактирования DI – интерфейс дисплея DPU – модуль обработки данных ECC – код исправления ошибок FPU – модуль операций с числами с плавающей запятой FTM – 8-канальный таймер HiFi4 – аудиопроцессор HSIO – высокоскоростной ввод/вывод GIC – универсальный контроллер прерываний GPMI – универсальный медиаинтерфейс GPT – универсальный таймер GPU – модуль графического процессора IEE – модуль шифрования/дешифрования ISI – интерфейс сигналов изображения LCDIF – контроллер управления индицирующими устройствами LPC – контроллер с малым энергопотреблением LSIO – низкоскоростной ввод/вывод MFD – многоформатный видеодекодер MMCAU – модуль криптоускорителя MMU – модуль управления памятью MPU – модуль защиты памяти MU – модуль обмена сообщениями NVIC – векторный контроллер прерываний OCRAM – контроллер встроенной RAM PCM – импульсно-кодовая модуляция PI_CI – параллельный интерфейс захвата данных SAI – синхронный аудиоинтерфейс SC – системный контроллер SCU – модуль мониторинга производительности SECO – подсистема безопасности SIMD – векторный сопроцессор SNVS – защищенное энергонезависимое хранилище данных STC – модуль контроля трафика SSI – синхронный интерфейс SSIM – ведущий порт интерфейса SSI SSIS – ведомый порт интерфейса SSI TLB – буфер ассоциативной трансляции VPU – модуль видеопроцессора ULPS – режим очень малого энергопотребления

Таблица 1. Некоторые параметры микроконтроллеров семейства i.MX8 i.MX8

i.MX8M

i.MX8M Mini

i.MX8M Nano

4

4

Cortex-A72

2

Cortex-A53

4

4

2

1

i.MX8X

Cortex-A35

4

Cortex-M4F

1

Cortex-M7

1

DSP

1

GPU

1

2

1

1

1

1

Разрешение дисплея

4K + 1080 p

4K + 1080 p

1080 p

1080 p

2×1080p

Интерфейс дисплея MIPI-DSI/Parallel/HDMI

2/1/1

1/0/1

1/0/0

1/0/0

2/1/0

Интерфейс камеры MIPI-CSI/Parallel/HDMI

2/2/1

2/0/0

1/0/0

1/0/0

1/1/0

4K (H265, H264)

4Kp60w (H265, VP9), 4Kp30 (H264, VP8)

1080 (H265, VP9, H264, VP8)

Интерфейс внешней памяти

2×64 LPDDR4-3200, DDR42400, 2×Quad SPI или 1×Octal SPI (XIP, Flex SPI), Raw NAND (SLC/MLC, BCH62)

32 LPDDR4-3200, DDR42400, DDR3L-1600, 2×Quad SPI (XIP), 8-бит управл. NAND (SLC/MLC, BCH62), 16/32-бит NOR

32 LPDDR4-3000, DDR42400, DDR3L-1600, 2×Quad SPI (XIP), 8-бит управл. NAND (SLC/MLC, BCH62), 16/32-бит NOR

Интерфейсы

PCIe 3.0 (две линии); PCIe 3.0 (одна линия); USB 3.0; 2×USB 2.0; 2×1-Гбит Ethernet; MLB150; 8×UART; 18×I2C; 4×SAI; 2×ESAI; ASRC; SPDIF

2×PCI Express Gen2; 2×USB 3.0/2.0; 2×uSDHC; 1-Гбит Ethernet; 4×UART; 4×I2C; 3×SPI; широкий ряд мультимедийных интерфейсов

2 12-бит АЦП

12-бит АЦП, 10-бит ЦАП

Видеодекодер

Диапазон рабочей температуры, °С

Автомобильная электроника

–40…125

Промышленное исполнение

–40…105

Потребительский сегмент

32 LPDDR4-3000, DDR42400, DDR3L-1600, 2×Quad SPI (XIP), 8-бит управл. NAND (SLC/MLC, BCH62), 16/32-бит NOR

32 LPDDR4-2400, DDR3L-1866 (ECC), 2×Quad SPI или 1×Octal SPI (XIP, Flex SPI), Raw NAND (SLC/MLC, BCH62), (8DualX) 1×16 LPDDR42400, DDR3L-1866 (нет ECC)

PCIe 2.0; 3×SDIo/eMMC; 2×USB 2.0; 1-Гбит Ethernet

3×SDIo/eMMC; USB 2.0; 1-Гбит Ethernet

PCIe 3.0 (одна линия); USBOTG 3.0; USBOTG 2.0; 2×1-Гбит Ethernet; 3×CAN/CAN-FD; MLB25/50; 6×UART; 10×I2C; 4×SAI; ESAI; 2×ASRC; 4×SPI; MQS

12-бит АЦП, 10-бит ЦАП

12-бит АЦП, 10-бит ЦАП

12-бит АЦП –40…125

–40…105

–40…105

–40…105

–40…105

0…95

0…95

0…95

0…95

Корпус, мм

FCPBGA 29×29

FBGA 17×17

FBGA 14×14

FBGA 14×14

FBGA 17×17 и FBGA 21×21

Технология

28 нм FD-SOI

14 нм LPC FinFET

28 нм HPC

14 нм LPC FinFET

14 нм LPC FinFET

Cortex-A 53 и Cortex-A72 – с ними выпускаются не так уж много МК. В состав ЦП может входить не только одно-единственное ядро, но и клас т е р, о б ъ е д и н я ю щ и й д о ч е т ы р е х ядер. В таблице 1 д ля каж дого МК указано именно число ядер в про ц е ссо р н о м к л а с т е р е , а н е ч и с л о процессоров. Некоторые основные параметры описываемых ядер приведены в таблице 2. Все эти ядра имеют 64‑бит архитек т у ру Ar mv 8 ‑A , век торный сопроцессор Neon, модуль работы с числами с плавающей точкой, технологию защиты TrustZone и 40‑бит физическую адресацию.

Cor tex-A35 и Cor tex-A 53 представляют собой ядра средней производительности с малым энергопотреблением. Ядро Cortex-A72 имеет высок ую производительность. На рисунке 1 схематично, «с точки зрения микроконтроллера», показана структурная схема ЦП, состоящего из 4‑ядерного кластера Cortex-A35 МК семейства i.MX8X. Идентичную структурную схему имеет 4‑ядерный кластера Cortex-A53 МК семейства i.MX8M; име-

Таблица 2. Некоторые основные параметры процессорных ядер Cortex-A35, Cortex-A 53 и Cortex-A72 Cortex-A35

Cortex-A 53

Cortex-A72

Векторный сопроцессор Neon

Параметр

Опц.

Опц.

Входит в состав ядра

Модуль обработки чисел с плавающей запятой (FPU)

Опц.

Опц.

Входит в состав ядра

Физическая адресация

40 бит

40 бит

40 бит

Кэш уровня L1 команды/данные, Кбайт

8–64

8–64

32/32–64

128 Кбайт…1 Мбайт

128 Кбайт…1 Мбайт

256 Кбайт…8 Мбайт

ACE или CHI

ACE или CHI

ACE

TrustZone

TrustZone

TrustZone

Кэш уровня L2 Шинный интерфейс Безопасность

ется лишь одно отличие – объем кэша памяти уровня L2 составляет 1 Мбайт. Триггерная матрица CTM объединяет сигналы отдельных ядер в один канал и позволяет МК работать с 4‑ядерным кластером как с одним ЦП. Связь с МК осуществляется через периферийную шину APB. Архитектура МК i.MX8X

МК i. MX8X предназначен д ля и сп о л ьз о в ани я в ав т о м о б и л ьн о й и промышленной электронике в приложениях средней производительнос ти. В сос тав семейс тва i. MX8X

входят модификации i.MX8XQuadXPlus и i.MX8 DualXPlus. ЦП первого из них сос тоит из 4 ‑ядерного к лас тера Cortex-A35, а второго – из 2‑ядерного кластера Cortex-A35. Вычислительные возможности МК увеличивает процессор DSP компании Tensilica, который предназначен для аудио- и видеокодеков, а также для предварительной и последующей обработки данных, благодаря которому высвобождаются ресурсы ЦП. Структурная схема МК представлена на рисунке 2. Кратко перечислим основные особенности ЦП Cortex-A35:

электронные компоненты №01 2020

Микроконтроллеры и микропроцессоры

АЦП и ЦАП

4K (H265, 1080p60, H264 VP8)

67

Микроконтроллеры и микропроцессоры

68

Рис. 2. Структурная схема МК

–– 32‑Кбайт кэш команд уровня L1 для каждого ядра с защитой по четности; –– 32‑Кбайт кэш данных уровня L1 для каждого ядра с кодом исправления ошибок (ECC); –– 512‑Кбайт кэш уровня L2 для всех ядер с кодом ECC; –– сопроцессор SIMD и блок для работы с плавающими числами; –– криптоускорители. Упомянем и основные особенности ядра Cortex-M4F: –– 16 ‑Кбайт кэш команд с защитой по четности; –– 16‑Кбайт системный кэш с защитой по четности; –– 256‑Кбайт тесно связанная память;

www.elcomdesign.ru

–– модуль FPU операций с числами с плавающей запятой; –– модуль защиты памяти MPU; –– модуль криптоускорителя MMCAU. Отметим еще системный контроллер SC, который управляет большей частью ресурсов МК и базируется на ядре Cortex-M4. Некоторые другие ресурсы МК мы рассмотрим в других разделах. Упрощенная структурная схема МК показана на рисунке 3. Модуль DB является коммутатором, обеспечивающим подключение подсистем МК к внешней памяти DRAM по схеме «точка–точка» через синхронный интерфейс SSI. Модуль непосредственно подключен к контроллеру памяти МК.

На рисунке 4 показано, как организована цепочка связи между подсистемой МК и внешней памятью DRAM. Для обслуживания прерываний в МК используется универсальный контроллер прерываний GIC компании ARM и модуль координаций прерываний, работающий в асинхронном режиме. Контроллер GIC связан только с процессорным кластером Cortex-A35, а модуль координации прерываний осуществляет маршрутизацию прерываний между Cortex-A35, Cortex-M4F и системным контроллером SC. Структурная схема их взаимодействия показана на рисунке 5. В качестве источника тактовой частоты МК i.MX8X использует два внешних

Рис. 3. Упрощенная структурная схема МК

Системный контроллер SC

Отметим интересную особенность архитектуры МК. Процессорные подсис тем ы Cor te x-A 35 и Cor te x- M4F не имеют прямого доступа к ресурсам МК – им доступны эти ресурсы только через системный контроллер SC. Такая организация позволяет лучше изолировать процессорные подсистемы и освободить их от рутинных операций. Коммуникация меж ду процессорными подсистемами и системным контроллером SC ос ущес тв ляетс я через модули обмена сообщениями MU. Системный контроллер обеспечивает: -- загрузку и инициализацию; -- коммуникации; -- управление питанием; -- управление ресурсами; -- конфигурацию внешних выводов; -- управление таймерами; -- управление прерываниями; -- некоторые дополнительные сервисы. Структурная схема верхнего иерархического уровня контроллера SC показана на рисунке 6. Заметим, что процессорное ядро Cortex-M4F, входящее в состав контроллера SC, используется только контроллером и не доступно пользователю. Внутренние прерывания обслуживаются контроллером, но до восьми локальных прерываний

Рис. 4. Цепочка связи между подсистемой МК и внешней памятью DRAM

Микроконтроллеры и микропроцессоры

осциллятора с частотой 32 кГц и 24 МГц и нестабилизированный встроенный осциллятор 200 МГц. Каждая подсистема имеет свою достаточно разветвленную схему тактирования. Внешний 24‑МГц осциллятор служит источником главной частоты для всех подсистем. Безопасность МК обеспечивает подсистема безопасности SECO. В ее состав входят следующие модули: –– ADM – модуль ау тентификации отладки; –– CAAM – аппаратный криптоускоритель, который реализует хэшфункцию и генератор случайных чисел RNG; –– защищенная 64‑Кбайт SRAM с контролем доступа и стиранием ключей; –– IEE – модуль шифрования/дешифрования, который производит кодирование и декодирование данных «на лету»; –– контроллер безопасности на ядре Cortex-М0+; –– SNVS – защищенное энергонезависимое хранилище данных; –– OTP – хранение ключей; –– MU – модуль сообщений. Четыре модуля MU позволяют подсистеме безопасности обмениваться сообщениями с системным контроллером и с Cortex-M4F, Cortex-M7.

69

Рис. 5. Структурная схема организации прерываний в МК

могут быть направлены для обслуживания другими ресурсами. За счет управления внутренними шинами контроллер поддерживает одновременную работу нескольких сред.

Для пробуждения системы используется асинхронный контроллер пробуждения AWIC. Контроллер с низким энергопотреблением LPC реализует выход контроллера SC из режима глубокого сна.

электронные компоненты №01 2020

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Рис. 6. Структурная схема верхнего иерархического уровня контроллера SC

70

Управление питанием, тактированием и сбросом также осуществляется системным контроллером, как и управление ресурсами МК. В последнем случае контроллер SC распределяет периферийные устройства и области памяти между несколькими выполняемыми задачами. Память

Интерфейс внешней памяти DRAM состоит из модуля DB, который реализует непосредственное подключение к интерфейсу DRAM через несколько портов МК. Ширина шины на стороне PHY составляет 32 бит, частота тактирования шины – 1200 МГц. Интерфейс обеспечивает арбитраж для всех подсистем и периферийных модулей. В состав подсистемы памяти входит монитор производительности памяти, который подсчитывает число обращений со стороны интерфейса AXI и контроллера DDRC памяти DRAM, а также отслеживает число считываний из памяти LPDDR3/LPDDR4. В состав монитора входит несколько счетчиков; один из них отсчитывает число циклов, другие считают количество служебных сигналов. При переполнении счетчиков формируется прерывание. Контроллер памяти DDRC вносит минимальную задержку и имеет низкое энергопотребление. Он поддерживает память DDR3‑L и LP-DDR4 и преобразует транзакции системной шины в команды протокола интерфейса DFI, соответствующего протоколу DDR. Кратко перечислим некоторые функциональные возможности контроллера: -- динамическое планирование запросов, позволяющее уменьшить задержку и увеличить производительность памяти; -- чтение и запись буферов ассоциативной памяти; -- задержка записи для оптимизации производительности шины данных DRAM; -- выполнение команд вне очереди; - - поддержка трех типов чтения: с высоким приоритетом; с переменным приоритетом; с низким приоритетом;

-- поддержка двух типов записи: с обычным приоритетом; с переменным приоритетом; -- включение режима пониженного энергопотребления DRAM при отсутствии транзакций. Помимо интерфейса для DRAM предусмотрены интерфейсы: -- Quad SPI для связи с ПЛИС; -- 2×Quad SPI или 1×Octal SPI (FlexSPI) для подключения загрузочной флэш-памяти SPI NOR; -- 2×SD 3.0; -- eMMC5.1/SD3.0; -- RAW NAND. Подсистемы дисплея, камеры и обработки изображения

Эти подсистемы связывает шины передачи pixel link1. Связь между подсистемами показана на рисунке 7. Один из выходных каналов контроллера дисплея может быть скопирован в интерфейс сигналов изображений ISI, в котором происходит предварительная обработка пиксельных данных, после чего эти данные сохраняются в памяти. Модуль ISI может обрабатывать пиксельные данные из трех источников. Для обработки данных используется до восьми каналов. Один и тот же поток данных может быть направлен одновременно в разные каналы, например, если требуется получить полноразмерную и уменьшенную версии изображения. В канале обработки производится масштабирование сигнала, преобразование цветовых форматов, удаление гребенки (de-interlacing) и формирование выходного буфера. После предобработки модуль ISI пересылает данные в память. Контроллер дисплея DC полностью поддерживает два ЖКД; чтение контента осуществляется из буфера памяти. Контроллер представляет собой 3‑канальный блок обработки изображений, который выполняет операции масштабирования, слияния, поворота и деформирования изображения. В его состав входит модуль передачи фрагмента растрового изображения (Blit engine), который позволяет выполнять преобразования из памяти в память.

1 Мы не смогли найти достаточно короткий перевод термина pixel link и потому решили оставить его как есть. Фактически это специальная шина для передачи пиксельных данных, включая цветовую кодировку.

www.elcomdesign.ru

Встроенный механизм секвенсора команд выполняет последовательность команд, извлекаемых контроллером из памяти, без помощи ЦП. Обработанные изображения передаются через два интерфейса – MIPI-DSI/LVDS. Пос ледовательный интерфейс камеры CSI камеры может передавать до четырех потоков данных и преобразовывать их во внутренний пиксельный формат МК для MIPI-DSI/LVDS. Параллельный интерфейс камеры также преобразует входные сигналы камеры во внутренний пиксельный формат МК. Подсистема обработки изображений состоит из интерфейса сигналов изображения ISI, энкодера MJPEG и декодера MJPEG. Она может получать данные из трех источников (MIPI CSI, DC0, параллельный интерфейс) и записывать их в память. Подсистема способна в реальном времени кодировать и декодировать потоки JPEG. Кодер и декодер работают независимо друг от друга; максимальная производительность каждого из них составляет 400 Мпикс. Поддерживаются форматы YUV444, YUV422, YUV420, RGB. Четыре контекста выполняют разные наборы команд независимо друг от друга. В состав подсистемы параллельного захвата данных входит параллельный интерфейс BT 656 и связанные с ним периферийные модули. Эта подсистема коммутируется с параллельным интерфейсом камеры. Поддерживаются форматы RGB, RAW и YUV 422. Модуль ШИМ используется для тактирования интерфейса камеры. Подсистема MIPI CSI обрабатывает все входные данные устройств отображения – камер и датчиков. Контроллер подсистемы реализует все три уровня интерфейса – пикселы,

нижний уровень и управление линиями данных, 1–4 линии. Скорость передачи данных по каждой линии варьируется в пределах 80 Мбит/с…1 Гбит/с; в этом случае обеспечивается изображение с размерностью 4K при 30 кадрах/с. В режиме низкого энергопотребления скорость передачи данных снижается до 10 Мбит/с. Кроме того, поддерживается режим очень малого энергопотребления ULPS. Подсистема имеет важное значение, поэтому ее описание дополнит структурная схема (см. рис. 8). На ней достаточно подробно показаны все связи подсистемы. Через локальный интерфейс пользователь получает пакеты от интерфейса MIPI. Подсистема MIPI-DSI/LVDS – часть дисплейного интерфейса DI, которую можно подключить к контроллеру дисплея через шины pixel link. Эта подсистема может быть связана с MIPI-DSI или дисплейным интерфейсом LVDS. Она поддерживает до четырех линий интерфейса DSI и дисплеи, начиная с QQVGA с разрешением 160×120 пикс. и заканчивая WUXGA с разрешением 1920×1200 пикс., с глубиной цветности 24 бит и 60 кадрами/с. Подсистема интерфейса ISI через шины pixel link может взаимодействовать с пятью источниками сигналов. В ней происходит конвейерная обработка данных; каждый конвейер обрабатывает одну строку изображения. Поддерживается размерность 4K при 30 кадрах/с и глубине цветности 24 бит. Параллельный интерфейс захвата данных PI_CI подключается к параллельным интерфейсам камеры. Максимальная частота тактового сигнала составляет 150 МГц. Входные данные могут иметь следующие форматы:

электронные компоненты №01 2020

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Рис. 7. Коммуникации между подсистемами дисплея, камеры и обработки изображения

71

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Рис. 8. Структурная схема подсистемы MIPI CSI

–– 8/10‑бит интерфейс CSI; –– 8/24‑бит RGB, YCbCr, YUV; –– 8/12/10/16‑бит данные фильтров Байера. Ко н т р о л л е р д и с п л е я я в л я е т с я основным модулем, управляющим

72

Рис. 9. Структурная схема аудиоподсистемы ADMA

www.elcomdesign.ru

дисплеями. Он может управлять тремя независимыми ЖКД через два интерфейса MIPI или LVDS и через один параллельный интерфейс. В изображении комбинируются до 18 слоев. Контроллер имеет высокую устойчи-

вость к отказам даже в случае сбоя программного обеспечения. В состав каж дого из дву х PHY-интерфейсов MIPI-DSI/LVDS входят четыре линии MIPI-DSI и четыре линии LVDS. Интерфейсы могут быть объединены в еди-

ный двухканальный интерфейс LVDS. Параллельный 24‑бит интерфейс имеет пропускную способность 720p60, но пропускная способность памяти DDR может ограничивать разрешение. Подсистема ADMA аудио и DMA

Графический процессор GPU

В состав процессора входят 16 шейдерных ядер Vec1 и четыре шейдерных ядра Vec4. Процессор поддерживает 2D-, 3D- и век-

Микроконтроллеры и микропроцессоры

В состав подсистемы ADMA входят аудиоустройства и некоторые системные модули. Структурная схема ADMA приведена на рисунке 9. Рисунок лучше всяких слов расскажет о построении ADMA, в которой нет уникальных устройств, поэтому мы в этом разделе ограничимся перечислением основных модулей и их очень кратким описанием. Мы сделаем лишь небольшое исключение для аудиопроцессора HiFi4. Главные функции ADMA: -- управление аудиопериферией, DSP и некоторыми модулями обработки данных; -- использование усовершенствованного модуля eDMA 3‑го поколения для пересылки данных между медленной периферией и памятью. В общей сложности используются четыре контроллера eDMA, каждый из которых связан со своим набором периферийных модулей; -- управление универсальным контроллером прерываний GIC. Мультиплексор тактовых частот ACM распределяет тактовую частоту в подсистеме ADMA. Аудиомикшер AMIX смешивает два аудиопотока, каждый из которых состоит из восьми каналов, подключенных к выделенным портам синхронного аудиоинтерфейса SAI. Асинхронный преобразователь частоты выборки ASRC осуществляет импульсно-кодовую модуляцию (PCM). Усовершенствованные синхронный аудиоинтерфейс представляет собой много-

канальный дуплексный последовательный порт для связи с аудиоустройствами. 8‑канальный таймер FTM поддерживает операции захвата входного сигнала, сравнение выходного сигнала и генерацию ШИМ. Контроллер LCDIF управляет широким рядом индицирующих устройств. Цифровой интерфейс Sony/Philips SPDIF поддерживает прием и передачу данных в стандарте IEC60958. Универсальный таймер GPT используется для восстановления частоты тактирования. Аудиопроцессор HiFi4, разработанный компанией Tensilica, является SIMD-процессором и служит для предварительной и окончательно обработки аудиосигналов. В состав процессора входят три основных компонента: модуль DSP, модуль для работы с числами с плавающей запятой и модуль для доступа, кодирования и декодирования потока переменной длины (код Хаффмана). Процессор HiFi4 может одновременно осуществлять операции с двумя 32‑бит или четырьмя 16‑бит переменными. Например, за одну операцию сложения выполняются два 32‑бит сложения одновременно. Умножители процессора осуществляют умножение четырех 32‑бит операндов. Специальные скалярные операции типа 32×16 и 16×16 позволяют реализовать до восьми умножений за один цикл. 16‑бит операции требуются для поддержки модели ITU-T/ETSI. Операции 32×16 и 32‑бит операции могут осуществляться с целыми числами и с числами с фиксированной запятой. В HiFi4 исполняются VLIW-команды, что позволяет производить четыре операции одновременно.

73

Рис. 10. Структурная схема процессора GPU

электронные компоненты №01 2020

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Рис. 11. Упрощенная структурная схема подсистемы VPU

74

торную графику, а также открытые стандарты в нескольких операционных системах. Перечислим основные графические API: –– OpenGL ES 3.1/3.0; –– OpenGL ES 2.0/1.1; –– EGL 1.4; –– DirectX 11 (9_3); –– OpenGL 3.1/3.0; –– OpenGL 2.1/2.0; –– OpenVG 1.1; –– OpenCL 1.2 FP/1.1 FP w/Global memory. Структурная схема процессора приведена на рисунке 10. Через интерфейс хоста и шины AXI или AHB процессор подключается к внешней памяти и к служебным сигналам. Контроллер памяти управляет внутренней памятью процессора. Модуль выборки Fetch Engine встраивает высокоуровневые примитивы и команды в графический конвейер, где происходит их сборка для дальнейшей обработки. Модуль с фиксированными функциями обработки преобразует треугольники и линии в пикселы, определяет координаты текстуры (максимальный размер текстуры составляет 8k×8k), осуществляет графическое усечение. Этот же модуль производит фильтрацию и интерполяцию графических данных. Блок текстуры обрабатывает два пиксела за 1 цикл. Модуль с программируемыми функциями является SIMD-вычислителем – он выполняет функции вершинного шейдера.

www.elcomdesign.ru

Заметим, что процессор GPU программируется через драйверы NXP. Компания не поддерживает программное обеспечение, с помощью которого программируются регистры GPU. API-интерфейсы GPU представлены в отдельной документации. Видеопроцессор VPU

Упрощенная структурная схема подсистемы приведена на рисунке 11. VPU базируется на многоформатном аппаратном видеодекодере MFD, в состав которого входят два ядра Cortex-М0+ с 16‑Кбайт флэш-памятью, и видеоэнкодере. Регистры XMEM служат для обмена данными с памятью DDR, а XREG обеспечивают доступ со стороны регистров МК. Видеодекодер поддерживает следующие форматы: –– H.265 HEVC 4Kp30 Level 5.0; –– H.264 AVC; –– H.264 MVC; –– WMV9/VC‑1; –– MPEG 1 и 2; –– AVS Jizhun Profile (JP); –– MJPEG4.2 ASP, H.263; –– Divx 3.11; –– ON2/Google VP6/VP8; –– RealVideo 8/9/10; –– JPEG и MJPEG A/B Baseline.

Разработка приложений для СнК SmartFusion2 с использованием Libero SoC и SoftConsole Экосистема Microsemi для управления электродвигателями Петр Поздняков, ppg@gamma.spb.ru

В статье анализируются преимущества использования ПЛИС при построении систем управления вентильными двигателями, дается краткое описание IP-ядер Microsemi Motor Control Solutions, и описывается разработка проекта СнК SmartFusion2 по управлению шаговым двигателем.

Рис. 1. Сравнение эффективности двигателей разных типов

Кроме того, благодаря высокой скорости вращения ротора двигатели BLDC/PMSM вне конкуренции при создании прецизионных станков с ЧПУ для обработки металлов. В сфере транспорта появилась целая ниша устройств на электрической тяге с использованием синхронных бесколлекторных двигателей. Таким образом, отличные электрические и эксплуатационные характеристики делают бесколлекторные двигатели на постоянных магнитах основным типом двигателей в промышленности и транспорте на ближайшие десятилетия. Долгое время использование BLDC и PMSM сдерживалось отсутствием дешевых и надежных контроллеров

управления. Однако успехи в микрои силовой электронике последнего десятилетия выводят использование вентильных двигателей на новый уровень. Производители предлагают целый ряд технических решений, в которых в качестве звена, реализующего управление двигателем, обычно выступает один из четырех типов элементов: -- микроконтроллер; -- микропроцессор общего назначения; -- цифровой сигнальный процессор; -- ПЛИС и СнК. Сравним между собой предлагаемые варианты по стабильности управления, быстродействию, способности одновременно работать с двигателя-

электронные компоненты №01 2020

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

В России промышленные предприятия потребляют почти половину произведенной электроэнергии [1]. Самыми распространенными потребителями энергии в промышленности (около 60%) являются электродвигатели. Федеральным законом № 261 ФЗ РФ от 03.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» рациональное использование энергетических ресурсов отнесено к проблемам государственной важности. В странах Европейского союза с ущес твенно изменились требования к электрическим приводам пос ле запрета на применение элек тродвигателей стандартной энергоэффективности [2], введенного в 2011 г. Таким образом, освоение энергоэффек тивных электродвигателей становится ведущей мировой тенденцией. Результатом реализации указанного тренда оказывается все большее использование в промышленности и транспорте бесколлекторных двигателей постоянного тока на основе перманентных магнитов NeFeB типа BLDC и PMSM. В сравнении с популярным в промышленности асинхронным двигателем, у двигателей BLDC и PMSM – более высокий КПД (см. рис. 1), предпочтительные массогабаритные характеристики, высокая максимальная скорость вращения ротора, низкий ток холостого хода, малая шумность, эффективный теплоотвод, близкий к единице коэффициент мощности и, соответственно, низкие потери в электросетях.

75

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

76

ми разных типов, многозадачности и надежности. Имеющиес я микроконтроллеры и микропроцессоры имеют аппаратные и програм мные прерывания, а также схемы, структуры и приоритеты для этих прерываний. Существует механизм маскирования прерываний, однако у него имеются ограничения. Некоторые из немаскированных прерываний считаются критическими, обладают более высоким приоритетом выполнения. Наличие таких прерываний у микроконтроллеров и процессоров, используемых для управления двигателем, приводит к фактическому прерыванию алгоритма управления двигателем до завершения процедуры обслуживания прерывания (ISR). Продолжительность выполнения ISR варьиру ю тс я в шир ок и х пр е де ла х , ч то приводит к недетерминированности времени выполнения цикла управления двигателем. Поскольку производительность микроконтроллеров и без того оставляет желать лучшего, оба этих фактора (низкая производительность и отсутствие детерминизма времени отработки следящей системы) не позволяют строить на основе микроконтроллеров системы управления несколькими двигателями, особенно использующими разные принципы управления (например, сочетание шагового двигателя и BLDC). Микропроцессоры, процессоры цифровой обработки сигналов (ЦОС, или DSP) имеют более высокое быстродействие в сравнении с микроконтроллерами, но по указанным выше причинам и они не позволяют организовать на практике одновременное управление более чем двумя–тремя двигателями, тем более двигателями разных типов. В противоположность микроконтроллерам и процессорам, длительнос ть времени отработки кольца системы управления, выполненной на основе ПЛИС, жестко детерминирована и ограничена во времени, что позволяет проектам управления ВД, выполненным на ПЛИС, достичь более

высоких частот переключения вентилей. В частности, на основе ПЛИС и предлагаемых Microsemi IP-ядер имеется возможность построить систему управления электродвигателем с постоянной времени отработки контура управления до 1 мкс, т. е. реализовать контроллер для управления BLDC со скоростью вращения ротора 100 000 RPM и выше. Время отработки контроллером цикла управления двигателем имеет решающее значение для высокоскоростных приводов, которые требуют высокой частоты переключения порядка сотен кГц. Для эффективной работы двигателя обязательно выполнять алгоритм управления с частотой переключения. Несмотря на то, что двигателем можно управлять, обновляя выход контроллера один раз за несколько периодов ШИМ, к чему часто прибегают при разработке систем на основе микроконтроллеров, такой способ может привести к появлению пульсаций крутящего момента и возникновению механических гармоник. Подобные явления ведут к повышенному износу элементов привода и нагрузки, появлению шума, а также снижению жесткости следящей системы и дополнительным погрешностям при обработке деталей. Следующий недостаток решений на микроконтроллерах и процессорах при работе с двигателями различной природы – сложность алгоритма при управлении несколькими двигателями. Если в системе используется более одного типа двигателя, алгоритмы управления, реализованные на микроконтроллерах и процессорах, решения получаются столь громоздкими, что их трудно полностью проверить и сертифицировать для ответственных применений. Параллельные вычислительные возможности ПЛИС позволяют работать с несколькими двигателями на высокой частоте без ущерба для производительности и эффективности (см. рис. 2). На диаграмме ПЛИС циклы управления отдельными двигателями разнесены во времени намеренно для снижения частоты одновременного срабатывания

ключей и бросков тока при одновременном переключении. Циклы управления можно полностью синхронизировать. К лючевым свойс твом сис темы, от которой зависят жизнь и здоровье людей, является надежность. Применительно к электрическим приводам выделяют несколько аспектов надежности. Один из них связан со способностью работы контроллера при экстремальных температурах, в т. ч. за пределами «промышленного» диапазона температур (–40…85°C) при условии колебаний питающего напряжения. Другой аспект связан с эксплуатацией в условиях воздействия радиации (медицинские сканеры, ядерные установки, системы наведения на атомных подводных лодках или ракетах, управление солнечными батареями на космических аппаратах и т. д.). Третьим аспектом надежности является долговечность. В результате неэффективного управления двигателем из-за пульсаций крутящего момента и появления механических гармоник на валу происходит повышенный износ двигателей и механических элементов полезной нагрузки привода. Четвертый аспект относится к фактическому энергопотреблению, а для компактных двигателей или систем – к контролю тепловыделения. ПЛИС Microsemi IGLOO2 имеют наименьшую в отрасли статическую динамическую потребляемую мощность. Низкое потребление ПЛИС Igloo2 и, как следствие, низкое тепловыделение, устраняет необходимость тратить силы и ресурсы на решение проблем теплоотвода. Диапазон рабочей температуры всех ПЛИС Microsemi IGLOO2, SmartFusion2 [3–4] в исполнении Automotive grade 2 составляет –55…125°C, а IGLOO2 выпускаются также в варианте Automotive grade 1 с максимальной температурой перехода 135°C. Микроконтроллеры, MPU и DSP уязвимы к мгновенным эффектам воздействия радиации типа «одиночный сбой» (SEU). Конфигурация Microsemi FPGA на основе флэш-памяти отличается тем, что не подвержена влиянию одиночных сбоев. Заявленные

Рис. 2. Реализация параллелизма на ПЛИС и микроконтроллере при управлении несколькими электродвигателями

www.elcomdesign.ru

Рис. 3. ПЛИС IGLOO2 и СнК SmartFusion2

производителем характеристики свидетельствуют о том, что даже микросхемы коммерческих семейств SmartFusion2, IGLOO2 могут работать 20 лет без сбоев конфигурации на высотах от уровня земли до низких орбит космических аппаратов.

Рис. 4. RTG4 и LX7720

Рис. 6. Типовая схема управления вентильным двигателем

электронные компоненты №01 2020

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

Рис. 5. Каталог IP-ядер Solutions-MotorControl

Таким образом, можно заключить, что если вы хотите сделать контроллер для вентилятора на рабочем столе и жужжание электромотора вас не раздражает, а внезапный выход из строя не сильно огорчит, то лучше взять в интернете готовое решение на основе дешевого микроконтроллера. Если же необходимо сделать многоосевой привод промышленного манипулятора, к которому предъявляются высокие требования по надежности, точности обработки поверхности и шумности, то к выбору комплектующих придется подойти более ответственно. Очень тщательно требуется выбирать компоненты для устройств, от которых зависят жизнь и здоровье людей. К этим устройствам относятся, например, привод топливного насоса авиационного двигателя, который должен надежно работать в широком температурном диапазоне и быть устойчивым к воздействию космических излучений во время полета на большой высоте.

Microsemi предлагает экосистему на основе ПЛИС для разработчиков систем управления BLDC/PMSM, шаговыми и асинхронными двигателями для ответственных применений. В эту экосистему входят: 1) ПЛИС IGLOO2, RTG4 и СнК SmartFusion2; 2) наб ор IP- я дер д ля р еа лиз ации в микросхемах упомянутых семейств; 3) отладочный набор Microsemi Dual-Axis Motor Control Kit; 4) программное обеспечение для взаимодействия с СнК отладочного набора и управления двигателями, подключенными к набору; 5) радиационно - с тойкий контроллер вентильного двигателя LX7720 с интерфейсом для подключения индуктивного датчика углового положения. Первый компонент экосистемы – собственно микро­схемы. Для разработки контроллеров двигателей для применения в промышленности и авиации Microsemi рекомендует ПЛИС IGLOO2 и СнК SmartFusion2 (см. рис. 3). Для реализации приводов, используемых на космическом аппарате или АЭС, подойдут радиационно-стойкие ПЛИС RT PolarFire,

77

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

RTG4 и радиационно-стойкий драйвер вентильных двигателей LX7720 (см. рис. 4) с интерфейсом для подключения датчика углового положения вала. Для разработки систем управления двигателями Microsemi предлагает целый набор IP-ядер (см. рис. 5), которые применяются с коммерческими микросхемами семейств SmartFusion2 и IGLOO2 и радиационностойкими микросхемами космического назначения RTG4. Для лучшего понимания функционального назначения каждого из ядер рассмотрим типовую схему управления (см. рис. 6). Структурными элементами устройства являются: -- датчик тока или датчик углового положения вала двигателя; -- пропорционально-интегральный регулятор; -- контроллер векторного управления; -- векторный широтно-импульсный модулятор; -- трехфазный широтно-импульсный модулятор. Корпорация Microsemi предлагает реализацию всех указанных блоков в виде IP-ядер, которые имеются в ката-

логе среды разработки (см. рис. 5), в т. ч. с бесплатной лицензией Silver на среду разработки. Опишем кратко функциональное назначение IP-ядер, предс тав ленных в каталоге. Начнем с IP-ядра FOC Transforms. Это IP-ядро выполняет следующие самые важные действия при векторном управлении электродвигателем.

1. Прямое и обратное преобразование Кларка – преобразование координат из неподвижной трехфазной системы координат в неподвижную декартову (прямое) и обратно (обратное).

2. Прямое и обратное преобразование Парка – преобразование из неподвижной декартовой системы координат (ДСК), связанной со статором, в подвижную ДСК, связанную с ротором. Подробно о векторном регулировании и об используемых для этого математических преобразованиях см. [5]. Следующий элемент, без которого не обойдется система управления BLDC, PMSM или асинхронным двигателем, – трехфазный широтно-импульсный модулятор Three Phase PWM (см. рис. 7).

Рис. 7. IP-ядро трехфазного ШИМ-модулятора

Рис. 8. IP-ядро генератора углового положения шагового двигателя

Рис. 9. Полношаговый режим

Рис. 10. Полушаговый режим

Рис. 11. Четвертьшаговый режим

Рис. 12. Микрошаговый режим. Размер микрошага равен 1/1024 от полного шага

78

www.elcomdesign.ru

Рис. 13. Пользовательский компонент для коммуникации с микроконтроллерной подсистемой

до появления ШИМ-сигналов на контактах микросхемы. При этом проект прост для понимания, поскольку не имеет обратных связей и ПИ-регуляторов по скорости и угловому положению ротора. Более сложный вариант системы с обратными связями мы рассмотрим на примере BLDC в одной из следующих статей цикла. Итак, для создания простейшего проекта SoC по управлению шаговым двигателем на рабочее поле редактора SmartDesign к описанным выше IP-ядрам FOC Transforms и Three Phase PWM остается добавить ядра PWMScaling для согласования амплитуд сигналов фазовых напряжений с выхода FOC Transforms на вход Three Phase PWM и IP-ядро – синтезатор значений угла в цифровой форме Stepper Angle Generation. Обычный шаговый двигатель имеет небольшое фиксированное чис ло шаго в. Пр и в ып олн е нии к а ж до го шага возникают пульсации крутящего момента, которые приводят к потерям мощности двигателя. IP-ядро Stepper Angle Generation (см. рис. 8) позволяет работать с шаговым двигателем в т. н. микрошаговом режиме. На рисунках 9–12 показан переход от полношагового к микрошаговому режиму. Использование микрошагового режима позволяет значительно уменьшить пульсации момента, сократить потери мощности, а в сочетании с другими IP-ядрами из каталога Motor Control Solutions среды разработки Libero SoC – снизить риск пропуска шага при торможении и ускорении.

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

На вход данного IP-ядра подаются 18‑разрядные значения глубины заполнения ШИМ по каждой из трех фаз. Каждому входному сигналу IP-ядра сопоставлена пара выходных сигналов PWM_xH и PWM_xL для управления верхним и нижним ключами, коммутирующими токи на обмотки электродвигателя. Эти сигналы промодулированы широтноимпульсной модуляцией в соответствии с входными значениями на управляющих входах vx_i [17:0] и обычно подаются на драйверы силовых транзисторов или тиристоров. Для установки периода ШИМ IP-ядро имеет вход pwm_period. Значение периода ШИМ на этом входе устанавливается в цифровом виде и измеряется в числе периодов тактирующего сигнала sys_clk_i. Кроме того,

имеется вход для установки «мертвого» времени, т. е. запрещенного интервала между выключением верхнего ключа и включением нижнего для предотвращения короткого замыкания вследствие переходных процессов на ключах. Значение «мертвого» времени задается также в количестве периодов тактирующего сигнала. Кроме того, предусмотрен вход для установки величины задержки, используемой для уменьшения бросков тока вследствие одновременного срабатывания нескольких ключей при наличии в системе более одного двигателя. Кроме описанных выше, в каталоге SolutionMotorControl имеются IP-ядра пропорционально интегрального (ПИ) рег улятора, интерфейса энкодера для измерения углового положения вала с выдачей результата в цифровой форме, контроллера для работы с датчиком Холла, ядра для нормализации амплитуд значений токов и напряжений в обмотках двигателя при работе по обратной связи по ЭДС двигателя, IP-ядро – ограничитель скорости, ядро для начального пуска электродвигателя с разрывом петли обратной связи и ряд других полезных IP-ядер. Особенности их работы мы рассмотрим в одной из следующих статей при сборке проекта управления BLDC. Для знакомства с экосистемой разработки электроприводов Microsemi создадим первый прос той проек т по управлению шаговым двигателем. Пример с шаговым двигателем хорош тем, что позволяет проследить прохождение сигналов управления от генератора значений угла в цифровой форме

79

Рис. 14. Отладочный набор Dual-axis Motor Control Starter Kit

электронные компоненты №01 2020

Рис. 15. Отладочный набор M2S-GammaRayKIT

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

Рис. 16. Модуль драйвера электродвигателей на основе L296D

80

Рис. 17. Верхний уровень проекта СнК по управлению шаговым двигателем

www.elcomdesign.ru

Ядро Stepper Angle Generation может работать в двух режимах управления скоростью вращения ротора и угловым положением, выраженном в количестве микрошагов. Количество микрошагов устанавливается значением на входе rate_limit. Управлять работой двигателя мы будем, записывая в регистры значения, отправляемые из приложения на ПК по UART в микроконтроллерную подсистему. Для этого нам понадобится компонент, который подключается к микроконтроллерной подсистеме SmartFusion2 по шине APB3, а выходные сигналы – к входным сигналам IP-ядер из библиотеки среды разработки. Технология разработки подобных компонентов описана в предыдущей статье цикла. Исходный код компонента доступен в папке Source архива с проектом. Компонент имеет все необходимые сигналы для управления шаговым двигателем (см. рис. 13). Для изучения возможностей IP-ядер Microsemi по управлению электродвигателей разных типов компания предлагает воспользоваться отладочным набором SmartFusion2 Dual-axis Motor Control Starter Kit (см. рис. 14). К набору прилагается комплект программного обеспечения для работы с шаговым двигателем и бесколлекторным двигателем постоянного тока. Однако ничто не мешает пойти по пути использования дешевого набора M2S-GammaRayKIT (см. рис. 15) [5], бюджетных драйверов электродвигателей из электронных интернет-магазинов (см. рис. 16) и написать утилиту для управления мотором. Итак, собираем проект в соответствии с рекомендациями в первых статьях цикла для микросхемы и доступных в руководствах программиста (см. рис. 17). Загружаем прошивку в кристалл, инициализируем значения регистров с помощью утилиты (см. рис. 18) и наслаждаемся плавной и беззвучной работой шагового двигателя в микрошаговом режиме (см. рис. 19).

Рис. 18. Реализация компонента StpCtrl на основе IP-ядер Microsemi Motor Control Solution

Рис. 19. Приложение ПК для управления шаговым двигателем

Проек ты сис темы-на-крис талле и встроенного программного обеспечения, описанные в этой статье, доступны по ссылке [7].

Литература 1. Бушанский С. В. Анализ рынка электро­ двигателей и их импортозамещение. ТПУ.

2015.

2. IEC 60034–30//www.reduktor-mex.ru/ catalog/undefinedstandart_iec_60034–30.

3. IglOO2 GPGA//www.gamma.spb.ru/ produktsiya/plis-i‑snk/microchip-microsemifpga/flash-fpgas/igloo2‑fpga.

4. SmartFusion2 SoC FPGA//www.gamma. spb.ru/produktsiya/plis-i‑snk /microchipmicrosemi-fpga/soc-fpgas/smartfusion2‑socfpga.

5. Калачев Ю. Н. Векторное регулирова­ ние (заметки практика). ЭФО. 2013.

6. M2S-GammaRayKIT//www.gamma.spb.ru/ produktsiya/plis-i‑snk/microchip-microsemifpga/boards-kits/smartfusion2‑soc-fpgaboards-and-kits/gammaraykit.

7. w w w. d r i v e . g o o g l e . c o m / file/d/189_OsuZ6i0TXILFJghyHtTh9tRF5a-xt/ view?usp=sharing.

С р е д с т в а ра з ра б о т к и

nRF5340

81

Новый двухядернный флагман

Óëüòðàí ÝÊ - åäèíñòâåííûé ëîêàëüíûé äèñòðèáüþòîð Nordic Semiconductor" íà òåððèòîðèè ÅÀÝÑ http://ultran.ru

РЕКЛАМА

электронные компоненты №01 2020

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| НОВОСТИ КОМПАНИИ «ГАММА» |

Новые платформы ПЛИС с малой потребляемой мощностью от Lattice Semiconductor

Компания Lattice Semiconductor Corporation, ведущий производитель микросхем программируемой логики, анонсирует выпуск новой платформы ПЛИС Lattice Nexus с малым энергопотреблением. Lattice Nexus обеспечивает энергоэффективную производительность систем, являясь идеальным решением для широкого ряда применений: устройств искусственного интеллекта (ИИ) для интернета вещей, видео, аппаратной защиты, систем машинного зрения, инфраструктур 5G, систем автоматизации для промышленной и автомобильной отраслей. Новая платформа ПЛИС использует инновационные решения на каждом уровне проектирования, начиная с разработки и заканчивая схемной архитектурой. Она обеспечивает более высокую производительность системы при значительном снижении энергопотребления. Платформа удобна и проста в применении, т. к. создана на основе инновационных решений на системном уровне, объединяя в себе программное обеспечение для проектирования и готовые программные IP-блоки с оценочными платами, наборами и образцами для разработки. На уровне конструкции Lattice Nexus оптимизирует производительность системы в условиях меньшего энергопотребления. Так, оптимизация работы DSP-блоков в новой платформе и увеличение объема памяти микросхемы позволяют осуществлять более эффективные с точки зрения энергозатрат вычисления при использовании, например, алгоритмов логического вывода для ИИ, а также двукратно увеличивают скорость работы при двукратном снижении потребления мощности по сравнению с предыдущими ПЛИС.

Lattice Nexus разрабатывается с помощью технологии с полностью обедненным 28‑нм кремнием-на-изоляторе (FD-SOI) от Samsung. Технология обеспечивает на 50% меньше утечек от транзистора по сравнению с КМОП ИС на монолитных подложках, что дает значительный выигрыш Lattice Nexus по сравнению с другими ПЛИС.

НОВОС ТИ ТЕХНОЛОГИЙ

Повышение быстродействия ПЛИС с помощью новой САПР Lattice Radiant 2.0

82

Компания Lattice Semiconductor Corporation анонсирует выход новой версии ПО САПР Lattice Radiant 2.0 для ПЛИС. Новое ПО не только поддерживает устройства с высокоплотной компоновкой элементов, как, например, новые платформы CrossLink-NX, но и предлагает новые инструменты, которые позволят разрабатывать конструкции на основе ПЛИС от Lattice проще и быстрее. В обновленном ПО Radiant 2.0 имеются следующие инструменты и средства.

• Инструмент внутрисхемного устранения ошибок для отслеживания и исправления ошибок в реальном времени.

• Улучшенный анализатор времени, позволяющий более точно и аккуратно планировать трассировку, разводку и время такта во избежание перегрузок конструкции и проблем с перегревом.

• Редактор технических изменений (ECO), предназначенный для внесения последовательных изменений в разработку и исключающий необходимость в перекомпиляции всей базы данных ПЛИС.

• Анализатор системы единого входа (SSO), который отслеживает и анализирует целостность сигнала на отдельном выводе для проверки влияния на его производительность близкого расположения другого вывода.

Модуль многооборотного абсолютного магнитного энкодера с разрешением 50 бит и системой аккумуляции энергии от Broadcom

Новая серия энкодеров AS33‑M50M от Broadcom представляет собой абсолютные магнитные энкодеры с разрешением 50 бит: 18 бит на один оборот (ST) и 32 бит – на множественное число оборотов. Энкодеры данной серии оснащены системой аккумуляции энергии. Используемая технология преобразует вращающееся магнитное поле в электрическую энергию, которая, в свою очередь, питает схему слежения независимо от скорости и направления вращения вала энкодера. Благодаря этой системе нет потерь количества оборотов, даже если отсутствует внешний источник энергии. Система аккумуляции энергии не требует периодического обслуживания компонентов резервной батареи, а значит, и связанных с этим простоев. Для упрощения и целостности системы один магнитный блок отвечает за работу в режиме одного оборота и в многооборотном режиме. Серия энкодеров AS33‑M50M оснащена встроенным протоколом, который поддерживает и двухсторонний, и полудуплексный режим связи. Благодаря этому энкодер имеет хорошую стойкость к помехам, обеспечивает более надежную пере-

www.elcomdesign.ru

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

дачу данных со скоростью до 100 Мбит/с, а значит, пригоден для эксплуатации в жестких промышленных условиях. Энкодер с магнитной системой устойчив к попаданию загрязнений, пыли и отпечатков пальцев на сенсорный элемент. Таким образом, изделие требует менее строгого контроля и обслуживания в эксплуатации и может применяться в экстремальных условиях. Характеристики: • запатентованная технология аккумуляции энергии; • внешний диаметр энкодера: 33 мм; максимальная высота: 20 мм; • встроенный протокол связи (опция): стандартные SSI, BiSS C и полудуплексный интерфейс RS‑485; • встроенный датчик температуры; • диапазон рабочей температуры: –40…115°C; • магнитная система против загрязнения; • соответствие требованиям RoHS. Применение: • сервоприводы; • робототехника и автоматизация; • автоматизация производства; • специализированное оборудование.

Первая ПЛИС со встроенным приемопередатчиком Bluetooth от GOWIN Semiconductor

Дополнительную информацию и опытные образцы можно получить в ООО «Гамма Плюс»

Выборг: +7 (81378) 546-53; Москва: +7 (495) 788-1292; Санкт-Петербург: +7 (812) 321-6160; Екатеринбург: +7 (343) 286-7512; Ульяновск: +7 (8422) 256-939; info@icgamma.ru, www.icgamma.ru

электронные компоненты №01 2020

НОВОС ТИ ТЕХНОЛОГИЙ

GW1NRF – первая ПЛИС со встроенным приемопередатчиком Bluetooth для беспроводной передачи данных. Устройство оснащено полным стеком Bluetooth 5.0 LE (Low Energy) и 32‑бит ARM-процессором с малым энергопотреблением. Управление питанием осуществляется в режиме Power Disable с током 5 мА, пошагового понижающего/повышающего DC/DC-преобразователя для прямой подачи напряжения на устройство. Все эти опции дополняют стандартные функции ПЛИС семейства GOWIN Littlebee.

GW1NRF‑4 открывают совершенно новый набор применений, ранее недоступный в одном устройстве. Например, захват кадра с камеры, обработка изображения и передача его по Bluetooth осуществляются одним устройством в корпусе QFN48 размером 6×6 мм благодаря гибким портам ввода/вывода и БИС ПЛИС. Характеристики: • приемопередатчик Bluetooth LE 5.0; • ПЛИС 4.6K LUT; • 32‑бит микропроцессор.

83

Электромагнитные реле концерна TE Connectivity Игорь Колобов, инженер-разработчик

Пассивные компоненты

Электромагнитные реле – нечастые гости на страницах специализированных журналов. Среди некоторых разработчиков бытует мнение, что эти компоненты устарели и их использование считается дурным тоном. Однако это далеко не так – недаром их производят лидеры мирового рынка. В применении этого, казалось бы, простого компонента имеются небольшие хитрости, которые следует знать.

84

Иногда в технической литературе сравниваются твердотельные полупроводниковые переключательные устройства и элек тромеханические реле. Авторы этих материалов убедительно показывают превосходство первых над вторыми, забывая упомянуть, к сожалению, преимущества электромагнитные реле. К тому же, твердотельные переключатели и электромагнитные реле на сегодняшний день применяются в разных приложениях и очень редко конкурируют друг с другом. Из преимуществ электромеханических реле отметим следующие, на наш взгляд, наиболее важные.

1. Помехоустойчивость. Поскольк у трудно представить себе помеху, способную вызвать ложное срабатывание реле, даже при их эксплуатации в зашумленных промышленных системах можно быть уверенным в помехоустойчивости релейной схемы.

2. Гальваническая развязка между цепью управления (катушкой реле), контактной группой и между контактами реле. Электрическая прочность изоляции катушки и контактов достигает 5 кВ (СКЗ), а электрическая прочность изоляции между контактами контактной группы – 1,5 кВ (СКЗ).

3. Упрощенная система питания. Учитывая индук тивность кат ушки реле, для формирования напряжения питания достаточно простого двухполупериодного выпрямителя. Для обеспечения надежности следует использовать сглаживающий электролитический конденсатор, включенный параллельно катушкам реле. И еще одно очень специфическое преимущество – высочайшая радиационная стойкость по сравнению с полупроводниками, что может оказаться полезным при работе в горячих зонах

www.elcomdesign.ru

и в технике, предназначенной для ликвидации катастроф. По отмеченным причинам электромагнитные реле продолжают выпускать многие компании, среди которых и мировые лидеры рынка электроники. Без сомнения, к ним принадлежит и концерн TE Connectivity, в состав которого входит несколько компаний, поэтому производственная линейка электромеханических реле состоит не только из продукции TE Connectivity, но и из реле других производите лей, а именно: AGASTAT, AXICOM, CII, HARTMAN, KILOVAC, OEG, Potter and B r u m f i e l d , PR O D U C T S U N LI M I T ED, SCHRACK. Наверное, проще перечислить все звезды на небе, чем производимые концерном TE Connectivity электромагнитные реле, коих насчитывается свыше 11000 модификаций для всех возможных применений. Поэтому ограничимся перечислением типов реле.

–– Сигнальные реле для коммутации слаботочных сигналов.

–– Силовые реле для коммутации сильноточных сигналов.

–– Промежуточные реле.

–– Высоковольтные реле и контакторы для коммутации высоковольтных цепей с напряжением до 1800 кВ.

–– Реле времени для формирования временных сигналов.

–– Реле защиты цепей.

–– Реле для автомобильной электроники.

–– Реле для военной и авиакосмической промышленности. Несмотря на простоту устройства, даже при эксплуатации высококачественных реле от ведущих производителей требуется соблюдать определенные требования. Акцентируем внимание на двух особенностях. Если для формирования напряжения питания реле используется простой двухполупериод-

ный мост, то форма тока через обмотку реле будет пилообразной. Следовательно, необходимо убедиться, что минимальное значение тока через катушку заметно превышает величину тока отпускания реле даже с учетом его нагрева до максимальной температуры. Напомним, что при нагреве катушки ее сопротивление увеличивается, и потому уменьшается постоянная времени катушки, а также минимальное значение пульсирующего тока. Это обстоятельство следует учесть при выборе сглаживающего конденсатора. Уменьшение тока катушки до величины близкой к току удержания может отрицательно сказатьс я на сроке службы контактов реле с нормально открытыми контактами. Дело в том, что в сработанном состоянии на подвижный якорь реле действуют две силы – притяжение магнитного поля сердечника и противоположная ей сила возвратной пружины, стремящейся вернуть якорь в исходное положение. При уменьшении тока якоря уменьшается и сила его притяжения к сердечнику, а также плотность прилегания контактов, если мы имеем дело с нормально разомкнутым контактом, который замыкается при срабатывании реле. При этом может возрастать сопротивление контакта и, следовательно, его нагрев. При наступлении момента, когда значение тока катушки приблизится к величине тока удержания, возможно появление небольшого воздушного зазора между контактными поверхностями и даже возникновение дребезга контакта. При этом возникает искровой разряд и пригорание контактов. Особенно заметным это явление становится при повышенной шероховатости контактных поверхностей, возникающих при износе контактов. Аналогичные явления с контактами могут возникать и при отключении

Рис. 1. Снабберная цепь включена параллельно катушке реле

Рис. 2. Снабберная цепь включена параллельно клочу, коммутирующему катушку реле Таблица. Экспериментальные результаты отключения катушки реле при разных снабберных цепях Снабберная цепь

Время выключения реле, мс

Выброс отрицательного напряжения, В

1,5

750

Отсутствует Диод и стабилитрон 24 В

1,9

25

Диод и резистор 680 Ом

2,3

120

Диод и резистор 330 Ом

3,2

61

Диод и резистор 220 Ом

3,7

41

Диод и резистор 100 Ом

5,5

22

Диод и резистор 82 Ом

6,1

17

Диод

9,8

0,7

устройствах имеются нормально открытые и нормально закрытые контакты. Причем, за счет механической связи между ними при коммутации реле гарантируется, что не возникает состояние, когда одновременно замкнуты нормаль-

но открытые и нормально закрытые контакты; -- р е ле - п лагины д л я ус т ановк и на панели; -- сигнальные реле; -- реле для коммутации высокочастотных сигналов до 6 ГГц;

Рис. 3. Реле для монтажа на плату

электронные компоненты №01 2020

Пассивные компоненты

реле. Для того чтобы обезопасить ключ, коммутирующий катушку реле, сопротивление которой носит индуктивный характер, необходимо ввести в схему снабберные цепи. Однако некоторые из этих цепей существенно замедляют отключение реле; при этом замедляется и процесс размыкания контактов, что порождает описанные выше негативные последствия. На рисунках 1–2 схематично показаны способы размещения снабберных цепей. Если мы имеем дело с реле с нормально разомкнутыми контактами, необходимо ускорить процесс его отключения. Стандартным решением снабберной цепи является обратный параллельный диод, но в этом случае постоянная времени цепи максимальна, и потому время коммутации тоже максимально. Для уменьшения постоянной времени можно последовательно с обратным диодом включить резистор; при этом уменьшается постоянная времени цепи, но увеличивается выброс напряжения обратной полярности. Минимальное время выключения достигается, если последовательно с обратным диодом включить стабилитрон. Именно такой вариант рекомендует компания Siemens. Ее рекомендации подтверждаются данными таблицы с экспериментальными результатами, полученными при использовании снабберных цепей при отключении реле с номинальным сопротивлением катушки 13,5 В и сопротивлением 55 Ом. Заметим, что все приведенные выше рассуждения справедливы для реле с нормально открытыми контактами. Для реле с нормально закрытыми контактами картина меняется на противоположную – медленное выключение реле приводит к замедлению движения якоря и, следовательно, к меньшей скорости соударения нормально замкнутых контактных поверхностей, что уменьшает их износ. Таким образом, при использовании реле с нормально замкнутыми контактами обратный диод станет наилучшим решением для снабберной цепи. Немного подробнее рассмотрим электромагнитные реле для промышленных приложений. В них предъявляются наиболее жесткие требования к надежности и устойчивости при эксплуатации. TE Connectivity следующим образом группирует реле для этой области применения: -- силовые реле для коммутации токов до 16 А; -- силовые реле для коммутации токов до 50 А и выше; -- силовые реле с принудительным управлением контактами. В этих

85

Пассивные компоненты

Рис. 4. Реле с ножевыми разъемами

-- твердотельные реле – полупроводниковые устройства, которые не рассматриваются в этой статье. Реле выпускаются не только для монтажа на плату, но и с ножевыми контактами для установки в разъем. На рисунке 3 для примера показаны реле SCHRACK PE SCHRACK RE/REL и PCJ для коммутации токов до 16 А; все они монтируются на печатную плату. На рисунке 4 показаны реле Potter & Brumfield T92 и PCF с ножевыми разъемами, которые предназначены для коммутации цепей до 400 В (АС)/30 А и 25 В (АС)/25 А, соответственно. Ответные части (розетки) для этих реле, как и панели для реле-плагинов, разумеется, присутствуют в производственной линейке TE Connectivity. Поскольку невозможно привести подробные технические данные для всех устройств, мы дадим лишь основные квалифицирующие параметры для групп реле. Начнем с реле для коммутации токов до 16 А: -- н а п р я ж е н и е к а т у ш к и р е л е : 3–110 В (DC); -- мощность потребления катушки: 100–400 мВт;

-- тип катушки: одностабильная или бистабильная; -- к о м м у т и руе м о е н а п р я ж е н и е (макс.): до 277 В (АС); -- коммутируемая мощность при разрыве цепи (макс.): 2000–4000 ВА; -- электрическая прочность изоляции «катушка–контактная группа»: 1500–5000 В; -- электрическая прочность изоляции разомкну того контак та: 750–2500 В; -- рабочая температ ура (макс.): 70–105°C. Реле для коммутации токов до 50 А: -- н а п р я ж е н и е к а т у ш к и р е л е : 3–110 В (DC); -- мощность потребления катушки: 900–2250 мВт; -- коммутируемое напряжение (АС) (макс.): 250– 400 В; -- коммутируемое напряжение (DC) (макс.): 125–750 В; -- коммутируемая мощность при разрыве цепи (макс.): 6,37–30 кВА; -- электрическая прочность изоляции «катушка–контактная группа»: 4000 В;

-- электрическая прочность изоляции разомкнутого контакта: 1000– 2500 В; -- рабочая температ ура (макс.): 70–105°C. Реле с принудительным управлением контактами имеют примерно такие же параметры, как и реле с коммутацией тока до 16 А, но величина максимального коммутируемого тока не превышает 8 А. Реле-плагины по своим параметрам тоже можно отнести к этой группе. Лишь заметим, что некоторые из них коммутируют большее напряжения – до 400 В (АС), а максимальная коммутируемая мощность при разрыве цепи достигает 7500 ВА. Основные параметры сигнальных реле: -- напряжение катушки реле: 1,5–48 В (DC); -- мощность потребления катушки: 50–700 мВт; -- тип катушки: поляризованная или неполяризованная; -- коммутируемый ток (макс.): 2–5 А; -- коммутируемое напряжение (АС) (макс.): 250 В; -- коммутируемое напряжение (DC) (макс.): 220 В; -- коммутируемая мощность при разрыве цепи (макс.): 60–62,5 ВА или 3–30 Вт; -- электрическая прочность изоляции «катушка–контактная группа»: 1000–3500 В (СКЗ); -- электрическая прочность изоляции разомкнутого контакта: 140–1600 В (СКЗ); -- рабочая температ ура (макс.): 70–105°C. Для промышленных приложений концерн производит три модификации реле для коммутации высокочастотных сигналов. Приведем их параметры:

86

Рис. 5. а) безопасная область коммутации; б) график ресурса контактов реле в зависимости от коммутируемого тока

www.elcomdesign.ru

-------

напряжение катушки реле: 3–24 В (DC); мощность потребления катушки: 70–140 мВт; тип катушки: поляризованная; коммутируемый ток (макс.): 2 А; коммутируемое напряжение (макс.): 250 В (АС)/220 В (DC); коммутируемая мощность при разрыве цепи (макс.): 62,5 ВА или 50–60 Вт; -- электрическая прочность изоляции «катушка–контактная группа»: 1000 В (СКЗ); -- электрическая прочность изоляции разомкнутого контакта: 600 В (СКЗ); -- рабочая температура (макс.): 85°C. Износостойкость контактов реле зависит от условий коммутации и материала контактов. Поскольку даже для одной и той же модели этот параметр может варьироваться в очень

широких пределах, мы не стали указывать его значения выше. Однако в качестве примера приведем графики (см. рис. 5) из документации реле серии РЕ, по которым можно определить условия коммутации. На рисунке 5а показана область безопасной коммутации, вид которой примерно такой же, как у силовых полупроводниковых ключей. Если условия безопасной коммутации соблюдаются, гарантированное число циклов коммутации в зависимости от тока можно определить по графику на рисунке 5б. Оба графика приведены для активной нагрузки, но коммутируется чаще всего обычно индуктивная нагрузка. Для того чтобы «с точки зрения» реле она стала активной, используется снабберная цепь. Например, при коммутации обмотки клапана достаточно подключить параллельно обмотке обратный диод.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| Большинство производителей оборудования для IoT в России используют отечественные комплектующие |

Ведущий аналитический центр Ростеха – Центральный научно-исследовательский институт «Электроника» – исследовал тенденции развития технологий интернета вещей (IoT) в России. Экспертный опрос показал, что большинство (около 65%) российских производителей оборудования для интернета вещей использует отечественные комплектующие при изготовлении продукции Решения для интернета вещей находят все большее применение. ЦНИИ «Электроника» провел исследование, чтобы определить текущий уровень внедрения этой технологии на российских предприятиях. Результаты опроса свидетельствуют, что индустрия пока находится на начальных этапах развития. Вместе с тем интернет вещей – это безусловный тренд: в нашей стране многие ассоциации и организации позиционируют себя в качестве непосредственных участников индустрии интернета вещей. www.russianelectronics.ru

Пассивные компоненты

87

РЕКЛАМА

электронные компоненты №01 2020

РЧ-трансформаторы: принцип работы, разновидности, применение Максим Гонченков, инженер

Пассивные компоненты

В статье описывается принцип работы трансформатора, рассматриваются основные типы трансформаторов и сферы их применения.

88

Трансформатор представляет собой две или более проводящих линии, соединенные между собой магнитным полем. При появлении в сердечнике переменного магнитного потока, обусловленного изменением тока в первичной обмотке, во вторичной обмотке возникает ЭДС, величина которой напрямую зависит от количества витков в обмотках. У трансформатора могут иметься дополнительные выводы и обмотки, у которых в общем случае – разные коэффициенты трансформации. Благодаря такой гибкости РЧ-трансформаторы обладают разными характеристиками и широко используются в СВЧ-технике. Одна из широко применяемых конфигураций трансформатора представляет собой два или более проводов, обмотанных вокруг магнитного сердечника (в приложениях с более высокой частотой используется воздушный сердечник). Одним из наиболее важных параметров трансформаторов является отношение количества витков. Среди приложений, в которых применяются РЧ-трансформаторы, можно выделить: -- преобразование импеданса для согласования; -- повышение или понижение напряжения или тока; -- с о е д и н е н и е с и м м е т р и ч н о й и несимметричной схем; -- большее ослабление синфазного сигнала; -- обеспечение развязки по постоянному сигналу между схемами; -- обеспечение постоянного тока в некоторых сегментах схемы. Существует несколько технологий исполнения трансформаторов, к которым относятся сердечник с обмоткой; трансформаторы на линиях передачи; трансформаторы, изготовленные из низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC), монолитные

www.elcomdesign.ru

устройства (MMIC). Все они выпускаются в разных корпусах и с разными характеристиками.

обмоток, умноженным на импеданс первичной обмотки:

Принцип работы

(1)

Рис. 1. Структура идеального трансформатора

На рис унке 1 показана моде ль идеального трансформатора. Порты 1 и 2 являются входами первичной обмотки, порты 3 и 4 – выходами вторичной обмотки. По закону Фарадея ток в первичной обмотке создает магнитный поток через сердечник, который наводит пропорциональный ток и напряжение во вторичной обмотке. Напряжение и ток пропорциональны отношению витков в обмотках или магнитной связи меж ду обмотками и сердечником. Следовательно, вторичный импеданс определяется квадратом отношения

где I1, V1 и Z1 – ток, напряжение и импеданс в первичной обмотке; I2, V 2 и Z 2 – те же параметры вторичной обмотки; N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотках, соответственно. В реальном трансформаторе также имеется несколько паразитных элементов. Оно могут быть и собственными, и взаимными. На рисунке 2 показана модель неидеального трансформатора с сосредоточенными параметрами, а также паразитное сопротивление, индуктивность обмоток, резистивные потери в сердечнике и активная индуктивность намоток. Из-за паразитных связей полоса пропускания трансформатора сокращается, возрастают вносимые потери (см. рис. 3). Характеристики трансформатора также зависят от частоты, температуры и мощности. Нижняя частота среза определяется активной индуктивностью намотки, верхняя – емкостью намотки и емкостной связью между намотками.

Рис. 2. Модель трансформатора с паразитными элементами

Рис. 3. Теоретический частотный отклик трансформатора (а), результаты измерения (б)

Некоторые трансформаторы в линиях передачи представляют собой проводник с изоляцией, намотанный на ферритный сердечник. Они относятся к типу трансформаторов с обмоткой. Трансформатор в линии передачи состоит из линии передачи с двумя проводниками. Первый подключен к генератору и нагрузке, второй – к выходу первой линии и земле (см. рис. 5). Протекающий через нагрузку ток в два раза превышает ток через генератор; напряжение V0 равно половине V1. Когда сопротивление нагрузки равно четверти сопротивления, видимого со стороны генератора, коэффициент преобразования равен 1:4:

. (2) Наиболее распространенной формой трансформатора на линиях передачи является четвертьволновой. В этой топологии характеристическое сопротивление обеспечивает согласование входного импеданса и импеданса нагрузки. Длина четвертьволнового трансформатора определяется рабочей частотой, а полоса пропускания ограничена октавой вокруг центральной частоты. На рисунке 6 показана линия передач без потерь с характеристическим импедансом Z 0 и длиной L. Эта линия находится между входным

Виды трансформаторов

Двумя основными типами трансформаторов на дискретных компонентах являются трансформаторы, выполненные в виде сердечника с обмоткой или на линиях передачи. Кроме того, широко применяются компактные трансформаторы LTCC и MMIC. Трансформаторы с сердечником и обмоткой изготавливаются путем наматывания проводника, как правило, медного провода с изоляцией, вокруг магнитного сердечника (тороида). Вторичных обмоток может быть несколько. Иногда также имеется вывод средней точки для дополнительных функций. На рисунке 4 показан трансформатор с тороидальным магнитным сердечником и медной обмоткой с изоляцией. Благодаря природе индуктивных связей между обмоткой и сердечником трансформаторы меньшего размера работают быстрее. Например, путем подбора длины линии передачи обеспечивается согласование импедансов между двумя несогласованными нагрузками.

Пассивные компоненты

Вносимые потери в рабочей полосе складываются из омических потерь в первичной, вторичной намотках и энергии, рассеянной в сердечнике. Поскольку омические потери зависят от частоты и температуры, они ограничивают показатели работы трансформатора. В некоторых трансформаторах присутствует также индуктивность рассеяния, обусловленная неполной связью между обмотками. Поскольку реальная часть этой индуктивности пропорциональна частоте, эти паразитные элементы приводят к возникновению обратных потерь на высоких частотах и увеличению вносимых потерь в нижней границе диапазона. Более сложные трансформаторы, например с несколькими намотками, дополнительными выводами и элементами, могут обладать динамическими характеристиками. Например, согласующий трансформатор служит для соединения симметричной (с дифференциальным сигналом) и несимметричной схемы. Он обеспечивает согласование импедансов. В то же время трансформаторы применяются для соединения двух несимметричных схем. С этой целью заземляется один конец первичной обмотки. Несимметричные сигналы, поступающие в первичную несимметричную обмотку, вызывают дифференциальный выходной сигнал во вторичной обмотке. При использовании магнитного сердечника, обычно ферромагнитного, появляется еще несколько паразитных элементов: индуктивность намагничивания сердечника ограничивает нижнюю частоту работы трансформатора и приводит к увеличению обратных потерь. Она зависит от магнитной проницаемости, поперечного сечения сердечника и количества обмоток. Магнитная проницаемость сердечника зависит от температуры. Если зависимость прямая, вносимые потери на низких частотах увеличиваются.

89

Рис. 4. Внешний вид трансформатора с проволочной обмоткой, намотанной на магнитный сердечник

Рис. 5. Функциональная схема идеального трансформатора на линии передачи

электронные компоненты №01 2020

Рис. 6. Трансформатор на четвертьволновой линии передачи

Рис. 9. Схема согласующего трансформатора на 75 Ом Рис. 7. LTCC-трансформатор

Рис. 8. Монолитный трансформатор

Пассивные компоненты

импедансом ZIN и импедансом нагрузки ZL . Характеристический импеданс четвертьволновой линии передачи Z 0 , обеспечивающий согласование Z IN и Z L , рассчитывается следующим образом:

90

Рис. 10. Использование трансформатора с центральной точкой для замены инжекторов постоянного тока

. (3) Одним из преимуществ трансформаторов на линиях передачи является широкая полоса частот по сравнению с трансформаторами с сердечником и проволочной обмоткой. Это преимущество обеспечивается за счет меньшей паразитной емкости между витками и меньшей индуктивностью рас­ сеяния. Трансформаторы LTCC

Трансформаторы LTCC представляют собой многослойные компоненты, изготовленные на керамической подложке. В них используются емкостные связанные линии, работающие как линии передачи, которые обеспечивают преобразование импеданса и сигнала из несимметричного в симметричный. Трансформаторы данного типа могут работать на более высоких частотах, чем ферромагнитные. Тем не менее они могут проигрывать в низкочастотном диапазоне. Достоинствами керамических трансформаторов являются малый размер, продолжительный срок службы, высокая надежность (см. рис. 7). Трансформаторы MMIC

Как и керамические, MMIC-трансформаторы изготавливаются в планарном виде. Как правило, спиральные индуктивные

www.elcomdesign.ru

элементы печатаются на подложке в конфигурации с двумя параллельными линиями передачи. Монолитные трансформаторы изготавливаются также из арсенида галлия (см. рис. 8). Литографический процесс обеспечивает высокую воспроизводимость устройств, отличные показатели работы и тепловой КПД. Применение РЧ-трансформаторов

Сфера применения РЧ-трансформаторов широка. Согласующие трансформаторы предназначены для согласования импедансов, повышения или понижения напряжения питания. При отсутствии согласования затрудняется передача энергии, возникают отражения сигнала (см. рис. 9). Вторым важным назначением является соединение между собой симметричной и несимметричной цепей. Для согласования импедансов несимметричных линий применяется автотрансформатор. Еще одной важной функцией РЧ-трансформаторов является сдвиг уровня и развязка цепей. Они обеспечивают развязку по постоянному сигналу между первичной и вторичной обмотками в схемах, где требуется защитить отдельные сегменты от постоянного сигнала. Если в части схемы требуется постоянный сигнал, следует воспользоваться двумя трансформаторами с центральной точкой (см. рис. 10). Наконец, трансформаторы позволяют удалить постоянную составляющую в дифференциальных схемах, а также широко применяются для фильтрации ВЧ-компонентов сигнала.

Новинки месяца. Редакционный обзор Предлагаем вниманию читателей обзор новинок за прошедший месяц с момента выхода в свет журнала «Электронные компоненты» № 12, 2019 г. В новый обзор вошли наиболее интересные, на наш взгляд, изделия. Рассматривается продукция только тех компаний, которые широко представлены на российском рынке. При перечислении параметров указываются их типовые значения. АЦП и ЦАП

Analog Devices. Двухканальный АЦП последовательного приближения AD7380/AD7381. Структурная схема этого АЦП приведена на рисунке 1. Основные параметры AD7380 (16 бит)/AD7381 (14 бит): –– разрядность: 16/14 бит; –– напряжение питания: 3,3 В; –– отношение сигнал/шум AD7380: 92,5 дБ; –– отношение сигнал/шум AD7381: 85,4 дБ; –– интегральная нелинейность AD7380: 2 МЗР; –– интегральная нелинейность AD7381: 1 МЗР; –– ошибка усиления: ±1%; –– ошибка смещения нуля: ±0,01 мВ; –– дрейф смещения нуля: ±0,5 мкВ/°C; –– диапазон рабочей температуры: –40…125°C; –– корпус: LFCSP‑16 (3×3 мм). ДАТАКОМ

Renesas. Оптоэлектронная гальваническая развязка RV1S9260A (см. рис. 2). Основные параметры RV1S9260A:

–– –– –– –– –– –– –– ––

диапазон напряжения питания: 2,7–5,5 В; ток светодиода: 2,6 мА; скорость передачи данных (макс.): 15 Мбит/с; устойчивость к изменению синфазного напряжения: 50 кВ/мкс; искажение ширины импульса: не более 20 нс; электрическая прочность изоляции: 5 кВ (СКЗ); диапазон рабочей температуры: –40…125°C; корпус: LSSO5. ИСТОЧНИКИ, МОДУЛИ ПИТАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

CUI. AC/DC-преобразователи серии VOF‑65C (см рис. 3). Основные параметры: –– диапазон входного напряжения: 85–264 В; –– диапазон выходного напряжения: 5–48 В; –– пульсации выходного напряжения: не более 150 мВ; –– выходной ток (макс.): 1,36–10 А; –– выходная мощность: 50–65 Вт; –– рабочая частота: 65 кГц; –– КПД: 80–87%;

С п ра в о ч н ы е с т ра н и ц ы

91 Рис. 1. Структурная схема АЦП AD7380/AD7381

Рис. 2. Оптоэлектронная гальваническая развязка RV1S9260A

Рис. 3. AC/DC-преобразователи серии VOF-65C

электронные компоненты №01 2020

Рис. 4. Схема включения преобразователя ARG81800

С п ра в о ч н ы е с т ра н и ц ы

Рис. 5. Схема включения драйвера BCR430UW6

92

–– электрическая прочность изоляции: 3 кВ (СКЗ); –– диапазон рабочей температуры: –25…70°C; –– размер: 76,2×50,8×30,0 мм.

Diodes. DC/DC-преобразователь ARG81800 с очень малым током собственного потребления. Схема включения преобразователя приведена на рисунке 4. Основные параметры ARG81800: –– диапазон входного напряжения: 3,5–36 В; –– встроенный ИОН: 800 ±12 мВ; –– ток потребления в режиме останова: 1 мкА; –– время открытого состояния силового ключа (мин.): 60 нс; –– время закрытого состояния силового ключа (мин.): 85 нс; –– сопротивление открытого канала верхнего ключа: 500 мОм; –– сопротивление открытого канала нижнего ключа: 210 мОм; –– диапазон рабочей частоты: 250–2400 кГц; –– диапазон рабочей температуры: –40…150°C; –– корпус: QFN‑20. Эта же компания анонсировала еще одну новинку – драйвер светодиодов BCR430UW6. Схема включения драйвера приведена на рисунке 5. Основные параметры BCR430UW6: –– напряжение питания: 5–42 В; –– выходной ток (программируется внешним резистором): 5–100 мА; –– погрешность поддержания выходного тока: ±5%; –– температурный дрейф: 0,0032%/°C; –– нестабильность при изменении напряжения питания: 0,0055%/В; –– ток собственного потребления: 67 мкА; –– диапазон рабочей температуры: –40…125°C; –– корпус: SOT26.

www.elcomdesign.ru

Рис. 6. POL-преобразователь BMR461

Flex (эта компания приобрела подразделение Ericsson Power Modules). POL-преобразователь BMR461 (см. рис. 6). Его основные параметры: –– диапазон входного напряжения: 4,5–14 В; –– диапазон выходного напряжения: 0,6 –1,8; 0,6 –3, 3; 0,6–5,0 В в зависимости от модификации; –– выходной ток (макс.): 6–18 А в зависимости от модификации; –– диапазон рабочей частоты: 100–1000 МГц; –– выходная мощность (макс.): 30–60 Вт в зависимости от модификации; –– КПД: до 96%; –– электрическая прочность изоляции: 1500 В АС; –– интерфейс: цифровая шина PMBus; –– наработка на отказ: 24 млн ч; –– диапазон рабочей температуры: –40…120°C; –– корпус: QFN‑12.

Mornsun. DC /DC- преобразователи KUB 4 8 _QB ‑10F (см. рис. 7) с встроенным входным емкостным фильтром.

Рис. 7. DC/DC-преобразователи KUB48_QB-10F

Основные параметры: –– входное напряжение: 30 –75 или 16–75 В в зависимости от модификации; –– в ы хо д н о е н а п р я ж е н и е: 12 и л и 24 В в зависимости от модификации; –– погрешность поддержания выходного напряжения: ±1%; –– линейная регулировочная характеристика: ±0,1%; –– нагрузочная регулировочная характерис тика в диапазоне 5–100%: ±0,3%; –– пульсация выходного напряжения в полосе частот 20 МГц (пик-пик): 150 мВ; –– КПД: до 97%; –– диапазон рабочей температуры: –40…85°C; –– типоразмер: 1/4 Brick. И еще одна новинка этой компании – пушпульный драйвер трансформатора SCM1201A. Схема включения драйвера приведена на рисунке 8. Основные параметры SCM1201A: –– диапазон входного напряжения: 4,5–8 В; –– напряжение встроенных силовых ключей (макс.): 20 В; –– пиковый ток встроенных силовых ключей (макс.): 600 мА; –– рабочая частота: 273 кГц; –– диапазон рабочей температуры: –40…125°C; –– корпус: SOT‑23.

DC/DC-преобразователь РН600 А280 от этой же компании (см. рис. 10). Основные параметры: –– диапазон входного напряжения: 200–425 В; –– выходное напряжение: 24 В; –– погрешность поддержания выходного напряжения: ±1%; –– пульсация выходного напряжения (макс.): 240 мВ; –– выходная мощность (макс.): 600 Вт;

Рис. 9. 3-фазные источники питания TPS4000

Рис. 10. DC/DC-преобразователь РН600А280

С п ра в о ч н ы е с т ра н и ц ы

T D K- L a m b d a . Се р и я 3 ‑ ф а з н ы х источников питания TPS4000 (см. рис 9). Основные параметры: –– 3‑фазное входное напряжение (ном.): 400/440/480 В; –– в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е : 24 В (рег. в пределах 19,2–28,5 В) или 48 В (рег. в пределах 38,4–58 В); –– выходная мощность: 4080 Вт; –– линейная регулировочная характеристика: не более 0,25%; –– нагрузочная регулировочная характеристика: не более 0,5%; –– шумы и пульсации в диапазоне 20 МГц: 240 или 480 мВ; –– наработка на отказ: 250 тыс. ч; –– диапазон рабочей температуры: –40…70°C; –– размер: 107×84,4×335 мм.

Рис. 8. Схема включения драйвера SCM1201A

Рис. 11. DC/DC-преобразователи семейства microBUCK

93

Рис. 12. AC/DC-преобразователь VES220

–– выходной ток (макс.): 25 А; –– линейная регулировочная характеристика: 56 мВ; –– нагрузочная регулировочная характеристика: 56 мВ; –– диапазон рабочей температуры: –40…100°C; –– размер: 61,0×12,7×57,9 мм.

Vishay. DC/DC-преобразователи SiC476, SiC477, SiC478, SiC479 семейства microBUCK (см. рис. 11). Основные параметры: –– диапазон входного напряжения: 4,5–55 В;

–– в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е ( р е г. ) : до 0,8 В (встроенное опорное напряжение); –– выходной ток (макс.): 3; 5; 8; 12 А в зависимости от модификации; –– КПД: до 98%; –– диапазон рабочей частоты: 100– 2000 Гц; –– диапазон рабочей температуры: –40…150°C; –– корпус: MLP55–27.

X P P o w e r. A C / D C- п р е о б р а з о ­ ватель VES220 (см. рис. 12. Основные параметры:

электронные компоненты №01 2020

–– выходная мощность: 220 Вт; –– диапазон входного напряжения: 90–264 В; –– диапазон выходного напряжения: 12, 15, 19, 24, 48 В в зависимости от модификации; –– ток (макс.): 4,58–18,3 А в зависимости от модификации; –– КПД: до 93%; –– плотность мощности: 6 Вт/дюйм3; –– электрическая прочность изоляции «вход–выход»: 3000 В; –– электрическая прочность изоляции «вход–земля»: 1500 В; –– наработка на отказ: не менее 100 тыс. ч; –– диапазон рабочей температуры: –10…60°C; –– размер: 19,7×8,9×3,9 мм. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

TDK. ЭМП-фильтры семейства MAF. Зависимость вносимых потерь от частоты приведена на рисунке 13. Основные параметры фильтров MAF: –– ток (макс.): 1–3 А; –– импеданс на частоте 100 МГц: 20–120 Ом; –– импеданс на частоте 900 МГц: 120–600 Ом; –– импеданс на частоте 1700 МГц: 90–270 Ом; –– сопротивление постоянному току: 21–110 мОм; –– диапазон рабочей температуры: –55…125°C; –– размер: 1,6×0,8×0,6 мм.

Рис. 13. Зависимость вносимых потерь от частоты ЭМП-фильтров семейства MAF 105

104

С п ра в о ч н ы е с т ра н и ц ы

Z, Ом

И еще новинка от TDK Epcos – дроссели семейства SIMID 0805‑F. На рисунке 14 приведена зависимость полного импеданса дросселя от частоты. Основные параметры: –– индуктивность (ном.): 2,7–6800 нГн; –– нормируемый ток дросселя при уменьшении индуктивности на 10%: 80–1000 мА; –– величина добротности (мин.): 20–60; –– собственная резонансная частота: 140–9000 МГц; –– омическое сопротивление: 0,03–1,9 Ом; –– рабочая температура (макс.): 105°C; –– типоразмер: 0805.

94

B82498F

820 нГн 470 нГн 100 нГн

103

102

101

100 106

107 108 Частота, Гц

109

Рис. 14. Зависимость полного импеданса дросселя SIMID 0805-F от частоты

Vishay. Пополнение в семействе дросселей IHLP. Их основные параметры приведены в таблице. И еще одна новинка этой компании – тоже дроссель, но для сильноточных цепей семейства IHDF‑1399FE‑10. На рисунке 15 приведена зависимость индуктивности дросселя и температуры от тока. Основные параметры семейства IHDF‑1399FE‑10: –– индуктивность (ном.): 1–10 мкГн; –– DCR: 0,79–1,11 мОм; –– ток из условий нагрева на 40°C (макс.): 59–72 А; –– ток из условий насыщения (макс.): 35–230 А; –– собственная резонансная частота: 9–39 МГц; –– диапазон рабочей температуры: –55…125°C; –– размер: 29,8×33,0×19,0 мм.

Рис. 15. Зависимость индуктивности дросселя IHDF-1399FE-10 и температуры от тока

Таблица. Семейство дросселей IHLP Наименование Типоразмер Высота, мм

IHLP-1212AZ-51

IHLP-1212AB-51

IHLP-1212BZ-51

1212

1212

1212

1,0

1,2

2,0

0,10–1,0

0,10–1,2

0,10–3,3

DCR (тип.), мОм

7,31–26,66

7,01–53,49

6,58–88,38

DCR (макс.), мОм

8,81–29,92

7,50–57,65

6,95–96,79

Максимальный ток из условий нагрева на 40°С

5,35–11,13

3,98–11,50

3,26–12,26

Максимальный ток из условий насыщения, А

4,43–7,38

3,84–11,79

2,52–13,46

Индуктивность, мкГн

Собственная резонансная частота, МГц Диапазон рабочей температуры, °С

www.elcomdesign.ru

152–440

82–455

40–380

–55…155

–55…155

–55…155

Интегральные датчики температуры Analog Devices с цифровым выходом Александр Кораблев, инженер

ских данных и стоимости. Немного подробнее рассмотрим два датчика, находящиеся по стоимости на разных полюсах продуктовой линейки компании. Стоимость первого из них – ADT7302 – около 1 долл. Он в шесть–семь раз дешевле второго – ADT7420. Окончательная цена датчиков зависит от объема заказа. Структурная схема датчика ADT7420 приведена на рисунке 1. Как видно из него, датчик ADT7420 представляет собой функционально законченный компонент, который может входить в систему сбора и обработки данных или работать автономно. Предусмотрены три пороговых значения температуры: критический, высокий, низкий. Их значение, а также конфигурация датчика программируются в специальных регистрах. При выходе за пределы этих значений на выводах микросхемы формируются сигналы, которые хост-устройство может использовать в качестве прерываний. Основные параметры датчика ADT7420: –– напряжение питания: 2,7–5,5 В; –– рассеиваемая мощность при питании 3,3 В: 700 мкВт; –– рассеиваемая мощность в режиме останова: 7 мкВт; –– диапазон измерения температуры: –40…150°C; –– погрешность измерений (макс.): ±0,2…±0,25°C; –– дрейф температуры: 0,0073°C; –– дискретность преобразования: 16 бит; –– разрешение, °C/дискрета: 0,0078; –– интерфейс: I2C; –– корпус: LFCPS 16 (4×4 мм). Иная идея заложена при разработке датчика ADT7302: в этом случае преследовалась цель создать экономичный и простой в использовании датчик температуры. Это подтверждает структурная схема ADT7302 на рисунке 2. Основные параметры датчика ADT7302: –– напряжение питания: 2,7–5,25 В; –– рассеиваемая мощность при питании 3,3 В: 631 мкВт; –– рассеиваемая мощность в режиме останова: 4,88 мкВт;

Рис. 1. Структурная схема датчика ADT7420

электронные компоненты №01 2020

С п ра в о ч н ы е с т ра н и ц ы

Задачу измерения температуры рано или поздно приходится решать практически любому разработчику. Существуют два варианта решения – взять отдельный датчик и самостоятельно разработать схемотехнику измерительного тракта или использовать интегрированное решение. Выбор варианта зависит от требований конкретного проекта. Преимущества интегрированного решения очевидны и становятся особенно заметными в случае, когда результат измерения требуется передать в цифровом виде по стандартному коммуникационному интерфейсу. Варианты готовых интегрированных решений имеются у многих компаний, но, пожалуй, самый большой выбор предоставляет компания Analog Devices. В ее продуктовой линейке представлены датчики с разной погрешностью, величиной разрешения, напряжением питания, аналоговым и цифровым выходом и т. д. Остановимся на датчиках с цифровым выходом и оставим за рамками рассмотрения датчики с аналоговым выходом, температурные реле и сложные многоканальные измерительные системы. В этом случае на выбор представлено свыше 20 микросхем. Все они оснащены чувствительным элементом датчика температуры. Поскольку в рамках одной небольшой статьи нельзя привести параметры всех микросхем, мы ограничимся сводкой обобщенных параметров интегральных датчиков: –– напряжение питания: 2,7–5,5…3–36 В; –– ток потребления (макс.): 0,1–3 мА; –– диапазон измеряемых температур: –40…125…–55…175°C; –– погрешность измерений: ±0,1…±4°C; –– дискретность преобразования: 10–16 бит; –– разрешение, °C/дискрета: 0,0078–0,25; –– интерфейсы: I2C, SPI; –– количество выводов корпуса: 5–16. Многообразие параметров позволит практически наверняка подобрать требуемый датчик исходя из его техниче-

95

–– –– –– –– –– ––

Рис. 2. Структурная схема ADT7302

С п ра в о ч н ы е с т ра н и ц ы

Рис. 3. Зависимость тока потребления в режиме останова от напряжения питания датчика ADT7302

96

диапазон измерения температуры: –40…125°C; погрешность измерений (макс.): ±2°C; дискретность преобразования: 13 бит; разрешение, °C/дискрета: 0,03125; интерфейс: SPI; корпус: SOT23 или MSOP. Датчик ADT7302 предназначен для малогабаритных приложений; он хорошо подходит также для систем с батарейным питанием. Величину тока потребления в режиме останова можно значительно снизить с 0,35 до 0,08 мкА, уменьшив напряжение питания с 5 до 2,7 В. График зависимости тока потребления в режиме останова от напряжения питания приведен на рисунке 3. При уменьшении питания на 35 мкА снижается и ток потребления в активном режиме. В случае интегрального решения уменьшение напряжения питания едва ли приведет к ухудшению соотношения сигнал/шум, как это происходит, когда измерительный тракт построен из отдельных компонентов и внешние помехи наводятся на проводники печатной платы. Размещение всех компонентов на одном кристалле значительно сокращает длину проводников, уменьшая и воздействие помех. Это еще одно преимущество интегрального решения. Возможно, единственной проблемой, на которую следует обратить внимание после выбора датчика ADT7302, является необходимость уменьшить пульсации напряжения питания в частотном диапазоне от 300 кГц. Поскольк у сильные пульсации мог у т существенно увеличить погрешность измерения, требуется принять меры к тому, чтобы в указанном диапазоне их величина не превышала нескольких мВ. Достичь таких результатов совсем не сложно – достаточно правильно выбрать POL-преобразователь или, что еще лучше, использовать LDO-стабилизатор. Малое потребление датчика позволяет обойтись только одним керамическим байпасным конденсатором, подключенным к выводу питания. Какие-либо другие внешние компоненты не требуются.

НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

| Рынок отказывается от жестких дисков | Поставки жестких дисков на мировом рынке за семь лет сократились вдвое. Основной причиной этого стал рост популярности твердотельных накопителей (SSD). В сравнении с IV кв. 2018 г. продажи просели на 12,3%. В III кв. 2019 г. суммарное количество реализованных винчестеров составило 83 млн. Эксперты TrendFocus видят лишь одну причину происходящего – жесткие диски постепенно вытесняются с рынка более современными твердотельными накопителями. Их стоимость падает от квартала к кварталу, и они обеспечивают большую надежность хранения данных в сравнении с винчестерами потребительского класса. В качестве основного способа борьбы со снижением продаж компании выбрали повышение емкости жестких дисков. К примеру, Western Digital в декабре 2019 г. нашла способ увеличить емкость жестких дисков до 50 Тбайт за счет использования технологии подогрева пластин HAMR. К такому объему Western Digital планирует прийти к 2026 г.

Seagate, напомним, освоила HAMR еще в 2018 г. В настоящее Western Digital применяет технологию MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording), которая работает по совершенно иному принципу: если в HAMR ставка делается на нагрев пластины, то в MAMR используются микроволны. В конце 2019 г. Western Digital выпустила свой 18‑Тбайт жесткий диск в 3,5‑дюймовом исполнении, в котором используется эта технология.

Seagate, в свою очередь, в течение 2020 г. собирается расширить распространение 18‑Тбайт и начать поставки 20‑Тбайт HDD, а в 2024 г. планирует увеличить емкость до 30 Тбайт. Переход компании к производству 50‑Тбайт накопителей должен состояться к 2026 г. Их стоимость, даже предварительную, компания не прогнозирует, но следует заметить, что подобные носители информации будут выпускаться не для потребительского сегмента. www.russianelectronics.ru

www.elcomdesign.ru

РЕКЛАМА