2010-9 Современная электроника

www.soel.ru

© СТА-ПРЕСС

9/2010 Реклама

2010

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

9

Полная линейка приборных корпусов асPRO —

Технология Euroр ГАЛАКТИКА

ВОЗМОЖНОСТЕЙ

CompacPRO

PropacPRO

RatiopacPRO

Простой и удобный переносной корпус

Прочный переносной корпус с системой электромагнитного экранирования

Универсальный корпус для любых применений

■ ■ ■ ■ ■

Разнообразные конфигурации Идентичные передняя и задняя рамки Простота сборки – компоненты фиксируются с внешней стороны Высокая прочность и надежность Привлекательная цена

■ ■ ■ ■ ■ ■

Разнообразные конфигурации Привлекательный дизайн Прочная литая передняя рамка Возможность электромагнитного экранирования Может использоваться для медицинского оборудования

■ ■ ■

Настольное, переносное или стоечное исполнение Произвольные размеры и разнообразные конфигурации Возможность электромагнитного экранирования Эффективные системы охлаждения

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ SCHROFF

© СТА-ПРЕСС

реклама

Реклама

МОСКВА С.2ПЕТЕРБУРГ ЕКАТЕРИНБУРГ САМАРА НОВОСИБИРСК КИЕВ УФА КАЗАНЬ ОМСК ЧЕЛЯБИНСК КРАСНОДАР Н. НОВГОРОД

Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.:

(495) 234+0636 • Факс: (495) 234+0640 • E+mail: info@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (812) 448+0444 • Факс: (812) 448+0339 • E+mail: info@spb.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (343) 376+2820 • Факс: (343) 376+2830 • E+mail: info@prosoftsystems.ru • Web: www.prosoftsystems.ru (846) 277+9166 • Факс: (846) 277+9165 • E+mail: info@samara.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (383) 202+0960; 335+7001/7002 • E+mail: info@nsk.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (+380+44) 206+2343/2478/2496 • Факс: (+380+44) 206+2343 • E+mail info@prosoft+ua.com • Web: www.prosoft.ru (347) 292+5216/5217 • Факс: (347) 292+5218 • E+mail: info@ufa.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (843) 291+7555 • Факс: (843) 570+4315 • E+mail: info@kzn.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (3812) 286+521 • E+mail: omsk@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (351) 239+9360 • E+mail: chelyabinsk@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (861) 224+9513 • Факс: (861) 224+9513 • E+mail: krasnodar@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (831) 215+4084 • Факс: (831) 215+4084 • E+mail: n.novgorod@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru

№ 9, 2010 Издаётся с 2004 года

Главный редактор Александр Майстренко Зам. главного редактора Татьяна Крюк Редакционная коллегия Александр Балакирев, Андрей Данилов, Виктор Жданкин, Сергей Сорокин Вёрстка Олеся Фрейберг Обложка Дмитрий Юсим Служба распространения (info@soel.ru) Ирина Лобанова Служба рекламы (advert@soel.ru) Ирина Савина Издательство «СТА%ПРЕСС» Директор Константин Седов Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 Телефон: (495) 232%0087 Факс: (495) 232%1653 Сайт: www.soel.ru E%mail: info@soel.ru

Журнал выходит 9 раз в год Тираж 10 000 экземпляров Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77%18792 от 28 октября 2004 года) Свидетельство № 00271%000 о внесении в Реестр надёжных партнеров Торгово% промышленной палаты Российской Федерации Цена договорная Отпечатано: ООО ПО «Периодика» Адрес: 105005, Москва, Гарднеровский пер., д. 3, стр. 4

Уважаемые читатели!

Согласно сведениям из аппарата премьера В. Путина, правитель ство сейчас готовит меры, направленные на поддержку российской микроэлектроники. Минпромторгу, Минобороны, Роскосмосу и Росатому даны поручения разработать механизм, который позво лит повысить долю российских микрочипов в госзакупках. Речь в данном случае идёт о микрочипах для идентификационных доку ментов – паспортов, водительских удостоверений, миграционных карт и т.п. При надлежащем качестве отечественные микрочипы бу дут приобретаться в первую очередь, несмотря на более высокую, чем у зарубежных аналогов, цену. Предполагается, что превышение стоимости отечественных чипов может быть до 15%. Очевидно, данное решение продиктовано проблемами, с кото рыми сталкиваются российские производители микросхем на собственном рынке. Можно даже предположить, что инициатором этого решения является «Микрон», поскольку «Ангстрем» так и не приступил к производству чипов по более менее современным тех нологическим нормам и проблема вывода новой продукции на ры нок перед ним не стоит. Конечно, правительство должно защищать своих производите лей, именно такого рода защитные механизмы не позволили Рос сии приобрести фирму Infineon. Кстати, и Opel тоже, если иметь в виду не только рынок электроники. Но вместе с тем я не припомню, чтобы правительства других стран устанавливали подобного рода ценовые преференции для внутренней продукции. Мне эта ситуа ция напоминает былые социалистические времена, когда успех ре шения какого либо вопроса зависел от умения просителя правиль но войти в высокий кабинет. С тех пор сменилось несколько поко лений чиновников, но методы их работы, как видим, остаются прежними.

http://www.printshop13.ru Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы

С уважением, Александр Майстренко

несут рекламодатели. Ответственность за содержание статей несут авторы. не рецензируются и не возвращаются. © СТА%ПРЕСС, 2010

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

1

© СТА-ПРЕСС

Материалы, переданные редакции,

Market News from the Russian Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Modern Technologies Supercomputers in Nanotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Nataliya Raus Fabrication of Metal Plated Substrates for Power Electronic Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Yurii Nepochatov, Gugo Deis, Aleksandr Bogaev, Aleksandr Kashirin, Aleksandr Shkodkin

Elements and Components ARM Kernel Based Microcontrollers: Wide Scaling of Hardware Capabilities without Violation of Software Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Mark Novodachnyi Sanyo Solid Aluminum and Tantalum Capacitors with Polymer Electrolyte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Lev Misozhnikov, Aleksandr Pavlov, Valerii Bautkin ON Semiconductor NCL30000 Controller Based Driver of Power LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Irina Romadina New eMLC Flash Memory: Entry to the Market of Corporate Products for SSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Andrei Filatov

Devices and Systems PC/104 Products Made in Switzerland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Leonid Akinshin, Aleksandr Kovalev Safe and Reliable Electrical Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Vladimir Shevchenko

Practical Electronics VLF Serial Spectrum Analyzer Built on a dpASP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Aleksei Galakhov Reduction of Energy Losses in Switches of Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Igor Voronin, Pavel Voronin Series Discharge Circuit for Paired Subscriber Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Igor Avtushenko, Andrei Belyakov Coupled inductors broaden DC/DC converter usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Jeff Falin

Design and Simulation AVOKAD: Russian IC Design System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Denis Adamov, Sergei Kokin, Sergei Makarov, Vladimir Steshenko, Vladimir Perminov

Programming VJTAG Interface for DK START 3C25N Debug Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Aleksei Grebennikov RealView Keil Software Package for ARM Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Kirill Dorofeev, Sergei Kopytin

Theory Synchronization of Pseudorandom Sequences in Practice: The Recognition Problem . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Mariya Belyaeva

Embedded Computer Technology Market 2010 2011: A Guide for Advanced Technologies . . . . . . . . . . . . 72 A Russian Week of Electronics 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

2

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Events

Рынок 4

Новости российского рынка

10

Суперкомпьютеры в нанотехнологиях Наталия Раус

12

Разработка технологии изготовления металлизированных подложек для изделий силовой электроники Юрий Непочатов, Гуго Дейс, Александр Богаев, Александр Каширин, Александр Шкодкин

16

Микроконтроллеры на основе ядер ARM: широкое масштабирование аппаратных возможностей в рамках программной совместимости Марк Новодачный

22

Твердотельные алюминиевые и танталовые конденсаторы с полимерным электролитом производства компании Sanyo Лев Мисожников, Александр Павлов, Валерий Бауткин

28

Драйвер мощных светодиодов на базе контроллера NCL30000 фирмы ON Semiconductor Ирина Ромадина

32

Новая флэш&память eMLC – вход на рынок корпоративных продуктов для SSD Андрей Филатов

36

Изделия PC/104 родом из Швейцарии Леонид Акиншин, Александр Ковалёв

42

Безопасная и надёжная электроэнергия Владимир Шевченко

44

Последовательный анализатор спектра ОНЧ&диапазона на динамически реконфигурируемой ПАИС Алексей Галахов

46

Снижение энергии потерь в ключевых элементах преобразователей Игорь Воронин, Павел Воронин

50

Разрядная цепь последовательного вида для спаренных абонентских линий Игорь Автушенко, Андрей Беляков

52

Связанные индуктивности расширяют применение DC/DC&преобразователей Джефф Фэйлин

56

Российская система проектирования ИС АВОКАД Денис Адамов, Сергей Кокин, Сергей Макаров, Владимир Стешенко, Владимир Перминов

60

Интерфейс VJTAG для отладочной платы DK&START&3C25N Алексей Гребенников

64

Пакет программ RealView Keil для программирования ARM&микроконтроллеров Кирилл Дорофеев, Сергей Копытин

Современные технологии

Элементы и компоненты

Приборы и системы

Практическая электроника

Проектирование и моделирование Программирование

Вопросы теории 66

Синхронизация псевдослучайных последовательностей на практике: задача распознавания Мария Беляева

72

Рынок ВКТ&2010&2011 – вектор на развитие перспективных технологий

73

Российская неделя электроники 2010

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

3

© СТА-ПРЕСС

События

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка Элементы и компоненты Новый миниатюрный

Компания «Миландр» представляет новые 8 разрядные микроконтроллеры 1886ВЕ7У и 1886ВЕ71У, ОКР по созда нию которых был окончен в начале сен тября 2010 г. Отличительной их особен ностью является 28 выводной металло керамический микрокорпус и малое динамическое потребление – до 2 мА (частота тактирования 10 МГц). Система команд микроконтроллеров идентична другим контроллерам серии 1886ВЕ. Па мять программ типа EEPROM 2K × 16, память данных 902 байта. Периферия включает в себя один универсальный синхронный/асинхронный приёмник пе редатчик USART с программируемой скоростью передачи и поддержкой режи ма LIN, 16 разрядный таймер счётчик с 8 битным предварительным делением, 8 разрядный порт ввода/вывода с нагру зочной способностью до 4 мА. Макси мальная тактовая частота до 10 МГц с производительностью 2,5 MIPS. В микро контроллер встроен линейный регулятор напряжения, позволяющий запитать мик росхемы различными напряжениями от 6 до 16 В. Основное назначение контрол леров – малогабаритные системы специ ального и двойного назначения с ограни ченным энергопотреблением. Микросхе

ма 1886ВЕ71У отличается от 1886ВЕ7У уменьшенным в четыре раза временем включения (до14 мс), что делает её не заменимой в системах с повышенными требованиями по скорости запуска. Поставка данных микросхем и отладоч ных средств к ним уже ведётся пред приятием. www.milandr.ru Тел.: (495) 981 5433

4

CasTEC – прочные и надёжные Корпуса серии CasTEC открывают перед фирмой производителем POLYRACK но вые горизонты. Эта серия разработана для применения в тяжёлых промышленных условиях.

Верхняя и нижняя крышки корпусов се рии CasTEC выполнены из литого алюми ния. Их профиль конструктивно сделан та ким образом, что обеспечивает степень защиты IP65 и исключает повреждение даже при частом открытии и закрытии крышки корпуса. Имеется возможность исполнения корпуса в соответствии с тре бованиями электромагнитной совмести мости. Высокая чистота поверхности корпуса, обеспечивающая точное прилегание крышек, достигается благодаря ориги нальной конструкции и высокоточной обработке в процессе производства. Корпус может быть доработан по инди видуальному требованию на производ ственной базе POLYRACK или ООО «Проэтимарк». Шасси монтируется на дно корпуса. Лёг кие в установке монтажные уголки, кото рые можно также модифицировать, обес печивают крепление корпуса на стену. Шасси и монтажные уголки заказываются отдельно и доступны для всех размеров корпусов. В стандартном исполнении цвет корпу са антрацит металик или хроматирован ный. www.polyrack.ru, www.etimark.ru Тел.: 8 (495) 221 2273; 8 (812) 313 2268 WWW.SOEL.RU

прецизионный термостатированный генератор ГК199#ТС ОАО «Морион» (Санкт Петербург) – ве дущее предприятие России и один из ми ровых лидеров в области разработки и се рийного производства пьезоэлектронных приборов стабилизации и селекции часто ты – представляет новый миниатюрный прецизионный термостатированный гене ратор ГК199 ТС. ГК199 ТС – самый миниатюрный (объём всего 5 см3) малошумящий термостатиро ванный генератор со стабильностью в ин тервале рабочих температур до 1 × 10–9. Малые габариты в сочетании с возмож ностью выбора различных выходных сиг налов (SIN или КМОП) и напряжения пита ния (5 или 12 В) делают ГК199 ТС одним из самых универсальных прецизионных гене раторов из номенклатуры ОАО «Морион». Для ГК199 ТС доступно два варианта ис полнения по уровню фазовых шумов: стан дартный и малошумящий (опция LN) – га рантированный уровень фазовых шумов для 10 МГц составляет менее –100 дБ/Гц для отстройки 1 Гц и менее –150 дБ/Гц для отстройки 100 Гц. Возможна поставка ГК199 ТС с широким интервалом рабочих температур (от –40 до +85°С). Данный при бор освоен в серийном производстве и предлагается по конкурентным ценам с ко роткими сроками поставки.

Обращаем внимание на то, что ОАО «Морион» ведёт разработку нового генера тора с параметрами, аналогичными ГК199 ТС, но в корпусе с габаритами 25,4 × 25,4 × × 12,7 мм, который является стандартным для широкого спектра применений. Завер шение разработки и начало производства нового прибора – ГК285 ТС – запланиро вано ориентировочно на конец 2010 г. Дополнительную информацию о продук ции ОАО «Морион» можно найти на сайте компании. www.morion.com.ru Тел.: (812) 350 7572, (812) 350 9243 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Миниконтроллеры 1886ВЕ7У и 1886ВЕ71У с малым энергопотреблением

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка

Компания XP Power выпустила однока нальные источники питания AC/DC серии VCS для монтажа на шасси, предназначен ные для применений, требующих недоро гих решений. Расширяя линейку продукции XP Power V Brand, включающую ряд недо рогих источников питания, эти модули удовлетворяют требованиям приложений, в которых необходимо применение корпу сированных источников питания с винто вым креплением внешних проводников. Серия VCS включает 50 , 70 и 100 Вт мо дели с выходными напряжениями +5, +12, +15, +24 и +48 В. Регулировка выходного

Модули соответствуют требованиям стан дартов безопасности UL60950/EN60950 1 для оборудования информационной техно логии, коммерческого и промышленного оборудования, а также требованиям к кон дуктивным помехам и помехам излучения согласно EN550022 level B, без необходи мости применения дополнительных фильт рующих компонентов. Стандартными сервисными функциями являются защита от перенапряжения, пе регрузки по току и короткого замыкания. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

Новые 200 Вт источники питания для применения на железнодорожном транспорте Компания TDK Lambda расширила се рию DC/DC преобразователей CN A110 но вой, самой мощной 200 ваттной моделью CN200A110. Все преобразователи данной серии характеризуются широким диапа зоном входного напряжения 60…160 В постоянного тока, что даёт широкие воз можности их применения в электронной аппаратуре железнодорожного транспор та. Выходное напряжение преобразовате ля от 5 до 24 В зависит от исполнения и мо жет регулироваться в диапазоне ±10% от номинального значения.

напряжения в пределах ±10% от номиналь ного значения позволяет получить нестан дартные значения выходного напряжения или компенсировать падение напряжения на соединительных проводниках. Эти вы сокоэффективные блоки питания с конвек ционным отводом тепла не требуют приме нения дополнительных теплоотводов или воздушного потока, что позволяет сэконо мить место и исключить дополнительные затраты. К тому же имеющие значение потребляемой мощности в режиме холос того хода менее чем 0,5 Вт, модули серии VCS гарантируют соответствие признан ным международным нормам эффектив ности использования энергии. В отличие от некоторых изделий конку рентов, модули серии VCS способны рабо тать в универсальном диапазоне входных напряжений от 90 до 264 В без понижения мощности. Серия VCS способна обеспе чить полную выходную мощность в диапа зоне температур от – 10 до +50°С без по нижения мощности, а с понижением вы ходной мощности – до +70°С. Запуск возможен при температуре –20°С. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Разработанные для жёстких условий эксплуатации преобразователи соответ ствуют требованиям по устойчивости к вибрационным и ударным воздействиям стандарта IEC61373 Category 1 Class B, а также способны функционировать в диапа зоне температур от –40 до +100°С без по нижения выходной мощности благодаря эффективному отводу тепла от основания корпуса. CN200A110 характеризуются зна чениями КПД до 88%, удельной мощ ностью 73 Вт/дюйм3 и обеспечивают в на грузке ток до 4,2 A. Компактные габариты (Г × Ш × В) 57,9 Ч 36,8 Ч 12,7 мм и стан дартный промышленный форм фактор half brick CN200A110 также должны пора довать разработчиков. Все DC/DC преобразователи CN A110 обладают следующими стандартными сер висными функциям: подключение вы носной обратной связи, дистанционное включение/выключение, защита от пере напряжения и перегрузки по току. Гальва ническая развязка между первичной и вто ричной цепью составляет 3000 В (действу ющее значение). www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

1,6 кВт источники питания AC/DC с функцией горячей замены Компания TDK Lambda представила новые источники питания AC/DC серии HFE1600 с функцией горячей замены. Новые 1600 ваттные источники с входным напряжением от 85 до 265 В обладают вы сокой удельной мощностью 25,2 Вт/дюйм3, высота модуля 1U. Модули предназначены для применения в оборудовании, требующем надёжного питания 12, 24 и 48 В, и рекомендованы к применению в телекоммуникационном оборудовании, военных приложениях, ла зерах и системах управления технологи ческими процессами. Модули HFE1600 могут подключаться как индивидуально, так и в параллель до 5 ис

CN200A110 – идеальное решение для систем автоматики с высоким энергопо треблением как на подвижном составе, так и в стационарных железнодорожных ком плексах. Применение преобразователей данной серии позволяет системным инте граторам за короткие сроки создавать бюд жетные решения, отвечающие требовани ям стандарта EN50155, и избегать рисков, связанных с заказными разработками.

WWW.SOEL.RU

5

© СТА-ПРЕСС

XP Power выпустила недорогие источники питания AC/DC для монтажа на шасси

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка

Компания TDK Lambda расширила серию PXF DC/DC преобразователей 60 Вт моделями Новые модули серии PXF60 разработа ны для применения в телекоммуникацион ных, беспроводных и промышленных при ложениях.

DC/DC преобразователи предназначены для работы от сетей постоянного напряже ния 24 В в диапазоне от 18 до 36 В или 48 В диапазоне от 36 до 75 В. Металлический корпус серии PXF60 по зволяет обеспечить экранирование с шес ти сторон и уменьшить кондуктивные по мехи, обеспечивая соответствие требова ниям стандарта EN55022, класс А, по электромагнитной совместимости.

PXF60 обеспечивают в нагрузке 60 Вт, имеют одноканальный выход с напряжени ями 3,3, 5, 12 и 15 В; габариты источника 50 × 50 × 10 мм.

Новые модели серии PXF60 характери зуются значением КПД до 90% и соответ ствуют требованиям стандартов электро безопасности IEC/UL/EN60950. Стандарт ными сервисными функциями являются: дистанционное вкл./выкл., регулировка вы ходного напряжения потенциометром, за щита от перегрузки и перенапряжения. Ди апазон рабочих температур от –40 до +110°С (с понижением выходной мощности при +40°С и выше). www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

6

500 Вт источники питания AC/DC с отводом тепла через основание корпуса Компания TDK Lambda представила но вый ряд CPFE500 источников питания AC/DC с отводом тепла через основание корпуса без применения дополнительного вентилятора. Расширенный температурный диапазон от –40 до +85°C делает эту новаторскую серию востребованной в тех случаях, когда требуется высокая мощность и при этом невозможно применять вентиляторы, или когда модули устанавливаются в герметич ный корпус. Все источники питания серии CPFE500 работают от сети переменного напряжения в диапазоне 90…265 В (47…63 Гц), на вхо де установлен корректор КМ, КПД дости гает 88%.

Доступны модели с выходными напряже ниями 12, 28 и 48 В, в нагрузке обеспечива ется мощность 500 Вт. CPFE500 могут ра ботать при последовательном или парал лельном включении выходных каналов с ИЛИ диодом, обеспечивающим развязку выходных каналов, функция равномерного распределения тока обеспечивает работу при параллельном включении. Сервисны ми функциями являются сигнал состояния выходного напряжения (открытый коллек тор), дистанционное включение/выключе ние (гальванически развязанный сигнал), внешняя обратная связь, защита от корот кого замыкания, перенапряжения и пере грева. Применение защитного покрытия печат ной платы делает возможным эксплуата цию источника в средах с повышенным со держанием пыли и влажности. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636 WWW.SOEL.RU

Компактные 45 Вт источники питания AC/DC для применения в промышленном и медицинском оборудовании Компания XP Power представила серию ECS45 – одних из самых компактных 45 ваттных источников питания AC/DC в от крытом каркасе.

При габаритах 50,7 × 76,2 × 26,7 мм одноканальные модули серии ECS45 на 25% меньше, чем стандартные модели с площадью основания 2 × 4 дюйма. Все мо дели потребляют в режиме холостого хода не более 0,3 Вт, что обеспечивает конечно му оборудованию соответствие междуна родно признанным стандартам энергоэф фективности. К тому же эти модули с конвекционным отводом тепла весьма эф фективны, типичное значение КПД 87%, что обеспечивает меньшее рассеивание тепла. Ещё меньшей высотой корпуса ха рактеризуются 25 ваттные модули серии ECS25 при той же площади основания. Они способны обеспечивать полную мощ ность до температуры окружающей среды +50°С без необходимости применения внешних вентиляторов или принудительно го воздушного потока и работать до темпе ратуры +70°. Обе серии включают модели с выход ными напряжениями +12, +15, +24 и 48 В. В серии ECS45 также доступна модель с выходным каналом +5 В (ток нагрузки 6 A). Модули предназначены для ра боты от сети переменного напряжения 80…264 В (частота сети 47…440 Гц) и се ти постоянного напряжения 120…370 В. Источники питания серии ECS25/45 мо гут использоваться в применениях с за СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

точников, обеспечивая максимальную мощ ность до 8 кВт. Габариты: 300 × 85 × 41 мм. Для обеспечения N+1 резервирования максимальное количество подключенных блоков может достигать 10. Источники серии HFE1600 работают в диапазоне от –10 до 70°С и имеют гаран тию три года. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

РЫНОК

На правах рекламы

щитой от поражения электрическим то ком по классу I и II. Модули соответствуют требованиям безопасности стандартов UL60601 1/EN60601 1 для оборудования медицинской техники и стандартов элек тробезопасности UL60950 1/EN60950 1 для оборудования IT. По кондуктивным помехам модули соответствуют требовани ям стандартов EN55011/EN55022, класс B, без необходимости применения допол нительных фильтрующих компонентов. Источники питания ECS25/45 разрабо таны для медицинского, промышленно го и IT оборудования. Это может быть передающая аппаратура, вычислитель ная техника и хранение данных. Серти фикация для медицинского оборудо вания делает их пригодными для при менения в портативной медицинской аппаратуре. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

Компактные высокоэффективные источники питания AC/DC повышенной и большой мощности от XP Power Компания XP Power начала поставки компактных одноканальных источников электропитания серии HCP, предназна ченных для применения в системах управ ления производственными процессами и технологическом оборудовании. Эти высо коэффективные модули c типовым значе нием КПД до 91% включают четыре ряда с выходными мощностями 650 Вт и 1 кВт, с высотой менее 1U, а также 1,5 кВт и 3 кВт. Однопроводная схема распределения вы ходного тока обеспечивает параллельное подключение нескольких модулей для дос тижения более высокой выходной мощнос

ти или резервирования. Доступны все по пулярные номинальные выходные напря жения от +12 до +48 В. Для удовлетворе ния требований к более широкому ряду выходных напряжений возможно регулиро вание выходного напряжения в диапазоне 30…105% от номинального значения. По добная функция обеспечивает регулиров ку выходного тока от 40 до 105% макси мального значения тока. Обе функции регулировки могут осуществляться исполь зованием внешнего напряжения или пере менным резистором. Встроенный канал напряжения 5 В/0,5 A для обеспечения де журного режима может быть использован для питания логических или управляющих схем без необходимости встраивания до полнительных источников напряжения или понижающих преобразователей. Модули питания серии HCP со встроен ными охлаждающими вентиляторами явля ются идеальным выбором для пользо вателей, ищущих компактные высокоэф фективные источники питания, которые оснащены функциями программирования и сигналами текущего контроля. Регулиро ванием скорости вращения вентилятора в зависимости от нагрузки акустический шум снижается до минимума. Сервисными функциями модулей серии HCP являются внешняя обратная связь, дистанционное включение/выключение, сигнал состояния выходного напряжения DC OK. Многофунк циональный светодиодный индикатор пре доставляет визуальную информацию о те кущем состоянии источника питания. Источники питания серии HCP поддер живаются трёхлетней гарантией. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

TDK Lambda расширила серию LS источников питания AC/DC 200 Вт моделями Компания TDK Lambda – ведущий произ водитель источников питания – добавила 200 Вт модель в свою популярную серию LS одноканальных источников питания AC/DC общего назначения, в настоящее время мо дели серии охватывают мощности от 25 до 200 Вт. Несмотря на то что серия LS200 яв ляется особенно подходящей для примене ний с ограниченным бюджетом, модули LS200 содержат больше функций, чем из делия с подобной ценой, доступные сегодня на рынке. Кроме того, модули могут быть установлены в каркас высотой 1U. Модули питания серии LS200 имеют уни версальный вход с диапазоном напряже

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

ния от 85 до 264 В (пределы изменения частоты питающей сети 47…63 Гц) с кор ректором коэффициента мощности и спо собны выдерживать воздействие пере напряжения 300 В (переменный ток) в течение 5 с. Стандартными сервисными функциями LS200 являются защита от пе регрузки с ограничением тока на постоян ном уровне, защита от перенапряжения и перегрева, а также дистанционное включе ние/выключение, внешняя обратная связь и светодиодный индикатор о включении ON зелёного свечения. Доступная с защит ной крышкой и установленным малошу мящим вентилятором или в исполнении П образного шасси с конвекционным отво дом тепла или принудительным воздуш ным охлаждением системы, рациональная конструкция LS200 обеспечивает превос ходный температурный баланс и значение MTBF 299 000 ч – на 63% больше, чем из делия конкурентов. Номинальные значения выходного на пряжения охватывают ряд от 3,3 до 48 В, обеспечивается ток нагрузки до 40 A. Регу лировка выходного напряжения в диапазо не –10...+20% (для моделей с выходными напряжениями 12, 24 и 48 В) позволяет по лучить нестандартные напряжения. Моду ли LS200 предназначены для работы в ди апазоне температур окружающей среды от –25 до +70°С, тепловая конструкция спо собна обеспечить полную мощность до +50°С и 60% выходной мощности при тем пературе +70°С. Кроме того, модели с вы ходными напряжениями 24 и 36 В способ ны обеспечить пиковую мощность 250 Вт. Габариты LS200 199 × 98 × 41 мм. По кондуктивным помехам и излучаемым по мехам LS200 соответствуют требованиям стандарта EN55011/EN55022 class B, по требованиям к безопасности LS200 соот ветствуют стандартам UL/IEC 60950 1 (издание 2). Модули LS200 поддерживаются трёхлет ней гарантией производителя. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

7

© СТА-ПРЕСС

Новости российского рынка

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка

В линейке светодиодных кластеров XLight® появились новые кластеры со све тодиодами серий XP E Cree XLamp: ● XLD AC1X03 XPE 01 WHC Q4 – цвет хо лодный белый, минимальный световой поток 300 лм при токе 350 мА; ● XLD AC1X03 XPE 01 WHS – цвет естест венный белый, минимальный световой поток 281 лм при токе 350 мА; ● XLD AC1X03 XPE 01 WHW – цвет тёп лый белый, минимальный световой поток 241 лм при токе 350 мА. Под заказ возможно изготовление клас теров с цветными светодиодами. Кластер представляет собой круглую пе чатную плату на алюминиевом основании с тремя мощными светодиодами серии XP E. Кластер адаптирован к применению вто ричной оптики Ledil серии TUIJA 3 XP для трёх светодиодов. Основными преимуществами новых из делий являются большее значение видимо го угла (угла распределения света) и более низкая цена по сравнению с кластерами со светодиодами серии XR E.

Основные характеристики: ● рассеиваемая тепловая мощность не бо лее 3 Вт; ● возможность использования кластеров в составе матриц; ● тип подключения: пайка к контактным площадкам; ● максимальный постоянный прямой ток: 1 А; ● температура эксплуатации: –40..+85°С; ● видимый угол: 115°; ● диаметр: 21 мм. Приобрести новые кластеры можно со скла да официального дистрибьютора XLight® – компании ПРОСОФТ. www.prochip.ru Тел.: (495) 232 2522

22 кВт источники питания DC/DC и AC/DC от компании Schaefer Компания Schaefer представила новую серию C6400 источников питания AC/DC и DC/DC с выходной мощностью до 22 кВт.

8

Серия C6400 включает модели для рабо ты от трёхфазных сетей переменного тока 3 × 400 В (320…460 В), 3 × 480 В (400…530 В) с частотой сети 47…400 Гц и сетей посто янного тока 320…640 В, 450…800 В, кото рые способны обеспечить выходные напря жения до 800 В и ток нагрузки до 360 А.

Надёжные преобразователи напряжения DC/DC и AC/DC серии C6400 выполнены из компонентов промышленного класса по то пологии коммутации силовых транзисто ров при нулевом токе. Изделия характери зуются значением нестабильности по току 0,2% и нестабильности по сети 0,1%. Модули оснащены внешней обратной связью, защитой от перегрева, перенапря жения, перегрузки по току, длительного ко роткого замыкания. Значение КПД состав ляет до 90% (тип.), диапазон рабочих тем ператур от –10 до +50°С. Конструктивно модули выполняются в корпусах с габари тами 355 × 483 × 600 мм. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

применения внешних конденсаторов. Мо дули выпускаются в корпусах для поверх ностного монтажа (габариты 30,48 × 30,48 × × 8,79 мм). Для применения в аппаратуре ракетно космической техники предлагаются радиа ционно стойкие модели со значениями по глощённых доз низкоинтенсивного ионизи рующего излучения 30 крад (Si), 100 крад (Si) и 300 крад (Si), соответствующие тре бованиям спецификации MIL PRF 38534 по Class H и Class K. Гарантируется отсут ствие катастрофических отказов, вызыва емых тиристорным эффектом, при значе ниях передачи энергии (ЛПЭ) частицами более 80 МэВ см2/мг. В дальнейшем компания планирует по полнить серию преобразователями для мон тажа в отверстия печатной платы, а также моделями с двумя выходными каналами.

Основные характеристики: ● ●

●

Новые DC/DC преобразователи типа POL работают при температуре –70…+150°С

●

Компания CRANE Aerospace & Electro nics, поставляющая продукцию под торго вой маркой Interpoint, начала производство высокоэффективных DC/DC преобразова телей серии MFP типа POL (point of load – локализованные к нагрузке).

DC/DC преобразователи серии MFP (Ma ximum Flexibility Power) разработаны для применения в военной, авиационной техни ке и аппаратуре космических аппаратов. Первые модели новой серии, предназна ченные для установки рядом с нагрузкой, обеспечивают формирование стабильного напряжения в широком диапазоне темпера тур –70…+150°С и максимальную гибкость благодаря обширному набору функцио нальных возможностей. Преобразователи MFP0507S характери зуются чрезвычайно низким уровнем пуль саций выходного напряжения и не требуют

●

WWW.SOEL.RU

●

●

●

● ●

●

●

● ●

диапазон входных напряжений от 3 до 6 В; стойкость к импульсным напряжениям с амплитудой 15 В и длительностью 1 с; нет гальванической развязки между входными и выходными цепями; фиксированная частота преобразования (280…330 кГц); четыре выходных канала с предустанов ленными напряжениями: 0,8; 1,6; 2,5; 3,3 В; ток нагрузки 7 A; выходное напряжение регулируется в ди апазоне 0,64…3,4 В; защита от перенапряжения, короткого замыкания и низкого входного напряже ния (модуль отключается при значении входного напряжения 2,75 В); КПД до 92%; функции дистанционного включения/вы ключения; внешняя синхронизация (частота в диа пазоне 270…340 кГц или 600 кГц с пони жением КПД на 2% при полной нагрузке); равномерное распределение тока при па раллельной работе модулей; внешняя обратная связь; запуск гарантируется при температуре –90°С. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

XLight® представляет кластеры с компактными светодиодами серии XP E

РЫНОК

На правах рекламы

Новости российского рынка Приборы и системы ● ●

●

●

время измерения на одной частоте 150 мкс; анализ во временной области; измерение устройств с преобразованием частоты; прибор поддерживает различные виды калибровок: – нормализация отражения и передачи, – полная однопортовая калибровка, – однонаправленная двухпортовая ка либровка; низкая цена. www.planar.chel.ru Тел.: (351) 72 99 777

Безвентиляторные встраиваемые компьютеры REC5625 на основе процессоров Intel Core 2 Duo i7/i5 Компания Litemax Electronics представила новую линейку REC5625 серии RUGGCORE встраиваемых компьютеров, обеспечива ющих надёжное функционирование, масшта бируемую производительность обработки данных, расширение шасси этажерочного ти па, широкие возможности ввода/вывода и гибкий промышленный дизайн. Компьютеры

REC5625 поддерживают сокет 989 с процес сором Intel Core 2 Duo i7/i5, ОЗУ типа DDR III 800/1066 объёмом до 4 Гб. В качестве корпу са применяются алюминиевые шасси, фор мирующие прочную механическую конструк цию. REC5625 предназначены для приме нения в качестве контроллеров в станках, морской аппаратуре, системах управления производственным оборудованием, аппара туре транспортных средств. Компютеры осна щены портом Ethernet 10/1000/1000Base TX x 2 (Intel® 82577LM и Intel® 82574L). На пе редней панели расположены интерфейсы ввода/вывода USB×2, COM×2 (RS232), на задней панели – RJ45×2, USB×4, COM×2 (RS232/422/484×1), DVI I, VGA, Display Port. Для расширения функциональных воз можностей предусмотрен слот Mini PC E. Напряжение питания 9…36 В. Диапазон рабо чих температур от –10 до +45°С. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234 0636

Реклама

ООО «Планар» (г. Челябинск) приступил к выпуску нового измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения «Обзор TR1300/1». Прибор предназначен для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения (S параметров) СВЧ устройств в диапазоне частот от 0,3 до 1300 МГц. Для измерения нелинейных свойств четы рёхполюсников и расширения диапазона из мерений в приборе используется регулиров ка выходной мощности от –55 до +3 дБм. Основные характеристики прибора: ● измеряемые параметры S11 и S21; ● динамический диапазон более 130 дБ; ● шаг установки частоты 1 Гц;

●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

9

© СТА-ПРЕСС

«Планар» приступил к выпуску нового измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения «Обзор TR1300/1»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Суперкомпьютеры в нанотехнологиях Наталия Раус (Москва)

Возможность работы с материей на уровне индивидуальных атомов пред ставляет собой важнейшую цель при кладной науки. Но в то же время сами по себе такие приложения обладают огромной важностью для развития промышленности. В частности, когда постановка прямого эксперимента или разработка простой модели за труднительна или невозможна (будь то астрофизика, исследование процес сов в недрах планет при сверхвысоких температурах и давлениях, изучение сейсмической активности, разработка ядерного оружия или расчёт внешней аэродинамики городского рекламно го щита – см. рис. 1), незаменимым методом исследования и проектиро вания является компьютерное модели рование. При этом вместо информа тивных высокоуровневых феномено логических моделей, разработанных под конкретную задачу, используются более универсальные принципы (на пример, фундаментальные законы квантовой механики). За счёт такого «отката назад» по лестнице уровней описания системы, вычислительная сложность задачи сильно возрастает; однако колоссальное превосходство вычислительной мощности компью

теров над возможностями человека часто позволяет решить задачи, прин ципиально неразрешимые на уровне «карандаша и бумаги». Именно поэтому компьютерное мо делирование оказывается поистине незаменимым инструментом при ре шении инженерных задач, целью ко торых является оптимизация тех или иных наноструктур и наноматериалов под заданное приложение. При этом большую выгоду можно получить с помощью «виртуального прототипи рования», рассчитывая характеристи ки объектов кандидатов без необхо димости их реального синтеза (см. рис. 2). Это подчас является слишком дорогостоящей задачей, чтобы отбор можно было произвести на основании реальных измерений. Пользу от тако го подхода в значительной мере уже ощутила фармакология: «виртуальный скрининг» малых молекул на предмет сродства к белку мишени уже сейчас позволяет сэкономить миллионы дол ларов на разработке препаратов и со кратить сроки выхода препарата на рынок на многие месяцы. В случае на нотехнологий такой подход осложня ется большим разнообразием возмож ных физических, химических и био

логических приложений, каждое из которых требует своего уникального подхода, а также – большим разнооб разием и сложностью неорганичес кой химии по сравнению с биоорга нической. Применение методов компьютер ного моделирования в нанотехно логиях уже зарекомендовало себя как важнейший исследовательский инструмент, что видно по лавинооб разному росту числа публикаций в на учных журналах нанотехнологичес кой тематики, посвящённых расчётам свойств наноструктур, – как самосто ятельным, так и в тесном сотрудниче стве с экспериментаторами. Модели рование позволяет в мельчайших де талях предсказать и проследить за атомарной структурой и динамикой наночастиц и наноматериалов, иссле довать процессы химического ката лиза на наноуровне, изучить элек тронную структуру и транспортные свойства молекулярных электронных устройств, и т.д. Фактически на сегод няшний день именно нанотехноло гии и смежные области являются ос новными потребителями машинного времени во всех мировых супер компьютерных центрах широкой спе циализации. Доступность вычислительной техни ки петафлопсного масштаба (произ водительностью более квадриллиона операций в секунду) постепенно по зволяет переходить от моделирования «по аналогии» на примерах простых модельных систем к вполне реалис тичным расчётам на размерных и временных масштабах, действитель но имеющих значение в нанотехно логиях. С другой стороны, большая важность методов компьютерного мо делирования в нанотехнологиях сти мулирует чрезвычайно активную раз

Рис. 1. Анализ внешней аэродинамики и НДС городского рекламного щита

10

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Современные исследования в области нанотехнологий всё чаще требуют дополнения физического эксперимента «численным» – компьютерным моделированием атомарной структуры и эволюции нанообъекта, основанным на базовых физических законах. При условии доступности вычислительных ресурсов достаточной мощности моделирование даёт то, что не может обеспечить эксперимент: возможность проследить и понять, какие именно фундаментальные факторы обусловливают те или иные особенности поведения системы. Без использования действительно мощных суперкомпьютеров крайне затруднительно реализовать «инженерный» подход к нанотехнологиям – создание наносистем с чётко заданными произвольными свойствами и возможностями.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В России с развитием нанотехноло гий использование высокопроизводи тельных вычислений также приобре тает всё большее значение. И если раньше они наиболее активно исполь зовались для научно исследовательс ких и опытно конструкторских работ, а ряд научных коллективов активно применял методы компьютерного мо делирования, то теперь стоит очевид ная задача – ускорить внедрение су перкомпьютерного моделирования на промышленных предприятиях и в коммерческих компаниях для разра ботки и производства новых высоко технологичных продуктов. Суперкомпьютерное моделирова ние, заменяющее натурные испытания при разработке новых технологий, открывает принципиально иные воз можности для промышленности и на ноотрасли – например, создание «на номашин» с заданными свойствами и возможностями. Однако на самостоя тельное освоение суперкомпьютеров

компании вынуждены тратить десят ки лет и миллионы долларов. В связи с этим государственная корпорация РОСНАНО запустила проект по фор мированию рынка суперкомпьютер ных вычислений в наноиндустрии и промышленности, в рамках которого предприятия получат не только доступ к суперкомпьютерам, но и готовые ре зультаты расчётов. Проект предоставит инженерам и исследователям полный комплекс услуг по постановке задач и подбору ПО, моделированию, суперкомпью терным расчётам, анализу и интерпре тации результатов. Предприятия смо гут внедрить результаты моделирова ния и оценить его преимущества на практике. Такой подход направлен на активное формирование рынка ком мерческих суперкомпьютерных рас чётов при поддержке государства, радикально сокращая путь к новым технологиям в наукоёмких отраслях промышленности.

WWW.SOEL.RU

11

© СТА-ПРЕСС

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Рис. 2. Аэродинамический расчёт комплекса зданий

Реклама

работку новых параллельных вычис лительных алгоритмов, необходимых для использования столь больших мощностей. Наглядной иллюстрацией служит тот факт, что первые два при кладных научных расчёта, в ходе ко торых был преодолён рубеж производи тельности в 1 Петафлопс, представляли собой исследования по молекулярному моделированию: расчёты электронной структуры высокотемпературных сверх проводников (купратов) квантовым методом Монте Карло и изучение эф фекта гигантского магнитосопротив ления в магнитных наночастицах. Оба рекорда производительности бы ли поставлены на суперкомпьюте ре Jaguar, установленном в Националь ной лаборатории Оук Ридж в США (http://www.ornl.gov) и занимающем второе место в последней редакции списка Top500 самых высокопроиз водительных суперкомпьютеров мира (суммарная производительность су перкомпьютерного комплекса состав ляет 1,64 Петафлопс). Наиболее показательные результа ты с использованием суперкомпьюте ров в области нанотехнологий проде монстрированы именно на западе, где уже наработан большой опыт приме нения высокопроизводительных вы числений в области нанотехнологий. Использование возможностей супер компьютеров широко практикуется при разработке новых перспективных материалов и устройств и опирается на серьезную поддержку ведущих ла бораторий, располагающих мощными суперкомпьютерными ресурсами. Так, например, для поддержки исследова ния свойств воды в малоразмерных системах на суперкомпьютере Нацио нальной лаборатории Argonne, США (производительность – 557 триллио нов операций в секунду, или тера флопс), в 2008–2009 г.г. выделено 8 млн. процессорных часов. На про ект развития интегрального подхо да к рациональной разработке хи мических катализаторов на супер компьютере Jaguar Национальной лаборатории Оук Ридж, США, в 2008 г. выделено 10 млн. процессорных ча сов, а в 2009 – уже 30 млн. ч. Поддерж ка ряда подобных исследований в области нанотехнологий осущест вляется в рамках программы IN CITE Министерства энергетики США (http://www.er.doe.gov/ascr/INCITE/in dex.html), а также в рамках родствен ных программ.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Разработка технологии изготовления металлизированных подложек для изделий силовой электроники

В статье даётся описание существующих методов металлизации подложек для силовой электроники, альтернативой которым может быть метод холодного газодинамического напыления. Приведены результаты разработки технологии металлизации керамических подложек этим методом на оборудовании ДИМЕТ. Полученные данные параметров адгезии и проводимости позволяют сделать выводы о перспективности этого метода металлизации.

Растущий спрос на надёжные си ловые полупроводниковые модули высокой мощности и приемлемой сто имости обусловлен непрерывно раз вивающимся рынком силовых пре образовательных устройств: приводов, систем управления энергопотребле нием, источников бесперебойного пи тания, импульсных источников пита ния и электрических транспортных средств. Основные требования, предъ являемые к законченному силовому модулю, – минимальные габариты и низкая стоимость материалов и про цесса производства в сочетании с вы сокими техническими характеристи ками, устойчивостью к воздействиям окружающей среды и практически абсолютной безотказностью. Конст рукция современного модуля должна обеспечивать минимальные значения переходных тепловых сопротивлений и распределённых индуктивностей си ловых шин в сочетании с высоким напряжением изоляции. Основным элементом конструкции силового модуля является металлизированная керамическая подложка, на которой расположены силовые полупроводни ковые кристаллы. Керамическая под ложка выполняет две основные функ ции: ● осуществляет электрическую изоля цию токоведущих шин топологичес кого рисунка, расположенных на од ной стороне, друг от друга, а также от токоведущих шин на другой стороне; ● передаёт тепло, выделяемое актив ными силовыми полупроводнико выми кристаллами (диодами, тран зисторами, тиристорами), на тепло отводы и радиаторы.

12

По типу конструкции силовые моду ли можно условно разбить на два типа: паяные с изолированным основанием и модули прижимной конструкции. В обоих случаях чипы (IGBT, FRD и т.д.) припаиваются на керамическую под ложку, играющую роль электроизоли рующего и теплопроводящего слоя между полупроводниковыми кристал лами и основанием теплоотводом. Используемая для подложек керамика негигроскопична, термостойка, явля ется изоляционным материалом с высокими механическими и электри ческими свойствами, отличается срав нительной простотой технологии из готовления и невысокой стоимостью. Механическая прочность на сжатие, растяжение, изгиб достаточна для практического использования. При изготовлении силовых модулей для обеспечения безотказности и высоко го напряжения изоляции, а также ми нимальных значений переходных теп ловых сопротивлений используются керамические подложки на основе оксида алюминия Al2O3 и нитрида алюминия AlN с медным слоем с обеих сторон керамической пластины. По способу получения толстого медного слоя на керамических пластинах, пригодного для эффективной работы с токами свыше 50 А и напряжениями 1…4 кВ, наибольшее распространение получили технологии AMB (Active Metal Braze) и DBC (Direct Bonded Cop per). AMB является комбинированной технологией, в которой необходимый толстый слой проводника достигается гальванической металлизацией пред варительно полученных тонкоплёноч ных проводников. Такая технология WWW.SOEL.RU

позволяет достичь превосходной адге зии и электрических свойств конеч ной подложки. Однако она имеет огра ниченное применение, прежде всего в силу сложности и дороговизны техно логического процесса. Оптимальным сочетанием технических и коммерчес ких преимуществ для производства си ловых модулей обладают подложки, изготовленные по технологии DBC. Такая подложка представляет собой пластину из керамики Al2O3 или AlN, покрытую с двух сторон фольгой из бескислородной меди. Соединение достигается за счёт эвтектической свя зи, образующейся при высокотемпе ратурной обработке в туннельной пе чи между молекулами оксида меди и оксида алюминия (в случае керамики из нитрида алюминия его поверхность предварительно окисляется). Как пра вило, нижний слой (сплошной или сетчатый) служит для соединения под ложки с теплоотводом, верхний обра зует необходимую топологию электри ческой схемы модуля и обеспечивает электрическое соединение силовых ключей, силовых и управляющих вы водов. Соединение силовых (эмитте ры IGBT и катоды FRD) и управляющих выводов полупроводниковых кристал лов с контактными площадками под ложки осуществляется при помощи алюминиевой проволоки ультразвуко вой сваркой. Толщина керамической основы подложки может быть различ на, зависит от предъявляемых к изде лию требований и варьируется от 0,25 до 1 мм. В зависимости от назначения, медный слой может иметь толщину от 0,127 до 0,5 мм. Помимо чистой меди, подложки могут иметь один из трёх ва риантов финишного покрытия: ни кель (толщиной 2…10 мкм), золото (толщиной 0,01…0,15 мкм) или комби нация никель золото. Для получения финишного покрытия используется метод химического осаждения. На оте чественном рынке материал, обла дающий вышеперечисленными ха рактеристиками, представляет фирма curamik® electronics (Германия), разра СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Юрий Непочатов, Гуго Дейс, Александр Богаев (Новосибирск), Александр Каширин, Александр Шкодкин (Калужская обл.)

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

нию в керамике так называемых «кон коидальных» трещин, параллельных поверхности подложки [2, 3]. При этом происходит отслоение медного слоя от керамики, нарушается теплопере дача, что в конечном итоге приводит к отказу модуля. Подложки на основе AlN имеют теплопроводность и КТР бли же к кремниевым кристаллам, чем под ложки на основе Al2O3, что обуславли вает большую стойкость первых к тер моциклированию и их применение в модулях большей электрической мощ ности, предназначенных для железно дорожной техники и других устройств, испытывающих сильные термические нагрузки. Альтернативным решением для обес печения устойчивости к термоцикли рованию является, по мнению авто ров, способ холодного газодинамичес кого напыления (ХГН) [4]. Впервые явление холодного газодинамическо го напыления было зафиксировано в начале 1980 х годов в Институте тео ретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (Ново сибирск) в процессе эксперименталь ного изучения обтекания затупленных

тел сверхзвуковым потоком газа, содер жащим частицы алюминия, с темпера турой торможения около 0…20°C. Со гласно распространённой тогда точке зрения, устойчивые покрытия образу ются при напылении расплавленных или близких к этому частиц. Однако, не смотря на ошибочность такого утверж дения, отмеченный эффект дал толчок быстрому развитию нового способа получения покрытий, названного хо лодным газодинамическим напыле нием, созданию новых технологий и техники. Суть ХГН – «не расплавляем, а ускоряем». Дальнейшие исследования, проведённые по схеме «разгоняемая в сопле сверхзвуковая гетерогенная струя – преграда для напыления», по казали определяющую роль скорости частиц. Для металлических частиц с размером менее 50 мкм существуют критические скорости (500…600 м/с) их взаимодействия с подложкой. При скорости частиц меньше критической наблюдается процесс эрозии. Если ско рость частиц превышает критическое значение, происходит процесс напы ления. Важно, что свойства получаю щихся покрытий (адгезия, пористость,

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

13

© СТА-ПРЕСС

Реклама

ботчик и крупнейший изготовитель DBC подложек в мире. Характеристи ки и способы получения фирмой cu ramik медного слоя на керамических пластинах на основе оксида алюми ния и нитрида алюминия приведены в [1]. Для получения металлизации по технологии DBC на обе стороны кера мической подложки осаждают толстые (до 300 мкм) проводящие слои, из ко торых формируют многослойную ме таллизационную систему. В процессе осаждения проводящих слоёв, при монтаже навесных элементов на под ложку, а также при последующей эксплуатации силовых модулей в условиях циклически изменяющихся температур многослойные металлиза ционные структуры подвергаются воз действию термических и механичес ких напряжений. Важными проблема ми при этом являются обеспечение высокой адгезии к подложке плёноч ных покрытии и их пригодность к раз личным видам пайки и сварки. В ре зультате многочисленных термоцик лов различия КТР меди и подложки из алюмооксидной или алюмонитрид ной керамики приводят к образова

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

микротвердость и т.д.) зависят от ско рости напыляемых частиц. Поскольку при ХГН отсутствует сильное терми ческое воздействие на частицы, нет и связанных с ним нежелательных по бочных эффектов (к примеру, таких как окисление или фазовые переходы) и жёстких ограничений на размер час тиц. С учётом того, что размеры сопла пропорциональны размеру частиц, а диаметр сопла может быть уменьшен до 1 мм и менее, здесь просматривает ся прямой путь к нанотехнологиям. Способ холодного газодинамического напыления позволяет использовать для получения покрытий не только одно компонентные порошки, но и их сме си. Новым перспективным направле нием в развитии ХГН можно считать получение металлокерамических по крытий различного функционального назначения (износостойких, эрозион ностойких, фрикционных и др.). Разновидностью ХГН является тех нология динамической металлизации

(ДИМЕТ) [5–8], которая отличается от метода ХГН тем, что по технологии ХГН напыление осуществляется под высоким давлением (свыше 1 МПа), а по технологии ДИМЕТ – под низким давлением (до 1 МПа). При этом в ка честве напыляемых материалов ис пользуются смеси металлических и ке рамических частиц. Добавление кера мических частиц в металлический порошок позволяет наносить смесе вые металлокерамические покрытия, в которых металлический компонент играет роль матрицы, удерживающей эти частицы. Экспериментально по казано, что процесс формирования подобных покрытий имеет ряд осо бенностей, обусловленных взаимным влиянием керамических и металли ческих частиц на процесс напыления. В частности, повышается адгезия, прочность покрытия, его износостой кость и т.п. При напылении покрытий напыляемый материал инжектируется в закритическую зону сверхзвукового

Рис. 2. Конструкция многоместной оснастки для напыления

14

WWW.SOEL.RU

Рис. 3. Иллюстрация процесса нанесения меди на алюминиевый подслой с помощью оборудования ДИМЕТ СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Рис. 1. Автоматизированный комплекс ДИМЕТ СКУ&5 для напыления толстых слоёв Al и Cu

сопла, что позволяет избежать эрозии стенок сопла в критическом сечении. Для исследования характеристик покрытия по технологии ДИМЕТ были выполнены работы по напылению слоя толстой меди с подслоем алюми ния на алюмооксидные подложки групповым методом с использованием многоместной оснастки для крепления подложек. Работы проводились на ав томатизированном комплексе ДИМЕТ СКУ 5 (рис. 1). Многоместная оснастка с закреплёнными керамическими под ложками показана на рис. 2. Процесс напыления проводился на автоматизированном комплексе ДИ МЕТ СКУ 5 (рис. 1 и 3), в состав которо го входит аппарат типа ДИМЕТ 405, пылезащитная камера ПЗК С5, на кото рую установлен двухкоординатный привод СКУ 5, управляемый шаговы ми двигателями по заданной програм ме от блока контроля и управления, вентиляционное устройство, компрес сор. Напылительный блок крепится на двухкоординатном приводе в верти кальном положении. Режим работы был подобран путем изменения ско рости и шага перемещения привода с напылителем, количества подаваемого порошка, скорости вылета частиц по рошка из сопла (пять режимов за счёт нагрева газовой струи), количества проходов. Порошки для нанесения покрытий представляли собой смесь двух порош ков. Один из них – это керамический порошок оксида алюминия (корунд), который сам, ввиду своей высокой твёрдости и жаростойкости, практи чески не взаимодействует с обрабаты ваемой поверхностью, но выполняет операцию её подготовки (очистки), а в процессе нанесения покрытия выпол няет роль молотка для наклёпа основ ного, мягкого материала покрытия. Для нанесения на подложки адгезион ного подслоя из алюминия использо вали смесь типа А 10 04 с соотноше нием корунда и алюминия соответ

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Параметры подложек по технологиям ДИМЕТ, DBC и пластины из меди Толщина слоя алюминия, мкм

Толщина слоя меди, мкм

Удельное сопротивление, 10–6 Ом·см

Адгезия, кгс/мм2

Характер отрыва

1

50

200

2,98

1,92

Отрыв меди от алюминия

2

75

275

3,07

1,66

Отрыв меди от алюминия

3*

50

200

3,37

1,44

Отрыв по меди

4

50

275

3,18

2,31

Отрыв меди от алюминия

5

50

200

3,05

2,09

Отрыв меди от алюминия

6*

25

170

3,77

2,94

Отрыв по меди

7

50…75

450

2,91

>3,25

Отрыв по слою припоя

8

50…75

450

2,81

>3,25

Отрыв по слою припоя

9*

10…25

450

4,37

2,13

Отрыв по меди

DBC покрытие

–

300

2,90

>4,20

Расслоение по керамике

Медная пластина

–

300

2,05

–

–

Номер образца

*Образцы без отжига

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

одного питателя на другой. Время, не обходимое для нанесения покрытия одной стороны подложки, составило 1,5 мин. В процессе работ было изго товлено три партии подложек с покры тиями, нанесёнными в различных ре жимах. Первая партия на втором ре жиме подогрева с порошком меди ПМС 1, вторая партия на втором режи ме подогрева с порошком меди ПМС М4, третья партия на третьем режиме подогрева с порошком меди ПМС М4. После напыления образцы подложек с нанесёнными слоями алюминия и меди для повышения адгезии и уплот нения структуры термически обра батывались, после чего измерялись удельное сопротивление и адгезия спе чённой металлизационной структуры из толстых слоёв Al и Cu. В таблице показаны результаты измерений образцов подложек с на пылёнными слоями алюминия и толс той меди по технологии ДИМЕТ в срав нении с образцами пластины из меди и подложки с нанесённой толстой медью по технологии DBC. Как видно из таблицы, наилучшие результаты имеют образцы № 7 и № 8, у которых величины удельного сопротивления и адгезии близки к значениям этих пара метров у образца с толстой медью по технологии DBC. Измерение адгезии проводилось по методу нормального отрыва стальных пластин по ГОСТ 28089 89, 28574 90, 27325 87 на раз рывной машине Р5. Измерение удель ного сопротивления выполнялось с ис пользованием моста постоянного тока МО 62.

●

ёв не хуже, чем у подложек с толстой медью по технологии DBC. Для использования подложек с толс той медью в изделиях силовой элек троники необходимо проверить их способность к ультразвуковой свар ке, к пайке мягкими припоями и про вести испытания образцов на устой чивость к воздействию термоциклов.

ЛИТЕРАТУРА 1. Исламгазина Л., Шульц Хардер Ю., Валев С. Критерии выбора подложек для силовых модулей. Компоненты и Технологии. 2004. № 3.

2. Колпаков А. О термоциклах и термоцикли ровании. Силовая электроника. 2006. № 2.

3. Гюнтер М., Риттнер М., Нюхтер В., Воль тер К. Ю. Поведение керамических DBC субстратов при повреждении: иллюстра ция дефектов, характеристики и факто ры влияния. Технологии в электронной промышленности. 2008. № 7.

4. Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Фомин В.М., Клинков С.В. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. Физико математическая литература, 2010.

5. Каширин А.И., Клюев О.Ф. Буздыгар Т.В., Шкодкин А.В. Способ получения покры тий. Патент РФ № 2109842. 1997. Опубл.

27.04.98. Бюлл. № 12.

6. Клюев О.Ф., Каширин А.И., Шкодкин А.В. Тех нология газодинамического нанесения металлических покрытий. Часть 1. Про цесс формирования покрытий. Сварщик.

2003. № 4 (32). С. 25–27.

7. Клюев О.Ф., Каширин А.И., Шкодкин А.В., Буздыгар Т.В. Технология газодинамичес кого нанесения металлических покрытий. Часть 2. Применение покрытий. Сварщик.

2003. № 5 (33). С. 24–27.

ВЫВОДЫ ●

8. Клюев О.Ф., Каширин А.И., Шкодкин А.В.,

Технология динамической металли зации (ДИМЕТ) позволяет получать подложки с толстой медью с характе ристиками металлизационных сло WWW.SOEL.RU

Буздыгар. Т.В.Технология газодинамичес кого нанесения металлических покрытий. Часть 3. Оборудование «ДИМЕТ». Сварщик.

2003. № 6 (34). С. 25–27.

15

© СТА-ПРЕСС

ственно 85 : 15. Для нанесения меди ис пользовалась смесь типа С 01 00 с со отношением корунда и меди соответ ственно 45 : 55. Дисперсность порош ков находилась в пределах 25…100 мкм. В качестве медной составляющей сме си использовался порошок ПМС 1 или ПМС М4, изготовленный электролити ческим методом. Порошковая медь от носительно чистая, производится по ТУ 1793 094 00194429 2002. Номинальная величина давления в аппарате 5 атм. При повышении давле ния увеличивается производитель ность и коэффициент напыления. Максимальное давление не более 7 атм, оно ограничено условием подачи ма териала в сопло, при превышении которого подача становится невоз можной из за отсутствия требуемого перепада давления. Существует зави симость величины адгезии от режима нагрева. Чем меньше нагрев, тем лучше адгезия, но при этом ниже коэффици ент напыления. И чем выше нагрев, тем хуже адгезия, но при этом выше коэф фициент напыления. Максимальный нагрев на пятом режиме. Коэффици ент напыления при номинальном дав лении (5 атм) в зависимости от режима нагрева находится в диапазоне 10…35%. То есть на втором режиме – 10…15%, на третьем режиме – 15…20%. Напыление партии подложек про водилось на 15 местном приспособ лении (рис. 2). Пробное напыление проводилось на одной подложке. На несение двух слоёв (адгезионный алю миниевый и проводящий медный) с одной стороны производили в одном цикле за счёт того, что аппарат осна щён двумя питателями для различных порошков. Сначала наносили подслой алюминия толщиной 30…40 мкм, за тем толстый слой меди толщиной 250…300 мкм путём переключения с

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Микроконтроллеры на основе ядер ARM: широкое масштабирование аппаратных возможностей в рамках программной совместимости Статья посвящена анализу достоинств и конкурентных преимуществ архитектуры ARM и процессоров на её основе. Представлено новое ядро Cortex M0 и рассмотрены перспективные рынки для процессоров на основе ядер ARM.

Важным достоинством процессоров на основе ядер ARM является низкое энергопотребление. Эта особенность присуща архитектурам RISC в целом. Однако низкое энергопотребление процессоров на основе ядер ARM – да леко не единственное конкурентное преимущество последних. Есть и дру гие сильные стороны, и не только по отдельным техническим характерис тикам. В числе особо ценимых сегодня достоинств – большой диапазон масш табируемости возможностей процес соров на основе ядер ARM, программно совместимых между собой, а также рас ширяющаяся экосистема поддержки «архитектуры ARM». Архитектура ARM – это, пожалуй, лишь второй исторический преце дент появления на рынке микроконт роллеров (МК) «общеотраслевого стандарта де факто» после архитекту ры 8051. Новый стандарт является 32 разрядной архитектурой, позволяю щей довести стоимость некоторых микросхем на основе ядра ARM Cor tex M3 до «менее 1 долл. США» при стоимости 8 разрядных микроконт роллеров от 50 центов до 10 долл. США. По этой причине обсуждение явления «архитектура ARM» послед ние пять лет вышло за пределы дис куссий на конференциях и двухсто ронних переговоров компании ARM со своими заказчиками и попало на страницы деловой прессы. В этой свя зи уместно напомнить имена некото рых заказчиков компании ARM: Rene sas, Freescale, NEC, Fujitsy, Infineon, STMicroelectronics, Texas Instruments, Atmel, NXP, т.е. почти вся десятка лиде ров микроконтроллерного рынка. Су ществует множество компаний, сде лавших ставку на сотрудничество с

16

продукцией ARM. Одно только ядро ARM926EJ S лицензировано более чем сотней поставщиков «кремния». Напомним, что компания ARM не производит процессоры, микроконт роллеры и SoC микросхемы, а про даёт заказчикам интеллектуальную собственность в виде архитектур и конструкций процессорных ядер и внутрипроцессорных коммуникаций. При этом ARM активно сотрудничает с компаниями, купившими её лицензии как на двухсторонней основе, так и развивая сообщество ARM Connected Community. Это сообщество является сетью из почти 700 компаний, способ ных создать и предложить заказчику законченное решение на основе плат формы ARM. Среди членов сообщест ва – разработчики и производители, создатели «железа» и программных продуктов, законченных платформ и средств разработки приложений и встроенных систем. В их числе – очень известные компании IBM, Microsoft, Ar row, Avnet, Advantech, Altera, Analog De vices, Green Hills, Marvell, Mentor Gra phics, National Instruments, QNX Soft ware Systems, Radisys, а также просто известные компании Actel, Altium, Cir rus Logic, CMX Systems, Coverity, Cypress, Digi International, ENEA, Esterel, Express Logic, Garz & Fricke, HCC Embedded, Hi tex, IAR Systems, KEIL, Lauterbach, Micro Digital, Mindspeed, PLX Technology, SYSGO. Системная программная поддержка микроконтроллерных продуктов на основе ядер ARM является одной из сильных сторон этой процессорной системы. В рамках выставки по встро енным системам embedded world 2010 шло чествование призёра embedded AWARD – микроконтроллера EFM32 WWW.SOEL.RU

компании Energy Micro AS на основе ядра ARM Cortex M3, а компания Hitex представляла на той же выставке инструментарий разработчика прило жений для МК компании Energy Micro в виде компактного JTAG отладчика Tantino for Cortex и универсальной среды разработки HiTOP. Одним из анонсов корпорации Texas Instruments стали процессоры AM35x на основе ядра ARM Cortex A8, а компа ния QNX Software Systems сообщила о портировании операционной систе мы реального времени (ОСРВ) QNX Neutrino на процессоры TI AM35x. Её же инструментарий QNX Aviage HMI Suite позволяет разработчикам реа лизовывать человеко машинные ин терфейсы для систем на основе этих процессоров с использованием техно логии Adobe Flash. Компания CMX Sys tems предлагает ОСРВ CMX RTX для микроконтроллеров на основе попу лярного ядра Cortex M3, а компания Wittenstein – для микроконтроллеров STM32 на основе этого же ядра – ОСРВ SafeRTOS класса Open Source, рассчи танную на использование в ответ ственных приложениях и поставляе мую с необходимым комплектом доку ментов, упрощающим сертификацию приложений на её основе. В числе анонсов выставки embedded world 2010 в области поддержки разра боток приложений для ARM микро контроллеров было представление инструментария Development Studio 5 (DS 5) компании Keil. Эта интегриро ванная среда разработки на основе стандарта Eclipse предназачена для проектов на основе Linux. О смещении внимания разработчиков приложений встроенных систем на открытое ПО свидетельствует не только появление DS 5, но и работа Центра решений на основе платформы ARM + Android (ARM Solution Center for Android), ори ентированного на разработчиков, ис пользующих процессоры семейства ARM Cortex A, ресурсы которых позво ляют использовать т.н. rich OS, т.е. опе СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Марк Новодачный (Москва)

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Application Cortex Processors

Embedded Cortex Processors

ARM11MP

Cortex A9

ARM926

ARM176JZ

Cortex A8

SC300

SC000

SC100

ARM968

ARM1136J

Cortex A5

Cortex M3

Cortex M1

ARM7TDMI

ARM946

ARM1156T2

Cortex R4

Cortex M4

Cortex M0

ARMv4T

ARMv5TJ

ARMv6

ARMv7A/R

ARMv7M/ME

ARMv6M

Thumb

Thumb

ARM 32 Bit ISA Thumb 16 Bit ISA Thumb 2 Mixed ISA

Thumb 2

VFPv2

VFPv2

VFPv3

NVIC

NVIC

Jazelle

Jazelle

Jazelle

WIC

WIC

TrustZone

TrustZone

SIMD

SIMD NEON

Рис. 1. Технологические модули ядер ARM ре раза. Развитием технологии SIMD является сопроцессор ARM NEON, который ускоряет работу кодеков и алгоритмов цифровой обработки сиг налов (последних – почти в 8 раз), обеспечивая в ряде приложений воз можность удлинения периодов нахож дения процессора в режиме «сна», что улучшает характеристики энергосбе режения. Технология информационной безо пасности TrustZone основана на встраи вании в процессоры на основе архи

тектуры ARM специализированного модуля, поддерживающего те же воз можности, что и дискретный модуль TPM, концепция которого предложена рабочей группой Trusted Computing Group для повышения информацион ной безопасности настольных ком пьютеров. Аппаратные ресурсы техно логии TrustZone позволяют реализо вывать современные продукты на основе виртуализации процессорных ресурсов, поддерживающие работу за дач с разными требованиями к уров

WWW.SOEL.RU

17

© СТА-ПРЕСС

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Classic ARM Processors

Реклама

рационные системы класса Linux и Windows CE. Реально на сегодняшний момент су ществуют четыре архитектуры ARM (ARMv4/ARMv5/ARMv6/ARMv7). Если же учитывать различия, связанные с официально используемой в компа нии ARM сегментацией процессорных ядер на три группы – процессоры об щего назначения (Classic), приклад ные процессоры (Application) и про цессоры для встроенных систем (Em bedded), – то архитектур ARM будет уже шесть. Это ARMv4T и ARMv5TJ (для процессоров общего назначения), ARMv6 и ARMv7A/R (для прикладных процессоров), ARMv7M/ME и ARMv6M (для процессоров встроенных сис тем). Архитектуры ARM построены на ос нове модульного принципа и включа ют поддержку различных комбинаций фирменных процессорных техноло гий (см. рис. 1), необходимых для раз личных сегментов рынка приложений или обеспечивающих конкурентные преимущества ядер ARM в этих сегмен тах. Так, принципиальным недостатком RISC архитектур является большая плотность кода по сравнению с той, что может быть реализована при написа нии программ для CISC процессоров. В архитектурах ARM уменьшить плот ность кода позволяет набор инструк ций Thumb (технология Thumb) и её улучшенная версия Thumb 2. Инструк ции Thumb – это подмножество наи более популярных инструкций 32 раз рядной архитектуры ARM, сжатых в 16 разрядные, которые аппаратно рас паковываются в 32 разрядное пред ставление перед исполнением. Исполь зование инструкций набора Thumb позволяет уменьшить объём кода при ложения до 35%. Thumb 2 позволяет в ряде приложений сократить требова ния к объёму памяти ещё приблизи тельно на 30% и повысить производи тельность почти на 40%. Технология Jazelle Java обеспечивает аппаратное ускорение приложений, написанных в средах Java, .Net, MSIL, Python и Perl. Ускорение может быть восьмикратным, при этом технология Jazelle Java позволяет снижать энерго потребление при исполнении соответ ствующего кода на 80%. Технология SIMD (Single Instruction Multiple Data) позволяет параллельно обрабатывать данные, что ускоряет обработку видео и звука почти в четы

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

ню безопасности на одном процес сорном ядре. Суть технологии VFP становится по нятной, если сказать, что в её основе лежит интеграция в конструкцию про цессорной микросхемы сопроцессора для поддержки операций с плавающей запятой, совместимого с требования ми стандарта IEEE 754. В процессорах для встроенных систем компания ARM предлагает ис пользовать ограниченный набор упомянутых базовых технологий, включающий Thumb/Thumb 2 и контроллер вложенных векторных прерываний (Nested Vectored Inter rupt Controller, NM Cortex A8 или Cor tex A9 в свVIC). Однако самые совре менные «прикладные» процессоры на основе ядер ARM Cortex A8 или Cortex A9 в своих базовых вариантах используют весь набор технологий, за исключением контроллера NVIC. Интеллектуальная собственность компании ARM является основой для последующей оптимизации конструк ций реальных процессоров и решения тех или иных актуальных задач. В качестве иллюстрации напомним, что ядро ARM Cortex A9 предлагается в двух исполнениях: оптимизированном по производительности (тактовая часто та до 2 ГГц, потребляемая мощность не более 1,9 Вт) и оптимизированном по энергопотреблению (тактовая частота до 800 МГц, потребляемая мощность не более 0,5 Вт). Оптимизировать функци ональные характеристики процессоров на основе ядер ARM позволяет и варьи рование технологического процесса. Так, ядро ARM Cortex M0 демонстриру ет энергопотребление 85 мкВт/МГц при реализации на основе технологичес кого процесса с топологической нор мой 180 нм, тогда как при изготовле нии на основе Cortex M0 систем на кристалле (SoC) по технологии 65 нм Cortex M0 обеспечивается производи тельность 0,9 DMIPS/МГц при энерго потреблении 12 мкВт/МГц.

18

WWW.SOEL.RU

(Host/Device) и позволяет создавать встроенные системы для бытовой техники, отвечающей требованиям стандарта безопасности IEC60730 Class B. Конструкция микроконтроллера At mel AT91SAM9261 включает интерфейс USB и контроллер ЖК дисплеев с раз решением 2048 × 2048 пикселей: его память SRAM может быть поделена на блоки по 16 Кб, используемые не толь ко как память инструкций или данных, но и в качестве буфера кадров для TFT или STN дисплеев. Семейство микроконтроллеров NXP семейства LPC3000, построенных на основе ядра ARM926EJ S с тактовой частотой более 200 МГц, также вклю чают микросхемы с контроллерами ЖК дисплея и, кроме того, интерфейса Ethernet. Сопроцессор для вычислений с плавающей запятой, использован ный в конструкции микросхем семей ства LPC3000, позволяет достичь четы рёхкратного повышения производи тельности и ещё большего повышения при работе в оптимизированном век торном режиме.

ARM РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ Первое ядро ARM, обеспечивающее детерминированную обработку преры ваний – Cortex M3 (на основе архитек туры ARMv7) – было создано в 2005 г. В 2007 г. компания STMicroelectronics представила семейство микроконтрол леров STM32 на основе этого ядра. При работе с флэш памятью модели этих МК на тактовой частоте 72 МГц демон стрировали ток потребления 36 мА или 0,5 мА/МГц. Если говорить о производи тельности, то микросхемы STM32 были на 30% быстрее приборов на основе яд ра ARM7TDMI, а при равной производи тельности – на 75% экономичнее. В линейке этих микросхем STMicroelec tronics можно было найти приборы, ко торые вдвое превосходили по произ водительности лучшие образцы 16 раз рядных микроконтроллеров. Высокую производительность и плотность кода, низкое энергопотреб ление и поддержку приложений реаль ного времени микроконтроллерам STMicroelectronics на основе ядра Cor tex M3 обеспечили технология вло женных векторных прерываний (с доведением времени задержки до 6 тактовых циклов), поддержка «атомар ных» операций с битами (модифика ция содержимого одного бита за одну операцию записи), предсказание ветв СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Рис. 2. Микроконтроллер TMPA910CRAXBG

Ядро ARM7TDMI, ошеломившее низ кой стоимостью 32 разрядных микро контроллеров, созданных на его осно ве (до 3 долл. США), не позволяло под держивать приложения реального времени, но было широко использова но в МК для приложений на основе «ре сурсоёмких расчётов». То же самое можно сказать и про ядро ARM926EJ S: процессоры на его основе могут рабо тать под управлением Linux, Windows CE и Symbian, обладая достаточными ресурсами для работы с графикой, ор ганизации человеко машинных ин терфейсов, а также поддержки прило жений, связанных с цифровой обра боткой сигналов. Это позволило компании Atmel соз дать на базе ядра ARM926EJ S высоко производительный микроконтроллер AT91SAM9261 для ресурсоёмких встра иваемых систем, не требующих под держки режима реального времени (биометрическая идентификация, рас познавание речи, шифрование дан ных). Работая на уровне производи тельности около 200 MIPS, прибор AT91SAM9261 потребляет всего 65 мА, а в ждущем режиме – всего 2,5 мкА. Ис полняя алгоритмы этих приложений в импульсном режиме (burst mode), AT91SAM9261 большую часть времени находится в режиме ожидания, что уве личивает срок службы батарей пита ния в 4…16 раз по сравнению с конку рирующими решениями. Компания Toshiba на основе 200 ме гагерцового ядра ARM926EJ S создала микроконтроллер TMPA910CRAXBG (см. рис. 2) для организации челове комашинных интерфейсов. Встроен ный контроллер ЖК дисплея позволя ет управлять TFT и STN панелями с разрешением 1024 × 1024 пикселя, а аппаратный ускоритель обеспечивает работу дисплея с частотой кадров до 30 в секунду, поддерживая при этом не обходимые операции масштабирова ния, фильтрации и смешения. Интер фейс для работы с сенсорным экраном расширяет возможности организации человеко машинных интерфейсов. Быстродействие микроконтроллера TMPA910CRAXBG обеспечивается как достаточно быстрым ядром, так и про изводительной 7 уровневой шинной архитектурой. Ещё одним МК на основе ядра ARM9, включающим интегрированные под системы для подключения графичес ких устройств, стал MPA900CMXBG. Он поддерживает интерфейс USB

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

нальные процессоры, которые легко программировать, при этом получаю щийся код приложения реально ком пактен».

АРХИТЕКТУРА ARM НА ВЫСТАВКЕ EMBEDDED WORLD 2010 Архитектуру ARM можно считать одним из триумфаторов выставки embedded world 2010. Обладателем премии embedded AWARD в номи нации Hardware стал микроконтрол лер EFM32: микросхема потребляет 180 мкА/МГц при рабочей тактовой частоте 32 МГц и питании 3 В, что по зволяет в четыре раза увеличить срок службы конечного устройства при ис пользовании одного комплекта бата рей по сравнению с конкурирующи ми решениями. В числе механизмов, использованных для снижения энер гопотребления EFM32, минимизация времени пробуждения до 2 мкс. В ре жиме Deep Sleep потребление тока до ведено до 900 нА, а в режиме Shut Off – до 20 нА. Периферийные устройства прибора EFM32 могут работать в режимах по ниженного энергопотребления без участия процессорного ядра. Это обес печивается реализованной в конструк ции EFM32 технологией PRS (Peri pheral Reflex System, периферийная система рефлексов). В числе возмож ностей PRS – предсказуемое формиро вание сигнала одной из периферий ных подсистем и его пересылка другой подсистеме, которая на него отреаги рует. Микроконтроллеры EFM32 поддер живают пять режимов энергопотреб ления, что позволяет разработчикам приложений гибко управлять энерго сбережением. Высокой энергоэффек тивностью обладает и периферия мик роконтроллеров EFM32. Так, интегри рованный контроллер ЖК дисплея позволяет управлять дисплеем 4 × 40 сегментов, потребляя ток 900 нА; 12 разрядный АЦП потребляет 200 мкА при частоте дискретизации 1 МГц, а порту UART необходимо всего 100 нА для обеспечения связи со скоростью 9600 бод. В номинации Hardware за премию embedded AWARD боролся и специа лизированный микроконтроллер TMPM370FYFG компании Toshiba на основе ядра Cortex M3. Конструкция этого специализированного МК, ре ализующего алгоритмы векторного WWW.SOEL.RU

Рис. 3. Оценочный комплект LPC1313 Stick для разработчиков систем на основе микроконтроллеров NXP LPC1300 (включает отладчик HiTOP, компилятор GNU Arm, компилятор Tasking) управления двигателями, включает аппаратный ускоритель алгоритма Vector Engine, патентованное схемо техническое решение двухканально го программируемого драйвера дви гателя (Programmable Motor Driver, PMD), разработанное компанией Toshiba для управления трёхфазны ми моторами, и аналоговую перифе рию (двухканальный энкодер, опера ционный усилитель и компаратор для реализации аварийного останова, многоканальный 12 разрядный АЦП со временем преобразования 2 мкс, многоканальный 16 разрядный тай мер, SIO/UART (4 канала), схему пере запуска питания, схему для контроля напряжения и детектор частоты ко лебаний). На выставке embedded world 2010 был представлен широкий спектр ис пользуемых ядер ARM. Компания NXP, которая является обладателем одного из самых больших портфолио МК на основе архитектуры ARM, незадолго до мартовского мероприятия в Нюрнбер ге объявила о получении лицензии на новейшее ядро Cortex M4 для процес соров класса Embedded. Ядро Cortex R4 (архитектура ARMv7) стало одним из первых предложений компании ARM для массовых deeply embedded приложений (управление приводами жёстких дисков, системами автомо бильной безопасности, модемами для беспроводной связи). Это ядро позво ляет создавать т.н. цифровые сигналь ные микроконтроллеры – микросхе мы, сочетающие возможности цифро вой обработки сигналов и поддержки режима реального времени при пони женном энергопотреблении, умень шенной площади кристалла и низкой цене. Корпорация Texas Instruments (TI) после приобретения компании Lumi

19

© СТА-ПРЕСС

лений, умножение за один цикл и ап паратное деление, а также использова ние единственного набора инструк ций Thumb 2. Компания NXP к началу 2009 г. под готовила семейство микроконтролле ров LPC1700 на базе ядра Cortex M3, изготовленных по технологии с про ектной нормой 140 нм. Эти микро схемы с рабочей тактовой частотой до 100 МГц по быстродействию на 28…64% опережали конкурентные ре шения на основе того же ядра. Ком пания рекламировала их характе ристики, приводя показатель произ водительности в 1,25 MIPS/MГц и энергопотребление 0,19 мВт/MГц. По данным консорциума по тестирова нию быстродействия встраиваемых микропроцессоров (Embedded Micro processor Benchmark Consortium, EEMBC), микроконтроллеры семей ства LPC1700 обеспечивали выполне ние кодов приложения в среднем на 35% быстрее, чем другие МК на базе ядра Cortex M3 при работе на тех же тактовых частотах (семейство LPC1700 было сертифицировано EEMBC для частот 72; 100 и 120 MГц). В феврале 2010 г. компания NXP Semiconductors объявила о выпус ке микроконтроллеров LPC1769 и LPC1759, работающих на частоте 120 МГц, которые опережали, по мне нию их создателей, ближайших кон курентов на основе ядра Cortex M3 на 54% и могли составить конкуренцию недорогим цифровым сигнальным процессорам. Семейство экономич ных микроконтроллеров NXP LPC1300 (см. рис. 3) на базе ядра Cortex M3 с ра бочей тактовой частотой 70 МГц де монстрирует ток потребления «…около 200 мкA на МГц». Ядро Cortex M3 стало первым в се мействе ARM, ориентированным на приложения реального времени, для которых в числе важнейших харак теристик, помимо технических, была и стоимость. Поэтому ядро ARM Cor tex M3 вывело в лидеры рыночного сегмента ARM микроконтроллеров но вую фирму Luminary Micro, предста вившую в числе своих микросхем и те, что стоили менее 1 долл. США. Что ка сается технических характеристик, то в одном из интервью руководства Lu minary Micro было отмечено: «…Воз можности этого ядра таковы, что, го воря о микроконтроллерах Stellaris [на основе ядра Cortex M3], мы часто ха рактеризируем их как цифровые сиг

Рис. 4. Процессоры Sitara на основе ядер ARM Cortex A8 (микросхемы AM3505 и AM3517)

Рис. 5. Одноплатный компьютер SBC1651 на основе процессора i.MX515 (ядро Cortex A8/800 МГц) nary Micro представила расширение семейства процессоров Stellaris на основе ядра ARM Cortex M3 29 новы ми моделями, рассчитанными на ис пользование в промышленных сис темах. Целевыми рынками для новых процессоров Stellaris являются при ложения управления перемещения ми и робототехнические системы. Конструкции этих МК включают «ин теллектуальные» аналоговые блоки; системы на их основе поддерживают широкие возможности подключения периферийных устройств. Достоин ством микроконтроллеров Stellaris является возможность их программи рования только на языках C/C++, даже когда речь идёт о программах обра ботки прерываний и кодах запуска. В качестве инструментария разработки приложений предлагается программ ное обеспечение StellarisWare, создан ное на основе среды Keil Microcon troller Development Toolkit для ARM, инструментария разработчика IAR Embedded Workbench, программного обеспечения Red Suite и CodeSourcery Sourcery G++. Помимо микроконтроллеров Stel laris, корпорация TI предлагает в ка честве новинок своей линейки МК с архитектурой ARM процессоры Sitara

20

(см. рис. 4) на основе ядер ARM926EJ S (семейство AM17x, совпадающее как минимум в своей основе – ядре ARM926EJ S – с процессорами OMAP171x и OMAP16xx) и ARM Cortex A8 (мик росхемы AM3505 и AM3517). Эта ли нейка позволяет разработчикам про мышленных приложений выбирать микросхемы с рабочей тактовой час тотой от 200 МГц до 1 ГГц и выше. При этом самые высокопроизводительные микроконтроллеры Sitara на основе яд ра ARM Cortex A8 отличаются высокой производительностью (до 1000 DMIPS) при энергопотреблении не более 1 Вт. Они могут поставляться в различных корпусах и в исполнениях для эксплуа тации в разных температурных диапа зонах, включая промышленный от –40 до +85°С. Малое энергопотребление процес соров Sitara позволяет конструировать высокопроизводительные встроенные системы на их основе без использова ния теплоотводов и вентиляторов. Процессоры TI AM35х поддерживают такие интерфейсы, как CAN, Ethernet и USB 2.0. Конструкция новых микро схем включает графический сопроцес сор с функциями «картинка в картин ке», преобразования цветового прост ранства, поворота и масштабирования изображения. Микросхема AM3517 включает графический ускоритель PowerVR SGX, поддерживающий биб лиотеку OpenGL ES 2.0. Кроме корпорации TI, предста вившей мощные «прикладные» про цессоры на основе ядра ARM Cortex A8, расширение линейки своих про цессоров семейства i.MX51 на основе этого же ядра анонсировала компания Freescale. Речь идёт о микросхемах i.MX514 и i.MX516, рассчитанных на использование в автомобильной электронике, а также процессоров i.MX512 и i.MX513 для индустриаль ных приложений и потребительских систем. Компания Freescale также объявила о начале массовых поставок процессоров i.MX515 производителям смартбуков.

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРИМЕНЕНИЙ АРХИТЕКТУР ARM На выставке embedded world 2010 было анонсировано внедрение ком панией Renesas ядра Cortex A8 c ра бочей тактовой частотой 1 ГГц в конструкцию специализированного процессора SH Mobile APE4, предна значенного для использования в мо WWW.SOEL.RU

бильных телефонах нового поколе ния и других мобильных терминалах. Возможности ядра ARM Cortex A8 в конструкции этого процессора под крепляются работой нескольких спе циализированных сопроцессоров. Аналогичный подход известен по процессорам OMAP3 от TI, ориенти рованным на мобильные мультиме дийные устройства. Применение ядра ARM Cortex A8 при конструировании процессоров для мобильных мульти медийных терминалов – серьёзная за явка архитектуры ARM на лидерство в этом сегменте потребительского рынка. Процессоры на основе ядра Cortex A8 прокладывают дорогу и на рынок одноплатных компьютеров общего назначения, который до недавнего времени считался «вотчиной» архитек тур PowerPC и Intel. Так, в мае 2010 г. компанией Micro/sys был представлен одноплатный компьютер SBC1651 (см. рис. 5) формата StackableUSB на основе процессора i.MX515 (ядро Cor tex A8/800 МГц). Новый модуль под держивает интерфейс USB On The Go, имеет часы реального времени и «сто рожевой» таймер, звуковой и ТВ вы ходы, интерфейс LVDS (24 бита) для работы с плоскопанельными диспле ями, четырёхпроводной интерфейс для подключения сенсорного экрана, два выхода ШИМ, порт SATA, два разъ ёма для установки модулей SD/MMC, интерфейс 1 Wire, семь последо вательных портов и 24 линии дис кретного ввода вывода. Стоимость SBC1651 на 100…300 долл. меньше, чем у одноплатных компьютеров на базе процессора Intel с сопоставимы ми характеристиками производитель ности. Ядро ARM Cortex A9 компания ARM прочит в «киллеры» процессоров Intel на рынке нетбуков. На основе блока Cortex A9 MPCore можно создавать двух , четырёх и восьмиядерные про цессоры. Энергопотребление двухъ ядерного варианта оценивается в 1,9 Вт, рабочая тактовая частота доходит до 2 ГГц. Предполагается, что его исполь зование позволит вдвое увеличить время работы нетбука от одного комплекта аккумуляторов по сравне нию с вариантом на процессоре Intel Atom. Габариты соответствующего процессора ARM, произведённого по технологическому процессу с проект ной нормой 40 нм, могут составить лишь 30% габаритов процессора СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Комментируя удобство программи рования МК на основе ядра Cortex M0, представители компании ARM утверж дают, что эффективный код приложе ния можно полностью написать на языке С. Достижимая плотность кода для ядер Cortex M0 и Cortex M3 при близительно одинакова. Представители ARM считают, что но вое ядро Cortex M0 сможет вытеснить восьмиразрядные МК из приложений, где необходима эффективная, гибкая и масштабируемая поддержка техноло гий беспроводных коммуникаций Zig Bee и Bluetooth, интерфейса USB, ра бота с АЦП с разрядностью 16 бит и выше. В качест ве перспективных рынков для МК на основе ядра Cortex M0 называют медицинское приборо строение, дистанционные измерения и сбор данных, управление привода ми и работу с датчиками, управление освещением, игровые устройства и ис точники питания. Картина возможных применений ядер ARM была бы неполной, если не упомянуть о таких достаточно специ фичных рынках, как смарт карты и микросхемы программируемой логи ки (ПЛИС/FPGA). Рынок смарт карт, массовый с точ ки зрения производства, отличается «клубной» закрытостью. Компания ARM является членом этого «клуба»: ядра SC100 (на основе ARM7TDMI) и SC300 (на основе Cortex M3) для смарт карт лицензированы 15 произ

водителями, среди которых компании Atmel, NXP, Samsung, STMicroelectro nics и Toshiba. По объёму продаж про дукты на их основе заняли в 2009 г.

50% рынка 32 разрядных смарт карт. На выставке embedded world 2010 бы ло объявлено о новом успехе ARM на этом рынке: компания Infineon заклю чила с ней стратегическое лицензи онное соглашение о сотрудничестве в области разработки контроллеров для смарт карт и создании приложений для рынка систем безопасности. В рамках этого соглашения компания Infineon лицензировала архитектуры ARMv6M и ARMv7M. Что касается интеграции ядер ARM в микросхемы ПЛИС/FPGA, то до не давнего времени основным ядром для этих приборов являлось Cortex M1. На выставке embedded world 2010 компания Actel представила плат форму SmartFusion на основе матри цы FPGA для обработки смешанных сигналов (mixed signal FPGA) с реа лизованным в ней процессорным яд ром ARM Cortex M3 и программируе мым блоком аналоговой подсистемы, позволяющей реализовывать функ ции АЦП, ЦАП и компараторов. Но вая платформа Actel поддерживается средствами разработки приложений на основе IDE от таких компаний – партнёров Actel, как Keil и IAR Sys tems, а также операционной систе мой реального времени компании Micrium.

Реклама

WWW.SOEL.RU

21

© СТА-ПРЕСС

Atom. Массовый выход таких процес соров ARM на рынок запланирован на 2011 г. В качестве ОС для компьюте ров на их основе могут использовать ся такие версии Linux, как Android или Ubuntu. Другим направлением развития биз неса ARM является сверхмалое и сверх экономичное ядро Cortex M0. При по явлении ядра Cortex M0 представители компании Luminary Micro отмечали, что микроконтроллеры на основе ядра ARM Cortex M3 способны составить всеобъемлющую конкуренцию 8 раз рядными микроконтроллерам. По мнению руководства Luminary Micro, микроконтроллеры на основе ARM Cortex M0 в большей степени инте ресны производителям с собствен ным полупроводниковым производ ством и большими объёмами выпус ка – тогда внедрение нового ядра Cortex M0 может оказаться экономи чески оправданным. Сегодня компа ния Luminary Micro находится в со ставе корпорации Texas Instruments, намеревающейся выйти на рынок 8 разрядных микроконтроллеров. Это может косвенно свидетельствовать о том, что ядра Cortex M3 всё таки не достаточно для конкуренции с 8 раз рядными МК. Ядро Cortex M0 с фон Неймановс кой архитектурой по своим габаритам составляет лишь треть гарвардского ядра Cortex M3 (12 000 эффективных вентилей против 43 000) плюс трёх ступенчатый конвейер с 32 разрядной шиной данных. Ядро Cortex M0 под держивает 32 прерывания и четыре приоритета прерываний (для Cortex M3 эти показатели соответственно 240 и 256). В качестве набора инструкций Cortex M0 взяты отдельные инструк ции набора Thumb (напомним, что набор инструкций Cortex M3 – это полный Thumb 2). Удельное энерго потребление ядра Cortex M0 при из готовлении по технологическому про цессу 180 нм составляет 85 мкВт/МГц, тогда как для ядра Cortex M3 эта харак теристика составляет 210 мкВт/МГц. Удельная (отнесённая к рабочей так товой частоте) производительность ядра Cortex M0 – 0,9 DMIPS/МГц (для Cortex M3 этот показатель равен 1,25 DMIPS/МГц, а для ARM7TDMI – 0,7 DMIPS/МГц). Удельные произво дительности этих ядер, отнесённые к энергопотреблению, составляют 10 DMIPS/мВт и 6 DMIPS/мВт соответ ственно.

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Твердотельные алюминиевые и танталовые конденсаторы с полимерным электролитом производства компании Sanyo Лев Мисожников, Александр Павлов, Валерий Бауткин (Москва) В статье кратко описаны высококачественные электролитические конденсаторы известного японского производителя. ●

В составе современной радиоэлек тронной аппаратуры пассивные элек тронные компоненты составляют не многим более 2% по стоимости, но примерно 70% – по количеству (а в некоторых устройствах – до 90…95%) [1–4]. Самыми массовыми пассивны ми компонентами традиционно явля ются конденсаторы – емкостные эле менты электрической цепи, способные накапливать и отдавать электрический заряд. Растущие требования к миниатю ризации, надёжности и повышенной стойкости к внешним факторам обу словливают серьёзные качественные изменения в номенклатуре конденса торов, связанные с внедрением новых материалов и технологий, а также но вых конструктивных решений [5–7]. Производимые компанией Sanyo Electric, Япония, твердотельные алю миниевые (OS CON) и танталовые (POSCAP) электролитические поли мерные конденсаторы полностью со ответствуют высоким требованиям, предъявляемым к комплектующим изделиям для современного электро технического и электронного обору дования [8]. Благодаря использованию в конден саторах OS CON и POSCAP полимера с высокой проводимостью получены

сверхнизкие значения эквивалентно го последовательного сопротивления (ESR) и превосходные частотные ха рактеристики импеданса. Конденсато ры OS CON и POSCAP характеризуются увеличенным сроком службы, высокой надёжностью и термостойкостью.

●

●

СВОЙСТВА КОНДЕНСАТОРОВ OS CON И POSCAP Основные свойства: ●

●

●

●

низкое ESR благодаря использова нию проводящего полимера; отсутствие свинца в конструкции и производстве: технология произ водства конденсаторов OS CON и POSCAP исключает использование свинца (изделия Pb free); конденса торы соответствуют Правилам огра ничения содержания опасных ве ществ RoHS; длительный срок службы: – OS CON – отдельные серии кон денсаторов имеют срок службы 50 000 ч при температуре 85°С и пригодны для длительного ис пользования в промышленном оборудовании, – POSCAP – срок службы 2000 ч при 105°С; превосходные температурные ха рактеристики: ESR конденсаторов OS CON и POSCAP остаётся стабиль

ным при работе в диапазоне темпе ратур от –55 до 105°С (некоторые се рии – до 125°С); устойчивость к броскам пускового тока: гарантированная устойчивость конденсаторов POSCAP к броскам пускового тока в 20 A; широкий диапазон ёмкости: – OS CON – 3,3…2700 мкФ, – POSCAP – 4,7…1500 мкФ; конденсаторы OS CON и POSCAP пригодны для использования в ка честве: – развязывающих конденсаторов благодаря превосходным частот ным характеристикам импеданса, – сглаживающих конденсаторов для импульсных источников питания и резервных конденсаторов для центрального процессора, посколь ку выдерживают большой ток пуль сации, – резервных конденсаторов в силь ноточных цепях;

высокое напряжение, высокая на дёжность: ● конденсаторы с номинальным на пряжением 35 В или конденсаторы с высокой надёжностью могут исполь зоваться в электронном оборудова нии автомобилей и в промышлен ном оборудовании; ● основное назначение – подавление помех в цепях питания импульсных и цифровых схем. Алюминиевые электролитические конденсаторы OS CON включают в се бя серии твердотельных конденсато ●

Импенданс, Ом ESR, Ом

Увеличение изображения участка ёмкостного элемента

Анодная алюминиевая фольга

D

В

А

0,1

В C D

C

0,01 0,001

Диэлектрическая оксидная плёнка (оксид алюминия)

Электролит, пропитывающий сепаратор

1

10

OS/CON A – 35SVPD8R2M B – 16SVPA82MAA

100

104 103 Частота, кГц

C – 4SEPC560MX D – 2SEPC2700M

Рис. 2. Частотная зависимость импеданса и ESR у конденсатора OS$CON

Рис. 1. Конструкция конденсатора OS$CON

22

Импенданс ESR

А

1

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Алюминиевый корпус

Катодная алюминиевая фольга

Катодная алюминиевая фольга Сепаратор

Сепаратор

Анодный вывод

Катодный вывод

При 25°C 10

Анодная алюминиевая фольга

Уплотнительная резина

Участок ёмкностного элемента

100

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Таблица 1. Материалы конденсаторов различного типа Сепаратор, пропитанный раствором электролита

Жидкий электролит

OS CON с органическим полупроводником

Сепаратор, пропитанный органическим полупроводником (сложная соль TCNQ)

Твердотельный электролит

OS CON с проводящим полимером

Сепаратор, пропитанный проводящим полимером политиофен (рolythiophene)

Твердотельный электролит

специалистов компании, конденсатор OS CON (разработка 1980 90 х гг.) яв ляется конденсатором третьего поко ления, следующего за алюминиевыми электролитическими конденсаторами с жидким электролитом (разработаны в 1908 г.) и танталовыми оксидно по лупроводниковыми конденсаторами на основе двуокиси марганца (разра ботаны в 1953 г.). Конструкция конденсатора OS CON (см. рис. 1) во многом напоминает

конструкцию традиционного алюми ниевого конденсатора: намотанная сек ция из проложенных сепаратором анод ной и катодной фольги. Различие заклю чается в электролите (см. таблицу 1). Отличительными особенностями алюминиевых электролитических кон денсаторов с проводящим полимером являются [6–8]: ● увеличенная площадь поверхности алюминиевой электродной фольги обеспечивает гораздо большее зна

Реклама

ров с проводящим полимером и серии твердотельных конденсаторов с орга ническим полупроводящим электро литом. В первых алюминиевых электроли тических конденсаторах с проводящим полимером применялся жидкий элек тролит, который получали из сложной соли (isoquinolinium). Такой конден сатор был и остаётся известным как конденсатор OS CON, разработанный японской компанией Sanyo. По мнению

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

23

© СТА-ПРЕСС

Алюминиевый электролитический конденсатор

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Таблица 2. Особенности конденсаторов различного типа Особенности

OS CON

Алюминиевый электролитический конденсатор

с органическим полупроводником 300

3 Проводимость, мСм/см

Надёжность, срок службы

Температурные параметры

с проводящим полимером 3000

• Трудно снизить ESR из за ионной проводимости; • ESR увеличивается, в частности, в условиях низких температур

• Высокий уровень электронной проводимости обеспечивает сверхнизкое ESR; • Значение ESR стабильно в условиях низких температур

• Высокий уровень электронной проводимости обеспечивает сверхнизкое ESR; • Значение ESR стабильно в условиях низких температур

• Жидкий электролит испаряется при высокой температуре; • Статическая ёмкость снижается при высокой температуре; • Высыхание электролита приводит к сокращению срока службы; • Значительные изменения характеристик конденсатора с изменением температуры

• Твердотельный электролит с незначительным • Твердотельный электролит с незначительным испарением; испарением; • Незначительное снижение статической ёмкости; • Незначительное снижение статической ёмкости; • Длительный срок службы при высокой • Длительный срок службы при высокой температуре; температуре; • Крайне незначительные изменения • Незначительные изменения характеристик характеристик конденсатора с изменением конденсатора с изменением температуры температуры

Двукратное увеличение срока службы на каждые 10°С снижения температуры

Десятикратное увеличение срока службы на каждые 20°С снижения температуры

Десятикратное увеличение срока службы на каждые 20°С снижения температуры

105°C/2000 ч 85°C/8000 ч

105°C/2000 ч 85°C /20 000 ч

105°C/2000 ч 85°C /20 000 ч

Таблица 3. Сравнительные параметры конденсаторов при температуре окружающей среды 25°°C Параметры Ёмкость/напряжение Пульсирующее напряжение, мВ Размеры, мм Соотношение сторон контактной площадки на плате

OS CON

Алюминиевый электролитический конденсатор

Танталовый конденсатор

100 мкФ/6,3 В

680 мкФ/6,3 В

100 мкФ/10 В

22,8

23,8

24,8

6,6 × 6,6

10,5 × 10,5

7,5 × 4,5

1

7,15

1,46

Частота

200 кГц

Таблица 4. Сравнительные параметры конденсаторов при температуре окружающей среды –20°°C Параметры Ёмкость/напряжение Пульсирующее напряжение, мВ Размеры, мм Соотношение сторон контактной площадки на плате

OS CON

Алюминиевый электролитический конденсатор

Танталовый конденсатор

100 мкФ/6,3 В

680 мкФ/6,3 В

100 мкФ/10 В

20,8

24,4

25,2

6,6 × 6,6

10,5 × 10,5

7,5 × 4,5

1

16,7

1,46

Частота

250 кГц

Таблица 5. Сравнительные параметры конденсаторов при температуре окружающей среды 70°°C Параметры Ёмкость/напряжение Пульсирующее напряжение, мВ Размеры, мм Соотношение сторон контактной площадки на плате

OS CON

Алюминиевый электролитический конденсатор

Танталовый конденсатор

100 мкФ/6,3 В

680 мкФ/6,3 В

100 мкФ/10 В

25,6

24,0

24,8

6,6 × 6,6

10,5 × 10,5

7,5 × 4,5

1

4,77

Частота

●

чение ёмкости (большую плотность заряда); пропитка электролитом обеспечи вает тесный контакт между диэлек триком – алюминиевой оксидной плёнкой на поверхности анодной алюминиевой фольги – и катодной алюминиевой фольгой; поскольку электролит выполняет функции катода, обеспечивается

более высокий уровень проводи мости. Таблица 2 суммирует основные раз личия в электролитах и характеристи ках между конденсаторами OS CON и традиционными алюминиевыми элек тролитическими конденсаторами. В таблицах 3–5 приведено сравнение га баритных и электрических характе ристик конденсаторов OS CON с тра

Таблица 6. Тип электролита конденсаторов

24

диционными алюминиевыми и танта ловыми конденсаторами при темпера туре окружающей среды 25, –20 и 70°C. Частота собственного резонанса у конденсатора OS CON находится в диа пазоне от 100 кГц до 10 MГц (см. рис. 2). Значение ESR чрезвычайно мало – при близительно 5 мОм на частоте 100 кГц при ёмкости 560 мкФ. Изменение ESR и ёмкости конденсаторов OS CON незна

Таблица 7. Условия испытаний конденсаторов

Конденсатор

Электролит

Стандартный танталовый конденсатор

Двуокись марганца

POSCAP

Проводящий полимер

WWW.SOEL.RU

POSCAP

Алюминиевый электролитический конденсатор

105°С/2000 ч 85°С/20000 ч 65°С/200000 ч

105°С/2000 ч 85°С/8000 ч 65°С/32 000 ч

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

●

1,46 170 кГц

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

ESR, Ом 100

Изменение ёмкости, %

При 100 кГц, 10 мкФ

10

20

Ta OS

–20

CR(X5U) 0,01

–30

CR(X5P)

0,001 –55

–20

CR(X5P)

–10

0,1

0

20

CR(X5U)

–40

85 105 Температура, °С

Рис. 3. Температурная зависимость эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) OS – OS CON, AI – алюминиевый электролитический конденсатор, Ta – танталовый конденсатор, CR(X5P) – керамический конденсатор (X5P тип), CR(X5U) – керамический конденсатор (X5U тип)

–50 –55

–20

0

20

Ток пульсации, А

Ток пульсации, А 4

3,74

При 100 кГц, 45°С

3,5

3,37

3

3,74

При 100 кГц, 85°С

3 2,67 2,67

2,67

2,5

2,5

2

1,5

1,39 1,37

0

1

0,84

33 мкФ 16 В

0,45

47 мкФ 16 В

0,48

0,45

100 мкФ 16 В

0,5 0

220 мкФ 16 В

Рис. 5. Допустимый ток пульсации при 100 кГц, 45°°С Светло фиолетовый – OS CON (SVP серия), фиолетовый – OS CON (SA серия), синий – алюминиевые электролитические конденсаторы (низкий импеданс), зелёный – танталовые конденсаторы (низкое ESR)

1,67

1,80 1,39

1,28

1,15

1,10 0,74 0,45

2,36

2

1,80 1,83

1 0,5

85 105 Температура, °С

Рис. 4. Температурная зависимость ёмкости OS – OS CON, AI – алюминиевый электролитический конденсатор, Ta – танталовый конденсатор, CR(X5P) – керамический конденсатор (X5P тип), CR(X5U) – керамический конденсатор (X5U тип)

4

1,5

Al

Ta

0

1

3,5

OS

При 120 кГц, 10 мкФ

10

Al

0,96 0,74 0,45

33 мкФ 16 В

1,15

1,10 0,84 0,45

47 мкФ 16 В

0,48

0,45

100 мкФ 16 В

220 мкФ 16 В

Рис. 6. Допустимый ток пульсации при 100 кГц, 85°°С Светло фиолетовый – OS CON (SVP серия), фиолетовый – OS CON (SA серия), синий – алюминиевые электролитические конденсаторы (низкий импеданс), зелёный – танталовые конденсаторы (низкое ESR)

Импеданс, Ом 100 При 25°C 10

POSCAP 6,3 В/47 мкФ (3,5 × 2,8 × 1,1 мм) Танталовый конденсатор 6,3 В/47 мкФ (3,5 × 2,8 × 1,9 мм) Алюминиевый электролитический конденсатор 25 В/47 мкФ (5,0 × 10,8 мм)

1 0,1 0,01 1

10

100

104 103 Частота, кГц

Рис. 7. Частотные характеристики конденсатора POSCAP в сравнении с алюминиевым электролитическим и танталовым конденсатором теплотой, соотносимой со значением ESR. Поскольку значение ESR у конден сатора POSCAP очень мало, характер ное для него номинальное значение тока пульсации гораздо выше, чем у других электролитических конденса торов.

И конденсатор POSCAP, и алюминие вый электролитический конденсатор имеют гарантированный срок службы в 2000 ч при температуре 105°С; одна ко со снижением температуры срок службы конденсатора POSCAP значи тельно увеличивается (см. таблицу 7).

* Аналогичная конструкция использовалась в отечественных конденсаторах типа ЭТО. – Прим. ред. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

25

© СТА-ПРЕСС

чительны как при низких, так и при вы соких температурах (см. рис. 3 и 4). При выборе конденсатора для цепей сглаживания в источниках питания ре шающее значение имеет способность конденсатора выдерживать большие токи пульсации. Поскольку конденса тор с более высоким значением ESR нагревается сильнее, он не может вы держивать большие токи. По сравне нию с другими электролитическими конденсаторами, ESR конденсаторов OSCON настолько мало, что позволяет обеспечивать гораздо более высокую устойчивость конденсаторов к токам пульсации (см. рис. 5 и 6). Танталовые твердотельные конден саторы с проводящим полимером POSCAP отличаются от стандартных танталовых электролитических кон денсаторов только электролитом (см. таблицу 6). В конденсаторе POSCAP в качестве анодного материала исполь зуется спечённый тантал. Оксидный слой, сформированный на поверхнос ти спечённого тантала, является ди электриком, а проводящий полимер – электролитом. Спечённый тантал име ет пористую структуру, что обеспечи вает большую площадь поверхности и большую ёмкость*. В свою очередь, ис пользуемый в качестве электролита проводящий полимер имеет высокую электрическую проводимость, что обеспечивает низкое ESR конденсато ра POSCAP. Особенностью конденсаторов POS CAP являются их превосходные час тотные характеристики. Использо вание проводящего электролита зна чительно улучшает значения ESR конденсаторов POSCAP и позволяет им работать на более высоких частотах. На рисунке 7 приведены частотные ха рактеристики конденсатора POSCAP в сравнении с характеристиками алю миниевого электролитического и тан талового конденсаторов. При низких и высоких температурах характеристики конденсаторов POS CAP изменяются незначительно (см. рис. 8), поэтому они пригодны для ис пользования в аппаратуре с широким диапазоном изменения температуры эксплуатации. При выборе сглаживающего конден сатора для источника питания важной характеристикой является допусти мый ток пульсации, который опреде ляется выделяемой конденсатором

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

7

Ток пульсации, А При 100 кГц, 45°С

6,10

6 5 4

3,90 3,60

3 1,83

2 1,10

1,10

10 В 150 мкФ

6,3 В 330 мкФ

1 0 2,5 В 470 мкФ

Рис. 8. Допустимый ток пульсации конденсатора POSCAP (синий цвет) в сравнении с традиционным танталовым конденсатором (зелёный цвет)

20 10 0 –10 –20 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0

Изменение ёмкости, %

5,000 10,000 Тангенс диэлектрических потерь при 120 Гц

5,000 ESR, мОм при 100 кГц

10,000

5,000 Ток утечки, мкА при 6,3 В 40s

10,000

ний ежегодный прирост объёма рынка полимерных алюминиевых конденса торов составит 13%, а полимерных танталовых конденсаторов – 15%. Конденсаторы OS CON и POSCAP за нимают свою, особую нишу на рынке конденсаторов с проводящим полиме ром. Благодаря использованию высоко технологичных методов производства, обеспечивающих их высокую надёж ность и превосходные электрические и массогабаритные характеристики, кон денсаторы OS CON и POSCAP успешно применяются в передовой радиоэлек тронике и вычислительной технике. Несомненно, цена этих конденсаторов выше цены стандартных электролити ческих алюминиевых и танталовых кон денсаторов, но она сопоставима с заяв ленными свойствами и параметрами. Компания Sanyo Electric поставляет конденсаторы по всему миру, и её не может не привлекать потенциально ёмкий рынок российской радиоэлек тронной аппаратуры. Однако в своей маркетинговой деятельности компа ния руководствуется политикой взве шенных решений и долговременных партнёрских отношений.

ЛИТЕРАТУРА 1. Покровский И. Развитие производства электроники в России. Новая электрони ка России, 2008.

5,000

10,000

Рис. 9. Параметры конденсаторов POSCAP во время испытаний на наработку при температуре 105°°С и напряжении 6,3 В

2. Раскин А. Мировой рынок пассивных электронных компонентов. http://www.rus sianelectronics.ru/developer r/review/acp/ 345/doc/545/.

3. Деспотули А., Андреева А. Суперконденса

Нельзя не отметить высокую надёж ность конденсаторов POSCAP. На рисун ке 9 приведены графики тока утечки, ESR, тангенса диэлектрических потерь и изменения ёмкости конденсатора POSCAP во время испытаний на нара ботку при температуре 105°С и прило женном напряжении 6,3 В. Видно, что проводящий полимер конденсатора обеспечил превосходную температур ную стабильность характеристик после 10 000 ч испытаний.

торы для электроники. Современная электроника. 2006. № 5.

4. Голубев И. Обзор современных конденсато ров. Современная электроника. 2006. № 5.

Новости мира IBM и европейские университеты ищут преемника КМОП технологии Компании IBM и Infineon с нескольки ми европейскими университетами объ единились для создания технологии про изводства чипов, позволяющих снизить энергопотребление бытовой электрони ки в 10 раз. По подсчётам экспертов Международного агентства по энергети ке (IEA), бытовая электроника потребля ет 15% от общего расхода энергии в до мах и офисах. По прогнозам на 2022 г., эта величина удвоится, а к 2030 г. соста вит 1700 тераватт час. Запускаемый проект под названием Steeper должен будет также решить проблему потребле ния энергии электроникой в режиме ожи дания. По оценкам комиссии по энерге тике Европейского союза, эта величина составляет не менее 10% от суммарного расхода энергии бытовыми приборами и к 2014 г. увеличится до 49 ТВтч. По мнению участников проекта Stee per, это количество энергии можно сни зить практически до нуля за счёт пере хода с традиционных металл оксидных полупроводников (КМОП или CMOS) на полевые транзисторы с туннельным эф фектом (tunneling field effect transistor, T FET). Транзисторы с туннельным эффек том были разработаны ещё в 1994 г., и текущая задача исследователей заклю чается в поднятии производительности T FET чипов для замены в современных процессорах и наборах логики. Как сооб щает доктор Хайке Риель (Heike Riel) из IBM, ключевым моментом станет исполь зование нанопроводников в канале тран зистора для снижения тока утечки.

5. Беленький Б., Горбунов Н. Технологичес кие и материаловедческие проблемы раз вития конденсаторов и нелинейных по лупроводниковых резисторов. Современ ная электроника. 2008. № 1.

6. Фриман Ю., Хан Р., Леснер Ф., Примак Дж. Надёжность танталовых конденсаторов в жёстких условиях эксплуатации. Элек тронные компоненты. 2007. № 9.

Лидерами производства электроли тических конденсаторов с проводя щим полимером как в области техно логии, так и по объёмам продаж явля ются Япония, Китай и Тайвань. По данным [9], спрос на полимерные кон денсаторы возрастёт с 4,76 млрд. шт. в 2005 г. до 9,48 млрд. шт. в 2010 г. Сред

26

7. Беленький Б., Горбунов Н. Танталовые кон денсаторы – проблемы и перспективы. Электроника: Наука, Технология, Бизнес.

2008. № 7.

8. Каталоги конденсаторов OS CON и POS CAP компании Sanyo Electric Co., Ltd. http://edc.sanyo.com/english/.

9. Conductive Polymer Capacitors: World Markets, Technologies & Opportunities, 2005–2010. Pau manok Publications, Inc, 2010 WWW.SOEL.RU

Рабочее напряжение T FET чипов бу дет всего 0,5 В. На трёхлетний проект выделяется $5,5 млн., а в результате должна появиться технология производ ства T FET чипов на существующих про изводственных линиях. http://www.ibm.com СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

РЫНОК КОНДЕНСАТОРОВ OS CON И POSCAP

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Новости мира News of the World Новости мира

Солнечная энергетика сейчас находит ся на подъёме – ведётся строительство крупных электростанций, снижается стои мость производства солнечных панелей, разрабатываются инновационные фото электрические элементы. В число послед них входит совместная разработка Onyx Solar и Butech, представляющая собой симбиоз тротуарной плитки и солнечной панели.

Примечательно, что «зелёную» лепту эта плитка вносит не только на этапе ис пользования, – по словам разработчи ков, в процессе изготовления «солнеч ной плитки» производится меньше угле кислого газа, в чем процессе создания традиционных тротуарных покрытий.

Onyx Solar рассчитывает на то, что вы ход инновационного покрытия на рынок состоится в конце этого года, что сдела ет совместный продукт двух компаний первым фотоэлектрическим тротуарным покрытием, доступным широкому кругу покупателей.

Покрытие не рассчитано на тяжёлый транспорт, однако прекрасно справится с человеческим трафиком, а также без проблем выдержит установленную ме бель – на случай, если вы захотите вы ложить «солнечной плиткой» задний дворик своего дома. О цене и конкрет ной дате выпуска создатели пока не го ворят, но есть все основания полагать, что это не очередной любопытный проект, который не доживёт до серийно го производства, – ранее Onyx Solar и Butech совместно вывели на рынок вен СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

тилируемые фотоэлектрические стек лянные фасады для зданий, широко ис пользующиеся в строительстве по всему миру. http://inhabitat.com/

В MIT создали «бумажные» солнечные батареи В Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Tech nology, MIT) создали солнечные батареи на бумажной основе. Это результат ис следовательского проекта, финансируе мого итальянской нефтяной компанией Eni. Гибкие и тонкие солнечные батареи, несмотря на довольно низкий КПД (около 1%), способны генерировать ток, достаточ ный для питания небольшого светодиодно го дисплея. Технология изготовления ба тарей заключена в послойном (до 5 слоёв) нанесении полупроводников на бумажную основу.

В отличие от традиционных кремние вых элементов, новая технология не тре бует высоких температур для осаждения слоя на подложку. Руководитель проекта Карен Глисон (Karen Gleason) говорит, что процесс напоминает образование кристалликов льда зимой на окнах в ви де узоров. Главным достоинством «солнечной бу маги» Глисон считает дешевизну изготов ления, которая позволит использовать сол нечные батареи в качестве штор, жалюзи или даже покрытия ноутбуков. В планах ис следователей – поднять коэффициент пре образования таких батарей до 4%; коммер ческое использование «солнечной бумаги» может начаться через пять лет. http://news.cnet.com/

Новый экран проецирует изображение прямо в воздух В ряду устройств для отображения ин формации появилось интересное попол нение. На CEATEC японская компания WWW.SOEL.RU

Ishikawa Optics&Arts показала экраны, ко торые проецируют видеоряд в прозрачные сферические объекты, а также просто в воздух.

Space Projector чем то напоминает уст ройства обратной проекции, однако не имеет экрана. Свет, проецируемый при помощи Space Projector, формирует изо бражение на определённом расстоянии от проектора. Полученное таким образом изображение можно увидеть только спере ди, однако эффект, производимый на зри теля, того стоит – создаётся ощущение, что картинка зависла в воздухе. Ishikawa Op tics&Arts таким образом проецировала изображение огня поверх настоящих по леньев.

Кроме впечатляющего «воздушного» проектора, компания показывала дисплей Crystal ball. Сферический объект изготов лен из прозрачного полимера, внутри кото рого сформирован слой, рассеивающий направленный на него свет – он функцио нирует в качестве экрана. Ishikawa Op tics&Arts позиционирует Crystal ball в каче стве имиджевого предмета для размеще ния в приёмных и холлах различных организаций либо как информационные дисплеи для музеев.

Цены на эти интересные экраны таковы: Crystal ball диаметром 100 и 200 мм оцене ны в $3000 и $9800 соответственно, а Space Projector обойдётся покупателям примерно в $7950. http://www.3dnews.ru/

27

© СТА-ПРЕСС

«Солнечная плитка» для тротуаров скоро поступит в продажу

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Драйвер мощных светодиодов на базе контроллера NCL30000 фирмы ON Semiconductor Светодиодные светильники приходят на смену компактным люминесцентным лампам и лампам накаливания. Появились и прямые заменители ламп – изделия с цоколем E27, непосредственно вкручиваемые в патрон. В статье рассмотрен типовой преобразователь для таких светодиодных ламп.

Разработка светодиодной лампы неизбежно сталкивается с проблемой отвода тепла, выделяющегося в ма лом объёме, поскольку перегрев све тодиодов нежелателен. Источником тепла в светодиодном светильнике, кроме самих источников – светодио дов, является источник питания или драйвер. Для получения требуемого светово го потока в 1200 лм, аналогичного по

току лампы накаливания мощностью 100 Вт, требуется 12 – 14 одноваттных светодиодов с номинальной светоот дачей не ниже 100 лм/Вт при рабочем токе 350 мА. К драйверу предъявляют ся жёсткие требования: гальваничес кая изоляция нагрузки от сети; спо собность ограничивать выходную мощность с помощью стандартных тиристорных регуляторов, приглушая яркость светодиодов; высокий КПД;

Рис. 1. Компоновка элементов схемы преобразователя на печатной плате

Рис. 2. Размещение платы драйвера в теле радиатора

Рис. 3. Установка драйвера в цокольную часть лампы

Рис. 4. Светодиодная лампа в корпусе типа PAR30 с модулем Cree MPL&EZW

28

WWW.SOEL.RU

малые габариты (для встраивания в корпус лампы) и низкая себестои мость в массовом производстве. Зада ча разработки высокоэффективного (КПД на уровне 90%) драйвера с мощ ностью нагрузки до 12 Вт с учётом указанных требований является не простой. Компания ON Semiconductor – один из мировых лидеров по произ водству электронных компонентов – предлагает микросхему NCL30000, которая является контроллером гальванически изолированного об ратноходового преобразователя с коррекцией коэффициента мощнос ти [1, 2]. На основе ИС типа NCL30000 инженерами компании ON Semicon ductors был разработан типовой, встраиваемый в корпус лампы ис точник тока на 450 мА для питания 11 Вт светодиодного модуля MPL EZW фирмы Cree. Плата драйвера по казана на рисунке 1. Лампа реализо вана на базе стандартного корпуса типа PAR30 с цоколем E27 (см. рис. 2 и 3). Разработанный источник может ра ботать в сети переменного тока 90…135 В или 180…265 В. Преобразо ватель на базе контроллера NCL30000 способен питать нагрузку 11 Вт ста бильным током 450 мА (±5%), поддер живая выходное напряжение в диапа зоне 21…27 В. КПД преобразователя более 82%. Внешний вид лампы со све тодиодным модулем показан на ри сунке 4. Принципиальная схема сетевого преобразователя представлена на рисунке 5. Как видно, реализована классическая схема обратноходового преобразователя с гальванической развязкой, поскольку для данной мощности преобразователи такого типа имеют самую низкую себестои мость при минимальном числе ком понентов схемы. Трансформатор с сердечником ти па EFD20 помещается в объёме цоколя лампы (см. рис. 2). Коэффициент пе редачи трансформатора 5,3 : 1 позво ляет контроллеру работать в обоих ди СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Ирина Ромадина (Москва)

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

L

R10

0

L2

800 мкГ D1 HD06

R2 5K6

RV1 V275LA2

1

R4 240

С2 47 нФ 4 R3 5K6

С4

N

R1

D5 MURA160

С3

L3 1,6 мГ

15

D10 MBRD5H100 3 9 T1B

100 пФ

100 нФ

2

8 T1A

С5

24,4 В FL1

4

470 нФ

7 R7 47 к

LED+

T1D FL2

R27 3,3 к

С11

R27 51 к

680 мкФ

D13 BAW56

T1C 6

R13 47 к

С14 D6 BAS21

Q2 ММВТА06

D8 MMBZ5239 9,1 В

Da MMBD7000

R15 100 к D8 MMBZ5245 15 В

С8

R14 4,7 к С7 1 нФ

R16 47 к

С1

1 2 3 4

R9 6,2 к

8 7 6 5

10 мкФ

Ra 2,2 к Rd 10 к

NCL30000 С9

470 пФ 470 пФ

Ca 100 пФ

100 пФ

Optional Minimum off time cirquit

R25 2,2 к С13

С15 220 нФ

U3 NCS1002 1 2 3 4

R8 47 к

8 7 6 5

R26 18 к

100 нФ R19 10

R22 1,5 к

Q3 NDD05N50Z R18 100 R20 0,5

D11 MMBZ523 5,1 В

C10 4,7 нФ

R31 4,7 к

R28 680

R29 0,2 U2 PS2561L_1

4

1

3

2

R30 24 к

LED–

3 мА

Рис. 5. Принципиальная схема 11 Вт драйвера на базе микросхемы NCL30000 (ON Semiconductor) для сети ~115 В; для сети ~220 В допус тимое напряжение должно составлять 800 В.

Обратная связь по току заведена с помощью микросхемы NCS1002 (U3 на рисунке 5) [3], содержащей два опе

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

29

© СТА-ПРЕСС

Реклама

апазонах сетевого напряжения. Ключ Q1 (см. рис. 5) с допустимым напря жением сток исток 500 В необходим

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Новости мира News of the World Philips: LED займёт 5% мирового рынка освещения по итогам 2010 г. По оценкам Philips Electronics, светодио ды займут 5% мирового рынка освещения в текущем году, а продажи достигнут $4 млрд. Это огромный рост, учитывая, что ещё в прошлом году LED освещение зани мало лишь менее 2% этого рынка.

Более того, Philips считает, что к 2015 г. индустрия LED по объёму продаж в денеж ном эквиваленте будет занимать уже 50% всего мирового рынка освещения. Компа ния предполагает, что в 2011 г. LED займёт 10% рынка, и примерно с этой отметки нач нётся взрывной рост популярности свето диодов. По ожиданиям аналитиков, совокупный среднегодовой темп роста рынка освеще ния в период между 2010 и 2015 гг. соста вит 6% и достигнет $100 млрд. (стоит отме тить, что сюда не включается производство LED для автомобилей). В настоящий мо мент на рынке светодиодов лидируют США, занимающие 40%, за ними следует Европа с 33%, Китай с 21%, а Япония и прочие страны занимают лишь 6%. В ос новном LED применяется в архитектурном освещении. http://www.digitimes.com/

Oxford PV наделит «фотосинтезом» оконные стекла Компания Oxford Photovoltaics разрабо тала фотоэлектрические ячейки, которые можно печатать на стекле для получения оконных систем, генерирующих электриче ство. Создатели получили главный приз в

ЛИТЕРАТУРА 1. Application Note: http://www.onsemi.com/ pub_link/Collateral/AND8463.pdf.

2. Datasheet NCL30000: http://www.onsemi.com/ pub/Collateral/NCL30000 D.pdf.

3. Datasheet NCS1002: http://www.onsemi.com/ pub/Collateral/NCS1002 D.pdf.

30

WWW.SOEL.RU

размере 100 тыс. фунтов стерлингов на конкурсе Disruptive Solutions Competition – эти средства будут потрачены на коммер циализацию технологии. На конкурсе были представлены различ ные идеи – одни компании предлагали пре вратить окна в генераторы, другие акценти ровали внимание на методе преобразования энергии, похожем на растительный фотосин тез. Первое место технологии Oxford PV обеспечило сочетание этих подходов. Новые ячейки используют электрод из твёрдого оксида металла, покрытого орга ническим красителем: «Одно из главных преимуществ заключается в лёгкости изго товления. Это весьма значительно снижа ет стоимость наших панелей, – заявил изобретатель и лидер проекта доктор Генри Снэйт (Henry Snaith). – Не нужно вол новаться по поводу уплотнения и гермети зации, которые являются критически важ ными в традиционных конструкциях, по скольку в них используются коррозионные жидкие электролиты». Основная цель, которая ставится перед командой в процессе создания серийного продукта, – добиться высокой прочности и долговечности конструкции. Разработчики рассчитывают, что последний показатель у коммерческой модели составит «больше 20 лет». Полученные на конкурсе средства пойдут на ускорение выхода серийного продукта, однако разработчики не называ ют никаких конкретных сроков. http://www.theengineer.co.uk/

Новый материал увеличивает ёмкость литий ионных батарей на 30% Исследовательская группа из Нацио нального института прогрессивной про мышленной науки и технологии в Японии (AIST) разработала новый материал для отрицательного электрода, который улуч шает сразу несколько показателей переза ряжаемых литий ионных батарей – снижа ет стоимость производства, увеличивает ёмкость и срок службы. Для современных смартфонов и ноутбуков такая инновация окажется не лишней. Новый материал является разновид ностью оксида титана, его химическая формула: H2Ti12O25. Он способен увели чить энергетическую плотность батареи на 30% по сравнению с титанатом лития (Li4Ti5O12), широко применяющимся в от рицательных электродах текущих литий ионных батарей. Ёмкость заряда разряда (на вес оксида) была также увеличена со СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

рационных усилителя и источник опорного напряжения. В качестве измерителя тока использован резис тор R29 номиналом 0,2 Ом, что до полнительно снижает рассеиваемую мощность. Напряжение питания мик росхемы NCS1002 формирует ста билитрон MMBZ5231 (D11). Сигнал обратной связи передаётся на первич ную сторону преобразователя с по мощью оптопары PS2561L (U2). Сов местимость с тиристорными регу ляторами обеспечивает демпферная цепочка R4C3. Преимуществом рассматриваемой схемы является минимальное коли чество электролитических конденса торов (С8 и С11). В условиях повы шенной температуры замкнутого объёма лампы именно электролити ческие конденсаторы определяют на дёжность и срок службы преобразо вателя. Драйвер на базе NCL30000 как им пульсный преобразователь отвеча ет требованиям класса B по элек тромагнитной совместимости стан дарта EN55022. Коэффициент коррек ции мощности составляет 0,98 для сети ~115 В и 0,87 для сети ~220 В [1]. Следует отметить, что входной фильтр и демпфирующая цепочка тщательно оптимизированы, чтобы препятствовать колебательным про цессам, возникающим в результате то ковых всплесков при работе тиристор ного регулятора. Рассматриваемое техническое реше ние может быть масштабировано на мощности до 40 Вт, если заменить трансформатор и ключ на более мощ ные и оптимизировать номиналы пас сивных элементов. Список компонен тов и результаты тепловых измерений приведены в подробном описании конструкции [1]. Таким образом, контроллер NCL30000 позволяет успешно реализовать об ратноходовый преобразователь с коррекцией коэффициента мощнос ти и функцией регулируемого то кового драйвера для светодиодной лампы.

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Новости мира News of the World Новости мира угол обзора, а количество воспроизводи мых цветов составляет 16 млн. Со време нем новинка найдёт своё место в мобиль ной технике и HDTV оборудовании, но конкретных сроков компания не называет. http://www.engadget.com/

Технология IBM для тонкоплёночных солнечных батарей нашла применение Технология и материалы, разработанные в исследовательском центре IBM и пред назначенные для создания тонкоплёноч ных солнечных батарей, находят своё прак тическое применение. Японский произ водитель Solar Frontier заявил о том, что достигнуто соглашение об использовании технологий IBM для разработки и производ ства коммерческих солнечных батарей.

Ortustech представила «самый компактный в мире» Full HD дисплей Скорее всего, вы раньше не слышали о компании Ortustech – это совместное предприятие Casio и Toppan Printing, соз данное для проведения передовых разра боток в области малых и средних диспле ев. Недавно компания представила «са мый маленький в мире» Full HD экран с диагональю 4,8''.

Панель произведена по патентованной технологии HAST (Hyper Amorphous Silicon TFT) и способна отображать картинку с разрешением 1920 × 1080 пикселей. Что бы достигнуть такого впечатляющего пока зателя, разработчикам пришлось увели чить «плотность населения пикселей» до 458 на дюйм. Для сравнения, пресловутый экран Retina смартфона iPhone 4 обеспе чивает 326 пикселей на дюйм. Среди прочих характеристик разработки Ortustech стоит отметить 160 градусный СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

В прошлом году представители исследо вательского центра IBM заявили, что им удалось значительно повысить эффектив ность солнечных батарей за счёт исполь зования созданного ими вещества, состоя щего из меди, цинка, олова, серы и селена. В лабораторных условиях учёным удалось достигнуть эффективности захвата сол нечной энергии 9,6%. Такая эффектив ность всё же ниже батарей на основе крем ния, но данная технология значительно де шевле в производстве. Наиболее распространённым в производ стве солнечных батарей на данный момент материалом, кроме кремния, является ком бинация меди, иридия, галлия и селена, но тут сложность заключается в стоимости иридия. Благодаря разработке IBM солнеч ные батареи могут получить значительно более широкое распространение. http://www.cnet.com/

Новые недорогие сплавы могут заменить драгоценные металлы в электронике Золото обладает отличными характе ристиками, высоко оцененными среди раз WWW.SOEL.RU

работчиков самого разнообразного элек трооборудования, – этот благородный ме талл сочетает стойкость к окислению с вы сокой электропроводностью. Вот только цена за тройскую унцию золота на миро вом рынке сейчас составляет примерно $1300. Точно так же дело обстоит с плати ной, родием, палладием и серебром – все они оправдывают свои свойства заоблач ной ценой. Своё решение проблемы предлагают исследователи из университета Коннек тикута (University of Connecticut), которые заручились поддержкой Исследовательс кого центра объединённых технологий (United Technologies Research Center). Совместно они разработали новый класс материалов, которые в окислительной среде ведут себя весьма похожим об разом. Команда изучала никель, медь и же лезо – недорогие металлы с большими перспективами. Основываясь на своих исследованиях, учёные выдвинули теорию и провели серию экспериментов, в ходе которых была выработана методология улучшения электрических свойств базо вых металлов. «Мы использовали комби нацию теоретического анализа с измене нием материала на атомном уровне, чтобы получить металлы с нужными свой ствами», – рассказывает Марк Эйндоу (Mark Aindow) из университета Коннек тикута. Проделанная учёными работа впечатля ет – характеристики контактного сопротив ления синтезированных командой сплавов вплотную приближаются к тому, что демон стрирует чистое золото. Поэтому в ближай шем будущем можно ожидать появления недорогих контактов на основе новых спла вов, обладающих высокой электропровод ностью и низким контактным сопротивле нием, параметры которого не ухудшаются из за высокой стойкости материалов к окислению. http://www.sciencedaily.com/

31

© СТА-ПРЕСС

175 мАч/г до 225 мАч/г. Снижение стоимос ти обусловлено тем, что новый оксид тита на не содержит лития. Специалисты AIST пока не сообщают о планах использования материала в кон кретных моделях батарей, однако можно рассчитывать на то, что производители ли тий ионных аккумуляторов заинтересуют ся этой перспективной разработкой в са мое ближайшее время. http://techon.nikkeibp.co.jp/

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Новая флэш память eMLC – вход на рынок корпоративных продуктов для SSD Новая технология производства флэш памяти eMLC расширяет возможности применения твердотельных накопителей (SSD) на рынке корпоративных проектов. Возможности SSD класса enterprise рассматриваются на примере двух новых флэш дисков от Intel и Smart Modular.

В последние годы всё более широ кое применение в различных областях вычислительной техники получают твердотельные накопители данных – SSD. Около 10 лет назад, когда на рынок вышли первые производители SSD – компании Adtron, BitMicro и M Systems, стоимость 1 Гб флэш памяти состав ляла несколько тысяч долларов, а по производительности твердотельные диски могли соперничать с традици онными НЖМД только в области слу чайного чтения. Однако, несомненные преимущества SSD – возможность ра боты в тяжёлых условиях эксплуата ции, низкое энергопотребление и теп ловыделение и т.д. – с самого начала обеспечили им устойчивые рынки сбыта и, соответственно, возможность развиваться. За 10 лет удельная стоимость твер дотельных накопителей снизилась на 2 – 3 порядка и составляет теперь от 1 $/Гб для пользовательских моделей и до нескольких десятков $/Гб для про мышленных твердотельных накопите лей. Одновременно производитель ность SSD увеличилась более чем на порядок, и сегодня даже самые слабые SSD опережают магнитные винчесте ры практически по всем параметрам. Благодаря такому впечатляющему прогрессу SSD осваивают всё новые

области применения. Сегодня это уже не только авиакосмическая, нефтега зовая и прочие области, требующие сверхнадёжности и устойчивости к внешним воздействиям, но и бытовые ноутбуки, серверы и сетевое оборудо вание. Соответственно увеличилось и ко личество производителей: в настоящее время наиболее заметными компания ми, которые интенсивно развивают SSD направление, можно назвать Intel, Samsung, SanDisk (поглотивший M Sys tems), Corsair, OCZ Technology, Smart Modular (поглотивший Adtron), Apacer, Transcend и Mtron Storage. Набольшего успеха производители SSD добились в двух крайних областях: ●

●

Рис. 1. Серия Intel X25 E 3 го поколения

32

c одной стороны, это промышлен ные SSD, разработанные на основе одноуровневой памяти SLC NAND. Такие микросхемы обладают высо ким быстродействием, надёжностью и главное – большим ресурсом, до 100 тысяч циклов перезаписи. Такие диски давно вытеснили магнитные носители из наиболее требователь ных приложений. Их дальнейшее распространение ограничивается в основном высокой ценой: удельная стоимость промышленных SSD на базе SLC NAND до сих пор составляет 30…70 $/Гб; c другой стороны, SSD бытовых се рий, на которых сейчас сосредото чены усилия большинства произво дителей, построены на микросхемах многоуровневой памяти MLC NAND. Они значительно дешевле – на рын ке можно найти устройства с удель ной стоимостью менее 1 $/Гб, но их ресурс, по данным разных произво дителей, составляет лишь от 1,5 до 10 тыс. циклов перезаписи. Поэтому основной областью применения SSD на многоуровневой MLC NAND па мяти остаются бытовые устройства.

WWW.SOEL.RU

Таким образом, рынок корпоратив ных приложений, таких как, например, вычислительные и дата центры, оста ётся пока малодоступным для массо вого применения SSD. Эту ситуацию призвана изменить новая технология производства флэш памяти eMLC (enterprise MLC). eMLC – модернизированная многоуровневая память с увеличенным циклом про граммирования, что позволяет заметно повысить её ресурс. Микросхемы eMLC будут производиться по 34 и 25 нм технологии и по сравнению с 50 нм SLC памятью будут обладать большей плотностью и сравнимым быстродей ствием. Одновременно вместо естест венного при уменьшении масштаба техпроцесса снижения ресурса мы по лучим увеличение с 1,5…10 тыс. цик лов перезаписи, характерных для MLC, до 20…30 тыс. циклов для eMLC. Если производителям удастся удержать сто имость SSD корпоративного класса на уровне, сравнимом с MLC накопителя ми, то они будут весьма востребованы на корпоративном рынке. Пионерами применения технологии eMLC в корпоративных SSD выступа ют компании Intel и Smart Modular. Оба производителя объявили о выходе в первом квартале 2011 г. твердотельных накопителей корпоративного класса на базе eMLC со сходными характерис тиками. Серия Intel X25 E 3 го поколения (рис. 1) будет иметь новый модельный ряд: 100, 200 и 400 Гб взамен старого 32 и 64 Гб. Скорости потокового чте ния/записи изменятся незначительно, немного увеличится лишь скорость за писи – со 170 до 200 Мб/с. Скорость чтения останется прежней – 250 Мб/с. Примечательно, что при этом не изме нилась износоустойчивость флэш дис ков Intel: как была в пределах 1…2 Пб, так в этом промежутке и осталась. Накопитель XceedIOPS SATA (рис. 2) – второй в линейке XceedIOPS и первый из твердотельных дисков компании Smart, в котором используется процес сор SF 1500 компании SandForce Inc. Модельный ряд включает накопители ёмкостью 50, 100, 200 и 400 Гб. При этом, в отличие от Intel, выпускающего СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Андрей Филатов (Санкт Петербург)

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

цессор обнаружения и коррекции ошибок. Такая технология является продолжением и развитием решений, разработанных ещё корпорацией Adtron. В накопителе XceedIOPS про цессор коррекции ошибок позволяет восстанавливать 24 девятибитных символа на каждый 512 байтный сек тор данных. Рынок твердотельных накопителей корпоративного применения находит ся на пороге интенсивного роста. Ожи дается, что накопители на основе eMLC займут значимую позицию, так как они отвечают основным требованиям потребителей. Разработчикам корпо ративных систем хранения и серверов необходимы твердотельные накопите ли, обладающие сочетанием повышен ной производительности с малым энергопотреблением при небольшой общей стоимости владения, имеющие высокую надёжность. SSD, подобные новым дискам XceedIOPS и X25 E, ко торые соответствуют этим требовани ям и задействуют высоконадёжную eMLC память, смогут помочь ускорить внедрение твердотельных накопите лей на корпоративном рынке. В заключение следует отметить об щую тенденцию «вымывания» памяти SLC NAND с рынка. Данная ситуация определяется тем, что большинство производителей SSD ориентированы на массовые модели, и уже сейчас ко личественная доля микросхем SLC ма ла по сравнению с MLC чипами. Не смотря на очевидные преимущества

WWW.SOEL.RU

Рис. 2. Накопитель XceedIOPS SATA одноуровневой памяти, такие как быстродействие и большее число до пустимых циклов перезаписи, произ водители считают более выгодным пе реходить на eMLC и устанавливать большее число MLС чипов на SSD, чем выпускать флэш винчестер на основе SLC NAND. Только относительно не большие производители, ключевыми рынками для которых остаются не бы товые, а промышленные, военные и другие спецприменения, будут до по следнего поддерживать производство накопителей на бескомпромиссной SLC NAND. Эту тенденцию мы также видим на примере Smart Modular, вы пускающей свои новые продукты как на прогрессивной eMLC, так и на про веренной SLC памяти. В статье использованы данные,опуб ликованные компаними Intel, Smart Modular, Silverton Consulting, а так же сайтами www.anandtech.com и www.thg.ru.

33

© СТА-ПРЕСС

диски серии E только в форм факторе 2.5 дюйма, Smart обещает сделать всю линейку, кроме 400 Гб, доступной также и в форм факторе 1.8 дюйма.

Smart несколько иначе оценивает из носоустойчивость своей продукции и сообщает, что время службы диска XceedIOPS SATA ёмкостью 400 Гб легко может достигать 5 лет при работе с по током скоростью 250 Мб/с и 40 про центной загрузке. Наиболее заметной разницей в ха рактеристиках X25 E и XceedIOPS явля ется заявленное количество операций ввода вывода. Так, при оперировании случайными 4 Кб блоками Intel обе щает большую производительность чтения: 50 тыс. IOPS против 30 тыс.

IOPS у Smart. В то же время Smart обе щает значительно большую эффектив ность записи: 30 тыс. IOPS против все го 5 тыс. IOPS у Intel. Интерфейс новых SSD остался SATA 3 Гбит/с. Как видно из характеристик новинок, большего им на данном этапе и не нужно. В актив интерфейса реали зованного Smart можно записать под держку аппаратного упорядочивания команд (NCQ), а SSD от Intel могут по хвастаться встроенным в контроллер аппаратным шифровальщиком по ал горитму AES 128. Хотя в нашей стране аппаратное шифрование – это не только преимущество, но и недоста ток, потому что такие накопители по падут под ограничение ввоза на тамо женную территорию России как «уст ройства вычислительных машин, имеющие функции шифрования» (Ре шение Межгоссовета ЕврАзЭС № 19). Следовательно, возможны перебои поставок, рост цены и другие негатив ные явления. Оба производителя предприняли до полнительные меры по повышению надёжности хранения информации. Так, Intel сообщает об установке нако пительного конденсатора в схему пи тания X25 E. Энергии, накопленной конденсатором, должно хватить диску на то, чтобы в случае отключения пита ния перейти в автономный режим работы, сохранить данные из кэш бу фера и штатно завершить работу. Ана логичная схема, но уже на суперкон денсаторе, реализована и Smart Modu lar. В дополнение к защите от сбоев питания, Smart сообщает также о при менении технологических решений управления флэш памятью, оптимиза ции маршрута обработки данных, включая усовершенствованный про

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

Реклама

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР КОМПАНИИ MPS В РОССИИ АКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ ВАШЕГО БИЗНЕСА Тел.: (495) 232 2522 • info@prochip.ru • www.prochip.ru

Тел.: (495) 232 2522 • info@prochip.ru • www.prochip.ru • www.cree.ru

34

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Реклама

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР CREE В РОССИИ И СТРАНАХ СНГ

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

ТВОЙ ШАГ В МИР БЕЗ ПРОВОДОВ: однокристальный трансивер nRF24L01 Nordic Semiconductor c пропускной способностью 2 Мбит/с и аппаратной поддержкой протокола Enhanced Shock Burst

Краткие характеристики nRF24L01 Значение 1,9 В 0 дБм 2 МБод –40…+85°С –85 дБм 0,05 мA 11,3 мА 22 мА / 600 мкс 6 125

Основные достоинства: ■ Высокая скорость передачи данных ■ Простое подключение к внешнему микроконтроллеру по последовательной шине ■ Минимум внешних компонентов ■ Минимальный ток потребления ■ Компактность ■ Низкая стоимость ■ Встроенный аппаратный протокол передачи данных с автоматическим подтверждением приёма пакета

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

35

© СТА-ПРЕСС

АКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ ВАШЕГО БИЗНЕСА Телефон: (495) 232 2522 • E mail: info@prochip.ru • Web: www.prochip.ru

Реклама

Реклама

Параметр Минимальное питающее напряжение Максимальная выходная мощность Максимальная скорость передачи (радиоканал) Рабочий температурный диапазон Чувствительность при скорости 1 МБод Средний ток потребления при мощности –6 дБм Пиковое потребление при передаче на –0 дБм Пиковое потребление при приеме Максимальное число одновременных подключений* Количество частотных каналов *Режим работы в качестве принимающей стороны

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Изделия PC/104 родом из Швейцарии Леонид Акиншин, Александр Ковалёв (Москва) Приобретение швейцарской компании Digital Logic позволило международному холдингу Kontron расширить своё продуктовое предложение широким ассортиментом PC/104 совместимых изделий и укрепить свои позиции на рынке стандартизованного оборудования для малогабаритных систем повышенной надёжности.

В индустрии встраиваемых продук тов и систем сегмент PC/104 всегда за нимал особое место. Активное разви тие технологии COM Express и других перспективных стандартов не привело к сколько нибудь существенному паде нию популярности PC/104 среди раз работчиков малогабаритных встраива емых решений. Процессорные модули и платы ввода вывода, выполненные в PC/104 совместимых конструктивах, использовались несколькими поколе ниями разработчиков и остаются вос требованными в ряде прикладных об ластей. Исключительно удачная исход ная спецификация PC/104 послужила толчком к тому, что семейство стандар тов PC/104 стало развиваться, вбирая различные технологии, полезные для встроенных приложений. Это даёт сек тору PC/104 ценное конкурентное преимущество, которым могут гордить ся далеко не все сегменты индуст рии встраиваемых систем, поскольку PC/104 не отстаёт от компьютерной от расли в целом. Швейцарская компания Digital Logic, базирующаяся в г. Солотурн, специа

СТАНДАРТ PC/104 Память

Чипсет

Процессор

Процессорный модуль PCI/104 Express Шина PCI

Шина PCI Express

15,24 мм

Шина PCI Express

15,24 мм

Шина PCI Express

15,24 мм

Устройство на шине PCI Express Периферийный модуль модуль PCI/104 Express Шина PCI Устройство на шине PCI Express Периферийный модуль модуль PCI/104 Шина PCI Устройство на шине PCI Периферийный модуль PCI/104 Шина PCI

15,24 мм Устройство на шине PCI

Периферийный модуль PCI/104 Шина PCI

Рис. 1. Процессорные и периферийные модули PCI/104!Express и PCI/104, собранные в «этажерку»

36

WWW.SOEL.RU

И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ Исходная спецификация PC/104 определяет платы размерами 90 × 96 мм с вертикальным штыревым разъёмом, в который выведена шина ISA. Соединён ные при помощи этих разъёмов и вин товых креплений модули PC/104 обра зуют «этажерочные» конструкции, на зываемые также «стопками», «стеками» и «сэндвичами» (см. рис. 1). Малые габари ты модулей сами по себе обеспечивают довольно высокую механическую проч ность, при этом надёжные винтовые крепления придают дополнительную жёсткость как отдельным платам, так и всей многоплатной конструкции. Эта жерки, собранные из модулей PC/104, способны выдерживать значительные ударно вибрационные нагрузки. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Шина PCI

лизируется на производстве компакт ных защищённых встраиваемых плат в стандартах PC/104, PC/104 Plus, PCI/104 Express и др., а также систем для жёстких условий эксплуатации. Благодаря приобретению Digital Logic (www.digitallogic.com), международный холдинг Kontron (www.kontron.com) получил возможность более полно удовлетворять потребности заказчи ков, создающих малоразмерные сис темы повышенной надёжности на ба зе открытых стандартов. Клиентами Digital Logic являются такие компа нии, как Thales, NASA, Boeing, Bom bardier, Mercedes, BMW и др. Защищён ные продукты и решения марки Digi tal Logic пользуются уважением на «взыскательных» рынках компьютер ного оборудования, в том числе транс портном, оборонном и медицинском. Расширяя продуктовое предложение холдинга Kontron по стабильным на правлениям бизнеса, малогабаритные решения компании Digital Logic для жёстких условий эксплуатации хоро шо дополняют ассортимент изделий Kontron.

Вся продукция Digital Logic – как стандартная, так и заказная, включая законченные системы в корпусах, – отличается высочайшим качеством, поскольку разрабатывается, тестиру ется и производится на территории Швейцарии. Номенклатура стандарт ных изделий, ранее предлагавшихся под маркой Digital Logic, а ныне под маркой Kontron, весьма широка и включает множество PC/104 совмес тимых процессорных плат, плат вво да вывода и законченных решений типа Box PC. Кроме того, компания Di gital Logic всегда славилась своими за казными решениями. Важным свойством изделий Digital Logic традиционно являются длитель ные сроки доступности, что является критическим фактором для многих приложений, на которые эти изделия ориентированы. Около 80% штата ком пании Digital Logic составляют разра ботчики, инженеры и производствен ники, что подчеркивает её ориента цию на заказчика и богатейший опыт изготовления заказных решений. Про дукция бывшей компании Digital Logic, превратившейся в подразделение Kon tron Compact Computers (KCC), поль зуется большим успехом, в частности, у разработчиков аэрокосмической аппаратуры, чья требовательность в отношении качества исполнения, под держки и надёжности базовых аппа ратных средств хорошо известна.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Реклама

WWW.SOEL.RU

37

© СТА-ПРЕСС

Оригинальный стандарт PC/104, утверждённый организацией PC/104 Consortium (www.pc104.org) в 1992 г., опирался на системный интерфейс ISA, имевший тогда широкое распростра нение. Спецификация PC/104 была в кратчайшие сроки принята на воо ружение многими производителями встраиваемых аппаратных средств, а модули PC/104, которые стали выпус каться в огромных количествах, нашли своё место в разнообразных бортовых, промышленных и оборонных систе мах с ограниченным объёмом и повы шенными требованиями к механичес кой прочности оборудования. Сегмент PC/104 быстро превратился в огром ный и самостоятельный рынок внутри индустрии встраиваемых компьютер ных технологий (ВКТ), где работали де сятки поставщиков, предлагавших сот ни наименований процессорных и ин терфейсных модулей. Сегодня сегмент PC/104 – большой, процветающий рынок, на котором ра ботает множество больших и малых компаний. Не изменился и состав кли ентов этого рынка – PC/104 совмес тимые изделия по прежнему пользу ются спросом у разработчиков мало габаритных высоконадёжных систем, рассчитанных на эксплуатацию в са мых жёстких условиях. Такая стабиль ность обусловлена тем, что все эти го ды технология PC/104 не стояла на месте. На PC/104 совместимых моду лях регулярно появлялись новые ин терфейсы, процессоры и типы памя ти. Однако главным фактором разви тия индустрии PC/104 была и остаётся адаптация популярных системных ин терфейсов (шин) без существенных изменений механики модулей. Когда пропускной способности ши ны ISA стало не хватать, появилась спе цификация PC/104 Plus, определив шая, в дополнение к существующему системному разъёму, ещё один разъём с более быстрой шиной PCI. Благодаря сохранению разъёма ISA новые модули сохраняли обратную совместимость, при этом интерфейс PCI позволял со бирать из них изделия повышенной производительности и с увеличенной скоростью внутрисистемного обмена. Затем появился стандарт PCI/104, в ко тором морально устаревшая шина ISA и оригинальный разъём PC/104 отсут ствовали, а штыревой разъём с шиной PCI остался таким же и находился в том же самом месте, что и у модулей PC/104 Plus. Дальнейшее развитие

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Разъем шины PCI

Разъем шины PCI

Разъем шины PCI

Стандарт PC/104

Стандарт PC/104 Plus

Стандарт PCI/104

Стандарт PCI/104 Express

Стандарт PCIe/104

Разъем шины ISA

Разъем шины ISA

Разъем шины PCI Express

Разъем шины PCI Express

Шина ISA

Шины ISA и PCI

Шины PCI и PCI Express

Шина PCI Express

Шина PCI

семейства стандартов PC/104, куриру емое членами организации PC/104 Consortium, подчинялось той же схе ме: спецификация PCI/104 Express определила на модулях типа PCI/104 дополнительный разъём для шины PCI Express взамен исчезнувшего ISA разъ ёма, а в стандарте PCIe/104 разъём PCI был упразднён (см. рис. 2). Подобная логика развития смогла обеспечить для индустрии PC/104 большую живучесть, которая не сни жала актуальность применяемых ин терфейсных технологий и компонен тов. Заказчики, однажды выбравшие платформу PC/104, могут быть увере ны в том, что всегда смогут найти на рынке модули, воплощающие послед ние достижения в области полупро водниковых устройств и передачи данных, причём новые изделия будут совместимы с уже имеющимся у них оборудованием как механически, так и по системным интерфейсам.

МОДУЛИ PC/104 В РОЛИ ПЛАТ РАСШИРЕНИЯ Экосистема, возникшая вокруг ис ходного стандарта PC/104, породила не только множество спецификаций на монтирующиеся в «этажерку» моду ли размерами 90 × 96 мм, но и ряд стан дартов, определяющих использование PC/104 совместимых модулей в каче стве плат расширения для более круп ных платформ. На сегодняшний день актуальными отраслевыми стандарта ми такого рода являются EBX, EBX Express, EPIC и EPIC Express; их продви жением и развитием также занимается организация PC/104 Consortium.

PC/104 EPIC EBX 90 мм × 96 mm 115 мм × 165 mm 146 мм × 203 mm 2 2 86,4 см 189,8 см 296,4 см2

Рис. 3. Габариты плат PC/104, EPIC и EBX

38

Платы EBX (Embedded Board eXpan dable – расширяемая встраиваемая плата) и EBX Express представляют со бой уменьшенные версии стандарт ных материнских плат, модулями рас ширения для которых служат различ ные PC/104 совместимые изделия. На платы EBX могут устанавливаться мо дули в стандартах PC/104, PC/104 Plus и PCI/104; на платы EBX Express – изде лия PCI/104, PCI/104 Express и PCIe/104. Кроме того, платформы EBX и EBX Ex press поддерживают «мобильные» мо дули расширения PC Card и Express Card соответственно. Платы EBX и EBX Express (203 × 146 мм) способны нести самые мощные про цессоры, ОЗУ большого объёма и об ладать коммуникационной функцио нальностью на уровне старших моде лей персональных компьютеров. Эти платформы также имеют великолеп ную расширяемость, обеспечивающую подключение к одной плате множест ва периферийных модулей разных ти пов. При использовании плат EBX и EBX Express конечные встраиваемые конфигурации можно собирать по то му же принципу, что и настольные сис темы, закупая стандартные комплекту ющие с искомыми характеристиками у разных производителей. Тем не менее, EBX и EBX Express остаются полноцен ными встраиваемыми решениями, которые обеспечивают повышенную механическую надёжность за счёт «эта жерочного» метода монтажа и являют ся совместимыми с огромной массой изделий класса ВКТ, выпускаемых ин дустрией PC/104. Стандарты EBX и EBX Express позволя ют использовать PC/104 совместимые модули в тех задачах, которые требуют высочайшей производительности не только во «встраиваемом», но и в обще принятом смысле этого слова, посколь ку размеры соответствующих плат не ограничивают заказчиков в части так товых частот и количества процессор ных ядер в одном корпусе. С другой сто роны, спецификации EBX и EBX Express WWW.SOEL.RU

вряд ли можно назвать принадлежащи ми рынку PC/104, поскольку он ориен тирован в первую очередь на малогаба ритные решения, тогда как платформы EBX и EBX Express можно назвать мало габаритными с большой натяжкой. Спецификация EPIC (Embedded Plat form for Industrial Computing – встраи ваемая платформа для промышленных компьютеров) определяет встраивае мые платы размерами 114 × 165 мм. По своим габаритам форм фактор EPIC за нимает промежуточное положение между форм факторами PC/104 и EBX (см. рис. 3). Будучи в достаточной мере миниатюрными, платы EPIC всё же не настолько малы, чтобы это служило препятствием для использования со временной компонентной базы и су щественно ограничивало их функци ональность. Центральные процессоры (ЦП) высшей производительности не всегда можно установить на PC/104 совместимые модули, а крупногабарит ные решения типа EBX во многих слу чаях оказываются слишком громоздки ми. Материнские платы EPIC выглядят разумным компромиссом: на них до ступны и самые мощные процессоры, и быстрая память большого объёма. Одна плата EPIC поддерживает установку до четырёх таких модулей, монтирующих ся друг на друга по классической для индустрии PC/104 «этажерочной» схе ме. Следует отметить, что по сравнению с изделиями, построенными только из PC/104 совместимых модулей (интер фейсных и процессорных), материнс кие платы EPIC с установленными на них модулями расширения позволяют обойтись значительно меньшим чис лом кабельных соединений. Стандарты EPIC и EPIC Express отли чаются так же, как спецификации EBX и EBX Express: платы EPIC поддержи вают модули расширения PC/104, PC/104 Plus и PCI/104, платы EPIC Ex press – модули расширения PCI/104, PCI/104 Express и PCIe/104. Специфи кации EPIC и EPIC Express образуют, таким образом, единое семейство, тес СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Рис. 2. Семейство спецификаций PC/104

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

ПОДРОБНЕЕ О НАСЛЕДИИ ФИРМЫ DIGITAL LOGIC Спецификации PC/104 Plus и PCI/104 Express определяют наличие у модуля не одного, а сразу двух системных ин терфейсов. В результате изделия, удов летворяющие любой из этих двух спе цификаций, оказываются совместимы ми не с одним или двумя, а сразу с тремя стандартами. Модули PC/104 Plus спо собны подключаться к «классическим» изделиям PC/104, другим модулям PC/104 Plus и платам PCI/104; модули PCI/104 Express – к изделиям PCI/104, PCI/104 Express и PCIe/104. Стандарты PC/104 Plus и PCI/104 Express являются, таким образом, наиболее универсаль ными и перспективными; подтвержде нием этому служит устойчивая поло жительная динамика продаж соответ ствующего оборудования. На рисунке 4 представлены факти ческие данные и прогноз на период 2007–2012 гг. по процессорным моду лям в стандартах PC/104, PC/104 Plus, PCI/104 и PCI/104 Express. Как можно видеть, наибольшую долю этого рынка (более 100 млн. долл. США) уверенно занимает спецификация PC/104 Plus с темпами роста 7%, причём, как и следо вало ожидать, во многом этот рост обусловлен вытеснением стандарта PC/104, в основе которого лежит уста ревшая шина ISA. Платформа PCI/104 Express пока ещё не успела завладеть значительной долей рынка, однако демонстрирует стремительный рост (149% за год). Поэтому на момент сво его приобретения холдингом Kontron компания Digital Logic ориентирова СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

лась, главным образом, на стандарты PC/104 Plus и PCI/104 Express, и новые владельцы не собираются это менять. Процессорные модули бывшей ком пании Digital Logiс оснащаются раз ными ЦП, что позволяет им покрывать весь диапазон PC/104 приложений от Low End (тактовая частота процессора 500 МГц) до High End (мощные двухъ ядерные ЦП с частотой до 1,66 ГГц). Рассмотрим несколько актуальных продуктов из этой серии.

ПРОЦЕССОРНЫЕ МОДУЛИ KONTRON MICROSPACE MSM800XEL/XEV И MSM800SEL/SEV/BEV ДЛЯ СИСТЕМ НАЧАЛЬНОГО УРОВНЯ Модули MICROSPACE MSM800XEL/XEV и MSM800SEL/SEV/BEV (см. рис. 5) изго тавливаются по стандарту PC/104 Plus на базе сверхмалопотребляющего процессора AMD Geode LX800 и чипсе та CS5536 AD. Как и в типовых ПК, у представителей линейки Kontron Mic rospace MSM800 есть интерфейс Ether net и звуковой контроллер AC97 (моде ли Microspace MSM800XEV, MSM800SEV и MSM800BEV). В версиях Microspace MSM800SEL, MSM800SEV и MSM800BEV объём ОЗУ варьируется в пределах от 128 до 1024 Мб, тогда как модели Micro space MSM800XEL и MSM800XEV осна щаются запаянной памятью фиксиро ванного объёма 256 Мб, что придаёт им дополнительную ударо и вибро стойкость. Версии Microspace MSM800XEV и MSM800BEV имеют мост PCI ISA, реали зующий поддержку шины ISA, у модели MSM800SEV для этой цели служит LPC ISA. Для расширения базовой функцио нальности доступны разъёмы PC/104 Plus (шины ISA и PCI) и четыре порта USB 2.0. Благодаря 500 МГц процессору AMD Geode LX800, энергопотребление изделий Microspace MSM800XEL/XEV и MSM800SEL/SEV/BEV не превышает 8 Вт, что позволяет эксплуатировать их без активного охлаждения в самых небла гоприятных условиях окружающей среды (модели Microspace MSM800XEL, MSM800XEV и MSM800BEV работают в температурном диапазоне –40...+85°C). Модели Microspace MSM800XEL и MSM800SEL не имеют батареи, звуково го контроллера и шины ISA и ориенти рованы на недорогие приложения. Снятие модулей серии Microspace MSM800 с производства запланировано на 2015 г., при этом для заказчиков они WWW.SOEL.RU

$ 140 120 100 80 60 40 20 0 2007

2008

2009

2010

2011

2012

Процессорные модули PC/104 Процессорные модули PC/104 Plus Процессорные модули PCI/104 Процессорные модули PCI/104 Express

Рис. 4. Продажи процессорных модулей в различных стандартах семейства PC/104 за период 2007–2012 гг.

Рис. 5. 500 МГц процессор AMD Geode LX800 обеспечивает для модулей серии Kontron Microspace MSM800 сверхнизкое энергопотребление будут доступны ещё три года. Среди других преимуществ этих изделий можно назвать встроенный аккумуля тор ёмкостью 400 мAч, сохраняющий работоспособность в течение 5 лет, поддержку расширенного диапазона температур на уровне ИС, 24 месяца га рантии и исключительно низкую стои мость в сочетании со швейцарским ка чеством и возможностью учёта пожела ний заказчика в конструкции модулей. Продукты Microspace MSM800XEL/XEV и MSM800SEL/SEV/BEV находят спрос у разработчиков автомобильной и авиа ционной электроники, информацион ных терминалов и различных интерак тивных устройств, а также измеритель ных инструментов и игровых систем с поддержкой вывода звука.

ПРОЦЕССОРНЫЕ МОДУЛИ KONTRON MICROSPACE MSM200S И MSM200X/XU/XP ДЛЯ МАЛОПОТРЕБЛЯЮЩИХ РЕШЕНИЙ СРЕДНЕГО УРОВНЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ Основное отличие между сериями Microspace MSM200S и MSM200X/XU/XP состоит в том, что представители пер вой удовлетворяют стандарту PC/104 Plus, а второй – стандарту PCI/104 Ex

39

© СТА-ПРЕСС

но связанное с индустрией PC/104 и пользующееся её наработками. Проще говоря, рынок EPIC интегрирован с рынком PC/104, поскольку, за редким исключением, материнские платы EPIC могут применяться практически вез де, где сегодня используются модули PC/104. По этой причине стандарты EPIC и EPIC Express представляют инте рес прежде всего для клиентов индуст рии PC/104, поскольку позволяют им более свободно манипулировать про изводительностью ЦП, объёмами па мяти и интерфейсной функциональ ностью. Однако круг заказчиков EPIC несколько шире: в него попадают все разработчики, желающие создавать компактные высокопроизводитель ные встраиваемые системы повышен ной надёжности с использованием стандартных модульных средств.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Рис. 7. Модуль Kontron Microspace MSM945 на базе ЦП Intel Core 2 Duo является одним из самых производительных решений на рынке PC/104 press. Все изделия серии Kontron Micro space MSM200 имеют, таким образом, по две шины расширения, только для модели MSM200S этими шинами явля ются ISA и PCI, а для версий Microspace MSM200X, MSM200XU и MSM200XP – PCI и PCI Express. Изделия Microspace MSM200S и MSM200X/XU/XP (см. рис. 6) имеют все интерфейсы настольного ПК и базиру ются на чипсетах Intel US15W и про цессорах Intel Atom Z510/Z530, на бирающих популярность во встраи ваемых приложениях. Разработчикам следует обратить внимание на имею щуюся поддержку локальной сети и на личие звукового контроллера HD Audio. Запаянное ОЗУ, объём которого может достигать 2 Гб, позволяет данным про дуктам сохранять работоспособность в условиях повышенных ударно вибра ционных нагрузок. Дополнительные функции могут быть реализованы при помощи системных интерфейсов ISA, PCI и PCI Express, разъёма PCI Express MiniCard (поддержка беспроводных и сотовых сетей), четырех последователь ных портов и 4/6 портов USB 2.0. По от дельному заказу доступны версии с за паянными модулями GPS. В модифика ции с индексом XL отсутствуют батарея и звуковой контроллер. Модули серии Microspace MSM200 оснащаются встроенными аккумуля

40

ПРОЦЕССОРНЫЙ МОДУЛЬ KONTRON MICROSPACE MSM945 ДЛЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ КЛАССА HIGH END Модуль Microspace MSM945 (см. рис. 7), реализованный в стандарте PCI/104 Express, оснащается двухъ ядерными процессорами серии Intel Core 2 Duo и построен на наборе ИС Intel 945GME. На сегодняшний день модуль Microspace MSM945 является одним из самых высокопроизводи тельных в конструктиве PC/104. Объём ОЗУ у данного изделия может дости гать 3 Гб, при этом 1 Гб памяти являет ся запаянным, что повышает механи ческую надёжность всей системы. Будучи по сути полноценным совре менным компьютером, реализован ным на плате размерами 90 × 96 мм, модуль Microspace MSM945 имеет раз витую коммуникационную функци ональность, которая включает порт Ethernet, опциональные интерфейсы DVI и LVDS, позволяющие организо вать вывод на два дисплея, и звуковой контроллер HD Audio. Благодаря нали чию разъёмов PCI/104 Express (шины PCI и PCI Express) и шести портов USB, исходную функциональность изделия можно наращивать. Модуль Microspace MSM945 также поддерживает эмуля WWW.SOEL.RU

цию восьмиразрядной шины ISA по средством специального моста. Встроенный и внешний аккумуля торы модуля Microspace MSM945 ём костью 80 и 900 мAч рассчитаны на 2 года и 10 лет работы соответственно. Продукт имеет эффективный тепло проводный интерфейс с медной осно вой, поддерживает температурный ди апазон E47 и подходит для установки в защищённые корпуса Can Tainer. Воз можна модернизация модуля до 45 нм ЦП с ядрами Penryn. Жизненный цикл изделия Microspace MSM945 составляет не менее 10 лет, при этом производи тель даёт на него 2 года гарантии и го тов к конструктивным переделкам мо дуля, если того пожелает заказчик. Целевыми областями применения данного продукта является работа с по токовым видео высокого разрешения, двухдисплейная визуализация, обра ботка изображений, видеомониторинг и другие задачи с высокой интенсив ностью обычных и графических вы числений. Изделия типа Microspace MSM945 выводят индустрию PC/104 на новый уровень производительности, позволяющий применять стандартное PC/104 совместимое оборудование в тех областях, где ранее использовались нестандартные и/или более крупнога баритные аппаратные средства.

СРЕДСТВА ВВОДА ВЫВОДА И ДРУГИЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ Переходя к периферии, принадлеж ностям и т.п., доставшимся холдингу Kontron в наследство от компании Di gital Logic, отметим их большое разно образие. В периферийной продуктовой линейке Digital Logic есть изделия с разъёмами Express Card 34/54, PCI Express MiniCard, интерфейсами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Serial ATA 300, USB, IEEE 1394A/B (FireWire), а также многоканальные платы захвата изобра жения, платы для подключения к сото вым сетям GSM/UMTS, платы с много численными последовательными пор тами, платы с двумя контроллерами промышленной шины CAN, источники питания в формате PC/104 и т.д. Предла гаются даже специальные «расширите ли» для увеличения просвета между от дельными PC/104 совместимыми моду лями, смонтированными в «этажерку»! Из процессорных и периферийных модулей бывшей компании Digital Logic в формате PC/104 можно собирать не просто законченные системы, а разно образие систем, специализированных СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Рис. 6. Представители линейки процессорных модулей Kontron Microspace MSM200 оснащаются малопотребляющими ЦП Intel Atom Z510/Z530

торами на 900 мAч с 10 летним сроком службы, при этом жизненный цикл дан ных изделий продлится как минимум до 2020 г., благодаря чему их можно исполь зовать в долгосрочных проектах. По следнему обстоятельству способствует также масштабируемость рассматривае мых модулей, обусловленная продолжа ющимся расширением процессорного семейства Intel Atom. Изделия Microspace MSM200S и MSM200X/XU/XP имеют 24 месячную гарантию и могут дорабаты ваться под требования заказчика. Несмотря на относительно высокую производительность, процессоры In tel Atom Z510/Z530 весьма экономич ны, вследствие чего модули Microspace MSM200S и MSM200X/XU/XP рассеива ют около 6 Вт мощности и подходят для создания безвентиляторных реше ний, рассчитанных на работу при тем пературах от –40 до +85°C. Модули Mic rospace MSM200S и MSM200X/XU/XP используются в мобильных компью терах с автономным питанием, инфор мационных терминалах с видеодис плеями, измерительных приборах и игровых приставках.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

ГОТОВЫЕ КОРПУСНЫЕ РЕШЕНИЯ ТИПА BOX PC Продуктовое предложение Digital Logic, влившееся в ассортимент изделий холдинга Kontron, включает не только отдельные комплектующие, но и закон ченные решения на базе PC/104 совмес тимых модулей, в частности, встраивае мые компьютеры типа Box PC. В качест ве примера такого компьютера можно привести Kontron Microspace MPCX28R (см. рис. 9) – компактную защищённую систему с увеличенным жизненным циклом, ориентированную на желез нодорожное оборудование (имеется сертификат соответствия стандарту EN50155 по классу TX). Система Micro space MPCX28R базируется на мало потребляющем процессоре Intel Atom Z530 с тактовой частотой 1,5 ГГц, под держивает до 1 Гб памяти и имеет изоли рованный (1,5 кВ) блок питания. Пита ние выведено в защищённый разъём M12; подключение через M12 доступно также для портов Fast Ethernet и порта USB 2.0. Компьютер является безвенти ляторным, заключён в прочный корпус из профилированного алюминия и рас считан на эксплуатацию при температу рах от –25 до +70°C. В качестве локаль ных накопителей могут использовать ся 2,5 дюймовые диски с интерфейсом Serial ATA 300 либо карты CompactFlash. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Два разъёма PCI Express MiniCard позволяют добавлять в систему интер фейсы шины CAN, модули GPS, модули для подключения к беспроводным и сотовым сетям и другие дополнитель ные функции, а порт eSATA обеспечи вает возможность подключения внеш них накопителей. На передней пане ли имеются два порта USB 2.0, два 3,5 миллиметровых звуковых разъёма (вход и выход) и отверстие для уста новки SIM карты с целью реализации поддержки мобильных сетей. Сзади есть два дополнительных порта USB 2.0 и выход DVI I для подключения аналоговых и цифровых дисплеев с разрешениями до 2048 × 1536. Также в наличии два надёжных разъёма D sub, реализующих COM порты (RS232C/ RS422/485), и изолированные линии цифрового ввода вывода. Компьютер Microspace MPCX28R может работать под управлением операционных сис тем Windows XP Embedded, Windows XP, Windows Vista, Windows 7 и Linux.

Рис. 8. Четырёхканальная плата видеозахвата Kontron MICROSPACE MSMG104+

Рис. 9. Защищённый железнодорожный компьютер Kontron Microspace MPCX28R как пример готовых малогабаритных систем типа Box PC

350

ЦЕННОЕ ПРИОБРЕТЕНИЕ

300

Будучи одним из локомотивов ми ровой индустрии ВКТ с годовым обо ротом в полмиллиарда евро, холдинг Kontron не может «не понимать» важ ности рынка PC/104. Процессорные платы и модули ввода вывода в фор мате PC/104 востребованы отраслью: эксперты аналитического агентства Venture Development Corporation (VDC) полагают, что при среднегодовых тем пах роста в 5,6% мировые объёмы про даж оборудования PC/104 превысят 300 млн. долл. уже в 2010 г. (см. рис. 10). Следует учесть, что, по данным агент ства VDC, около 81% спроса на продук цию PC/104 приходится на Северную Америку и Европу (см. рис. 11), при чём самый быстрый рост демонстри рует европейский рынок сбыта. Значение сегмента PC/104 для биз неса холдинга Kontron и всего рынка ВКТ трудно переоценить. PC/104 со вместимые аппаратные средства срав нительно недороги и повсеместно распространены, при этом данное обо рудование, а также платформы, рас сматривающие модули PC/104 и их производные в качестве плат расши рения, позволяют реализовывать изде лия, весьма разнообразные по произ водительности, функциональности и защищённости. Представители Kon tron заверяют, что они будут придер живаться той же политики, что и ком пания Digital Logic, подразумевающей

250

WWW.SOEL.RU

Рост на 248,4

262,7

5,6% в

281,5

год

301

314,7

326,6

200 150 100 50 0 2007

2008

2009

2010

2011

2012

Млн. долл.

Рис. 10. Рост продаж аппаратных средств PC/104 по всему миру

19 %

46 %

35 %

Америка

Европа

Азия

Рис. 11. Продажи оборудования PC/104 в различных регионах высочайшее качество продукции и ориентацию на заказчика. Это хоро шо согласуется со статусом холдинга Kontron как ведущего поставщика ВКТ, имеющего большой опыт приобрете ния различных компаний и эффек тивного управления ими. Нет сомне ний в том, что новые владельцы рас сматривают фирму Digital Logic как ценное приобретение и будут обра щаться с ним соответственно, поддер живая славные традиции.

41

© СТА-ПРЕСС

под конкретные задачи. Предположим, требуется создать компактную систему видеонаблюдения. В минимальной кон фигурации для решения этой задачи бу дет достаточно процессорного модуля, платы видеозахвата Kontron Microspace MSMG104+ (см. рис. 8), поддерживаю щей подключение до трёх видеокамер с выходами CVBS, и одной камеры с вы ходом S Video (до 25/30 кадров в секун ду в стандартах PAL/NTSC). Можно до бавить блок питания, например, 75 ваттный модуль Kontron Microspace MSMPS104B, который, как и вышеупо мянутая плата видеозахвата, существует в версии для температурного диапазона –40...+85°C. При желании получившая ся «этажерка» легко наращивается моду лями с интерфейсами Serial ATA 300 или сетевыми картами. Чтобы превратить итоговый «сэндвич», содержащий всю необходимую периферию, в закончен ную систему, заказчику будет достаточ но установить его в подходящий кор пус либо поручить данную операцию самому холдингу Kontron, который в этом случае будет выступать в роли по ставщика готовых решений.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

На правах рекламы

Безопасная и надёжная электроэнергия Владимир Шевченко (Москва)

Безопасная и надёжная электроэнер гия является фундаментом для глобаль ного экономического роста и уровня жизни. Как ключевой поставщик тех нологий управления и контроля, компа ния Woodward производит компоненты, которые являются частью оборудования для производства и распределения элек троэнергии. Для сегмента распределения электроэнергии компания разработала новейшую технологию контроля и за щиты, чтобы клиент мог получать элек трическую энергию высокого качества. Компания Woodward концентрируется на предоставлении решений как для про изводителей электроэнергии, так и для компаний – поставщиков энергии через сети. Для промышленного рынка компа ния Woodward разработала и предлагает основные и вспомогательные средства управления и системы для индустриаль ных газовых и паровых турбин, двигате лей, компрессоров для нефтехимичес ких, бумажных, пищевых и перерабаты вающих производств.

скачка (ANSI 78), исчезновение сети по сигналу ROCOF (по скорости измене ния частоты) и шесть уровней защиты по частоте без какого либо удорожания. Номинальное напряжение входов и установки уровня срабатывания циф ровых входов могут быть сконфигури рованы через программное обеспече ние. Широкий диапазон питающего напряжения охватывает все стандар ты как для переменного, так и для по стоянного токов. Интегрированный, энергонезависимый регистратор со бытий делает записи циклами до 120 с с 32 регистрациями за цикл. Модельный ряд HighPROTEC:

HIGHPROTEC® – УСТРОЙСТВА

●

● ● ●

● ●

● ●

MRA4/MCA4 – защита фидера; MRI4/MCI4 – токовая защита; MRU4 – защита по напряжению и частоте; MRM4/MCM4 – защита двигателя; MCDM4 – дифференциальная защи та двигателя; MRG4 – защита генератора; MCDG4 – дифференциальная защи та генератора; MCDL4 – дифференциальная защита линии; MCDT4 – дифференциальная защита трансформатора; MCDB4 – дифференциальная защита шины; MCZ4 – дистанционная защита.

МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ HighPROTEC® – передовая линейка устройств микропроцессорной защи ты компании Woodward. Основными признаками нового продукта стали: универсальность, точность, надёж ность и несложная настройка. Стандартно устройства полностью оборудованы всеми функциями, необ ходимыми для соответствующего при менения. Например, реле защиты фи дера MRA4 (см. рис. 1) обеспечивает ав томатическое повторное включение (ANSI 79), обнаружение векторного

ГЕНЕРАТОРНЫМИ УСТАНОВКАМИ EASYGEN™ SERIES 300 – 3000 Полностью интегрированные пане ли управления Woodward разработаны для управления, контроля и обеспече ния комплексной защиты генерирую щей системы, включая двигатель, гене

Рис. 1. Реле защиты MRA4

Рис. 2. Контроллер easYgen 3000

42

●

●

●

ПАНЕЛИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

WWW.SOEL.RU

ратор, распределительный щит и на пряжение питания из сети. Панели управления easYgen подходят для лю бого применения – от простого авто номного генератора до сложного ком плекса с несколькими генераторными установками и питающими сетями. Панель управления easYgen 3000 (рис. 2) обладает необходимыми возмож ностями и функциями для решения задач, связанных с условиями работы установки, при помощи одного стандарт ного устройства. Панель управления включает в себя функции stand by, АВР, «срезание пиков», импорт электроэнер гии из сети, экспорт электроэнергии в сеть и множество других. Также easYgen 3000 применим для следующих режимов работы: одиночный изолированный; параллельный с другими установками, но изолированный от сети; параллель ный с сетью и другими установками. Основные особенности: ● режимы работы: автоматический, ручной, тестовый; ● управление автоматическими вы ключателями; ● распределение нагрузки между агре гатами через шину CAN; ● режимы управления автоматически ми выключателями; ● режимы переноса нагрузки; ● процесс запуска/останова агрегатов зависит от свободно программируе мых параметров; ● комплексная защита двигателя и ге нератора; ● постоянный мониторинг сети; ● многоязыковое меню (10 языков, включая русский); ● три свободно программируемых ПИД регулятора. Состав серии панелей easYgen: easY gen 300 Series, easYgen 1000 Series, easYgen 3000 Series. Вся продукция ком пании Woodward разработана и протес тирована в соответствии с международ ными стандартами и правилами, такими как IEC60255. Весь процесс производ ства устройств подвергается строгому контролю качества, что подтверждено сертификатом EN ISO9001:2000. Официальный партнёр и дистрибь ютор компании Woodward в России – ООО «РТД Универсал».

www.rtd universal.ru Тел.: (499) 271 6657 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Компания Woodward представляет оборудование нового поколения для производства и распределения электроэнергии. Серия easYagen – системы управления для генерации энергии. Серия HighPROTEC® – системы контроля и микропроцессорной релейной защиты.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Новости мира News of the World Новости мира

Согласно данным отраслевых источни ков, близких к тайваньским разработчи кам и производителям Bluetooth чипов, цены на модули Bluetooth упали ниже одного доллара США. Снижение цен на Bluetooth чипы позволило существенно увеличить количество мобильных уст ройств с поддержкой данной технологии. Около 65% телефонов, проданных в 2010 г., включают модули Bluetooth. В 2000 г., когда эра «голубого зуба» ещё только начиналась, чипы Bluetooth стоили $20. Двадцатикратное снижение цены помогло Bluetooth надёжно закре питься в сегменте телефонов и мобиль ных компьютеров. Если в 2010 г. прогно зируемый объём поставок Bluetooth чи пов составляет 1 млрд., то уже в 2013 г. это число удвоится, – считают отрасле вые источники. На данный момент самой распростра нённой является спецификация Bluetooth 2.x, которая стала основной для уст ройств массового сегмента. Bluetooth 3.0+HS применяется в нетбуках, смарт фонах класса high end, беспроводных маршрутизаторах. В разработке также находится версия спецификации Blue tooth 4.0+Low Energy. Она нацелена на применение в медицинском оборудова нии, спортивных товарах, домашних развлекательных системах и игрушках. http://www.digitimes.com/

Motorola уходит с российского рынка Компания Motorola планирует закрыть с 1 января 2011 г. своё российское представительство. Пятнадцатилетняя история мобильного бизнеса компании в России отмечена как взлётами, так и па дениями. Бурный рост продаж в начале

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

2000 х годов вывел Motorola к 2003 2004 гг. в лидеры рынка мобильных телефо нов в России. В 2005 г. вендор уступил первенство Samsung, и с тех пор доля Motorola на рынке снижалась. В 2006 г. на компанию было оказано давление со стороны государства в виде изъятия у партнёров 168 тыс. мобильных телефо нов, что, естественно, не лучшим обра зом сказалось на имидже. Текущий уровень продаж телефонов в 1% российского рынка, разумеется, не вдохновляет руководство компании, пе реживающей нелёгкие времена и на гло бальном рынке. Закрытие официально го представительства означает, что в Motorola на сегодняшний день не заинте ресованы в продаже телефонов в Рос сии. Такой шаг, скорее всего, связан с глубокой реструктуризацией внутри ком пании. Помимо России, Motorola уже за крыла несколько представительств в Ев ропе. Как отмечают аналитики, одной из главных причин становится современная тенденция отказа от продаж через дист рибьюторские сети и переход на работу с операторами. http://www.vedomosti.ru/

Цена 1 Гбит DDR3 чипов упадет до $1? Согласно данным DRAMeXchange, спот цены на гигабитные DDR3 чипы сохраняют тенденцию к снижению. По состоянию на 12 октября, средняя спот цена брендовых 1 Гбит микросхем соста вила $1,99, тогда как eTT чипы подеше вели до $1,74. По мнению аналитиков, при сохране нии текущих темпов падения цен к кон цу 2010 г. спот цены на гигабитные DDR3 чипы могут опуститься до отметки в один доллар. И это при том, что произ водственные затраты некоторых тай ваньских производителей чипов памяти составляют $1,5…1,7. Для снижения себестоимости производ ства, что необходимо для выживания на рынке DRAM, отраслевые игроки пере водят свои чипы на новые проектные нор мы. Nanya Technology и Inotera Memories активно внедряют 50 нм техпроцесс.

Powerchip Technology, ProMOS Technolo gies и Rexchip Electronics, освоившие 63 нм техпроцесс, планируют перейти на 40 нм нормы. Лидер рынка, компания Samsung Electronics уже выпускает чипы 30 нм клас са и активно ускоряет переход от чипов ём костью 1 Гбит к 2 Гбит решениям. http://www.digitimes.com/ WWW.SOEL.RU

Toshiba отказалась от OLED Компания Toshiba приняла решение отказаться от массового производства OLED панелей. Это позволит японскому производителю полностью сфокусиро ваться на жидкокристаллических дис плеях малого и среднего размера, на ко торые сейчас наблюдается высокий спрос. Технология OLED рассматривалась как перспективная, и некоторые произ водители сосредоточили немалые уси лия на развитии этого направления. Но высокая конкуренция, создаваемая дру гими технологиями, и прогресс в области ЖК панелей существенно замедлили рост отрасли OLED. В настоящее время лидером на рынке OLED остаётся компа ния Samsung Mobile Display. Отметим, в 2008 г. компаниями To shiba и Panasonic было создано совме стное предприятие, целью которого было организовать производственную линию OLED в Японии. Toshiba инвести ровала в проект почти $200 млн. Но старт массового производства был отло жен. Инженеры, вовлечённые в разработ ку OLED, будут переведены в отделы, работающие над созданием ЖК пане лей. http://www.reuters.com/

NAND память будет дешеветь весь четвёртый квартал По прогнозам аналитического агент ства inSpectrum, в четвёртом квартале контрактные цены на флэш память типа NAND сохранят тенденцию к снижению. Во второй половине сентября контракт ные цены на 32 Гб MLC чипы упали на 8% (до $5,4). Память с трехуровневыми ячейками (TLC) подешевела на 7% (до $4,48). Вялый спрос на все виды NAND памяти будет наблюдаться на протя жении всего четвёртого квартала, – считают аналитики. Объёмы продаж флэш дисков с USB интерфейсом не увеличивались с июля и последние три месяца оставались примерно на одном уровне. Ожидается, что средняя продажная цена на 32 Гбит MLC микросхемы в чет вёртом квартале упадет на 9%. Ранее прогноз был более оптимистичным – всего 3%. http://www.digitimes.com/

43

© СТА-ПРЕСС

Bluetooth чипы стали дешевле $1

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Последовательный анализатор спектра ОНЧ диапазона на динамически реконфигурируемой ПАИС Сочетание динамически реконфигурируемой ПАИС и PIC микроконтроллера с flash памятью позволяет в реальном времени изменять как её функциональную структуру, так и параметры последовательного анализатора спектра.

Появление на российском рынке программируемых аналоговых ин тегральных схем (ПАИС) фирмы

09

Addr1:2

Addr2:255

Anadigm позволило создавать различ ного рода геофизическую аппарату ру, параметры которой программным

AN221E04

LOAD ORDER:2

03 01P 01N 03

ΔФ

10 11

n7 n6

OUTPUT

12 13

33 ACTIV

5

22 SC1b

7

35 PORb

6

23 DCLK

8

17 VMRC

15

12 H2 1

IO4PA

n3

01

Ф1 n5

ΔФ

I

Ф1 8 bit

02 43

Ф1 Ф1

44 41

30 DIN

9

26 ACLK

4

42 39

27

n4 40 37

37 OUTPUT

38

38

PIC18F452 2 3 16 mHz 4

RD0 2 RA0 RD3 6 RA4 / TOCK1 RD4 RD6 13 OSC1 RC3 RC5 14 OSC2 RC6 RB6 RB7

11 19 22 27 28 18 24 25

11

T1in

ICL232 RS 232

5 6 7 13 3 12 8 9 11

T1out

14

14

to ADC

2

OA2

1 MPLAB

OA1 Input signal

14

PORT rs/usb CONVERTER

10

14 10

COM PC USB

Функциональная схема последовательного анализатора спектра

44

WWW.SOEL.RU

+2v

15

способом можно оперативно изме нять в реальном времени. В данной работе приведён один из примеров применения динамически конфигу рируемой ПАИС для аналоговой об работки сигнала. Известно, что одним из основных источников естественного шумового электромагнитного поля в широком диапазоне частот является грозовой генератор. При этом на частотах от нескольких герц до нескольких кило герц наряду с источниками электро разрядовой природы, локализованны ми в области земная поверхность – нижняя ионосфера, существуют источ ники и магнитосферного происхож дения. Для изучения статистических свойств таких радиошумов, в частности, их импульсной компоненты в зависи мости от солнечной активности, гео магнитной возмущённости, сезона, времени суток в лаборатории «Атмо сфера Арктики» Полярного геофизи ческого института в дополнение к регистратору атмосфериков [1] был разработан последовательный анали затор спектра (ПАС) ОНЧ диапазона, который имеет следующие характе ристики: ● диапазон анализируемых частот: 0,5…8,0 кГц; ● параметры фильтра: F рез = 20 кГц, Q = 40; ● количество анализируемых частот – 15, шаг – 500 Гц; ● количество измерений на каждой частоте – 512; ● время анализа около 15 с; ● разрядность АЦП – 10, COM/USB. Последовательный анализатор спект ра, функциональная схема которого представлена на рисунке, выполнен в основном на двух программируемых микросхемах: ПАИС (AN221E04) и PIC микроконтроллере с flash памятью (PIC18F452). Все основные узлы ПАС (преселек тор, перемножитель, перестраиваемый генератор, фильтр, детектор с инте гратором) выполнены на одной ИС AN221E04. Для создания данного про СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Алексей Галахов (Мурманская обл.)

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

ла (www.soel.ru) в дополнительных материалах к статье. Из этого фра гмента мы можем увидеть, что дан ный режим позволил сократить объ ём общего файла конфигурации ПАИС примерно в семь раз. Результи рующий объём программного файла ПАС для PIC18F452 составил 1E4F (hex). Схемой управления и синхрониза ции ПАС является микроконтроллер PIC18F452, который выполняет следу ющие функции: ● flash память программы; ● формирование тактовой частоты 16 МГц для ПАИС (шина 4); ● загрузка конфигурации через после довательный интерфейс SPI (шины 8, 9); ● управление загрузкой конфигура ции (шины 5, 6, 7); ● установка количества измерений: N = 512 (шина 3); ● 10 разрядный АЦП (шина 2); ● последовательный интерфейс US ART. Редактирование и запись програм мы в память микроконтроллера осу

ществляется через программную сре ду MPLAB ICD2. Применение микро схемы ICL232 и конвертора порта USB/COM позволяет использовать для сбора данных компьютер, имеющий COM или USB порт. Усилители (ОА1, ОА2) служат для согласования уровней сигналов ПАИС (AN221E04) и ПЛИС (PIC18F452). Автор благодарен О.И. Ахметову за разработку программного обеспече ния сбора данных на РС и техническо му консультанту фирмы Anadigm ин женеру Dave Lovell. Работа выполнена при поддержке программы отделения физических на ук Российской академии наук «Физи ка атмосферы: электрические процес сы, радиофизические методы иссле дований» (Программа № 12, проект № 4.5).

ЛИТЕРАТУРА 1. Галахов А.А. Измеритель атмосфериков на программируемых аналоговых микро схемах. Современная электроника. 2009. № 5. С. 34–37.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

45

© СТА-ПРЕСС

реклама

екта была использована программная среда AnadigmDesigner2, с помощью которой были выбраны необходимые модули (FilterBilinear1, FilterBilinear2, OscillatorSine2, Multiplier1, FilterBi quad1, RectifierFilter1) из библиотеки и установлены их параметры, скомпи лирован текстовый файл данной кон фигурации, который стал составной частью программы микропроцессора PIC18F452. Следует особо отметить, что для создания данного проекта, связан ного с необходимостью 15 раз в те чение одного цикла изменять часто ту модуля OscillatorSine2, был ис пользован режим динамической реконфигурации. Динамически кон фигурируемая схема позволяет из менять функциональную структуру или параметр модуля в реальном времени в работающем устройстве. Фрагмент текстового файла основ ной конфигурации (Primary Configu rations) и реконфигурации (Transi tion Configurations) занял бы в статье слишком много места, поэтому он представлен на сайте нашего журна

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Снижение энергии потерь в ключевых элементах преобразователей Игорь Воронин, Павел Воронин (Москва)

Снижение мощности тепловых по терь в полупроводниковых ключах яв ляется актуальной задачей, поскольку данные потери определяют такие важ ные параметры схемы, как: ● коэффициент полезного действия; ● температуру перегрева транзисто ров, от которой зависит надёжность работы всего устройства; ● массогабаритные показатели и рас пределение объёма элементов пре образователя, в котором, как прави ло, максимальную величину состав ляет теплоотвод; частоту коммутации транзисторов. Мощность потерь в силовых ключах преобразователя подразделяют на сле дующие составляющие: ● динамические или коммутационные потери; ● статические потери или потери про водимости; ● потери за счёт тока утечки при за крытом ключе; ● потери на управление. Две последние составляющие отно сительно малы ввиду небольших значе ●

Рис. 1. Внешний вид трёхфазного инвертора напряжения мощностью 30 кВт

46

ний токов утечки и управления в совре менных силовых транзисторах, управ ляемых по изолированному затвору. С ростом частоты переключения коммутационные потери, постоянные для каждого из циклов переключения, линейно возрастают. В то же время по тери проводимости остаются постоян ными и зависят от тока нагрузки и па дения напряжения на ключе в течение интервала проводимости. Проблемы снижения потерь в сило вых транзисторах были исследованы при разработке трёхфазного инвертора напряжения, питающего электродви гатель мощностью 30 кВт (см. рис. 1). Напряжение в звене постоянного тока инвертора составляет 640 В, синусои дальный ток нагрузки имеет амплиту ду 100 А. Коэффициент мощности на грузки 0,85, коэффициент модуляции 0,8. Силовые ключи инвертора – стан дартные IGBT, изготовленные по эпи таксиальной технологии. Максималь ное напряжение ключа составляет 1200 В, средний ток – 100 А. Для управления инвертором на пер вом этапе применялась широтно им пульсная модуляция (ШИМ) по синусо идальному закону. Измеренная энергия динамических потерь для отдельного транзистора со встречно параллель ным диодом при жёсткой коммутации и максимальном токе нагрузки оказа лась равной 14,3 мДж. Тогда при часто те переключения 20 кГц мощность ком мутационных потерь составляет 91,2 Вт на один ключ. Данные транзисторы в области насы щения и их обратные диоды на прямом участке ВАХ имеют напряжение отсеч ки 1,8 В и дифференциальное сопро тивление 14 мОм соответственно. При этом мощность статических потерь рав на 92,3 Вт на один ключ. Таким обра зом, суммарные потери в мостовой схе ме трёхфазного инвертора напряжения составляют 1100 Вт. Соответственно, WWW.SOEL.RU

КПД схемы при мощности нагрузки 30 кВт оказывается равным 96,5%.

СНИЖЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ Для снижения потерь проводимос ти необходимо уменьшать напряже ние насыщения транзистора. Напря жение насыщения IGBT определяется распределением носителей заряда в его высокоомной базе. Чем больше средняя плотность носителей, тем меньше падение напряжения на от крытом ключе. Стандартные серии IGBT с планарной конструкцией за твора имеют относительно высокое значение остаточного напряжения. В рассматриваемом примере оно состав ляет 3,2 В при максимальном токе на грузки. Основной причиной повышен ного напряжения является конструк ция данного типа транзисторов, где коллектор прибора закорочен общим металлическим электродом на исток управляющей структуры IGBT. При этом коллектор прибора интенсивно выводит носители заряда из прикатод ной области базы транзистора, повы шая тем самым его напряжение насы щения. Принципиальным решением дан ной проблемы является создание барь ерного слоя между базой транзистора и его коллектором, который препят ствовал бы утечке носителей заряда в катодный электрод транзистора. В 2003–2006 гг. в России ОАО НПО «Энергомодуль», ОАО «Ангстрем» и ФГУП ВЭИ в рамках реализации Феде ральной целевой программы «Нацио нальная технологическая база» были разработаны основы технологии гиб ридного IGBT – полупроводникового прибора на двух кристаллах, реализу ющего идею барьерного слоя. Была из готовлена экспериментальная серия приборов с электрическими парамет рами 1200 В и 50 А. Напряжение насы щения гибридного IGBT в зависимости от степени облучения составляло от 1,5 до 2,0 В. (см. рис. 2). Тогда же компания Mitsubishi Electric выпустила на рынок монолитный IGBT с мезапланарной конструкцией затво ра, в котором также реализована идея СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

В статье рассматривается практический опыт инновационных предприятий России по исследованию и снижению энергии потерь в силовых полупроводниковых ключах автономных инверторов напряжения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

ПОТЕРЬ Динамические потери в силовом транзисторе принято выражать через энергию потерь за один цикл коммута ции. Тогда средняя мощность динами ческих потерь будет прямо пропорци ональна произведению данной энер гии и частоты коммутации. Динамические потери, таким обра зом, могут быть снижены следующи ми способами: 1. снижением частоты коммутации. Однако данный способ не может быть признан рациональным, по скольку ведёт к увеличению габари тов электронных компонентов схемы; 2. снижением времени коммутации за счёт увеличения скорости переклю чения транзисторов по току. Данный способ имеет предельные ограниче ния, связанные с наличием паразит ных индуктивностей монтажа, что может приводить к высоким комму тационным перенапряжениям; 3. снижением амплитуды тока или на пряжения при коммутации; 4. снижением количества коммутаций на периоде выходного напряжения инвертора; 5. изменением траектории переключе ния транзисторов на интервалах коммутации. Способ 4 может быть реализован при векторном принципе управления инвертором напряжения, когда пере ключения в схеме осуществляются между несколькими, заранее выбран ными состояниями схемы инвертора. При этом дважды за период выходной частоты каждая фаза инвертора стано вится пассивной, т.е. коммутация си ловых ключей в ней не происходит. Та ким образом, количество переключе СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Рис. 2. Силовой модуль гибридного IGBT полумостовой конфигурации Отметим также, что переход от клас сического алгоритма управления по синусоидальному закону к векторно му не приводит к существенному из менению статических потерь прово димости в схеме инвертора. Таким образом, векторный принцип управ ления повышает эффективность пре образования электроэнергии до 97 и 97,3% соответственно. Снижение напряжения на коммути руемом ключе (способ 3) реализуется при переходе на многоуровневый принцип формирования выходного напряжения инвертора. Возможны

WWW.SOEL.RU

47

© СТА-ПРЕСС

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

ний силовых транзисторов уменьша ется ровно на треть, а уровень сниже ния амплитуды коммутируемого тока определяется применяемым алгорит мом векторного управления. В рассматриваемом инверторе на пряжения были применены два алго ритма векторного управления: ● симплексная ШИМ, когда пассивное состояние соответствующей фазы инвертора реализуется при макси мальном фазном напряжении; ● векторная ШИМ (The Highest Current Not Switched Sequence), когда пассив ное состояние соответствующей фа зы инвертора реализуется при мак симальном токе фазы. При заданном коэффициенте мощ ности нагрузки применение симплекс ной ШИМ уменьшает амплитуду ком мутируемого тока незначительно – всего лишь до 99 А. Второй из рассмат риваемых алгоритмов приводит к сни жению амплитуды до 86,6 А. Соответ ственно, снижение мощности дина мических потерь в первом случае происходит в полтора раза (до 61,1 Вт), а во втором случае – в два раза (до 45,6 Вт на один ключ).

Реклама

барьерного слоя. Данные транзисторы получили название CSTBT (Carrier Sto rage Trench Bipolar Transistor), т.е. тран зисторы с накоплением носителей за ряда. Напряжение насыщения CSTBT составило не более 2,0 В. Гибридные и монолитные IGBT с ме запланарной конструкцией затвора и барьерным слоем не имеют качествен ных и количественных различий. Можно полагать, что использование оптимизированных конструкций обо их приборов приведёт к тому, что их основные характеристики будут прак тически идентичны. При этом сниже ние мощности проводимости состав ляет порядка 40%.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

48

бы энергия динамических потерь оста валась неизменной по сравнению с первым вариантом. При этом итого вый КПД преобразования был равен 97,6%, т.е. выше, чем для двухуровне вой схемы инвертора. Близость к нулю переменной тока или напряжения на интервале комму тации позволяет практически исклю чить динамические потери. Для этого с помощью дополнительных элементов схемы формируют специальные тра ектории переключения транзисторов (способ 5): при нулевом напряжении (ПНН) и при нулевом токе (ПНТ). В инверторах напряжения практи ческое применение находят варианты мягких коммутаций со следующими признаками: 1)включение при нулевом токе и вы ключение при нулевом напряжении. Данный вариант реализуется, как правило, с помощью пассивных демпферных цепей и имеет относи тельно низкую эффективность из за дополнительных энергетических потерь в схеме; 2)включение и выключение при нуле вом напряжении. В данном вариан те с помощью параллельного квази резонансного контура происходит предварительный разряд выходной ёмкости транзистора перед его включением. Затем конденсатор контура используется для формиро вания плавно нарастающего напря жения на ключе при его запирании; 3)включение и выключение при нуле вом токе. В данном варианте с по мощью последовательного квази резонансного контура происходит предварительный сброс тока тран зистора перед его выключением. За тем дроссель контура используется для формирования плавно нараста ющего тока на отпираемом ключе; 4)включение при нулевом напряжении и выключение при нулевом токе. Для уменьшения энергии динамических потерь данное решение является наи более эффективным и в то же время на иболее трудно реализуемым, поскольку частота квазирезонансного процесса перед включением транзистора должна отличаться от частоты аналогичного процесса при его выключении. Для рассматриваемой схемы были применены варианты 2 и 4, т.е. мягкая коммутация при нулевом напряжении с применением магнитно связанного дросселя с дополнительной индуктив ностью и мультирезонансная схема WWW.SOEL.RU

мягкой коммутации, обеспечивающая переключение транзисторов инверто ра как при нулевом напряжении, так и при нулевом токе за каждый цикл ком мутации. Исследование каждого из вариантов позволило установить аналитические критерии реализации мягкой комму тации при изменении тока нагрузки. Установлено, что вариант с магнитно связанным дросселем наиболее эффек тивен при относительно высоких на пряжениях в звене постоянного тока инвертора. В свою очередь, мультире зонансная схема обеспечивает устой чивую мягкую коммутацию при отно сительно высоких токах нагрузки. Практическая полезность представ ленных решений определяется не только возможностью снижения ком мутационных потерь в основных тран зисторах схемы. Необходимо также, чтобы общий уровень снижения энер гии динамических потерь был выше суммарных потерь в дополнительных элементах схемы. Расчёт дополнитель ных потерь, вносимых в схему вспо могательными элементами, осложня ется тем, что данные потери зависят от тока нагрузки инвертора. Поэтому их количественная оценка проводилась методом численного интегрирования отдельных составляющих для каждо го такта коммутации. Для приведённых параметров схемы и при частоте коммутации 20 кГц для варианта мягкой коммутации с маг нитно связанным дросселем КПД ин вертора напряжения оказался равным 98%, а для варианта с мультирезонанс ной схемой – 97,7%.

ЛИТЕРАТУРА 1. Резников А.Е., Воронин П.А., Щепкин Н.П. Гибридный IGBT статические и динами ческие характеристики. Силовая электро ника. 2006. № 3. С. 28–30.

2. Бономорский О.И., Воронин П.А. Новый класс силовых полупроводниковых модулей – мо дули H IGBT. Перспективные технологии электроэнергетики: сборник тезисов. 2007.

3. Воронин П.А. Силовые полупроводнико вые ключи. Семейства, характеристики, применение. Додека ХХI, 2005.

4. Воронин П.А., Воронин И.П. Устройство для снижения динамических потерь в ключе вых элементах трехфазного инвертора напряжения. Вестник МЭИ. 2010. № 4.

5. Воронин И.П. Схема мягкой коммутации ключевых элементов трехфазного ин вертора напряжения. Вестник МЭИ.

2010. № 5. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

следующие варианты построения си ловой части многоуровневого инвер тора: ● инвертор с фиксированной нулевой точкой; ● инвертор с навесными конденсато рами; ● каскадная схема инвертора. С энергетической и экономической точек зрения наиболее приемлемым оказывается вариант многоуровневой схемы с фиксированной нулевой точ кой. Для снижения динамических по терь была применена трёхуровневая схема с фиксирующими диодами. Экс периментально установлено, что энер гия динамических потерь за один цикл коммутации имеет степенную зависи мость от напряжения переключения с коэффициентом 1,51. Поскольку на пряжение на силовых ключах в трёх уровневой схеме вдвое меньше по сравнению с классической схемой ин вертора, мощность динамических по терь удалось снизить до 32 Вт на один ключ. Однако при этом следует учиты вать изменение суммарных потерь проводимости в схеме за счёт увеличе ния вдвое количества основных клю чей инвертора и применения фикси рующих диодов (два на каждую фазу). Были исследованы два варианта. Сначала в трёхуровневой схеме были применены приборы того же класса напряжения, что и в двухуровневом инверторе. При этом оказалось, что суммарные статические потери про водимости увеличились с 554 Вт, по лученных для классической схемы, до 1231 Вт. Соответственно, несмотря на значительное снижение динамичес ких потерь, КПД схемы в итоге умень шился до 95,8%. Поскольку напряжение на ключевых элементах инвертора в трёхуровневой схеме вдвое меньше, во втором вариан те были использованы транзисторы и диоды с максимальным напряжением 600 В. Данные приборы выполняются на подложках со значительно меньшим удельным сопротивлением и, соответ ственно, имеют меньшие значения напряжений отсечки и дифференци альных сопротивлений на участках про водимости своих ВАХ. При этом суммар ная мощность статических потерь в трёхуровневой схеме составила 620 Вт. Транзисторы с меньшим классом напряжения имеют и более высокое быстродействие. Однако в трёхуров невой схеме инвертора их скорость пе реключения была выбрана такой, что

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Новости мира News of the World Новости мира Графен меняет принципы построения электронных схем

Графеновый транзистор в усилителе может практически на лету менять по лярность полупроводниковых переходов (n–p–n или p–n–p) в отличие от кремниевых приборов с жёстко заданным видом прово димости. Комбинируя режимы и частоту переключений, можно расширить диапазон функций схемы от тривиального усиления сигнала до фазового сдвига частоты и модуляции. И всё это лишь на одном тран зисторе. Показанный прототип усилителя сулит порядковое уменьшение количества элементов на чипе и соответствующее энергопотребление. Иными словами, элек тронная начинка той же гарнитуры Blue tooth, во первых, будет значительно проще и меньше по габаритам, а во вторых, смо жет работать без подзарядки гораздо доль ше. Универсальность графеновых прибо ров фактически заставляет пересмотреть все методы построения электронных схем при сохранении технологии кремниевой индустрии. http://www.ucr.edu/

TDK представила оптический диск ёмкостью 1 Тбайт Раньше в прессе уже проскакивала ин формация о том, что TDK разрабатывает оптический диск рекордной на сегодняш ний день плотности. И вот теперь его мож но увидеть воочию. Сегодня компания представила на суд публики готовое творе ние ёмкостью 1 Тбайт. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

Диск имеет 16 слоёв на обеих сторонах, каждый из которых может вмещать до 32 Гб информации. Это значительно боль ше, чем плотность записи предыдущих разработок. Толщина рабочего слоя здесь также значительно ниже, чем в дисках Blu ray, благодаря чему скорость считывания и записи также намного выше. Для этого, тем не менее, используется лазер с такой же длиной волны, как и в приводах Blu ray. Как сообщили представители TDK, ком мерческая реализация данной технологии зависит от других производителей дисков и электронных устройств. На данный мо мент уже имеются в продаже диски TDK ёмкостью 320 Гб, представленные компа нией год назад. http://www.engadget.com/

Новые гибкие аккумуляторы сделают мобильную технику тоньше Современная мобильная техника могла бы быть гораздо компактнее, если бы не пришлось использовать объёмные источ ники питания. Хорошо, что разработки в области сверхтонких батарей не прекра щаются – последними здесь отметились исследователи из университета Стэнфор да (Stanford University), представив ком пактное интегрированное решение.

Учёные захватили и сфотографировали отдельный атом Группа учёных из университета Отаго (University of Otago) во главе с Миккелем Андерсоном (Mikkel F. Andersen) разрабо тала технологию изоляции и захвата от дельного атома. Результатом трёхлетнего исследовательского проекта стала воз можность манипулирования отдельным атомом Рубидия 85 с помощью оптическо го пинцета и технологии лазерного охлаж дения. Учёные даже сделали снимок от дельного атома с помощью микроскопа.

Сложность подобных экспериментов заключается не столько в слишком малых размерах исследуемых объектов (цепочка из 10 млрд. атомов составляет всего 1 м в длину), сколько в нейтральности таких ато мов, как рубидий. В отличие от ионов, эти атомы, движущиеся со скоростью звука, невозможно удержать электрическим по лем. Практическое применение эта техно WWW.SOEL.RU

В качестве основы для будущей батареи команда специалистов по материалам и электрохимии применила обычную бумагу, с двух сторон покрытую плёнкой с нанесён ными на неё углеродными нанотрубками и металлосодержащим литием. В такой конструкции слои лития исполняют роль электродов, а нанотрубки – токоприёмни ков. Бумага же выступает в качестве раз делителя электродов, а также механичес кой поддержки. Толщина новых батарей составляет все го 300 мкм, при этом они энергетически более плотные, если сравнивать с другими гибкими решениями. Кроме того, характе ристики батарей не ухудшаются после 300 циклов зарядки. Создатели уверены, что полученные практические наработки позволят в ближайшем будущем предста вить новое поколение гибких и удобных источников питания. Это как раз то, что пришлось бы весьма кстати для мобиль ных гаджетов современности. http://ubergizmo.com/

49

© СТА-ПРЕСС

В 2004 г. был впервые получен уникаль ный материал графен – кристалл углерода толщиной в один атом, а первооткрывате ли (А.К. Гейм и К.С. Новосёлов) получили в этом году Нобелевскую премию. Необыч ные свойства графена уже нашли своё применение в различных электронных при борах. Группа исследователей из универ ситета Райса (Rice University) совместно с коллегами из Калифорнийского универси тета (University of California) разработала уже целый усилитель на основе лишь од ного графенового транзистора, способный переключаться между тремя режимами при помощи только управляющего напря жения.

логия может найти при создании кванто вого компьютера. Андерсен говорит, что их метод отделения и захвата атомов по зволяет собирать целую группу из десяти идентичных атомов. По его мнению, для создания квантового компьютера, способ ного конкурировать в вычислительной мощности с кремниевыми собратьями, не обходим набор как минимум из 30 атомов. Следующим этапом исследователи счита ют разработку надёжного метода для «за путывания» атомов группы между собой. http://www.physorg.com/

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Разрядная цепь последовательного вида для спаренных абонентских линий Даётся описание проблем, связанных с применением стандартных приставок в спаренных абонентских линиях при замене АТС, и предлагается решение, позволяющее существенно улучшить параметры вызывного сигнала на электронных АТС.

Одной из проблем, встающих перед организациями связи при замене те лефонных станций координатного ти па на современные электронные АТС, является проблема спаренных теле фонных линий. Дело в том, что в АТСК часть оборудования изначально была предназначена для организации спа ренных линий, по которым осущест влялось предоставление услуг теле фонной связи сразу двум абонентам. Поэтому при замене станции на элек тронную возникает проблема подклю чения подобных линий к новому обо рудованию, поскольку современные АТС возможностью подключения спа ренных линий не обладают. Решить её можно двумя основными путями: ●

риальным затратам, поэтому и не мо жет быть реализовано повсеместно; ● установить между электронной АТС и спаренной АЛ оборудование, которое позволит организовать функциониро вание двух абонентов по одной линии. Данное оборудование может быть различных типов, основными из кото рых являются: ● современные цифровые системы уплотнения на два или более або нентов, которые позволяют наряду с совместным использованием ли нии предоставить абонентам допол нительные услуги высокоскорост ной передачи данных, но отличают ся высокой стоимостью; ●

провести так называемое распаралле ливание абонентов, т.е. подключить каждого из них по индивидуальной линии к оборудованию станции. Дан ное решение является очевидным и в смысле качества предоставления услуг связи оптимальным, но в услови ях современного кабельного хозяй ства приводит к значительным мате 200 150 100 50 0 –50 –100 –150

●

–200

Рис. 1. Пример сигнала звонка АТСК

Линия

Рис. 2. Схема разрядной цепочки

50

Абонент

системы уплотнения типа АВУ (или современный их вариант), которые позволяют организовать канал для подключения дополнительного або нента, при этом один из существу ющих абонентов становится ос новным. Они имеют значительную стоимость и порождают проблему установки и организации питания абонентского устройства, поскольку организация ДП в таких системах принципиально невозможна. Оба варианта имеют и ещё один недоста ток: изменение статуса абонентов со спаренного на индивидуальный с со ответствующим изменением тариф ного плана, что невозможно без со гласия абонента; аппаратура спаривания, которая реа лизует ту же функцию, что и сущест вующие на АТСК комплекты спарен ных абонентов. Данный вариант от личается наименьшей ценой, не меняет статус абонентов и не требу ет каких либо изменений в кабель ной сети. Поэтому он часто реализу ется при замене станций. Вместе с тем аппаратура спаривания в сочета нии в современной АТС порождает ещё одну чисто техническую про блему – передача сигнала вызова,

WWW.SOEL.RU

описание решения которой и явля ется предметом настоящей статьи. Рассмотрим технические аспекты дан ной проблемы, ориентируясь на уста новки спаривания типа ДТП как наибо лее массовый тип. Станционное устрой ство производит постоянное изменение полярности напряжения на линии (пе реполюсовку) с периодом около секун ды и амплитудой питания станции 60 В. Поскольку телефонные аппараты обо их абонентов подключены к линии че рез диоды с разной полярностью, то в каждый момент времени только один из них может занять линию при поднятии трубки. Станционное устройство сохра няет ту полярность, которая была в мо мент поднятия трубки до момента пре кращения шлейфа, при этом второй або нент заблокирован. Никаких изменений в этот алгоритм аппаратура спаривания не вносит, и обслуживание входящего вызова проблем не представляет. Глав ная проблема лежит в плоскости обра ботки исходящего вызова от станции к абоненту и заключается в необходимос ти подачи сигнала вызова или звонка к абонентской установке. Сигнал звонка АТСК представляет собой синусоидаль ный сигнал с эффективным значением не менее 90 В и частотой 25 Гц, который смещён на значение питания станции (60 В). Пример подобного сигнала представлен на рис. 1 зелёной линией. Если рассмотреть процесс прохож дения сигнала через разделительные диоды, то нетрудно увидеть, что теле фонный аппарат абонента, представля ющий собой емкостную нагрузку, заря дится до минимального по амплитуде значения вызывного сигнала, после че го будет медленно разряжаться во время положительного фронта звонка (крас ная линия на рис. 1). В результате напря жение, прилагаемое к вызывному уст ройству абонента, будет существенно ниже исходного сигнала, что приведёт к недостаточной громкости акусти ческого вызывного сигнала или вооб ще его отсутствию. Для решения дан ной проблемы в схемы ДТП, помимо собственно диодов, входит так называ емая разрядная цепочка, схема одной из которых приведена на рис. 2. В этой схеме после начала положительного СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Игорь Автушенко, Андрей Беляков (Тверская обл.)

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

100 50 0 –50 –100 –150 –200

Рис. 3. Сравнение исходного вызывного сигнала электронной АТС и сигнала на абоненткой установке

Линия

Абонент

Линия

Абонент

Рис. 4. Варианты схемы последовательного разряда фронта вызывного сигнала транзисто ры открываются и обеспечивают раз ряд звонковой цепи абонентского уст ройства, поддерживая в нём напряже ние, почти равное звонку. Однако этот процесс заканчивается раньше, чем вы зывной сигнал достигнет нулевого уровня, при этом напряжение на вы зывной цепи останется примерно рав ным 60 В. Подобное решение вызвано тем, что разрядная цепь не должна сра батывать при подаче напряжения пере полюсовки абонентов, в противном случае возможны ложные срабатыва ния цепей занятия исходящей связи. Как видно из рис. 1, эффективное значение вызывного сигнала на або ненте составляет 60…70 В, что сущест венно меньше, чем исходный сигнал, но тем не менее достаточно для нор мальной работы. Именно с этой особенностью и свя зана основная проблема подачи звон ка от современных АТС к абоненту – недопустимо низкий уровень напря жения на вызывном устройстве або нента. Дело в том, что многие совре менные АТС имеют совсем другие па раметры вызывного сигнала, а именно эффективное напряжение около 80 В и, что особенно важно в рамках рас сматриваемой ситуации, отсутствие СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

смещения сигнала на напряжение пи тания станции. Данная особенность связана со спецификой организации цепей обслуживания абонентов и не может быть устранена штатным об разом путём настроек. Рассмотрим рис. 3 – зелёной линией изображён ис ходный вызывной сигнал электрон ной АТС, а красной линией – сигнал на абоненткой установке. Как нетрудно видеть, сигнал на абоненте составляет весьма малую часть исходного – не более 15…20 В, что во многих случаях является явно недостаточным для устойчивой работы вызывной цепи абонентской установки. Очевидным способом решения данной проблемы могло бы стать изменение уровня от сечки сигнала, который определяется соотношением резисторов в схеме на рис. 2, но в этом случае мы вновь стал киваемся с проблемой ложных сраба тываний. Можно показать, что схема разрядной цепи, подключенной парал лельно абонентской установке и удов летворяющей требованиям несраба тывания от переполюсовки и разряда сигнала вызова до малых амплитуд, может быть реализована лишь со зна чительными аппаратными затратами. Поэтому для обеспечения противоре чивых требований была выбрана схе ма последовательного разряда, вари анты которой показаны на рис. 4. Как нетрудно увидеть, разрядная цепь включена последовательно с абонент ской установкой и обеспечивает поддер жание напряжения на вызывном уст ройстве практически равным отрица тельной полуволне исходного сигнала (синяя линия на рис. 3). Разумеется, если вызывной сигнал соответствует специ фикациям АТСК, то ситуация остаётся такой же (синяя линия на рис. 1). При этом следует учесть, что для нормальной работы разрядного устройства необхо димо иметь аналогичную схему в стан ционной части устройства для обеспече ния пути прохождения разрядного тока к генератору вызывного сигнала. Дан ная схема должна заменить обычно при меняющийся разделительный диод. Реализованные по подобной схеме системы спаривания абонентов были установлены на АТС г. Тверь при замене АТСК 100/2000 на электронные АТС и на сельских АТС Тверской обл. при заме не станций АТСК 50/200 и показали устойчивое срабатывание вызывных устройств различных типов телефон ных аппаратов при длине абонентских линий вплоть до максимально допусти WWW.SOEL.RU

мых. При этом ложных срабатываний детектора входящего вызова не наблю далось. Следует отметить ещё одну осо бенность применения данного вида раз рядного устройства. Поскольку форма отрицательной полуволны повторяется полностью, то для исключения появле ния кратковременных ложных вызовов («подзвякивания») на телефонных аппа ратах старых типов устройство подачи знакопеременного напряжения на ли нии было модифицировано с целью со здания затянутых фронтов (150…200 мс), что позволило полностью решить дан ную проблему.

51

© СТА-ПРЕСС

150

Реклама

200

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Связанные индуктивности расширяют применение DC/DC преобразователей Публикуется с разрешения Texas Instruments (www.ti.com)

Джефф Фэйлин (Jeff Falin) (США) Перевод Андрея Данилова

ВВЕДЕНИЕ

мации 1 : 1, но некоторые новые ка тушки имеют более высокий коэффи циент трансформации. Коэффициент связи К связанных катушек индуктив ности обычно составляет около 0,95, т.е. много меньше, чем коэффициент связи заказных трансформаторов (бо лее 0,99). Взаимная индуктивность свя занных катушек делает их функциони рование отчасти неэффективным в обратноходовых схемах и может при водить к неидеальной (например, скруглённой вместо треугольной) фор ме сигнала на катушке. Кроме того, параметры связанной катушки индук тивности отличаются в зависимости от того, соединены ли её обмотки фи зически последовательно или парал лельно. Например, когда обмотки со единены последовательно, эквивалент ная индуктивность более чем в два раза больше паспортной индуктивности из за взаимной индуктивности. Паспортные параметры тока насы щения и с.к.з тока должны быть отнесе ны к току, протекающему одновремен но через обе обмотки, если другое не указано в справочном листке. С этим пониманием параметров могут быть рассмотрены некоторые примеры ис

В последнее время производители катушек индуктивности начали вы пускать готовые связанные катушки индуктивности. Состоящие из двух от дельных катушек индуктивности, на мотанных на один сердечник, связан ные катушки индуктивности обычно поставляются в упаковке такой же дли ны и ширины, как одиночная катушка такой же индуктивности, только нем ного выше. Цена связанной катушки индуктивности, как правило, также намного меньше, чем цена двух еди ничных катушек. Обмотки связанной катушки индуктивности могут быть со единены последовательно, параллель но или как трансформатор. Эта статья посвящена четырём схемам DC/DC преобразователей, которые удовлетво ряют общим требованиям приложе ний со связанными катушками индук тивности. Ясное понимание характеристик связанных катушек индуктивности яв ляется жизненно важным для полно го использования их преимуществ. Большинство этих связанных катушек индуктивности имеет одинаковое чис ло витков, т.е. коэффициент трансфор 744877220 (22 мкГн)

VIN (9–15 В)

VOUT (12 В при 325 мА)

1 мкФ

280 кОм

SW VIN TPS61170 4,7 мкФ

22 пФ

4,7 мкФ

FB COMP

CTRL

31,6 кОм

GND Цепь коррекции

Рис. 1. Однофазно индуктивный преобразователь, использующий ИС TPS61170 (TI) и катушку Wuerth 744877220

52

WWW.SOEL.RU

пользования связанных катушек ин дуктивности в реальных схемах.

БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫЙ ОДНОФАЗНО ИНДУКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕНЬШЕЙ ПЛОЩАДИ Известная топология однофазно ин дуктивного DC/DC преобразователя (SEPIC) была непопулярной до недав него времени, несмотря на повсемест ную потребность в преобразователе, способном регулировать выходное напряжение, которое может быть вы ше и ниже входного напряжения (на пример, нестабилизированный 12 вольтовый источник в виде сетевой вилки). Любой повышающий преоб разователь или контроллер может быть сконфигурирован как однофаз но индуктивный, но это редко исполь зовалось до настоящего времени. Два фактора способствовали вновь обре тённой популярности однофазно ин дуктивного преобразователя: ● производители ИС начали выпускать больше повышающих контроллеров с токовым управлением для упроще ния коррекции; ● производители катушек индуктив ности начали выпуск связанных ка тушек индуктивности в одном кор пусе, который минимизирует общую площадь печатной платы преобра зователя. В частности, площадь пе чатной платы источника питания многих устройств с двумя отдельны ми катушками индуктивности может быть уменьшена на треть, когда вмес то них использована связанная ка тушка индуктивности. На рисунке 1 показан однофазно ин дуктивный преобразователь, исполь зующий ИС типа TPS61170 (Texas In struments) и катушку индуктивности Wuerth 744877220. Преобразователь со связанной ка тушкой индуктивности с соотношени ем витков обмоток 1 : 1 заставляет пуль сирующий ток через катушку распре деляться между двумя обмотками, позволяя использовать половину ин СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

В статье описаны четыре схемы преобразователей напряжения постоянного тока, использующие преимущества связанных катушек индуктивности.

© СТА-ПРЕСС

Реклама

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

VIN (9–15 В) R2 0,01 Ом R3 68,1 кОм

С1 22 мкФ

U1 TPS40200D 1 2

RC

VDD

SS

ISNS

3

COMP 4 FB

8 7

6 DRV GND 5

FDC365P Q1 DRQ74

L1 22 мкГн R6 1 МОм C5 390 пФ

С4 3 × 10 мкФ 25 В

С7 1 мкФ C11 0,47 мкФ

2

4

1

3

D1 MBRS340

VOUT (12 В, 1 А) С9 22 мкФ

Цепь коррекции Цепь коррекции

R8 178 кОм

R9 11 кОм

Рис. 2. Преобразователь ZETA с микросхемой TPS40200 (TI) и катушкой Coiltronics DRQ74

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ВХОДНЫМ КЛЮЧОМ И МЕНЬШЕЙ ПЛОЩАДЬЮ ПЛАТЫ Преобразователь ZETA обеспечива! ет такие же возможности понижения и повышения входного напряжения, как и однофазно!индуктивный, используя две катушки индуктивности и один проходной конденсатор, но при помо! щи понижающего контроллера вместо понижающего. Рисунок 2 показывает ИС типа TPS40200 (TI) и катушку Coiltronics DRQ74 в конфигурации ZETA. Получая преимущество от расщепления пульси! рующего тока в катушке индуктивнос!

VOUT+ (12 В при 0,3 А)

VIN (24 В)

С1 10 мкФ + C6

VIN

+

MSD1260

BOOT

C3 2 × 22 мкФ

(LOUT) 150 мкГн GND

PH R1 29,4 кОм

C2 1 мкФ GND

+ R2 1 кОм

TPS54160

C4 2 × 22 мкФ

VSENSE EN

VOUT– (–12 В при 0,3 А)

COMP

SS/TR RT/CLK C5 0,1 мкФ

R3 400 кОм

Цепь коррекции

Рис. 3. Двухполярный понижающий преобразователь, использующий ИС типа TPS54160 (TI) и катушку Coilcraft MSD1260

54

WWW.SOEL.RU

ти, как и в преобразователе SEPIC, пре! образователь ZETA требует половины индуктивности для того же значения пульсирующего тока. Так же как и в пре! образователе SEPIC, его полная площадь платы на треть меньше, чем с двумя от! дельными катушками индуктивности. Поскольку выходной ток катушки про! текает постоянно на выход преобразо! вателя ZETA, выходное напряжение по! следнего имеет меньше пульсаций, чем в преобразователе SEPIC с той же ин! дуктивностью. Таким образом, преоб! разователь ZETA может подходить для малошумящих приложений лучше, чем SEPIC. Подробнее об этом см. [2].

ДВУХПОЛЯРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Согласование плюсовой и минусо! вой шин питания является общим требованием в промышленных при! ложениях, особенно для усилителей. Понижающий преобразователь с ши! роким диапазоном входного напря! жения может быть сконфигурирован для формирования отрицательного выходного напряжения. Замена ка! тушки индуктивности на связанную катушку и добавление диода и кон! денсатора превращает этот инверти! рующий понижающий преобразова! тель в преобразователь с двухполяр! ным выходом. Рисунок 3 показывает ИС типа TPS54160 и катушку Coilcraft MSD1260 в 150 мкГн, использованные таким спо! собом. Пока нагрузки на каждую шину примерно одинаковы, связанная ка! СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

дуктивности, которую потребовали бы две отдельные катушки для такого же пульсирующего тока. По сравнению с двумя единичными катушками с вдвое большим значением индуктивности в корпусе того же размера, связанная катушка индуктивности имеет более низкое сопротивление постоянному току, что способствует повышению общей эффективности преобразовате! ля. В частности, при 15!В входном на! пряжении, 12!В выходном напряжении и токе нагрузки 325 мА КПД однофаз! но!индуктивного преобразователя по схеме рис. 1 превышает 91%. Подроб! ная информация приведена в [1].

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

LPR4012 103В (10 мкГн) VIN (3,3 В)

VOUT (35 В при 10 мА)

1:2

2,21 МОм

SW VIN

GND

4,7 мкФ

80,6 кОм EN

Рис. 4. ИС типа TPS61040 (TI) и катушка Coilcraft LPR4012 103B, обеспечивающие расширенное выходное напряжение сконфигурирована повышающей об моткой последовательно с диодом, катушка с одной обмоткой – и, сле довательно, полевой транзистор пре образователя – имеет только треть выходного напряжения, за вычетом входного, на своих выводах.

ния для вашей микросхемы DC/DC пре образователя.

ЛИТЕРАТУРА 1. Falin J. Designing DC/DC converters based on SEPIC topology, Analog Applications Jour nal (4Q 2008), slyt309.pdf.

2. Falin J. Designing DC/DC converters based

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

on ZETA topology, Analog Applications Jour

Большинство производителей кату шек индуктивности имеют какое ли бо семейство связанных катушек с отношением витков 1 : 1 или более. По этому связанные катушки индуктивнос ти могут расширить область примене

nal (2Q 2010), slyt372.pdf.

3. Daniels D.G. Creating a split rail power supply with a wide input voltage buck regulator, Application Report, slva369.pdf.

4. power.ti.com.

5. www.ti.com/sc/device/partnumber.

Реклама

НАПРЯЖЕНИЕ Выходное напряжение DC/DC пре образователя с интегрированными полевыми транзисторами ограни чено паспортным током переключе ния преобразователя. Присоедине ние связанной катушки индуктивнос ти с отношением витков более 1 : 1 к выводу переключателя (SW) преобра зователя может расширить эффек тивный диапазон выходного напря жения любого повышающего преоб разователя. Например, рисунок 4 показывает ИС повышающего преоб разователя TPS61040 (TI) с абсолют ным максимумом паспортного тока при 30 В напряжении, обеспечиваю щую 35 В или более, и катушку индук тивности Coilcraft LPR4012 103B с соотношением витков 1 : 2. Когда связанная катушка индуктивности

10 мкФ

FB

TPS61040

БОЛЕЕ ВЫСОКОЕ ВЫХОДНОЕ

22 пФ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

55

© СТА-ПРЕСС

тушка индуктивности помогает в обе спечении превосходной стабилизации напряжения на каждой шине, даже если стабилизируется разница между шинами вместо отдельной стабилиза ции каждой шины. Подробная инфор мация приведена в [3].

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Российская система проектирования ИС АВОКАД

В статье описана отечественная САПР АВОКАД, которая позволяет осуществить полный цикл проектирования аналоговых и цифро#аналоговых микросхем с учётом различных дестабилизирующих факторов.

САПР – СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ПРОДУКТ Система автоматизированного про ектирования (САПР) является ключе вым элементом при проектировании интегральных схем (ИС), естественно, после знаний и опыта самого разра ботчика. САПР – это высокоинтеллек туальный «станок», который должен обеспечить полный маршрут проекти рования, начиная от замысла и закан чивая выводом топологии ИС для пере дачи на фабрику изготовителя крис таллов. Большинство пользователей слабо представляют внутреннее уст ройство САПР, но они чётко знают, что хотят от него получить. Современные методы и способы автоматизирован ного проектирования настолько слож ны, что профессиональное освоение возможностей системы может зани мать от 2 до 5 лет. Зачастую даже про фессиональные пользователи с мно голетним стажем не знают до конца всех возможностей САПР, с которой они работают. Создание интуитивно понятной системы, которая позволила бы разработчику, в том числе не обла дающему большим опытом работы, быстро и без «лишних» вопросов соз давать законченные устройства с пре дельными характеристиками, – это, пожалуй, одна из основных задач, ко торую должны решать современные САПР ИС. САПР является концентрированным опытом разработки изделия, включая все аспекты его работы: физику функ ционирования, математические мето ды моделирования, различные мето дики проектирования, графические интерфейсы и т.д. Возможность соз дания отечественной САПР, как и лю бого штучного высокотехнологичного станка, является основой технологи ческой безопасности страны и пока зывает высокий уровень российских инженеров.

56

РЫНОК САПР ИС В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ В России область микро и наноэлек троники только возрождается и рынок средств проектирования крайне незна чителен. Рынок услуг по проектирова нию ИС является высокорискованным, а также требует значительных капита ловложений. В силу своей специфики на этом рынке в России практически отсутствуют малые и средние дизайн центры, а те центры, которые были ор ганизованы в рамках различных ФЦП, оборудовались САПР централизовано. При таком подходе учесть требова ния каждого конкретного создаваемого дизайн центра невозможно, соответ ственно, для таких дизайн центров вы бирается одна из крупных зарубежных САПР, являющаяся «индустриальным стандартом», который включает в себя все необходимые инструменты. Понят но, что такой подход к приобретению САПР далёк от рыночных отношений, поскольку применительно к каждой конкретной задаче каждый разработ чик сам должен выбирать наиболее производительный, обеспечивающий необходимые требования и доступный по бюджету инструмент. На зарубежном рынке основными потребителями крупных САПР являют ся большие корпорации, которые обе спечивают до 80% продаж. Малый и средний бизнес обычно вынужден при обретать минимальный пакет САПР у крупного поставщика, что обусловле но необходимостью использовать PDK (Process Design Kit – комплект разработ чика) фабрики – производителя крис талла. Все оставшиеся рабочие места в малых и средних дизайн центрах, как правило, оборудуются более дешёвыми или даже бесплатным инструментами, поставляемыми по лицензиям типа GPL (General Public License). Выбор какой либо фабрикой в каче стве основной САПР для разработки WWW.SOEL.RU

PDK одного из крупных зарубежных производителей автоматически за ставляет всех клиентов этой фабрики использовать данную САПР. Стоимость одного рабочего места разработчика в этом случае начинается от несколь ких сотен тысяч долларов и может пре высить один миллион долларов. При обрести такие лицензии в российских условиях могут позволить себе только крупные компании, практически все они работают на государственный за каз. Мелкие и средние компании будут вынуждены пользоваться серыми ли цензиями на ПО. Значительную долю в прибыли САПР компаний составляют дополни тельные услуги по обслуживанию и настройке программного обеспече ния, выпуску на заказ инструментов, учитывающих специфические требо вания заказчика, разработке IP блоков и др. Фактически данный сервис явля ется не дополнительным, а необходи мым для любого поставщика САПР. При развитии отечественной САПР ИС необходимо учитывать её инфра структурный характер. САПР ИС – это дорогостоящий инструмент, который используют не конечные потребители, а разработчики ИС. Для того чтобы в Рос сии возник рынок САПР ИС, сначала дол жен возникнуть рынок услуг по разра ботке ИС. Начинать развитие данного направления тогда, когда САПР уже будет востребована, явно поздно, поскольку создание конкурентного продукта по требует до 10 лет даже при наличии вы сококвалифицированных разработчи ков с опытом. К сожалению, ни один из известных нам способов государствен ной поддержки инновационных проек тов в России не предназначен для под держки инфраструктурных проектов. В силу специфичности рынка прак тически все крупные и средние компа нии – разработчики САПР ИС находят ся в США. Возможно, это связано с за конопослушностью разработчиков, работающих в этой стране, поскольку они всё время должны выбирать луч ший продукт по соотношению цена ка чество, или же с тем, что уже на началь ном этапе формирования рынка в США компаниям – разработчикам САПР ИС СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Денис Адамов, Сергей Кокин, Сергей Макаров, Владимир Стешенко, Владимир Перминов (Москва)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

обеспечивалась серьезная поддержка в виде государственного заказа.

Техническое задание

САПР ИС

АВОКАД Проектирование схемы электрической AVOCapture

Схемотехническое моделирование AVOSpice

Анализ результатов моделирования AVOProbe

Ф а б р и к а

Проектирование топологического чертежа AVOLayouta Верификация топологического чертежа DRC&LVS&ERC&LPE Схемотехническое моделирование с учетом паразитных элементов AVOSpice Производство Чертеж ИС в GDSII

Рис. 1. Маршрут проектирования аналоговых и цифро аналоговых ИС в САПР АВОКАД такие как TSMC (Тайвань), предоставля ют специальный программный ком плект, позволяющий учитывать техно логические особенности в моделях на

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

57

© СТА-ПРЕСС

ства специфичных для каждого произ водства технологических особенностей, не обязательно квантовых. Ведущие ми ровые компании – производители схем,

Реклама

ДЛЯ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ При уменьшении характерных то пологических размеров элементов ИС ниже 100 нм микроэлектроника посте пенно переходит в наноэлектронику. Одной из принципиальных особен ностей наноэлектроники является учёт квантовых эффектов, которые могут иметь паразитное влияние на работу активного прибора; или даже работа самого прибора может строиться на основе квантовых эффектов. Возможность применения SPICE мо делирования для разработки наносхем подтверждается успешной разработкой моделей перспективных полупровод никовых наноэлементов. В основе та ких моделей лежат алгоритмы решения систем нелинейных дифференциаль ных уравнений. Так, например, уже су ществуют SPICE модели для одноэлек тронных транзисторов [1, 2] и нанотран зисторов на углеродных нанотрубках [3]. С другой стороны. при изготовлении по лупроводниковых наносхем возникает необходимость учёта большого количе

Verilog(HDL Verilog(A SPICE

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Рис. 2. Схемотехнический редактор AVOCapture ноэлементов для программ SPICE моде лирования – iSDK (interoperable SPICE Design Kit). Этот программный ком плект позволяет учесть особенности из готовления 65 и 40 нм схем [4]. Данный пример ещё раз показывает, что развитие передовых методов про ектирования электронных схем идёт одновременно с совершенствованием средств автоматизированного проекти рования и одно без другого невозможно. В условиях отсутствия доступа к исход ным программным кодам и квалифи цированной поддержки разработчиков САПР ИС Россия обречена бесконечно долго повторять зарубежные разработ ки с отставанием на десятилетия. Ещё одной немаловажной причиной развивать отечественные САПР ИС являет ся обеспечение технологической безопас

2,0

а)

б)

ности. В рамках стратегии на закупку зару бежных средств проектирования нельзя застраховать себя от утечки проектной информации. Известны случаи, когда средства проектирования скрытно соби рали такую информацию в процессе ра боты в целях отладки и совершенствова ния систем САПР самими разработчика ми. Также в этом случае не может идти речь и о безопасном хранении кодов мо делей элементов специального назначе ния, например с учётом ионизирующего воздействия, поскольку все такие коды пи шутся на открытых высокоуровневых языках описания поведения модели.

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ АВОКАД Система АВОКАД представляет со бой законченный маршрут проекти

рования аналоговых схем с возмож ностью проектирования смешанных аналого цифровых схем (рис. 1). Проект в АВОКАД создаётся в под системе AVOCapture и имеет знакомую для разработчика ИС архитектуру: биб лиотека – ячейка – вид. Такая структу ра позволяет организовать смешан ный проект прозрачным образом, когда разработчик в любой момент мо жет заменить одно представление эле мента на другое. AVOCapture является полнофункциональным редактором электронных схем с полным набором инструментов для построения слож ных проектов (рис. 2). Одним из основных достоинств сис темы АВОКАД является подсистема схемотехнического моделирования AVOSpice, которая предназначена для быстрого и точного аналогового (SPICE) моделирования и разработана специ ально для использования в процессе проектирования сверхбольших интег ральных схем. AVOSpice относится к классу программ Fast SPICE (быстрый и точный симулятор). Благодаря при менению оригинальных математи ческих методов AVOSpice обеспечива ет более высокую скорость моделиро вания при сохранении заданной точности. Отличие существующих программ быстрого и неточного моделирования смешанных схем, построенных на со бытийных алгоритмах, от программ класса Fast SPICE можно продемон стрировать на примере результатов моделирования схемы 10 битного аналого цифрового преобразователя (АЦП 10) (рис. 3). Из представленных результатов мо делирования видно, что результат су щественно различается для режима по

в)

1,5

1,0

0,5

10

15

20

5,0

10

15

20

5,0

10

15

20

Рис. 3. Результаты моделирования схемы АЦП 10 для различных моделей точности а) Нелинейная цифровая модель; б) аналоговая модель с постоянными емкостями; в) точная SPICE модель

58

WWW.SOEL.RU

Рис. 4. Обработка результатов моделирования в программе AVOProbe СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

5,0

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

УЧЁТ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ В настоящее время технические тре бования, предъявляемые к аппаратуре систем управления и контроля различ ного назначения (для ракетно косми ческой и военной техники, связи и энергетики, а также научного физичес кого эксперимента), определяют воз можность их эксплуатации в условиях воздействия ионизирующих излуче ний. Выделяют два типа ионизирую щих излучений – стационарные и им пульсные. Среди радиационных факто ров естественного и искусственного происхождения наибольшим поража ющим действием по отношению к микроэлектронной элементной базе аппаратуры (по энергетическому кри терию) обладает импульсное ионизи рующее излучение. В ряде случаев до статочно учитывать воздействие стаци онарного ионизирующего излучения. Задача проектирования радиацион но стойких схем требует использова ния специализированных методов и программ моделирования, учитываю щих поведение схем при воздействии ионизирующего излучения. Доступ ные импортные САПР позволяют оце СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

В 5,1 5,0 4,5

Out1 In

4,0 3,5

300 крад 3,0 1,5 Мрад

200 крад 2,5

1,0 Мрад 2,0 500 крад 1,5 100 крад 1,0 50 крад 0,5 0 крад

10 крад

SEL>> 0,1 0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0 В

Рис. 5. Передаточная характеристика инвертора при различных дозах радиации нить влияние стационарного ионизи рующего излучения только косвенным образом через процедуру подгонки па раметров транзисторов под экспери ментальные данные. Однако, как отме чают сами разработчики, этого часто бывает недостаточно, поскольку, полу чив отрицательный результат, разра ботчик не находит ответа, как надо мо дифицировать схему, чтобы соответ ствовать предъявляемым требованиям. В результате процесс проектирования осуществляется методом «проб и оши бок» и тянется годами. Таким образом, можно утверждать, что в настоящее время в России отсутствуют полноцен ные современные средства моделиро вания поведения интегральных схем с учётом ионизирующих излучений. Зарубежные САПР ИС общего назначе ния не обладают специальными инстру ментами для схемотехнического моде лирования радиационных эффектов. Такие средства разрабатываются специ ализированными фирмами и не пред назначены для продажи. Для полноценного развёртывания работ по созданию системы схемотех нического моделирования нано и микросхем с учётом действия деста билизирующих факторов космичес кого пространства (ДФКП), в том чис ле и ионизирующих излучений, не обходим доступ к исходным кодам программы моделирования. САПР АВОКАД может служить основой для развёртывания таких работ. Проведённые в инициативном по рядке эксперименты по встраиванию в модель МОП транзистора всего двух эффектов деградации [5] показали су щественное отличие поведения схемы WWW.SOEL.RU

типа инвертор при различных дозах радиации (рис. 5).

ВЫВОДЫ Разработка полноценной програм мы моделирования, учитывающей эф фекты деградации элементов ИС при воздействии ДФКП, позволит разра ботчикам ИС исследовать работоспо собность схемы до изготовления опыт ного образца, что существенным об разом сэкономит время и ресурсы.

ЛИТЕРАТУРА 1. Deng J., Wong H. S. P. A compact SPICE model for carbon nanotube fieldeffect transistors including nonidealities and its application.

Part 1: Model of the intrinsic channel region.

IEEE Trans. Electron Devices. 2007. Vol. 54.

PP. 3186–3194.

2. Zhang F., Tang R., Kim Y. B. SET based nano cir cuit simulation and design method using HSPICE. Microelectronics J. August 2005.

Issue 8. Vol. 36. PP. 741–748.

3. Boubaker A., Troudib M., Sghaierb N., Souifi A., Baboux N., Kalboussi A. A SPICE model for single electron transistor applications at low temperatures: Inverter and ring oscillator.

Design and Technology of Integrated Sys tems in Nanoscale Era. 2008. DTIS 2008. 3rd Intern. Conf. March 2008. Issue 25–27. http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?u rl=/iel5/4531359/4540199/04540266.pdf?ar number=4540266.

4. TSMC Unveils New 40/65 Nanometer SPICE Tool

Qualification

Program.

http://

www.tsmc.com.tw/tsmcdotcom/PRLis tingNewsAction.do?action=detail&newsid=2 641&newsdate=2008/04/22.

5. Чумаков А.И. Действие космической ради ации на интегральные схемы. М.: Радио и Связь, 2004.

59

© СТА-ПРЕСС

умолчанию, аналогового режима и ре жима без ускорения. Причём правиль ный результат достигается именно при моделировании в режиме без ускоре ния, когда скорость моделирования со ответствует классическим SPICE про граммам. В отличие от быстрых и не точных программ, программы класса Fast SPICE гарантируют правильный результат при моделировании анало говых схем. Скорость моделирования в программах Fast SPICE зависит от осо бенности строения электронной схе мы и, как правило, в разы выше, чем в классических SPICE симуляторах. Для визуализации и анализа получен ных результатов моделирования в рам ках системы АВОКАД была разработана программа AVOProbe. Поскольку при моделировании электронных схем сверхбольшой степени интеграции ре зультаты могут занимать десятки гига байт, при разработке AVOProbe боль шое внимание было уделено скорости работы с данными и их последующей обработке. Также в AVOProbe преду смотрено более 50 различных функций обработки аналогового сигнала, вклю чая быстрое преобразование Фурье, ин дикаторные (EYE) диаграммы, гисто граммы и другие виды анализа (рис. 4).

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Интерфейс VJTAG для отладочной платы DK START 3C25N Алексей Гребенников (г. Актау, Казахстан) СТРУКТУРА ИНТЕРФЕЙСА В статье рассмотрено использование виртуального интерфейса JTAG для обмена данными с отладочной платой посредством кабеля USB blaster.

ВВЕДЕНИЕ Отладочная плата DK START 3C25N предназначена для изучения архитек

туры ПЛИС фирмы Altera серии Cyc

lone III и особенностей программиро

вания микросхем этой серии. Основ

ными компонентами платы являются ПЛИС типа EP3C25, статическая па

мять SSRAM, флэш память, динамичес

кая память DDR SDRAM, набор свето

диодов и кнопок, разъём для под

ключения внешних периферийных устройств, а также встроенный конт

роллер USB blaster. В комплект также входит скомпилированный проект, содержащий контроллеры всех уст

ройств на плате, и интерфейсная про

грамма для связи с платой. После прошивки ПЛИС с помощью среды Quartus или интерфейсной программы можно проверить рабо

тоспособность всех устройств на пла

те: считать/записать данные во все ви

ды памяти, включить/выключить све

тодиоды. Однако как файл прошивки, так и интерфейсная программа по

ставляются только в бинарной форме, что создаёт определённые трудности. При разработке собственных уст

ройств нельзя использовать интер

фейсную программу для связи с компьютером, поскольку неизвестен протокол обмена данными. Встроен

ных же на плате устройств ввода выво

да явно недостаточно для полноцен

ного обмена информацией. Одним из вариантов решения этой проблемы является использование интерфейса VJTAG (Virtual JTAG – виртуальный JTAG), позволяющего обмениваться данными с платой через кабель USB

blaster.

Схема обмена данными с помощью интерфейса VJTAG показана на рисун

ке 1. Все микросхемы серии Cyclone III имеют встроенный контроллер JTAG TAP, который позволяет программировать ПЛИС непосредственно в схеме. Сам JTAG контроллер представляет собой ко

нечный автомат, управляемый сигналом TMS. Данные принимаются контролле

ром по линии TDI, проходят через опре

делённые сдвиговые регистры, задавае

мые командой, и затем передаются на выходную линию TDO. Более подробно работа контроллера описана в [1]. Для получения доступа к основным сигналам конечного автомата контрол

лера JTAG TAP и обеспечения инфор

мационного обмена с внутренними устройствами ПЛИС служит мегафунк

ция VJTAG, создаваемая в среде Quar

tus. Эта мегафункция также имеет в сво

ём составе конечный автомат, анало

гичный применяемому в контроллере JTAG TAP. Разница заключается в том, что сдвиговые регистры данных фор

мируются пользователем внешне по от

TDI TDO Компьютер (quartus_stp)

USB кабель

USB Blaster контроллер

TMS

VJTAG мегафункция

JTAG TAP контроллер

ТСК NRST

Декодер TMS и сигналы состочния

IR in Логические устройства TDI Вектор 1

VDR1

Вектор 2

TDO

Рис. 1. Структура связи при использовании мегафункции VJTAG

60

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

BR

VDR2

Вектор N

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

ношению к мегафункции. На рисунке 1 эти регистры обозначены VDR1 (virtual data register), VDR2 и т.д. и находятся в блоке декодера. Последний является вспомогательным блоком, который де" кодирует команды, управляет сдвиго" выми регистрами и обеспечивает ком" мутацию сигналов TDI и TDO. Регистр BR (bypass register) служит для непосредственной передачи дан" ных со входа на выход, минуя внутрен" ние регистры данных. Данные, полу" ченные последовательно по линии TDI, затем передаются параллельно конечным логическим устройствам, таким как контроллеры памяти, уст" ройства управления светодиодами и т.д. Приём данных от логических уст" ройств также происходит параллель" но в регистры VDR, откуда по линии TDO они последовательно передают" ся управляющему компьютеру. Управление интерфейсом VJTAG осу" ществляется программой quartus_stp, входящей в состав программного комплекса Quartus, при помощи сце" нариев на языке Tcl. Использование расширения Tk языка Tcl позволяет создавать графические приложения. Таким образом, для создания интер" фейса передачи данных через VJTAG требуется: создать мегафункцию VJTAG; создать логику, декодирующую ко" манды и управляющую сигналами TDI и TDO; ● написать сценарий на языке Tcl/Tk; ● создать конечные логические уст" ройства. Рассмотрим каждый этап более по" дробно. ● ●

СОЗДАНИЕ МЕГАФУНКЦИИ VJTAG

JTAG Run test idle

USR1

Virtual Select DR scan

Virtual Select IR scan

Virtual Capture DR

Virtual Capture IR

Virtual Shift DR

Virtual Shift IR

Virtual Exit1 DR

Virtual Exit1 IR

Virtual Pause DR

Virtual Pause IR

Virtual Exit2 DR

Virtual Exit2 IR

Virtual Update DR

Virtual Update IR

Рис. 2. Конечный автомат мегафункции VJTAG дальнейшие ссылки на Quartus отно" сятся именно к этой версии пакета. Архив проекта содержится в файле vjtag_i_top.qar, который находится в до" полнительных материалах к статье на интернет"странице журнала. Как уже упоминалось выше, мега" функция VJTAG содержит конечный автомат, изображённый на рисунке 2. Зелёным цветом обозначены состоя" ния автомата, к которым имеет доступ пользователь. Цепь USR0 работает с ре" гистрами данных (Data Register), а цепь USR1 задаёт команды (Instruction Register). Доступ к промежуточным состояниям конечного автомата необ" ходим для того, чтобы оперировать ре" гистрами данных и команд (выпол" нять операции чтения, сдвига и обнов" ления).

Для включения мегафункции VJTAG в проект необходимо в окне графичес" кого построения, в данном случае в окне верхнего уровня, выбрать Insert → → Symbol. Затем в появившемся окне нажать кнопку MegaWizard Plug in Ma nager…, выбрать Installed Plug Ins → JTAG accessible Extensions → Virtual JTAG. Далее следует ряд окон, задающих па" раметры мегафункции. В зависимости от числа команд, которые необходимо декодировать, выбирается ширина ре" гистра инструкций (IR). В нашем при" мере регистр инструкций имеет ши" рину шесть бит, что позволяет декоди" ровать 64 команды. Помимо сигналов конечного авто" мата VJTAG, мегафункция также обе" спечивает доступ к сигналам JTAG, од" нако эти дополнительные сигналы мо"

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

61

© СТА-ПРЕСС

Реклама

Рассматриваемый проект создавал" ся в среде Quartus II 9.0 Web Edition, все

JTAG test logic reset

USR0

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

vj01 tdo ir_out[5..0]

tck tdi ir_in[5..0] virtual_state_cdr virtual_state_sdr virtual_state_e1dr virtual_state_pdr virtual_state_e2dr virtual_state_udr virtual_state_cir virtual_state_uir

vjtag_decoder

vj_cmd_in[5..0]

vj_tck

vj_tdo

vj_tdi

vj_led_out[3..0]

vj_cmd_in[5..0] vj_uir

vj_clk_out

vj_jed_out[3..0]

OUTPUT

led[3..0]

vj_sram_out[63..0]

vj_sram_out[63..0]

vj_udr

vj_sram_en

vj_sdr

vj_sram_wen

vj_sram_in[31..0]

vj_sram_ren

vj_cdr ssram_cntr inst1

sram_vj_in[63..0] sram_clkin

inst

sram_adr_out[20..0] sram_data_out[31..0]

sram_cntrl_en

sram_outen

sram_wen

sram_clock

sram_ren

sram_writeen sram_adscntrl sram_ce1 sram_be[3..0]

50MHz_clk

OUTPUT

sram_adr[20..0]

BIDIR VCC OUTPUT

sram_data[31..0]

OUTPUT

sram_clk

OUTPUT

sram_writeen

OUTPUT

sram_adscntrl

OUTPUT

sram_ce1

OUTPUT

sram_be[3..0]

sram_outen

sram_vj_out[31..0]

INPUT VCC inst2 vi_sram_in[31..0]

Рис. 3. Графический файл верхнего уровня проекта

СОЗДАНИЕ ДЕКОДИРУЮЩЕЙ ЛОГИКИ Следующий шаг – создание декоди рующей логики. На рисунке 3 блок де кодера обозначен символом vjtag_de coder. Этот блок написан на языке Verilog и на обобщённой схеме (см. рис. 1) также называется декодером. Полностью исходный код блока декодера приведён в дополнитель ных материалах к статье. Рассмотрим основные моменты функционирова ния блока. Все команды декодируются выражениями типа: // Set leds 000001 wire vj_led_set = vj_cmd_in[0] && ~vj_cmd_in[1] && ~vj_cmd_in[2] && ~vj_cmd_in[3] && ~vj_cmd_in[4] && ~vj_cmd_in[5]; В данном случае для активации бло ка контроля светодиодов необходимо установить регистр инструкций IR рав ным 000001b. Для загрузки регистров данных используется конструкция: always @(posedge vj_tck) begin if (vj_sdr && vj_led_set) vj_led_reg <= {vj_tdi, vj_led_reg[3:1]}; ............................... end

62

Все значения фиксируются по пе реднему фронту тактового сигнала. Частота vj_tck равна тактовой частоте интерфейса JTAG. Регистр vj_led_reg имеет размерность четыре бита – по числу светодиодов на плате; vj_sdr (vir tual JTAG shift data register) – это сиг нал конечного автомата функции VJTAG. При установке этого сигнала в лог. 1 можно производить сдвиг ре гистра. Поскольку число регистров данных может быть произвольным, не обходима дополнительная логика для выбора регистра. Конструкция vj_sdr && vj_led_set выполняет именно эту функцию. В блоке always используются и другие сигналы конечного автомата: if (vj_cdr && vj_sram_read_start) vj_sram_in_buf[31:0] <= vj_sram_in[31:0]; Сигнал vj_sram_read_start – это деко дированная команда, задающая начало цикла чтения памяти SSRAM. Данные из памяти должны быть параллельно загружены в сдвиговый регистр для дальнейшей последовательной пере дачи. Соответственно, сигнал vj_cdr (Capture Data Register) используется для параллельной загрузки данных, а затем по сигналу vj_sdr (Shift Data Re gister) полученные данные последова тельно передаются по цепочке: if (vj_sdr && vj_sram_read_start) vj_sram_in_buf <= {vj_tdi,vj_sram_in_buf[31:1]}; Заметим, что в данном случае дан ные на входе vj_tdi могут быть любыми; нас интересуют данные, подаваемые на выход vj_tdo. Соответственно, этот выход должен быть правильно скон фигурирован, т.е. подключен к нужно WWW.SOEL.RU

му регистру. Эту задачу выполняет сле дующая конструкция: always @(vj_led_reg[0] or vj_sram_out[0] or vj_bypass or vj_sram_in_buf[0]) begin if (vj_sram_read_start) vj_tdo <= vj_sram_in_buf[0]; ……………………………………. end Команда vj_bypass служит для пря мой передачи данных с входа на вы ход, минуя внутренние регистры.

НАПИСАНИЕ СЦЕНАРИЯ НА ЯЗЫКЕ TCL/TK Следующий этап – написание сце нария для компьютера, который будет управлять функцией VJTAG. Полный исходный текст сценария приведён в дополнительных мате риалах к статье в файле cpanel.tcl. Для выполнения этого сценария требу ется утилита quartus_stp.exe, которая находится в директории bin пакета Quartus и работает только в режиме командной строки. Запускаем ути литу: > quartus_stp s > source cpanel.tcl В данном случае файл cpanel.tcl дол жен находиться в той же директории, что и сама утилита. После выполнения второй команды открывается окно, по казанное на рисунке 4. Для создания графического окна и обработки данных используются стандартные команды языка Tcl/Tk. В сети Интернет доступно большое количество информации об этом СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

использованы только для информаци онных целей. Вместе с графическим символом создаётся шаблон на языках Verilog или VHDL, позволяющий вклю чать мегафункцию в файлы на этих языках. На рисунке 3 показан графи ческий файл верхнего уровня с вклю ченным интерфейсом VJTAG под назва нием vj01. Более подробно процесс со здания мегафункции VJTAG описан в [2].

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

set usb [lindex [get_hardware_names] 0] set device [lindex [get_device_names hardware_name $usb] 0] Первая команда присваивает пере менной usb имя устройства, которое присутствует на шине USB. Функция lindex выбирает первое устройство (из найденных) командами get_hard ware_names и get_device_names. После обнаружения кабеля USB blaster и ПЛИС Altera EP3C25 на шине USB можно посылать данные и коман ды для VJTAG, но предварительно необ ходимо загрузить прошивку с мегафу нкцией VJTAG в ПЛИС с помощью па кета Quartus. Блок команд обмена данными с VJTAG в общем случае содержит следу ющие команды: open_device hardware_name $usb device_name $device device_lock timeout 10000 Это – команды открытия устройства и его блокировки. Если эти две коман ды были выполнены успешно, можно производить обмен данными при по мощи двух основных команд.

device_virtual_dr_shift in stance_index 0 \ dr_value $data_read$ssram_cmd$seq_ssram_ad dr length 64 value_in_hex В результате выполнения этой ко манды в сдвиговый регистр декодера загружается 64 битное слово, зада ваемое параметром dr_value. Сдвиго вый регистр, в который будет загруже но это слово, определяется предыду щей командой установки регистра инструкций. В данном случае это бу дет регистр для записи памяти, так как значению ir_value 2 соответствует ко манда записи памяти. Для чтения данных используется та же самая команда, но в данном случае задаётся только длина вектора (сами данные не задаются) и назначается пе ременная для чтения: set ssram_r [device_virtual_dr_shift in stance_index 0 length 32 value_in_hex]

Рис. 4. Управляющий сценарий Tcl/Tk Следующий шаг – создание конеч ных логических устройств. В файле проекта содержатся контроллеры ста тической памяти и светодиодов. Функ ция управления светодиодами доста точно проста, поэтому она включена в блок vjtag_decoder. Контроллер стати ческой памяти вынесен в отдельный блок ssram_cntr. При создании новых устройств мо дифицируются все блоки, т.е. добавля ется новое устройство в ПЛИС и, соот ветственно, модифицируется декодер и управляющий сценарий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Использование мегафункции VJTAG является одним из вариантов органи зации обмена данными с отладочной платой DK START 3C25N. Применение языка сценариев Tcl/Tk позволяет со здавать полнофункциональные графи ческие приложения для контроля за работой платы.

ЛИТЕРАТУРА 1. www.altera.com: Application note 39. IEEE 1149.1 JTAG Boundary Scan Testing in Altera Devices www.altera.com.

После выполнения этой команды пе ременная ssram_r будет содержать 32 битное слово, считанное из сдвигово го регистра декодера.

2. www.altera.com: Virtual JTAG (sld_vir tual_jtag) Megafunction User Guide.

3. www.altera.com: Quartus II Scripting Refe rence Manual.

Реклама

device_virtual_ir_shift in stance_index 0 ir_value 2

Эта команда программирует регистр инструкций IR мегафункции VJTAG (In stance_index 0 обозначает номер мега функции). В данном примере исполь зуется всего один VJTAG, поэтому па раметр instance_index всегда равен нулю; ir_value – непосредственно ко манда в десятичной системе счисле ния, которая будет присутствовать на выводах ir_in[5..0] (см. рис. 3). Команда записи данных выглядит следующим образом:

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

63

© СТА-ПРЕСС

языке, в частности, на интернет странице http://www.tcl.tk. Однако для управления интерфейсом VJTAG используются специальные коман ды, информация о которых приведе на в [2, 3]. Прежде чем отправлять данные, сле дует узнать, какие устройства подклю чены к порту USB:

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Пакет программ RealView Keil для программирования ARM микроконтроллеров Кирилл Дорофеев, Сергей Копытин (Санкт Петербург)

Пакет программ RealView Microcontrol

ler Development Kit (MDK ARM) обеспе

чивает поддержку устройств на основе ARM7, ARM9 и Cortex M3 таких произво

дителей, как Analog Devices, Atmel, Free

scale, Luminary, OKI, NXP, Samsung, Sharp, STMicroelectronics и TI. Использование па

кета MDK ARM позволяет уменьшить цикл проектирования и существенно со

кратить время выхода продукта на рынок.

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СРЕДА РАЗРАБОТКИ μVISION IDE Интегрированная среда разработки (Integrated Development Environment) μVision IDE фирмы Keil сочетает в себе уникальные возможности – управле

ние проектами, создание отдельных программ, редактирование текста программы, отладку программ – и по

зволяет непосредственно вызывать си

мулятор или внутрисхемный эмулятор. Редактор и отладчик объединены в одно приложение, что упрощает про

цесс разработки проекта. Среда μVision проста в использовании и содержит богатый набор возможностей. Интегрированный редактор μVision editor облегчает подготовку исходного текста за счёт многооконности, выделе

ния синтаксиса цветом и исправления ошибок в режиме диалога. Интерактив

ная система исправления ошибок позво

ляет отслеживать ошибки и предупреж

дения, которые появляются в отдельном окне во время отладки программы. Су

ществует возможность исправления файлов проекта, пока μVision продолжа

ет проверку в фоновом режиме.

ОТЛАДЧИК СИМУЛЯТОР μVISION DEBUGGER Надёжный полнофункциональный отладчик μVision Debugger позволяет

64

вести отладку программ, написанных на языке Си и ассемблере или в сме

шанном формате, а также сделать вы

бор между симулятором, монитором, JTAG отладчиком и внутрисхемным эмулятором. Полная симуляция включает быст

рую симуляцию системы команд и встроенной периферии (АЦП, ЦАП, таймеров, UART, CAN, I 2C, прерыва

ний, внешних сигналов и I/O). Симу

ляция предоставляет дополнитель

ные возможности, недостижимые при JTAG отладке: точный временной расчёт и детальный анализ исполне

ния программы при различных пара

метрах.

СРЕДСТВА КОМПИЛЯЦИИ REALVIEW COMPILATION TOOLS Средства компиляции RealView Com

pilation Tools состоят из компилятора C/C++, библиотеки MicroLib, оптими

зирующей объём кода, ассемблера и компоновщика. RealView Compilation Tools для ARM транслирует исходные файлы на языке Си в объектные фай

лы, которые содержат полную сим

вольную информацию для отладки с помощью μVision Debugger или внут

рисхемного эмулятора. Кроме объект

ных файлов компилятор генерирует файл листинга, который по заказу мо

жет включать таблицу символов и пе

рекрёстные ссылки.

БИБЛИОТЕКА REALVIEW REAL TIME LIBRARY С помощью операционной системы реального времени (ОСРВ) разработ

чик получает следующие преимущест

ва: разбиение программы на простые задачи, модульный принцип постро

ения многозадачных приложений, WWW.SOEL.RU

сокращение затрат времени на разра

ботку и тестирование приложения. В качестве примера ОСРВ для ARM мик

роконтроллеров можно привести Re

alView Real Time Library компании Keil (RL ARM). Библиотека RL ARM интег

рирована с компилятором RealView, легко конфигурируется для любого ARM микроконтроллера и содержит следующие стандартные компоненты для создания современных встраивае

мых систем: ● RTX Real Time Kernel – полнофунк

циональную ОСРВ RTX Keil, которая легко настраивается при помощи файла конфигурации; TCP/IP Networking Suite – коммуни

кационный модуль на базе стека TCP/IP, специально адаптированный для встраиваемых приложений; ● Flash File System – систему, которая позволяет сохранять файлы во флэш памяти, ПЗУ или ОЗУ. Это по

лезно в решениях, где требуется большой объём памяти для хране

ния данных или для систем с интер

нет интерфейсами HTTP или FTP; ● USB Device Interface – драйверы USB, которые позволяют подключать стандартные устройства типа HID или Mass Storage; ● CAN Interface – в RTX Keil входят биб

лиотеки CAN, которые предоставля

ют простой интерфейс для различ

ных контроллеров CAN. Программный пакет RealView MDK

ARM включает операционную систе

му RTX, но не содержит полностью библиотеку RL ARM, которая является самостоятельным программным па

кетом; RL ARM дополнительно к ком

понентам, включенным в состав MDK

ARM, содержит исходный код RTX Source Code, Flash File System, TCP/IP Protocol Suite и драйверы USB/CAN. Однако как RTX, так и RL ARM пол

ностью интегрированы в пакет MDK

ARM. Все компоненты MDK ARM и RL ARM поставляются без дополнительных ли

цензионных отчислений (royalty free) на каждый создаваемый с их помощью проект. Каждая приобретаемая лицен

●

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

В статье кратко представлен пакет программ RealView Microcontroller Development Kit компании Keil, который объединяет компилятор C/C++ ARM RealView и интегрированную среду разработки Keil uVision. Этот продукт предоставляет в распоряжение разработчика многофункциональную среду, оптимизированную для работы с микроконтроллерами на базе ядра ARM.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Программный пакет разработки на базе микроконтроллеров RealView

Утилиты

Редактор μVision Управление проектом

Контроль версии программного обеспечения

Компилятор RealView C/C++

PC LINT анализ синтаксиса

RTX OC реального времени

RealView Макро Ассемблер

Библиотека RTX RTOS

UML 2.0

Библитотека RealView Real Time

Протокол TCP/IP Интерфейсы TCP, UDP, PPP, SLIP HTTP сервер с CGI скриптами сервер Telnet, TFTP сервер SMTP клиент, преобразователь DNC

Компоновщик RealView Файловая система Flash

Библиотека GUI

Отладчик μVision Интерфейс USB устройств

CAN коннектор Симуляция CPU и периферийных устройств

Keil ULINK JTAG адаптер

CAN интерфейс

MATLAB/Simulink

Элементы кодов ШМ ПЧ

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ В СРЕДЕ

KEIL μVISION4

Взяв за основу идеи и предложения конечных пользователей, компания Keil в 2009 г. выпустила μVision4 – про граммный пакет с новыми функция ми и возможностями, среди которых: гибкая система управления окнами (Flexible Window Management System), система просмотра (System Viewer) и многопроектное рабочее простран ство (Multi project Workspace). Интегрированная среда разработки μVision4 спроектирована для того, что бы повысить производительность тру да. Благодаря гибкой системе управ ления окнами разработчики теперь могут адаптировать под свои задачи визуальное пространство оболочки, а возможность работать с несколькими проектами одновременно помогает при разработке сложных приложений. Система просмотра позволяет в любой момент отслеживать состояние реги стров периферии, а функция Debug Re store Views делает более удобным ана лиз работы программы. Бета версию пакета программ μVi sion4 можно свободно скачать по ссыл ке https://www.keil.com/demo/uvi sion4.asp. В одном файле вместе с бета версией находится и руководство по её использованию. Установка μVision4 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

осуществляется в виде расширения на уже установленный программный па кет, содержащий μVision3. При этом функциональность оригинального ПО не изменяется. После инсталляции бе та версии для управления проектом можно использовать как μVision4, так и μVision3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Пакет программ Keil MDK ARM ре ально облегчает разработку встраи ваемых систем (см. рисунок), делая создание сложных сетевых решений и совместимость различных компо

нентов системы интуитивно понят ными. Использование MDK ARM поз воляет уменьшить цикл проектиро вания и существенно сократить время выхода продукта на рынок. Пакет MDK ARM – превосходное средство, стандартизированное для промыш ленных проектов с развитой систе мой отладки и поддержкой реального времени.

ЛИТЕРАТУРА 1. www.keil.com.

2. www.arm.com.

3. www.microcontroller.ru.

Реклама

WWW.SOEL.RU

65

© СТА-ПРЕСС

зия позволяет одному инженеру ис пользовать эти программные продукты для неограниченного числа проектов.

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

Синхронизация псевдослучайных последовательностей на практике: задача распознавания Мария Беляева (Санкт Петербург)

ВВЕДЕНИЕ

НЕКОТОРЫЕ АЛГОРИТМЫ

Практические задачи обычно при ходится решать в условиях той или иной неопределённости исходных данных. Это означает, что фактичес кие значения многих входных вели чин, на основании которых принима ется решение, неизвестны – имеются только их случайные оценки. Пре небрежение реальной неопределён ностью часто приводит к тому, что вполне корректные алгоритмы оказы ваются бесполезными. В статье [1] задача синхронизации псевдослучайных последовательнос тей (ПСП) решается в идеализиро ванной постановке: предполагается, что входящая последовательность не содержит ошибок. В реальных усло виях эта задача сложнее и интерес нее. Представим себе, что встроенный в передатчик генератор ПСП с линей ным регистром обратной связи дли ны m вырабатывает последователь ность {bk}. В приёмнике, имеющем ге нератор с таким же регистром, надо решить задачу кодовой синхрониза ции, т.е. добиться, чтобы местный ге нератор начал вырабатывать ПСП {a k}, совпадающую с передаваемой. Иначе говоря, начиная с некоторого момента, должно выполняться равен ство ak = bk. Такая задача решается, например, в широкополосных системах связи: цифровой информационный сигнал перед передачей скремблируется (сум мируется с ПСП по модулю два), а сама ПСП передаётся отдельным пилот каналом. Задача приёмника – захва тить фазу этой последовательности, подстроиться под неё и начать рас шифровку (дескремблирование) вхо дящего сигнала.

В работе [1] предлагается подождать, пока местный генератор выработает целый период, т.е. n = 2m – 1 бит, сло жить их с n бит, поступивших на вход приёмника, и, воспользовавшись из вестными свойствами ПСП, найти сдвиг между двумя последовательнос тями. Тогда достаточно сдвинуть мест ный генератор на найденное число бит, и синхронизация будет достиг нута. Однако в условиях, для которых он предназначен, данный алгоритм слишком долго работает: для синх ронизации надо получить n бит; для регистра из 15 ячеек это 215 – 1 бит.

66

Существует гораздо более быстрый способ [2]: достаточно поместить m последовательных бит, выработанных генератором передатчика, в регистр местного генератора, и тот сразу начнёт вырабатывать последователь ность, идентичную передаваемой. Синхронизация, таким образом, будет достигнута за m бит; для того же реги стра это 15 бит. Кроме того, упомянутые алгорит мы непригодны для практической реализации, поскольку разработаны для «стерильных» условий. В реаль ности передача любого сигнала со провождается искажениями, обу словленными как параметрами сре ды, через которую он проходит, так и аппаратурными шумами. Это приво дит к ошибкам приёма символов ПСП. Если из m бит, помещённых в местный генератор, по меньшей мере один бит будет ошибочным, синхро низация по [2] не состоится. Если же принятый набор из n бит содержит хотя бы одну ошибку, то, сложив его с содержимым местного генератора, мы не получим той же (смещённой) WWW.SOEL.RU

последовательности, как это предпо лагается в алгоритме [1]. Поскольку вероятность появления хотя бы од ной ошибки в n бит существенно вы ше вероятности ошибки в m бит, пер вый алгоритм. По видимому алгоритмы синхрони зации ПСП, не учитывающие возни кающие ошибки, практического инте реса не представляют. А приведённую выше постановку задачи следует до полнить важным условием: последова тельность {bk} не известна точно. На приёмной стороне имеется лишь по следовательность {ck} принятых бит, такая, что: P{bk – ck} = 1 – perr, где perr – вероятность битовой ошибки в результате передачи. В системах мобильной связи IS 95 CDMA [3] и CDMA 2000 [4] задача син хронизации решается методом «сколь зящего коррелятора» (СК): для каждо го значения сдвига между ПСП, выра батываемой местным генератором, и входящей последовательностью вы числяется их взаимная корреляция. Максимум корреляции соответствует точке синхронизации. Как справедли во отмечается [1], это – «долгоиграю щий» метод, и годится он только для относительно коротких ПСП; в [5] ал горитм СК назван «расточителем вре мени». Разнообразные алгоритмы синхро низации предлагаются во множестве работ (по некоторым данным, их не менее полутора тысяч), минимум од на из них содержит идею алгоритма, который практически гарантирован но синхронизирует ПСП, причём де лает это в среднем гораздо быстрее, чем алгоритм СК. Предложенный в [6] остроумный метод RASE (rapid acquisition by se quential estimation) хорошо известен за рубежом – редкая статья о синхро низации обходится без ссылки на не го. Метод реализуется в виде цепочки случайного числа экспериментов, каждый из которых осуществляется в СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Необходимость в распознавании синхронизации псевдослучайных последовательностей возникает, если входящая последовательность содержит ошибки. Предлагается способ решения этой задачи. Исследуются условия его применимости, приводятся результаты моделирования.

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

x = (1 – perr)m.

(1)

Число экспериментов до наступле ния синхронизации случайно, его среднее значение [7] (2)

A B C

2000

2,5

B C

2 1500 1,5 1000 1 500

0,5

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Perr

а)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Perr

б)

Рис. 1. a) Cреднее число экспериментов до достижения фактической синхронизации (A); среднее (B) и максимальное (C) число экспериментов до достижения фактической или ложной синхронизации; б) среднее (B) и максимальное (C) число бит до достижения фактической или ложной синхронизации (см. кривую A на рисунке 1а). Итак, синхронизация рано или позд но состоится, остаётся лишь понять, когда это произойдёт. Иначе говоря, в результате каждого эксперимента сле дует решить, произошла ли синхрони зация (понятно, что данная задача имеет смысл лишь в том случае, когда нет возможности понять это непосред ственно по содержанию полученной информации). Если да, то процесс за

канчивается. В противном случае экс перименты будут продолжены. Эта за дача распознавания синхронизации и составляет содержание второго этапа эксперимента. Её формулировка не сколько напоминает шутку о стоящих часах, которые показывают верное время дважды в сутки, только неизвест но, когда именно. Для принятия решения будем анали зировать «хвосты» двух последователь

Реклама

,

Nbit × 105

Nexp

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

67

© СТА-ПРЕСС

два этапа. На первом этапе приёмник помещает в свой регистр обратной связи m бит, полученных из физичес кого канала (возможно, с ошибками). Второй этап – анализ результатов экс перимента. Если выясняется, что биты в регистре совпали с переданными битами, то синхронизация состоя лась. В противном случае экспери мент повторяется для новых m бит из канала до тех пор, пока в регистр при ёмника не будет загружен правиль ный набор. Наборы не пересекаются – этим обес печивается независимость эксперимен тов. Независимые испытания с ненуле вой вероятностью успеха (испытания Бернулли) рано или поздно приводят к успеху, поэтому синхронизация неиз бежна. Вероятность синхронизации в одном эксперименте оценивается как

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

ностей, а именно: ПСП, вырабатывае мой местным регистром после загруз ки, и входящей последовательностью бит. Как и любая другая задача принятия решения, распознавание допускает различные подходы. Можно потребо вать, например, чтобы вероятность ошибочного решения не превышала заданного значения, и определять дли ну исследуемых хвостов, исходя из это го требования. Другой вариант состоит в том, чтобы ограничить время иссле

дования (число бит в хвосте): чем оно меньше, тем выше будет вероятность ошибки. В работе [6] задачу распознавания предлагается решать путём сравне ния взаимной корреляции между хвостами двух последовательностей с заранее заданным порогом. Если за время исследования Te он превышен, синхронизация считается состояв шейся. Однако в описании алгорит ма имеются явные логические про тиворечия. Так, T e не только не зави

сит от вероятностей p f и p m ошибок ложной и пропущенной синхрони зации соответственно, но и задаётся вместе с ними как независимая пе ременная. Далее, в [6] выбор порога не зависит от perr, хотя очевидно, что должен зависеть, поскольку при со стоявшейся синхронизации в хвос тах ПСП будет тем больше несовпа дений, чем больше шум. Эти и дру гие противоречия не позволяют использовать данный алгоритм рас познавания при реализации эффе ктной идеи метода RASE. Предлагаемый ниже алгоритм рас познавания синхронизации свободен от указанных противоречий: поро говое условие выбирается в зависимос ти от вероятности perr и требований к pf и pm; необходимая для анализа длина хвостов (время Te) также зави сит от них и определяется в процессе решения.

РАСПОЗНАВАНИЕ В ОДНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ Пусть m входных бит помещены в местный регистр сдвига. Рассмотрим две возможности: ● синхронизация есть. Следователь но, ak = bk, и различие ak ≠ ck может возникнуть только из за наличия ошибок при передаче; в этом случае bk ≠ ck. Вероятность того, что послед нее неравенство выполняется, равна вероятности битовой ошибки perr. Побитовое сравнение двух последо вательностей есть последователь ность независимых испытаний Бер нулли с постоянной вероятностью успеха (несовпадения ak и ck), рав ной perr; ● синхронизации нет. Приходящие би ты могут отличаться от вырабатывае мых в двух случаях: может быть ak = bk, но bk ≠ ck из за ошибки передачи, и, следовательно ak ≠ ck, а может быть и ak ≠ bk потому, что в отсутствие син хронизации они не обязаны быть равными. В последнем случае воз можно как ck ≠ ak, так и ck = ak. При отсутствии синхронизации {bk} и {ak} суть безошибочные ПСП, получаю щиеся одна из другой сдвигом. Следова тельно, по известному свойству ПСП P{bk = ak} ≈ 0,5, k = 1, …, m.

68

WWW.SOEL.RU

Тогда P{ck ≠ ak} = P{ak = bk, ck ≠ bk} + + P{ak ≠ bk, ck = bk}. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Тел.: (495) 234 0636 • Факс: (495) 234 0640 E mail: info@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru

Реклама

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ WIND RIVER

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

Учитывая независимость двух собы тий в каждой паре фигурных скобок, получим, что побитовое сравнение хвостов при отсутствии синхрониза ции является последовательностью ис пытаний Бернулли с вероятностью 0,5. Теперь достаточно подсчитать число несовпадающих пар бит в хвостах, что бы определить, какая из двух вероятнос тей несовпадения бит «вероятнее». Если это 0,5, синхронизации нет, если perr – синхронизация есть. Сравнивать хвосты будем порциями по s бит: если решение не удалось, принять на основе первой порции, добавить к ней вторую, и т.д. Пусть требуется, чтобы вероятности ложной и пропущенной синхрониза ции в эксперименте удовлетворяли условиям pf ≤ 1 – β pm ≤ 1 – β

(3)

Пусть частота несовпадений в пер вых N порциях, т.е. в Ns бит, равна pnc, тогда вероятность несовпадений нахо дится внутри доверительного интер вала (g′, g″) с доверительной вероят ностью β. Здесь, согласно [8], ,

,

(4)

а tβ зависит от выбранного значения β, например, tβ = 1,643 при β = 0,9, tβ = 2,576 при β = 0,99.

(ложная синхронизация) будет при нято, если истинная вероятность не совпадений 0,5 окажется вне довери тельного интервала. Решение об от сутствии синхронизации при её наличии (пропущенная синхрониза ция) – если вне доверительного ин тервала окажется истинная вероят ность p err. Таким образом, последо вательно наращивая хвосты, мы добьёмся выполнения условия (3). Чем perr ближе к 0,5, тем труднее их различить и тем более длинные хвос ты потребуются для этого. При perr = = 0,5 всё это, естественно, не работает, ибо частота несовпадений как при синхронизации, так и без неё будет близка к 0,5. Если ни одно из неравенств (5), (6) не выполняется, то добавляется следу ющая порция бит и анализ повторя ется. Теперь предположим, что требова ния к вероятностям ложной и пропу щенной синхронизации различны, т.е. должно выполняться pf ≤ 1 – β1 pm ≤ 1 – β2.

(7)

Подставив поочередно β1 и β2 в (4), получим формулы для расчёта довери тельных интервалов и . Очевидно, первое неравенство в (7) бу дет выполнено, если интервал накроет величину perr, а второе – если интервал накроет 0,5. Таким образом, решение о наличии синхро низации следует принимать, если

P A B

1 0,8 0,6 0,4 0,2

0

0,3

0,4

Perr

PF A B C

1 0,8 0,6 0,4 0,2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Perr

Рис. 3. Вероятность ложной синхронизации в эксперименте (A); вероятность того, что синхронизация в конце цепочки экспериментов окажется ложной (B – по формуле (11), С – по результатам моделирования) Nreal 1000 800 600 400 200

, а об её отсутствии – если

0,2

Рис. 2. Вероятности синхронизации в эксперименте: ложной (А) и фактической (B)

0

Если выполняется неравенство g′ < perr < g″ < 0,5,

0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

Perr

Рис. 4. Число цепочек (из 1000), закончившихся фактической синхронизацией

(5) .

perr < g′ < 0,5 < g″,

(6)

то с той же вероятностью синхрони зации нет. Если ни то, ни другое нера венство не выполняется, добавим к уже рассмотренным битам следующую порцию и повторим расчёты. Процесс сходится, ибо с увеличением числа анализируемых бит доверительный интервал уточняется, и рано или позд но одно из значений perr и 0,5 окажет ся внутри, а второе – вне его. Решение о наличии синхрониза ции при её фактическом отсутствии СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

PM

РАСПОЗНАВАНИЕ В ЦЕПОЧКЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ Итак, вероятности ошибок в одном эксперименте не превысят заданных значений. Однако для практического применения более важны интеграль ные характеристики данного способа, а именно, вероятности принятия оши бочного решения в целом и длитель ность вычислений. Пусть PF – вероятность того, что до стигнутая синхронизация является ложной, а PM – вероятность хотя бы одной пропущенной синхронизации во всей цепочке экспериментов. Оче видно, WWW.SOEL.RU

A B C

0,05 0,04 0,03 0,02 0,01

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Perr

Рис. 5. Вероятность пропуска синхронизации в эксперименте (А); вероятность хотя бы одного пропуска синхронизации в цепочке экспериментов (B – по формуле (10), С – по результатам моделирования)

69

© СТА-ПРЕСС

то с вероятностью β синхронизация состоялась. Если же верно неравенство

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ . Учитывая независимость экспериментов и то, что в последнем эксперименте цепочки синхронизация не может быть пропущена, получим ,

(8)

где , P2 = P{i й эксперимент – последний в цепочке}. Очевидно, что

Начальное состояние передающего регистра является случайным, его биты искажаются с вероятностью Perr и по мещаются в местный регистр. Экспе рименты продолжаются до наступле ния синхронизации, а является ли она фактической или ложной, выясняется сравнением начальных состояний ре гистров. В конце каждой реализации подсчитывается число пропущенных синхронизаций. По результатам всех реализаций рассчитываются средние значения и фактические вероятности.

P{(i – 1) экспериментов – не последние в цепочке} = P1 +

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Отсюда, учитывая независимость экспериментов, , где P3 = P{эксперимент – не последний в цепочке},

(9)

. Далее,

Первое слагаемое в последнем равенстве преобразуем к виду: P{в эксперименте нет фактической синхронизации} –

второе равно pmx. В свою очередь, . Далее,

После подстановки P3, P4 в (9), полученное при этом значение P1 а также P2 – в (8) получим значение P1, тогда:

Наконец, по формуле для суммы геометрической прогрессии получим: .

(10)

Аналогичным образом получим: .

(11)

Полученные равенства можно использовать для расчёта конкретных значений PM, PF после предварительной оценки ошибок pm и pf.

70

WWW.SOEL.RU

Расчёты проводились для трёх различ ных регистров с 15 ячейками, результаты практически совпали. Выполнялось 1000 реализаций. Длина порции бит принята s = 100 [8]. Вероятности ложной и пропу щенной синхронизации в каждом экс перименте не должны превышать 0,1. На рис. 1а график B характеризует за висимость среднего числа эксперимен тов от вероятности Perr битовой ошибки при синхронизации ПСП с вероятнос тями ошибок в одном эксперименте, не превышающих заданных значений. До некоторой точки, соответствующей при мерно Perr = 0,24, он совпадает с теорети ческим значением (2) (график А), а затем резко с ним расходится. Многие цепочки обрываются, «не дожив» до фактической синхронизации, поскольку ложная син хронизация наступает раньше. Если вероятность (1) фактической синхронизации уменьшается с ростом Perr (график В рис. 2), то вероятность ложной синхронизации (график А) рас тёт, оставаясь при этом не больше 0,1. Происходит это потому, что два значе ния (Perr и 0,5), которые надлежит разде лить с помощью доверительного интер вала, сближаются; растёт в среднем и длина доверительного интервала. Веро ятность ошибок при этом увеличивается. По мере сближения вероятностей pf и х наступление ложной синхрониза ции прежде фактической становится всё вероятнее, это объясняет характер кривой B на рис. 1а. График С на рис. 1 представляет макси мальное число экспериментов за все ре ализации. По графикам B и С среднего и максимального числа бит до принятия решения в цепочке экспериментов легко рассчитать время синхронизации, если задать битовую скорость передачи. На рис. 3 графики вероятности лож ной синхронизации: A – вероятность pf, практически совпадающие графики B и СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

.

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Представлен способ распознавания синхронизации в алгоритме RASE, сво бодный от противоречий исходного способа распознавания [6]. Его рабо тоспособность подтверждена как ана литическими зависимостями (10), (11), так и результатами моделирова ния. Исследовательская модель позво ляет определять условия применимос ти алгоритма RASE и подбирать требо вания к вероятностям ошибок в одном эксперименте, позволяющие добить ся характеристик синхронизации. Время распознавания синхрониза ции можно сократить путём «запарал леливания» анализа последовательнос тей. Достаточно смоделировать много одинаковых регистров обратной связи и проводить анализ вырабатываемых ими последовательностей одновремен но. Каждый регистр освобождается, как только выяснилось, что синхронизация в нём не произошла, и загружается но выми m битами. Процесс останавлива ется, как только произойдёт синхрони зация в одном из регистров. Расчёты

показали, что использование 50 регист ров вместо одного позволяет сократить среднее время синхронизации в шесть и более раз. Целесообразность такого усовершенствования определяется тре бованиями к решению задачи и вычис лительными возможностями.

ЛИТЕРАТУРА 1. Калугин E. Поиск и синхронизация псев дослучайных последовательностей. Совре менная электроника. 2009. № 9. С. 30–31.

2. Кирьянов К.Г., Меднов А.С., Акулов В.В. Син хронизация генераторов псевдослучайных последовательностей. Техника средств свя зи, ЭКОС. Серия РИТ, 1990. Вып. 1. С. 56–64.

3. Yang S.C. CDMA RF System Engineering.

Artech House, 1998.

4. Yang S.C. 3G CDMA2000 Wireless System Engi neering. Artech House. Boston – London, 2004.

5. Прокис Дж. Цифровая связь. Радио и связь, 2000.

6. Ward R.B. Acquisition of Pseudonoise Signals

by Sequential Estimation. IEEЕ Trans. Com mun. Tech., December,1965.

7. Феллер В. Введение в теорию вероятнос тей и её приложения. Т. 1. Мир, 1967.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Государ ственное издательство физико математи ческой литературы. Москва, 1962.

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

71

© СТА-ПРЕСС

более вероятных битовых ошибках этот способ ненадёжен.

Реклама

С – вероятность PF, рассчитанная по ре зультатам моделирования и по формуле (11). При Perr > 0,3 синхронизация ста новится ненадёжной, почти наверное она окажется ложной. Это подтверждает рис. 4, где показано число тех реализа ций, в которых была достигнута факти ческая синхронизация. До Perr ≈ 0,23 все или почти все цепочки заканчиваются фактическими синхронизациями, затем доля ложных синхронизаций возрастает, приближаясь к 90% и более после 0,3. На рис. 5 приведены графики веро ятности пропуска синхронизации: A – вероятность pm, В и С – фактическая и рассчитанная по формуле (10) вероят ность PM; последние две кривые прак тически совпадают. Резкие колебания pm, начиная с Perr ≈ 0,3, объясняются уменьшением числа фактических синхронизаций: pm оценивается как отношение числа цепочек, содержа щих пропуск синхронизации, к обще му числу фактических синхрониза ций; поэтому чем меньше знаменатель (рис. 4), тем хуже оценка. Можно рекомендовать применение алгоритма RASE вместе с предлагае мым способом распознавания для ре гистра с 15 ячейками при Perr < 0,2. При

СОБЫТИЯ

РЫНОК ВКТ 2010 2011 – ВЕКТОР НА РАЗВИТИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 22 октября 2010 г. компания «РТСофт» провела пресс конференцию «Рынок ВКТ 2010 2011 – вектор на развитие перспективных технологий». Соглас но исследованиям Venture Develop ment Corporation (VDC), рынок встра иваемых компьютерных технологий показывает хоть и небольшой, но постоянный устойчивый рост, в том числе и за счёт расширения рынка открытых COTS стандартов. Один из ведущих игроков этого рынка – международный холдинг Kontron –

представляет новые продукты на ос нове Intel Core i7 – CP6002 и CP3002 в формате CompactPCI 3U и 6U, ко торые характеризуются высокой производительностью при низком энергопотреблении. Также было рас сказано о развитии открытого COM стандарта (Computer on Module) – выходе новой версии COM Express™ Rev. 2.0 Type 6 и 10, которая позволяет поддерживать новые графические стандарты. Рост рынка COM модулей составляет более 15% в год. Именно

для этого рынка компания выпус тила модули с поддержкой про цессоров Intel ATOM серии E6xx и расширенным температурным ди апазоном. Пресс конференция за кончилась докладом о новой версии гипервизора реального времени LynxSecure 4.0, который поддержи вает процессоры Intel Core i7 и по зволяет запускать на одном мно гоядерном процессоре несколько операционных систем в строго «изо лированных средах». Это позволяет добиться высоких показателей про изводительности и защищённости разрабатываемых систем.

Новости мира News of the World Новости мира Hewlett Packard и Hynix объединились для производства мемристоров История мемристоров началась в далё ком 1971 г., когда профессор Леон Чуа создал теорию этого компонента. Без ма лого четыре десятилетия учёные считали мемристор чистой теорией, пока в лабо ратории Hewlett Packard не был создан первый чип на резисторах памяти. И толь ко в августе этого года HP удалось за ключить соглашение с компанией Hynix Semiconductor о доработке и дальнейшем производстве этих компонентов – и со здании реальной угрозы для флэш нако пителей. Стэн Вильямс (Stan Williams), старший научный сотрудник HP Labs, выразил уве ренность в том, что новая технология име ет все шансы стать альтернативой не толь ко флэш технологии, но и остальным решениям, включая магнитные жёсткие диски и даже более производительные DRAM и SRAM. Разумеется, революция не

произойдёт в мгновение ока, учёным предстоит проделать ещё немало работы, и на рынке потребительские продукты на мемристорах окажутся, по оценке господи на Вильямса, не раньше 2013 г. Зато до стоинств у новой технологии не перечесть: при цене, сравнимой с ценой флэш памя ти, она обеспечивает вдвое большую плот ность данных, в десять раз меньшее по требление энергии, а также беспрецедент но высокую скорость записи и чтения информации. При поддержке компании Hynix шоковая революционная терапия сменится плавным эволюционным развитием, мемристорные накопители смогут использовать те же про токолы и те же коннекторы, что и флэш. Разумеется, первыми плоды успеха пожнут разработчики, а в дальнейшем лицензию на производство памяти нового типа полу чат другие компании. О конкретных про дуктах Стэн говорить не стал, он просто уточнил, что мемристорную память полу чат все устройства, пользующиеся сегодня флэш. http://www.engadget.com/

ма на таком дисплее выглядит ярче и на сыщеннее. В режиме, когда подсветка светодиода ми отключена, дисплей может отображать только чёрно белое изображение за счёт отражения естественного света. В этом случает энергию использует только MEMS затвор, чьё потребление крайне низко.

На открывшейся в Японии CEATEC 2010 компания Hitachi Displays представила про тотип дисплея на MEMS. Устройство ис пользует технологию компании Pixtronic и может работать в трёх режимах: прозрач ном, рефлексивном и полупрозрачном. Дисплей состоит из отражающей подлож ки, цветных светодиодов и MEMS затвора. Такая конструкция, за счёт высокой ско рости работы затвора, позволяет обойтись без светофильтров, чётко дозируя свето вой поток от светодиодов и значительно снижая энергопотребление (до 50% против обычных LCD). Кроме этого, цветовая гам

72

WWW.SOEL.RU

В полупрозрачном режиме с помощью затвора происходит смешивание естест венного света и подсветки LED. Компания планирует начать производство таких дисплеев к концу 2011 г. для мобильных те лефонов, планшетов и других устройств с диагональю экрана до 10 дюймов. Пред ставленный прототип 2,5 дюймового дис плея имеет разрешение 320 × 240 точек с шагом между пикселями 163 мкм и 120% цветового охвата по стандарту NTSC. http://techon.nikkeibp.co.jp СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Hitachi анонсировала цветной MEMS дисплей

СОБЫТИЯ

Российская неделя электроники 2010

В «Российской неделе электроники» приняли участие выставки: «Производ ство электроники» – оборудование, технологии, материалы для производ ства изделий радиоэлектронной тех ники; ChipEXPO – электронные компо ненты и микроэлектроника; DISPLAY – средства и системы отображения ин формации; Mobile&Wireless – мобиль ные и беспроводные технологии свя зи; «Промышленная и встраиваемая электроника» – средства автоматиза ции, электронные модули и системы для жёстких условий эксплуатации; «Потенциал» – экспозиция вузов – под готовка кадров для радиоэлектронного комплекса; «Другая электроника» – вер нисаж удивительных решений. Кроме того, были организованы отдельные экспозиции: «Комплексы отечествен ного технологического оборудования», «Оборудование спутниковой навига ции, модули и электронные компонен ты», «Современные системы освеще ния», а также сводная экспозиция «Луч шие изделия российской электроники и микроэлектроники 2009/2010 гг.». На открытии выставки и пресс кон ференции «Технологическая модер низация – основа повышения конку

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

рентоспособности радиоэлектронной промышленности» присутствовали члены Оргкомитета мероприятия: ру ководители Министерства промыш ленности и торговли РФ, Комитета по промышленности Госдумы ФС РФ, представители Министерства оборо ны РФ, администраций Москвы и Мос ковской области, Федерального агент ства по атомной энергии, Федерального космического агентства, ГК «Ростехно логии», Российской академии наук, ру ководители ряда ведущих предприя тий отрасли. Председатель оргкомитета – замес титель Министра промышленности и торговли Российской Федерации Бо рисов Ю.И. – сказал на открытии вы ставки: «Комплекс выставок, входящих в состав “РНЭ”, отражает наши общие усилия по обеспечению мер государ ственной поддержки отрасли, реше нию задач импортозамещения, росту кадрового потенциала отрасли, разви тию частно государственного парт нёрства, совершенствованию матери ально технической базы разработки и производства электроники. “РНЭ” бу дет способствовать продвижению про дукции отечественных предприятий

WWW.SOEL.RU

на внутреннем и мировом рынках, уве личению объёмов реализации отечест венной электронной продукции и уменьшению доли импортных состав ляющих в производстве радиоэлек тронных изделий». Заместитель Руко водителя Федерального космического агентства Пономарёв С.А в своём вы ступлении отметил значимость «Рос сийской недели электроники», так как она способствует развитию радиоэлек тронной промышленности, а Роскос мос как никто другой заинтересован в отечественной компонентной базе для создания современных космических аппаратов. В ходе церемонии торжественного открытия выставки также слова при ветствия произнесли: заместитель ру ководителя Департамента радиоэлек тронной промышленности Министе рства промышленности и торговли Российской Федерации Суворов А.Е., директор департамента развития на учно производственной базы ядерно го оружейного комплекса Власов С.Е., начальник службы по активам радио электронного комплекса ГК «Ростех нологии» Якунин А.С., префекты адми нистративных округов города Москвы и руководители ведущих предприятий отрасли. По предварительным данным, вы ставки и деловую программу «Российс кой недели электроники» посетило около 20 000 специалистов предприя тий ВПК, энергетики, приборострое ния, связи и телекоммуникаций, авиа ционно космической и судостроитель ной промышленности, транспорта, городского хозяйства. www.RussianElectronicsWeek.ru Тел.: (495) 221 5015

73

© СТА-ПРЕСС

С 26 по 28 октября 2010 г. в Москве а ЦВК «Экспоцентр» на Красной Пресне в павильонах № 3 и «Форум» с успехом прошла «Российская неделя электроники» – комплекс специализированных мероприятий, включающих в себя семь выставок и более 20 конференций и семинаров по разработке, производству, поставке компонентов и модулей радиоэлектронной аппаратуры, подготовке инженерных кадров, продвижению продукции радиоэлектронного комплекса на отечественном и зарубежном рынках. Главная задача «Недели» – способствовать инновационному развитию страны через возрождение отечественного электронного комплекса.

СВОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА ЗА 2010 ГОД

№ журнала

СТАТЬЯ РЫНОК Новости российского рынка

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Размышления по итогам конференции «Российский рынок микроэлектроники. Перспективы развития» Марк Новодачный Консолидация архитектур на рынке микроконтроллеров: пожелания, реальность и прогнозы Пётр Павлов Программируемая радиоэлектроника – важный фактор инновационного обновления России Владимир Бартенев Быстрая поставка индивидуально изготовленных передних панелей Вальдемар Руф

4

Матричные фоточувствительные приборы производства «НПП “ЭЛАР”»

8

5 7 8

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Реализация преимуществ интерфейса Bluetooth во встроенных системах Пётр Павлов Технологические особенности производства мощных светодиодов и светодиодных матриц Евгений Горелик, Йозеф Шмидль, Дэн Эванс Возможности смешанной технологии монтажа компонентов Александр Серёгин, Максим Антонов Применение лазерных технологий в электронике Анна Кудрявцева Обеспечивающие технологии электроники: охлаждение встроенных систем Антон Реут Развитие мобильного цифрового вещания стандарта DVB0H в России Антон Евсюков, Александр Тумачек Инновационные технологии пайки: парофазная пайка Александр Серёгин, Максим Антонов Лазерная сварка: преимущества, спектр применений, оборудование Анна Кудрявцева

1

Система NPM0DSP компании Panasonic Factory Solutions формирует путь бездефектного производства

8

Суперкомпьютеры в нанотехнологиях Наталия Раус Разработка технологии изготовления металлизированных подложек для изделий силовой электроники Юрий Непочатов, Гуго Дейс, Александр Богаев, Александр Каширин, Александр Шкодкин

9

1 3 3 4 5 6 8

9

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ

74

WWW.SOEL.RU

1 1 1 1 2 2 2 3 3, 4 3 3 3 3 4 4 4 4 4

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Особенности схемотехники ИС драйверов светодиодов RGB Игорь Безверхний Источники питания для медицинского оборудования: тенденции, проблемы и методы проектирования Питер Блит Аналог тензорезистивного преобразователя на эффекте Холла Александр Драпезо, Вячеслав Ярмолович, Алексей Лосев, Игорь Буслов, Валерий Бауткин Дифференциальный волоконно0оптический вибродатчик Антон Щевелев, Татьяна Мурашкина, Олег Граевский, Юрий Макаров Перспективы использования химических источников тока для электропитания автономной радиоэлектронной аппаратуры Евгений Нижниковский Мощные усилительные паллеты для модулей АФАР Игорь Семейкин, Владимир Кожевников, Сергей Грищенко Современные микросхемы управления двигателями постоянного тока фирм ROHM и Toshiba Юрий Петропавловский Применение квалифицированных полупроводниковых некорпусированных кристаллов при разработке систем в корпусе Николай Данилин, Димитр Димитров, Ильяс Сабиров Высокочастотные преобразователи для питания линий связи большой протяжённости Владислав Пржегорлинский, Сергей Сергеев, Дмитрий Богословский Особенности и параметры интеллектуальных силовых модулей фирм Fuji и Semikron Юрий Петропавловский Микромодули стабилизаторов напряжения и тока фирмы Linear Technology Игорь Безверхний Новое поколение низкопотребляющих микроконтроллеров MSP430 Михаил Дмитриев TFT – теория и практика Евгений Рахно Малогабаритные COM0изделия и другие модули формата microETXexpress Дмитрий Афонин, Леонид Акиншин Построение отказоустойчивых систем электропитания с использованием современных AC/DC0преобразователей Александр Гончаров, Константин Степнев, Олег Негреба Применение датчиков Холла во внутритрубных диагностических снарядах магистральных нефтепроводов Игорь Буслов, Валерий Бауткин, Александр Драпезо, Вячеслав Ярмолович Твердотельные реле для высоконадёжных применений Владимир Федосов Волоконно0оптический датчик давления Александр Котов, Юрий Макаров, Анатолий Гориш, Елена Бадеева, Антон Щевелёв, Александр Пивкин

СВОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА ЗА 2010 ГОД

№ журнала

СТАТЬЯ ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Силовые полевые транзисторы STMicroelectronics Андрей Бреднев FirmASIC: новое направление, новые рынки, новые возможности! Артём Козлов Отечественные микроконтроллеры нового поколения Дмитрий Гаманюк Экономичные микросхемы для SMPS фирм Sanken и Power Integrations Юрий Петропавловский ПЛИС серии CYCLONE с встроенными аппаратными трансиверами Владимир Вычужанин Развитие датчиков СВЧ#диапазона Василий Юрченко SoC#процессоры как гибкая альтернатива ASIC и процессорам общего назначения Николай Кольский Уменьшение потерь электроэнергии в сетевых помехоподавляющих фильтрах в дежурном режиме Игорь Безверхний Малоизвестные демонстрационные наборы фирмы Actel Евгений Котельников Радиационно#стойкие электронные компоненты BAE Systems в России Александр Попович Программаторы для микросхем, используемых в аппаратуре специального назначения Валерий Бауткин, Игорь Буслов, Евгений Линьков Computer#On#Module: третий уровень интеграции электронных компонентов Пётр Павлов Современные драйверы светодиодов подсветки ЖК#дисплеев фирмы Maxim Юрий Петропавловский Микросхемы памяти BAE Systems Александр Попович Операционные усилители с нулевым дрейфом Реза Могими Особенности и параметры светодиодов фирмы Kingbright Юрий Петропавловский Активно#матричные жидкокристаллические дисплеи для применения на транспорте Валерий Бауткин, Александр Березовик, Сергей Высоцкий Режим Flash*Freeze ПЛИС Actel Евгений Котельников Дифференциальный волоконно#оптический преобразователь угловых перемещений Елена Бадеева, Антон Щевелёв, Ольга Юрова, Юрий Макаров, Анатолий Гориш Микросхема контроллера оптоэлектронного пожарного извещателя UIC7001CP Денис Адамов, Олег Сомов Микроконтроллеры на основе ядер ARM: широкое масштабирование аппаратных возможностей в рамках программной совместимости Марк Новодачный Твердотельные алюминиевые и танталовые конденсаторы с полимерным электролитом производства компании Sanyo Лев Мисожников, Александр Павлов, Валерий Бауткин Драйвер мощных светодиодов на базе контроллера NCL30000 фирмы ON Semiconductor Ирина Ромадина Новая флэш#память eMLC – вход на рынок корпоративных продуктов для SSD Андрей Филатов

4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

1 3 3 4 4 6 6 7 7 8 8 9 9

75

© СТА-ПРЕСС

Двухчастотные генераторы серии DGSR для измерения интермодуляционных искажений Виктор Безруков, Владимир Алексеенков Интерфейс USB во встраиваемых системах: применения, достоинства, ограничения, перспективы Пётр Павлов Цифровой запоминающий осциллограф Auris В#424 с интерфейсами Ethernetи USB 2.0 Николай Левкович, Сергей Семенович, Игорь Стецко, Олег Тягунов Имитаторы качества электрической энергии систем электроснабжения Сергей Гудков Объединительные платы и системы Hartmann Elektronik Елена Жмуровская, Марина Блюм Лазерные системы для управления транспортными средствами и робототехникой Евгений Старовойтов Цифровая камера миссии «ЧИБИС#М» Андрей Бондаренко, Игорь Докучаев, Владимир Котцов Обзор рынка многоканальных терморегуляторов Сергей Шишкин Встраиваемые приложения на примере процессоров Intel Core i3/i5/i7 Леонид Акиншин Новый тепловизор Fluke TiS: теперь тепловидение стало доступным! Александр Бардаков Шумомер для промышленных условий эксплуатации МАНОМ#2М Дмитрий Ромашко, Игорь Стецко, Юрий Голубев Изделия PC/104 родом из Швейцарии Леонид Акиншин, Александр Ковалёв Безопасная и надёжная электроэнергия Владимир Шевченко

СВОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА ЗА 2010 ГОД

№ журнала

СТАТЬЯ ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Бюджетный агент SNMP для корпоративных систем управления Александр Елисеев Нестандартное использование контроллера Intel 80C32 Евгений Калугин Построение ячеек питания в формате 6U Алексей Карих Самосинхронизирующиеся коды и их преобразователи Сергей Гончаров, Геннадий Шишкин Блок управления для приводов с шаговыми двигателями на базе микроконтроллера Atmel Сергей Шишкин Генератор синусоидального напряжения на микросхеме DDS Валентин Сокол Контроллер для светофора Сергей Шишкин Мощные источники регулируемого тока на операционных усилителях Георгий Волович Практика применения в сварочных инверторах драйверов мощных МОП) и IGBT)транзисторов Сергей Петров АЦП на микроконтроллере ATMEGA8535 с системой бесперебойного питания Сергей Шишкин Об использовании двухтактного преобразователя с дросселем переменного тока в качестве сварочного инвертора Сергей Петров Система обогрева на базе измерителя)регулятора ТРМ202 и микроконтроллера ATMEL Сергей Шишкин Коррекция загружаемого кода в генераторе синусоидального напряжения на микросхеме DDS)синтезатора Валентин Сокол Сверхмощные импульсные блоки питания: выбор концепции Саркис Эраносян, Владимир Ланцов Последовательный анализатор спектра ОНЧ)диапазона на динамически реконфигурируемой ПАИС Алексей Галахов Снижение энергии потерь в ключевых элементах преобразователей Игорь Воронин, Павел Воронин Разрядная цепь последовательного вида для спаренных абонентских линий Игорь Автушенко, Андрей Беляков Связанные индуктивности расширяют применение DC/DC)преобразователей Джефф Фэйлин

1 1 2 2, 3 2 3 3 5 5 5 6 6 7 8 9 9 9 9

НАДЁЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО Увеличение радиационной стойкости аналого)цифровых компонентов микроэлектронных систем Олег Дворников, Виталий Гришков, Ольга Громыко

5

76

1

Современные методы функциональной верификации цифровых HDL)проектов: методология ABV, библиотеки OVL и QVL Алексей Рабоволюк

1

MathSpice – аналитический PSpice)движок для OrCAD и MicroCAP. Часть 6. Расчёт цепей переменного тока в MathSpice Олег Петраков

1

Проектирование зеркальной антенной системы со спиральным облучателем Андрей Пластиков, Нури Фейзулла

2

Проектирование СВЧ)генератора, управляемого напряжением Виталий Романюк

2

Переходные процессы в сварочных инверторах Дмитрий Борисов, Вадим Бардин

2

Оценка энергопотребления комбинационных блоков заказных КМОП СБИС на основе логического моделирования Пётр Бибило

2

MathSpice – аналитический PSpice)движок для OrCAD и MicroCAP. Часть 7. Расчёт цепей переменного тока в MathSpice Олег Петраков

2

Источники сигналов с априорно заданными статистическими характеристиками Роман Антипенский

3

MathSpice – аналитический PSpice)движок для OrCAD и MicroCAP. Часть 8. Расчёт переходных процессов в нелинейных цепях Олег Петраков

3

MathSpice – аналитический PSpice)движок для OrCAD и MicroCAP. Часть 9. Расчёт функциональных схем в MathSpice Олег Петраков

4

MathSpice – аналитический PSpice)движок для OrCAD и MicroCAP. Часть 10. Трансляция результатов из MSpice в другие САПР Олег Петраков

5

Параллельное соединение преобразователей постоянного тока Валерий Мелешкин, Светлана Шипаева

7

Обзор новой версии САПР печатных плат OrCAD 16.3 Анатолий Сергеев

7

Altium Designer – Обеспечение целостности сигнала на печатной плате Алексей Сабунин

8

Российская система проектирования ИС АВОКАД Денис Адамов, Сергей Кокин, Сергей Макаров, Владимир Стешенко, Владимир Перминов

9

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Выбор параметров и режимов работы МОП)транзисторов при схемотехническом моделировании аналоговых IP)компонентов. Часть 2. Методика начального схемотехнического моделирования Олег Дворников, Виталий Гришков

СВОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА ЗА 2010 ГОД

№ журнала

СТАТЬЯ ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ATO: конфигурируемый шкаф Вальдемар Руф

6

ПРОГРАММИРОВАНИЕ Антиотладочные приёмы для 8 битных микроконтроллеров AVR Николай Баландин

1

Внутрисхемная отладка для микроконтроллеров ADUC Дмитрий Онышко

1

Перспективы применения архитектуры CUDA для решения задач реального времени в системах подвижной связи Александр Тумачек

2

Применение микроконтроллера AVR32UC3. Модуль Ethernet MAC Вячеслав Бородулин, Александр Шитиков

2

Разработка приложений на базе операционной системы реального времени RTEMS Николай Баландин, Александр Крапивный

3

Способ защиты программного обеспечения микроконтроллеров Сергей Шишкин

4

Отладка приложений и настройка параметров конфигурации операционной системы реального времени RTEMS Николай Баландин, Александр Крапивный

5

Повышение эффективности децентрализованных алгоритмов обеспечения безопасности Александр Мартынов, Дмитрий Николаев, Виктор Фомченко

6

Современная среда разработки mikroC для программирования микроконтроллеров на языке высокого уровня Си Олег Вальпа

6, 7, 8

Средство безопасной загрузки программных модулей Владимир Аникеев, Михаил Марунин, Андрей Точилин, Олег Жердин

7

Средства разработки программного обеспечения для процессора RAD750 Александр Попович

8

Интерфейс VJTAG для отладочной платы DK START 3C25N Алексей Гребенников

9

Пакет программ RealView Keil для программирования ARM микроконтроллеров Кирилл Дорофеев, Сергей Копытин

9

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Адаптивные фильтры и их приложения в радиотехнике и связи Виктор Джиган

1, 2, 3

Эффективность алгоритмов объединения квадратурных каналов Владимир Бартенев

2

Низкочастотное проявление поверхностного эффекта в звуковых кабелях Александр Майстренко

3

Адаптивное цифровое устройство компенсации нелинейности амплитудной характеристики усилителя мощности Наталия Гудкова

4

Новый способ оценки доплеровской разности фазы Владимир Бартенев

5

Модификация алгоритма синтеза цифровых фильтров на основе фазовых цепей с конечной длиной слова коэффициентов Александр Мингазин

5

Новый способ помехоустойчивого кодирования Сергей Гончаров, Анатолий Силаев, Геннадий Шишкин

6

Эффективное использование умножителей при реализации цифровых фильтров дециматоров Михаил Григорян

7

Цифровой прецизионный узкополосный фильтр Наталья Гудкова

7

Синхронизация псевдослучайных последовательностей на практике: задача распознавания Мария Беляева

9

Семинар компании Mentor Graphics

1

7 мая – День радио (110 лет детекторному приёмнику) Владимир Бартенев

4

2010 год новый этап развития рынка ВКТ

5

Выставки «ЭкспоЭлектроника» и «ЭлектронТехЭкспо» празднуют успех!

5

80 летний юбилей одного из ведущих технических университетов страны Сергей Смольский, Евгений Богатырёв

6

Семинар компании Mentor Graphics по проектированию систем на печатных платах

6

Рынок ВКТ 2010 2011 – вектор на развитие перспективных технологий

9

Российская неделя электроники 2010

9

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

WWW.SOEL.RU

77

© СТА-ПРЕСС

СОБЫТИЯ

Клеммы и соединители для печатных плат

Реклама

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ WAGO

Тел.: (495) 234 0636 • Факс: (495) 234 0640 • info@prosoft.ru • www.prosoft.ru

Ни байта врагу! ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ НАКОПИТЕЛИ для ответственных применений

Безопасность ■ ■ ■

Быстрое стирание данных QErase Уничтожение данных SErase Защита от записи

Производительность ■ ■

Скорость чтения до 175 Мбайт/с Скорость записи до 90 Мбайт/с

Надёжность ■

■

Расширенный температурный диапазон –40...+85°С Конформное покрытие

78

WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2010

© СТА-ПРЕСС

Тел.: (495) 234 0636 • Факс: (495) 234 0640 • E mail: info@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru

Реклама

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ INNODISK

Уважаемый читатель! Число бесплатных подписчиков журнала «Современная электроника» неуклонно растёт, соответ ственно растёт и число рассылаемых по почте журналов. Безусловно, нам приятно осознавать рост чи тательского интереса к нашему журналу. Но вместе с тем, всё больше подписчиков сообщают нам о фактах пропажи журнала на почте или из почтового ящика. Редакция гарантирует только отправку журнала бесплатному подписчику, но не может гарантиро вать его доставку. Риск пропажи журнала можно уменьшить. Во первых, можно обратиться в отдел доставки вашего почтового отделения и оформить получение журнала до востребования. Во вторых, можно оформить платную подписку на журнал, и в этом случае почта будет нести ответственность за его доставку.

Преимущества платной подписки: • подписаться может любой желающий, тогда как бесплатная подписка оформляется только для спе циалистов в области электроники. Поступающие в редакцию подписные анкеты тщательно обраба тываются, и часть их отсеивается; • журнал будет гарантированно доставлен, тогда как при бесплатной подписке редакция гарантиру ет только отправку, но не доставку журнала; • эту подписку могут оформить иностранные граждане.

«Роспечать» Оформить платную подписку можно в почтовом отделении через агентство «Роспечать». Тел.: (495) 921 2550. Факс: (495) 785 1470 Подписаться можно как на 6 месяцев, так и на год. Подписные индексы по каталогу агентства «Роспечать»: на полугодие – 46459, на год – 36280. Кроме того, можно оформить платную подписку через альтернативные подписные агентства.

«Артос ГАЛ» тел.: (495) 981 03 24, 788 39 88 ● artos gal@mail.ru

«Интер Почта 2003» тел./факс: (495) 500 0060; 788 0060 ● interpochta@interpochta.ru ● http://www.inter pochta.ru

«Орикон М» тел./факс: (495) 937 4959, 937 4958 ● oricon@sovintel.ru

«Урал–Пресс» тел./факс: (495) 789 8636 ● http://www.ural press.ru

«МК Периодика» тел.: +7 (495) 672 7012; 681 8747 ● факс: +7 (495) 306 3757 ● info@periodicals.ru

© СТА-ПРЕСС

Читатели из дальнего зарубежья могут оформить подписку через агентство

№ 8 2010 Уважаемые читатели! Редакция журнала «Современная Электроника» информирует вас о новом порядке подписки на журнал. Начиная с 2010 г., подписка будет действи тельна в течение одного календарного года. В конце каждого календарно го года необходимо переоформлять подписку на следующий год.

ДЛЯ ГАРАНТИРОВАННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЖУРНАЛА вы можете оформить платную подписку на журнал в любом почтовом отделении по каталогу «Роспечать» (подписные индексы: на полугодие – 46459, на год – 36280) или через другие подписные агентства (см. полную информацию на сайте журнала http://www.soel.ru/subscribe/podpiska.aspx).

ПРЕДЛАГАЕМ ВАМ ОФОРМИТЬ ПОДПИСКУ НА ЖУРНАЛ «СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА» НА 2011 Г. ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПЛАТНОЙ ПОДПИСКИ на 2011 г. заполните анкету, расположенную ниже, и отправьте её по факсу (495) 232 1653 или по адресу 119313, Москва, а/я 26. Вы также можете заполнить анкету на сайте журнала «Современная электроника»: www.soel.ru. Обращаем ваше внимание, что редакция оформляет бесплатную подписку только для квалифицированных специалистов, аккуратно и полностью за полнивших анкету. Поля, отмеченные *, обязательны для заполнения.

Идентификационный номер подписчика:

Фамилия: * _____________________________________________________ Имя: * __________________________________________________________ Отчество: ______________________________________________________ Предприятие: * __________________________________________________ Должность: * ____________________________________________________ Отдел: _________________________________________________________ Телефон: * ______________________________________________________ Пример: +7 495 1234567

Адрес предприятия Почтовый индекс: * _______________________________________________ Город, район, область: * ___________________________________________ Адрес: * ________________________________________________________ _______________________________________________________________ Почтовый адрес для доставки журнала (заполняется, если отличается от адреса предприятия) Почтовый индекс: ________________________________________________ Город, район, область: ____________________________________________ Адрес для доставки журнала: ______________________________________ _______________________________________________________________

Факс: *_________________________________________________________ E mail: * ________________________________________________________ Веб сайт: ______________________________________________________

Тип вашей должности: ❑ Руководитель/менеджер высшего звена ❑ Руководитель отдела, группы, участка, … ❑ Менеджер по закупкам/снабжению ❑ Технический руководитель проекта

Область деятельности вашей организации*: ❑ Телекоммуникации, связь ❑ Автомобильная промышленность ❑ Авиация, космонавтика, ВПК ❑ Бытовая электроника ❑ Системы безопасности ❑ Торговое оборудование ❑ Энергетика ❑ Вычислительная техника

Вид деятельности вашей организации*: ❑ Системная интеграция ❑ Производство мелкосерийное ❑ Производство крупносерийное ❑ Торговля оптовая

Укажите номер из двух чисел, напечатанный на адресной наклейке конверта, в котором вы получаете журнал, – это ускорит обработку анкеты.

❑ Инженер%разработчик ❑ Инженер по технической поддержке/обслуживанию ❑ Преподаватель, научный сотрудник, аспирант ❑ Другой ______________________________

❑ Приборостроение ❑ Медицина ❑ Системы отображения информации ❑ Промышленная автоматизация ❑ Силовая электроника ❑ Транспорт ❑ Автоматизация зданий, умный дом ❑ Светотехника ❑ Другое ______________________________________________________ ❑ Торговля розничная ❑ Научные исследования ❑ Опытно%конструкторские разработки ❑ Образование ❑ Другое ____________________________________________________

Вы рекомендуете, принимаете решение о применении или закупаете следующие компоненты: ❑ Цифровые микросхемы и микропроцессоры ❑ Аналого%цифровые компоненты ❑ Пассивные и дискретные компоненты ❑ Аналоговые компоненты ❑ Силовые компоненты ❑ СВЧ%компоненты

❑ Электромеханические компоненты ❑ Изделия полупроводниковой светотехники ❑ Оптоэлектронные компоненты ❑ Устройства отображения информации ❑ Компоненты для телекоммуникаций и связи ❑ Другое ____________________________________________________

❑ До 10 чел. ❑ 10 – 50 чел. ❑ 50 – 100 чел. ❑ Более 100 чел. ❑ Более 1000 чел.

© СТА-ПРЕСС

Количество сотрудников в вашей организации:

Полная линейка приборных корпусов асPRO —

Технология Euroр ГАЛАКТИКА

ВОЗМОЖНОСТЕЙ

CompacPRO

PropacPRO

RatiopacPRO

Простой и удобный переносной корпус

Прочный переносной корпус с системой электромагнитного экранирования

Универсальный корпус для любых применений

■ ■ ■ ■ ■

Разнообразные конфигурации Идентичные передняя и задняя рамки Простота сборки – компоненты фиксируются с внешней стороны Высокая прочность и надежность Привлекательная цена

■ ■ ■ ■ ■ ■

Разнообразные конфигурации Привлекательный дизайн Прочная литая передняя рамка Возможность электромагнитного экранирования Может использоваться для медицинского оборудования

■ ■ ■

Настольное, переносное или стоечное исполнение Произвольные размеры и разнообразные конфигурации Возможность электромагнитного экранирования Эффективные системы охлаждения

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ SCHROFF

Реклама

МОСКВА С.2ПЕТЕРБУРГ ЕКАТЕРИНБУРГ САМАРА НОВОСИБИРСК КИЕВ УФА КАЗАНЬ ОМСК ЧЕЛЯБИНСК КРАСНОДАР Н. НОВГОРОД

Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.: Тел.:

(495) 234+0636 • Факс: (495) 234+0640 • E+mail: info@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (812) 448+0444 • Факс: (812) 448+0339 • E+mail: info@spb.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (343) 376+2820 • Факс: (343) 376+2830 • E+mail: info@prosoftsystems.ru • Web: www.prosoftsystems.ru (846) 277+9166 • Факс: (846) 277+9165 • E+mail: info@samara.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (383) 202+0960; 335+7001/7002 • E+mail: info@nsk.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (+380+44) 206+2343/2478/2496 • Факс: (+380+44) 206+2343 • E+mail info@prosoft+ua.com • Web: www.prosoft.ru (347) 292+5216/5217 • Факс: (347) 292+5218 • E+mail: info@ufa.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (843) 291+7555 • Факс: (843) 570+4315 • E+mail: info@kzn.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (3812) 286+521 • E+mail: omsk@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (351) 239+9360 • E+mail: chelyabinsk@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (861) 224+9513 • Факс: (861) 224+9513 • E+mail: krasnodar@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru (831) 215+4084 • Факс: (831) 215+4084 • E+mail: n.novgorod@prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru

© СТА-ПРЕСС

реклама

9/2010 Реклама

2010

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

www.soel.ru © СТА-ПРЕСС

9