ZMDI Articles Brochure 052014

pink is the new green

速

enabling energy efficient solutions

ZMDI - Interviews and Articles 2013 and 2014

May 2013 March EEWeb Pulse Issue 98 May 14, 2013 USA

May 2013 March Electronic Industry May 1st, 2013 USA

by Herman Neufeld

1 Energy-Saving Initiative

SPonSored By

3 Energy-Saving Initiative

an electronic products special series

an electronic products special series

What’s Behind Digital Power Control?

involved than those for analog controllers.

Consider, for instance, a fast-occurring 20-a load step at an output voltage of 1 V. at this low voltage, a 200-mV deviation on the output (20%) may be unacceptable for many applications. resorting to adding more output capacitance on the board in order to minimize output voltage deviations unnecessarily burdens the bill of materials cost while it also slows down the converter’s response.

With a digital controller, implementing advanced transient response algorithms, such as ZmdI’s State-law Control, reduces expenses while improving transient response.

It is also important to know that the lC filter on the output of a dC/dC converter does not exhibit real poles that can be compensated for by the error amplifier’s compensation network. The poles are actually complex, and their position depends on the Q factor of the filter. an unconditionally stable converter can be designed with an analog controller, but at the expense of performance that can easily be obtained from a digital controller. Just imagine having a converter with feedback and feed-forward networks that adapt continuously to your converter’s operating conditions.

This is what is achieved with digital power control.

By Herman neufeld Senior member of the Technical Staff at ZmdI herman.neufeld@zmdi.com

l

ike any new technique that is introduced in the market, digital power control must first prove that it offers important advantages over state-of-the-art analog techniques. In this vein, the first and foremost issue to be addressed is the price, and the secondary considerations are converter size, performance and efficiency. This article covers these issues and also discusses digital power control from a broad standpoint.

What is digital power? digital power, as the term implies, is a technique used for converting power via digital control means. Instead of using analog components, such as operational amplifiers and comparators, it uses a digital controller. Both control techniques are designed to ensure that the power stage switches at the right moment in every switching cycle in order to properly regulate the output voltage. deviations from the correct switching instant lead to deteriorating performance, instabilities, and in extreme cases to malfunction of the load that is being powered. Therefore, performance—not just price—should be something to closely consider. In fact, one of the major differentiators between digital and analog power control is performance.

Cost for the typical power supply designer, analog technology has been proven to deliver good and efficient power converters. So why change? Why spend more money on a digital controller?

What is clearly overlooked here is that not all converter applications require a digital controller. Take, for example,

a converter that is required to produce 5 V at 1 a. In this case, analog control is the best choice—a conclusion based purely on price. There are also many analog controllers available on the market. as a rule of thumb, one could state that analog control is the preferred choice for converters with output voltages above 3 V and currents below 10 a. digital controllers are not meant to compete against these analog controllers, especially when price is important and analog performance is

the settings on the controller and issue PmBus commands to change them. The equivalent of an aSIC can also be realized by modifying the firmware in order to meet the customer’s needs. This, however, is done by the IC manufacturer. The cost savings compared to an analog aSIC are achieved because the IC itself does not change. further reductions in cost can be achieved via a fully automated production process that is possible with a digital controller. The converter can be programmed,

Fig. 1: Configuration setup for the ZSPM1000 digital controller.

perfectly adequate for the application.

However, for a fast-growing market of servers, routers, switches and embedded controls, the converters that power these applications require a much higher level of performance than analog controllers can offer. loads such as field-programmable gate arrays (fPGas), processors, memory banks and similar digital blocks need to interact with the converter feeding them. analog controllers with a digital interface are also available on the market, but, they are not as flexible as digital controllers when requirements change. aSICs also require development time and cost.

With a digital controller, such as ZmdI’s ZSPm1000, the user is able to configure

tested, and calibrated without the need for human intervention. design time also needs to be factored into the cost of the converter. When using a digital controller, the converter design does not need to be done by a power supply specialist. It can be done by the very same digital hardware design engineer developing the board. last-minute changes can be quickly implemented because the requirements are programmed into the digital controller, something that can also be done “on the fly.”

Performance The kinds of applications addressed by digital controllers are typically more

Converter size The size of a digital converter will typically differ from that of an analog converter depending on the total number of external components needed in order to address the features required by the load. as far as controller size is concerned, it is important to know that process geometries have become smaller in the past years, allowing digital circuits to benefit from this because they can be scaled down in size much more readily than their analog counterparts. as evidence of this, ZmdI’s high-performance digital PWm controller, the ZSPm1000, comes in a 4 x 4-mm Qfn package.

Small size also means less silicon area and hence lower cost.

Efficiency analog controllers can provide high efficiency over a wide range of output currents by switching between two modes of operation. one is a constant or pseudo-

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power delivered by a digitally controlled converter and the digital controller’s active supply current. The digital controller’s operating current is generally higher than its analog counterpart, but for the

Fig. 2: Comparison of the transient response of a digital controller (pink trace) vs. an analog controller (white trace).

constant frequency mode for continuous conduction of the inductor current, and the other is a pulse-skipping mode for light loads in which the inductor current reaches zero within every switching cycle, and the switching cycle is determined by the droop time of the output capacitors. digital control does this too, but for output voltages of approximately 1 V and currents in the tens of amperes, additional considerations must be addressed in order to minimize conduction losses and save energy via the various standby and sleep-mode techniques. once again, a digital controller becomes the ideal choice because it is able to be programmed in various operating modes. In order to reduce conduction losses, a driver moS or drmoS power stage is also employed to work alongside the digital controller, for example the ZSPm9060 from ZmdI, which can deliver an average current of up to 60a. This part has been optimized to provide a very high efficiency. another aspect that tends to be overlooked by power supply designers is the relationship between the maximum

MAY 2013 • electronicproducts.com • ElEctronic Products

MAY 2013 • electronicproducts.com • ElEctronic Products

SPonSored By

power levels it controls, this current becomes an insignificant fraction of the total power budget.

PoL modules another application that also fits very well for digital control is point-of-load (Pol) modules. Producing dC/dC converter modules requires a high degree of automated production. Variations in module outputs can be easily configured, either via PmBus or via pin-strapping.

The module manufacturer can also tailor the module’s characteristics in order to further optimize it to the load.

Future trends in digital power as the number of digital boards continues to increase and the trend toward more energy-efficient designs continues to dominate, digital power will continue to see a high growth potential in the coming years. Cost savings can be obtained through fast design turnaround times, savings in staff personnel, savings in production costs, and faster time to market. ☐ Advertisement

July 2013 March Handelsblatt July 25th, 2013 Germany

4 TITELTHEMA

DIENSTAG, 23. JULI 2013, NR. 139

2

300

► Die neuen Länder haben den Rückstand nicht aufgeholt.

2015

Schätzung

2017 2016

250

Die Soli-Lüge

Der Soli ist eine reine Abzocke der Steuerzahler durch eine Große Koalition aus Union, Grünen, SPD und der Linken.

Reiner Holznagel, Präsident des Bundes der Steuerzahler

Helmut Kohl: Der damalige Kanzler kündigte 1996 das Ende des Solis an.

sche Förderung Ostdeutschlands nach 2019 beenden. Dann läuft der Solidarpakt II aus. „Manche Regionen in den neuen Ländern stehen wirtschaftlich besser da als Teile der alten Bundesrepublik“, hatte die CDU-Vorsitzende am Wochenende gesagt.

Zur Begründung führte Merkel die Forderung von Thüringens Ministerpräsidentin Christine Lieberknecht (CDU) an, die zu Recht darauf hingewiesen habe, dass nach dem Ende des Solidarpakts II die spezifische Förderung für den Osten in eine Förderung nach regionaler Notwendigkeit umgewandelt werden könnte. Das heißt, dass Merkel diesen Teil des Finanzausgleichs zwar umwidmen, aber grundsätzlich beibehalten will.

Die SPD hat dagegen vor allem Spott für die Regierungskoalition übrig. „Einmal mehr wird mit viel Theaterdonner ein steuerpolitisches Fass aufgemacht“, kommentierte Fraktionsvize Joachim Poß die schwarz-gelbe Debatte über die Abschaffung des Solidaritätszuschlags. Die Rollen bei diesem „Uralt-Stück“ seien wohlbekannt: Die FDP versuche mit einer Soli-Diskussion im Sommerloch Anlauf für den Sprung über die Fünfprozenthürde bei der Bundestagswahl am 22. September zu nehmen.

Was Poß nicht erwähnte: SPD-Ministerpräsidenten scheuen sich nicht, die Erhebung des Zuschlags über das Jahr 2019 hinaus zu fordern. So hatte NRW-Ministerpräsidentin Hannelore Kraft schon in der vergangenen Woche deutlich gemacht, dass sie es für gerechtfertigt hält, nach 2019 einen neuen Sonderfonds zu beginnen. Die Strukturförderung sei jedoch auf das Prinzip „Bedürftigkeit statt Himmelsrichtung“ umzustellen. „Dies wird auch im Rahmen der Verhandlungen für einen neuen Länderfinanzausgleich eine Rolle spielen“, sagte Kraft.

Hamburgs Erster Bürgermeister Olaf Scholz wirbt ebenfalls seit längerem dafür, den Solidaritätszuschlag als „Ergänzungsabgabe“ auch nach 2019 durch den Bund zu erheben.

Ganz anders hingegen der Präsident des Bundes der Steuerzahler, Reiner Holznagel.

Angesichts von Rekordsteuereinnahmen sei ein Festhalten am Soli „reine Abzocke der Steuerzahler durch eine Große Koalition aus Union, SPD, Grünen und der Linken“.

Heike Anger, Michael Brackmann, Dorit Heß, Jens Münchrath, Thomas Sigmund

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2013 2012 2011

200

2010 2009 2007 2006

150

2006 2005 2004 2003 100

2002 2001 2000 1999 1998

50

1997 1996 1995 1992 1991

0

Erzielte und erwartete Einnahmen durch den Solidaritätszuschlag Amtliche Daten des Bundesfinanzministeriums

2012 Aufkommen aus dem Solidaritätszuschlag 13,6 Mrd. € An die neuen Bundesländer1 10,8 Mrd. € davon Förderprogramme des Bundes2 3,5 Mrd. €

20

im Zeitraum 2005 bis 2019

207,8 Mrd. €

A

ls Vorsitzender der FDP-Bundestagfraktion hat Hermann Otto Solms den Soli 1995 wieder miteingeführt – heute streitet der Vizepräsident des Deutschen Bundestags für seine Abschaffung. Das Argument des 72-Jährigen: Die Abgabe war zur Finanzierung der Einheit zeitlich befristet angelegt.

Schätzung

Aufkommen

15

105,4 Mrd. € Zuweisungen an die neuen Bundesländer

Herr Solms, die Kanzlerin will den Solidaritätszuschlag über 2019 hinaus beibehalten.

Die Bürger haben erwartet, dass die Steuer nicht endlos weiter erhoben wird. Muss man da nicht von einer Soli-Lüge sprechen?

Solms: Der Vorstoß führt zu einem Vertrauensbruch gegenüber den Wählern. Die Bürger haben fest damit gerechnet, dass der Soli in einem überschaubaren Zeitraum entfällt. Das wäre jetzt in weite Zukunft gerückt, sollte sich die Union hier durchsetzen.

10

50,7 Mrd. €

Förderprogramme in den neuen Bundesländern

5

51,7 Mrd. €

0

Differenz zugunsten des Bundes

2005

’06

’07

’08

’09

2010

’11

2012

’13

’14

2015

’16

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’18

2019

Ost-West-Vergleich Neue Bundesländer

Alte Bundesländer

35 000

Durchschnitt Deutschland 25 %

40 000

20 %

35 000

15 %

30 000

10 %

25 000

Hermann Otto Solms: „Die Grundlage für den Soli gibt es nicht mehr.“

30 000

Was stört Sie am Soli konkret?

Als Schwarz-Gelb unter Helmut Kohl den Zuschlag 1995 wieder einführte, war ich Fraktionschef der FDP im Bundestag. Wir waren uns damals einig: Der Soli sollte zur Finanzierung der Einheit dienen. Nachdem dieser Zweck 2019 ausläuft, ist die Grundlage für den Soli entfallen. Jetzt müssen die Bürger hören, dass das alles Makulatur sei. Die Union will das Geld für andere Zwecke einsetzen.

25 000 20 000 15 000 10 000

Durchschnittliches Bruttoinlandsprodukt pro Kopf und Jahr in Euro

5 000

5%

0

20 000

Arbeitslosenquote in Prozent

0% 1991

1995

2000

2005

2012

1991

1995

2000

2005

2012

15 000 1991

Durchschnittliches Arbeitnehmerentgelt pro Jahr in Euro

1995

2000

2005

2012

Siege und Ni ederlagen Auch im Osten gibt es Erfolgsgeschichten – doch die Abwanderung der Bürger in den Westen geht weiter.

Silke Kersting, Norbert Häring Berlin, Frankfurt

D

resden boomt. Der Mikrotechnologie-Cluster in der sächsischen Landeshauptstadt genießt Weltruf. Viele High-Tech-Firmen haben sich angesiedelt.

Ebenso Jena: Die thüringische Stadt hat nach der Wende auf optische Technologien gesetzt und gilt heute mit Jenoptik und Carl Zeiss Meditec als Vorzeigestandort.

In beiden Städten hat die Bundesregierung nach dem Mauerfall die in der DDR entstandene Grundstruktur in der Mikround Optoelektronik gezielt gefördert. Am Dresdener Stadtrand entstanden so hochsubventionierte Chipfabriken, die noch

„Der Vorstoß der Kanzlerin ist ein Vertrauensbruch“

2019 17,5 Mrd. € 3,1 Mrd. € 1,0 Mrd. €

AUFBAU OST

ddp images

D

er Solidaritätszuschlag ist von Mythen umgeben. Ein Mythos lautet, die Ergänzungsabgabe werde allein von den Westdeutschen gezahlt – obwohl auch die Ostdeutschen finanzielle Solidarität mit sich selbst zeigen müssen. Das führt zu einem weiteren Mythos: Der Soli wird als gelebte Solidarität des Westens mit dem Osten dargestellt. Tatsächlich aber betonte die Bundesregierung schon Anfang 1997, der Begriff „Solidarität“ beziehe sich vor allem auf die Ausgestaltung der Abgabe, die „ausnahmslos alle Steuerzahler – entsprechend ihrer ökonomischen Leistungsfähigkeit – belastet.

Um solchen Mythen die Grundlage zu entziehen, empfiehlt der Konjunkturchef des Wirtschaftsforschungsinstituts Halle, Oliver Holtemöller: „Der Solidaritätszuschlag sollte in den Einkommensteuertarif eingearbeitet werden, damit die Missverständnisse aufhören.“ Im nächsten Schritt könne man sich dann darüber Gedanken machen, ob die Höhe der steuerlichen Extrabelastung von 5,5 Prozent insgesamt angemessen sei. Für Steuersenkungen gebe es aber nur Raum, wenn Ausgaben gekürzt würden.

Auch der Chef des Zentrums für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW), Clemens Fuest, sagte, wer den Soli abschaffen wolle, müsse eine „Gegenfinanzierung“ für den Bundeshaushalt mitliefern. Fuest schlägt vor: „Der Solidaritätszuschlag sollte umbenannt werden in Bundeseinkommenssteuerzuschlag.“ Denn das Geld fließe nicht speziell in die neuen Länder – der Begriff sei „irreführend“.

Jenseits semantischer Probleme verteidigte CDU-Generalsekretär Hermann Gröhe am Montag trotz Kritik aus den eigenen Reihen den Vorstoß der Bundeskanzlerin. Er sehe „keinen Entlastungsspielraum in der kommenden Legislaturperiode“, sagte Gröhe nach einer Sitzung des CDU-Bundesvorstands. Die Frage einer Abschaffung des Zuschlags stelle sich deshalb nicht. Das Ziel, den Haushalt in Ordnung zu bringen, bedeute auch, dass umfassende Steuersenkungen – eine Abschaffung des Solis bedeutete eine jährliche Entlastung der Steuerzahler von 13 bis 14 Milliarden Euro – nicht auf der Tagesordnung stehen könnten.

Merkel will den Solidaritätszuschlag beibehalten, aber die spezifi-

2014

Wie der Bund am Soli verdient

HERMANN OTTO SOLMS

Werner Schuering/imagetrust

► Ökonomen plädieren für mehr Wahrhaftigkeit.

Handelsblatt | 1) gesetzlich festgeschrieben; 2) zwischen Bund und Ländern vereinbart | Quellen: Destatis, Bund der Steuerzahler, HB, Die Welt, BA, Arbeitskreis Volkswirtschaft Gesamtrechnung der Länder

300,8 Mrd. € Solidaritätszuschlag bis 2017

► Mit Ausnahme der FDP halten alle Parteien am Soli fest.

Forstetzung von Seite 1

STREIT ÜBER SOLIDARITÄTSZUSCHLAG 5

DIENSTAG, 23. JULI 2013, NR. 139

2

heute wichtige Standbeine der sächsischen Wirtschaft sind. Auch Unternehmen mit Wurzeln in der DDR haben sich behauptet.

Zum Beispiel das Zentrum für Mikroelektronik Dresden (ZMDI). Es wurde vor mehr als 50 Jahren gegründet und galt lange als Herzstück der Mikroelektronikforschung der DDR. ZMDI ist heute weltweit aktiv und auf den Bau von Mikrochips konzentriert, die Autos oder Beleuchtungsanlagen energieeffizienter machen.

Es gibt sie, die Positivbeispiele in den neuen Ländern. Einerseits Unternehmen aus der früheren DDR, Rotkäppchen etwa, eine ostdeutsche Sektmarke, die heute auch gern im Westen gekauft wird. Andererseits umsatzstarke Unternehmen wie der Berliner Energieanbieter Vattenfall, eine Tochter des schwedischen VattenfallKonzerns. Doch genau da liegt das Problem: In den neuen Bundesländern sind in der Mehrzahl Tochtergesellschaften internationaler oder westdeutscher Konzerne vertreten. Große Firmenzentralen gibt es so gut wie nicht im Osten Deutschlands.

Ausnahmen sind die Deutsche Bahn oder die Dienstleistungsgruppe Dussmann, die ihren Sitz in Berlin haben.

Die Erfolgsgeschichten kommen häufig von Unternehmen mittlerer Größe, etwa Biotronik oder Eckert & Ziegler. Davon profitiert auch der Arbeitsmarkt. Die Arbeitslosigkeit in den neuen Ländern ist derzeit so niedrig wie seit 1991 nicht mehr. Mit knapp 9,9 Prozent beträgt sie allerdings immer noch das 1,7-Fache des Westniveaus. So groß war der Abstand auch von 1994 bis 1997. Bei stagnierender Konjunktur war er allerdings auch schon merklich größer. Hinzu kommt, dass der Wegzug von Arbeitnehmern die Arbeitslosenquote in den neuen Bundesländern gedrückt hat, was zeigt, dass sich die Lebensbedingungen nicht angeglichen ha-

18,7 % der sozialversicherungspflichtigen Stellen in Deutschland liegen in den neuen Ländern.

ben. In den vergangenen zehn Jahren haben die neuen Länder sieben Prozent ihrer Bevölkerung verloren, im Westen betrug der Rückgang nur 1,5 Prozent.

Auch beim Blick auf die Beschäftigungsentwicklung gibt es wenig zu feiern. Mitte 1992 stellten die neuen Länder noch knapp 23 Prozent der gesamtdeutschen sozialversicherungspflichtigen Arbeitsplätze. Ende 2012 lag der Anteil mit 18,7 Prozent allerdings so tief wie noch nie seit der Wiedervereinigung.

Einzig beim Lohnniveau sind der Osten und der Westen einander näher gekommen. Von 57 Prozent des Westniveaus 1991 stieg das durchschnittliche Lohnniveau im Osten auf 82 Prozent 2012. Seit dem Jahr 2009 hat sich diese Entwicklung jedoch nicht weiter fortgesetzt. Insgesamt spiegelt das auch die Angleichung der Wirtschaftskraft wider – jedenfalls, wenn man sie auf die im Osten deutlich schneller sinkende Bevölkerung bezieht. Von 43 Prozent des Westniveaus stieg die relative Wirtschaftsleistung pro Einwohner bis 2009 auf 72 Prozent. 2012 lag sie mit 71 Prozent des Westniveaus aber wieder etwas niedriger.

Die Kanzlerin will das Geld in Infrastrukturprojekte stecken. Was haben Sie dagegen ?

Ich bestreite doch nicht den Finanzierungsbedarf von maroden Brücken oder Straßen.

Doch dieser Vorstoß passt zur gegenwärtigen Steuerdiskussion. SPD und Grüne wollen den Menschen über höhere und neue Steuern an den Geldbeutel. Die Union hat ein Füllhorn von Wahlgeschenken ausgebreitet, für den sie den Soli zweckentfremden will. Ich bin aber jetzt schon ein paar Jahre im Bundestag und weiß, was mit solchen Mitteln gerne passiert.

Was denn ?

Die mittelständischen Unternehmen investieren weit mehr als 50 Prozent ihrer Erträge.

Der Investitionsanteil an den Staatsausgaben beträgt nur neun Prozent. Wenn die Einnahmen der Wirtschaft durch Steuern gekürzt werden, führt dies auch zu einer Reduzierung der Investitionen. Damit verspielt man die Zukunft. Allein die Wahlversprechen der Union bewegen sich im zweistelligen Milliardenbereich. Wenn es jetzt heißt, man wolle die Mittel des Soli nach 2019 gesamtdeutsch zweckmäßig einsetzen, habe ich meine Zweifel.

Sie glauben nicht, dass das Geld für Investitionen in die Infrastruktur ausgegeben wird?

Gestern kamen aktuelle Zahlen zu den Steuereinnahmen im ersten Halbjahr 2013. Der Staat schwimmt im Geld, doch er kommt nie damit aus. Die Koalition hat sich nun dazu durchgerungen, einen strukturell ausgeglichen Haushalt für das Jahr 2014 vorzulegen. Wir wollen das eben nicht wie die Union über höhere Steuern oder die Fortsetzung von finanziellen Belastungen erreichen. Die FDP will den Haushalt konsolidieren, ohne die Steuern zu erhöhen.

Die Fragen stellte Thomas Sigmund.

August 2013 March website: www.infineon.com August 5th, 2013 Worldwide

by ZMDI, Infineon, Continental, Audi

Neueste Forschung macht’s möglich: Schnelle Fehlerbehebung im Fahrzeug durch ...

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Neueste Forschung macht’s möglich: Schnelle Fehlerbehebung im Fahrzeug durch ...

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Über Continental

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Neueste Forschung macht’s möglich: Schnelle Fehlerbehebung im Fahrzeug durch DIANAForschungsprojekt Presseinformation der Projektpartner des deutschen Forschungsprojekts "DIANA": AUDI, Continental, Infineon Technologies, ZMDI Wirtschaftspresse 5. August 2013 Neubiberg, 5. August 2013 – Ab 2015 könnten sich die Werkstattaufenthalte für Fahrzeuge beträchtlich verkürzen.

Möglich wird dies durch die gemeinsame Forschungsarbeit der Unternehmen AUDI, Continental, Infineon Technologies und ZMDI. Im Projekt DIANA haben sie daran geforscht, wie sich die Analyse- und Diagnosefähigkeiten in elektronischen Steuergeräten im Fahrzeug verbessern lassen. In dreijähriger Arbeit sind unter der Leitung von Infineon Verfahren entstanden, mit denen eine differenzierte Fehlererkennung und damit die schnellere Fehlerbehebung in der Werkstatt möglich werden. Mit Unterstützung von Forschungseinrichtungen und Universitäten wurde der Weg bereitet für die "Durchgängige Diagnosefähigkeit in Halbleiterbauelementen und übergeordneten Systemen zur Analyse von permanenten und sporadischen Fehlern im Gesamtsystem Automobil" (DIANA).

Die Fahrzeugelektronik ist heute überaus komplex. Durchschnittlich 80 elektronische Steuergeräte gibt es im Auto; im Premiumfahrzeug können es hundert und mehr sein. Erfahrungsgemäß ist in der Fahrzeugelektronik die eigentliche Ursache vieler gemeldeter Fehler nicht einwandfrei feststellbar. Häufig blieb der Werkstatt nur die Möglichkeit, einen Fehler anhand der Fehlerbeschreibung systematisch durch Austausch von Systemkomponenten einzugrenzen und so zu beheben.

Auf Basis der in DIANA erarbeiteten Verfahren werden sich Elektronikstörungen im Automobil in Zukunft schneller und deutlich effizienter erkennen und beheben lassen. Entscheidende Grundlage hierfür sind Verfahren der Qualitätskontrolle aus der Produktion der Halbleiterindustrie. Diese Verfahren wurden von den DIANAForschungspartnern so weiterentwickelt, dass die im Fahrzeug verbauten Chips unmittelbar für die Eigendiagnose des Fahrzeugs genutzt werden können. Als Ergebnis daraus können sich vor und während der Fahrt auch die elektronischen Steuergeräte des Fahrzeugs fortlaufend selbst überprüfen. Auf Basis dieser in kontinuierlicher Eigendiagnose gewonnenen Daten lassen sich Fehlfunktionen frühzeitig erkennen, denn die Diagnosedaten werden vorverarbeitet an übergeordnete Systemkomponenten des Steuergeräts übergeben. Davon profitieren die Mechatroniker in der Werkstatt dann bei der Fehlerdiagnose. Eine solche durchgängige Diagnosefähigkeit im Fahrzeug ist erst durch die konzertierten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der DIANA-Forschungspartner realisierbar geworden.

Continental gehört mit einem Umsatz von 32,7 Milliarden Euro im Jahr 2012 weltweit zu den führenden Automobilzulieferern. Als Anbieter von Bremssystemen, Systemen und Komponenten für Antriebe und Fahrwerk, Instrumentierung, Infotainment-Lösungen, Fahrzeugelektronik, Reifen und technischen Elastomerprodukten trägt Continental zu mehr Fahrsicherheit und zum globalen Klimaschutz bei. Continental ist darüber hinaus ein kompetenter Partner in der vernetzten, automobilen Kommunikation. Continental beschäftigt derzeit rund 173.000 Mitarbeiter in 46 Ländern. Weitere Informationen unter www.continental-corporation.com. Über ZMDI Die Zentrum Mikroelektronik Dresden AG (ZMDI) ist ein weltweiter Anbieter von Analog- und Mixed-SignalHalbleiterlösungen für Automobil-, Industrie-, Medizin-, Mobile Sensing-, IT- und Verbraucheranwendungen. Diese Lösungen ermöglichen unseren Kunden, Produkte im Bereich Power Management, Beleuchtung und Sensoren zu entwickeln, die für ein Höchstmaß an Energieeffizienz sorgen. Seit mehr als 50 Jahren befindet sich der Hauptsitz von ZMDI in Dresden. Mit mehr als 350 MitarbeiterInnen weltweit betreut ZMDI seine Kunden mit Verkaufsstellen und Entwicklungscentern in Deutschland, Italien, Bulgarien, Frankreich, Irland, Japan, Korea, Taiwan und den Vereinigten Staaten. Weitere Informationen unter www.zmdi.com.

Pressekontakte: AUDI AG Armin Götz Kommunikation Produkt / Technik Telefon: +49 (841) 89-90703 E-Mail: armin.goetz@audi.de Continental AG Simone Geldhäuser Externe Kommunikation Division Powertrain Telefon: +49 (941) 790-61302 E-Mail: simone.geldhaeuser@continental-corporation.com ZMDI Freda von Kopp Marcom Creative Manager Corporate Marketing and Communications Telefon: +49 (351) 8822-204 E-Mail: freda.vonkopp-colomb@zmdi.com

Über Infineon Die Infineon Technologies AG bietet Halbleiter- und Systemlösungen an, die drei zentrale Herausforderungen der modernen Gesellschaft adressieren: Energieeffizienz, Mobilität sowie Sicherheit. Mit weltweit rund 26.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern erzielte Infineon im Geschäftsjahr 2012 (Ende September) einen Umsatz von 3,9 Milliarden Euro. Das Unternehmen ist in Frankfurt unter dem Symbol "IFX" und in den USA im Freiverkehrsmarkt OTCQX International Premier unter dem Symbol "IFNNY" notiert.

Informationsnummer

Bewähren sich die Diagnosetechniken im Fahrzeug, bieten sich weitere sicherheitsrelevante Anwendungsfelder an, z.B. in anderen Verkehrssystemen wie Bahn oder Flugzeug oder auch in der Medizintechnik.

INFXX201308.059

Das Projekt DIANA wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der HightechStrategie der Bundesregierung und des Programms "Informations- und Kommunikationstechnologie 2020" (IKT 2020) mit einem Beitrag von etwa 4,8 Millionen Euro gefördert. Schwerpunkte des IKT 2020-Programmes sind unter anderem Automobil und Mobilität; Ziel ist es, die Robustheit der Fahrzeugelektronik maßgeblich zu verbessern.

Bezugsquellen für Infineon-Produkte

Weitere Projektbeteiligte

• Support

Bitte verwenden Sie unseren Location Finder, um einen Infineon Distributor oder ein Infineon Sales Office zu finden.

• Location Finder

Unterstützt wurden die vier Projektpartner von dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen Dresden, der Universität der Bundeswehr München und den Universitäten Cottbus, Erlangen-Nürnberg und Stuttgart. Über AUDI

Explore our Focus Areas Energy Efficiency Mobility Security

Die AUDI AG hat als Automobilhersteller im Premiumsegment im Jahr 2012 weltweit 1.455.123 Automobile an Kunden ausgeliefert. Das Unternehmen entwickelt und produziert in Deutschland an den Standorten Ingolstadt und Neckarsulm sowie an acht weiteren Auslandsstandorten. Mit derzeit mehr als 70.000 Mitarbeitern erzielte der AUDI Konzern, zu dem auch die Marken Lamborghini und Ducati zählen, im vergangenen Jahr einen Umsatz von 48,8 Milliarden Euro.

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http://www.infineon.com/cms/de/corporate/press/news/releases/2013/INFXX201308-... 15.10.2013

http://www.infineon.com/cms/de/corporate/press/news/releases/2013/INFXX201308-... 15.10.2013

October 2013 March Electronic Industry October 1st, 2013 USA

by David Grice

1 Energy-Saving Initiative

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an electronic products special series

2 Energy-Saving Initiative

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Sensor signal-conditioning ICs ease the design of sensor systems

Table 1: List of correction algorithms for an SSC showing the number of calibration points and the correction factors applied.

Cost effective and power efficient, sensor-signal-conditioning ICs deliver high precision and accuracy if implemented properly

BY DAVID GRICE Field Application Engineer, ZMDI, www.zmdi.com

T

he market for sensors and sensor-related components is a high-growth industry expected to expand in automotive, industrial, medical, and consumer applications. Products such as media players, tablet PCs, and smartphones are driving significant growth in the sensor market, requiring a related increase in the number of designers and manufacturers integrating sensors into modules for resale or for their own products. The wide range of sensing element types and demands for faster time to market and lower costs present numerous challenges, even for veterans of sensor design.

The perennial challenge for sensor interface designers is correcting and calibrating the inherent non-idealities present in transducers, typically offset and nonlinear response to stimulus with a temperature dependence for one or both of these factors. There are a host of custom design approaches and solutions to this problem, but the availability of commodity integrated circuits offers designers new choices that are powerful and cost-effective. By combining precise, programmable analog circuitry with high-density digital controllers dedicated to processing correction algorithms, these sensor-signal-conditioner (SSC) ICs reduce the design time and cost of sensor systems while providing the designer with a menu of built-in capabilities and support tools for implementing sensor correction. Understanding the sensor’s characteristics and how to configure its corresponding SSC are key ingredients for obtaining optimum performance and keeping costs low.

Overview of sensor correction Transducers exhibit various types and degrees of offset and nonlinear response.

The basic idea of calibration and correction is to maximize the usable range and transform the nonlinear response into a predictable linear output that minimizes the error in the sensor output. The nature

Fig. 1: Typical sensor responses to input stimulus.

of non-idealities varies widely between sensor types, and the difficulty and complexity of applying corrections increase in proportion to the magnitude and degree of these undesirable effects.

Figure 1 illustrates several types of sensor responses. Each has different basic characteristics and related correction issues. S1 has low offset and relatively low nonlinearity. S2 has a narrow span but a very high offset, which must be removed before applying sufficient gain to create a useful signal level. S3 has a sharp “knee,” and piecewise linear correction is generally a good option for these types of nonlinearities. S4 has an inflection point and would require at least a third-order polynomial correction to achieve a high accuracy over the entire measurement range.

Another important factor to consider is how these sensors behave over temperature. Figure 2 shows a typical scenario for the temperature variation of a sensor element. In this case, the offset increases

OCTOBER 2013 • electronicproducts.com • ElECTROniC PROduCTs

while the span decreases with increasing temperature. The challenge is to understand what the exact nature of the dependence is and remove its contribution to system error. Plotting the offset and gain versus temperature will reveal another set of curves with linear, quadratic, or higher-order dependence on temperature.

Fig. 3: Block diagram of a sensor signal conditioner IC.

stored in nonvolatile memory. In addition, this device performs auxiliary operations including temperature sensing and bridge biasing, and it has multiple communication interfaces. It represents a complete solution for interfacing and correcting the output of a sensor bridge, providing a precise, accurate, and compensated sensor output.

Not having the flexibility and availability of more sophisticated correction techniques could require significant redesign.

It is vitally important for the sensor system designer to understand the characteristics of the sensor across the input measurement range and over the operating temperature range.

Some of the more important considerations includethe more important considerations include

Hardware implementation The block diagram shown in Fig. 3 presents a practical and cost-effective approach to sensor calibration and correction. It is a 16-bit resolution resistive-bridge sensor signal conditioner with built-in correction algorithms capable of compensating for a variety of undesirable sensor characteristics. A proprietary microcontroller with 18-bit digital signal processing (DSP) performs the necessary calculations for the correction algorithms using calibration coefficients

Getting to know your sensor One of the most important and effective tasks that the designer can carry out is a thorough characterization of the sensor element. Time and effort invested in this important step will pay off in the long run by reducing overall design time and development costs, improving the overall system performance and robustness, and ultimately reducing production test time and cost. It is tempting to rush through this part of the product development cycle, but experienced sensor system designers will testify to the importance of spending the necessary time and resources to characterize and analyze sensor data before proceeding to the next step of developing an optimized sensor correction algorithm.

For example, consider the response curve of sensor S3 in Fig. 1. If the input range is limited to between 10% and 30% or 60% and 90%, a first-order gain and offset correction algorithm might suffice, depending on temperature variations.

However, if the sensor must operate across the entire sensor input range, a more sophisticated correction algorithm is needed. Even if the intended range of operation appears to be confined to one of the linear regions, consider what would happen if a future lot of sensors were to shift so that the knee of the curve moved into what was previously a linear region?

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Fig. 2: Sensor output variation over temperature.

Each individual sensor element will have its own characteristic span and offset with respective temperature dependencies. The type of correction algorithm applied must also account for the type and degree of these differences across variations such as process tolerances, shifts between manufacturing lots, or package stress effects introduced in the next assembly level.

• The shape and order of the sensor response over the desired measurement range, including at least a 10% margin outside the expected minimum and maximum values.

• The type and order of temperature dependence for offset and span.

• The consistency of the measured parameters. Consider what would be the effect on the correction algorithm if future manufacturing lots have a shift in a significant feature such as an inflection point or the sign of a temperature coefficient.

• Whether the characterization data set is adequate and statistically significant. This includes the number of devices tested and the number of points measured for each.

• How much error the data acquisition system contributes to the characterization.

• Selecting and implementing the best correction technique

production. With the sensor characterization data in hand, the degree and type of correction required for gain and offset can be matched with the best algorithm available in the SSC. Table 1 is a list of the some typical algorithms available in commercial ICs. The algorithms are organized by the type and degree of correction, and the second column indicates how many measurement points are needed to calculate the calibration coefficients for each algorithm.

The next columns list the element of correction each calibration method applies and describe the sensor characteristics that must be isolated and quantified to determine the optimal algorithm. TC refers to the temperature coefficient. Eliminate algorithms that correct for negligible effects in the particular system and choose the one with the least number of measurement points.

Once the sensors have been characterized and the dataset is evaluated, the next Fig. 4: Screen capture of software aid for selecting and step is to narrow the field evaluating calibration methods. of correction options. The SSC manufacturers usually provide ultimate goal is to produce measurement hardware and software for their devices results that meet sensor product accuracy that allow selecting and evaluating the calrequirements with the minimum number ibration methods quickly and easily. Softof points necessary for calibration during Advertisement

October 2013 March electronicJOURNAL October 2013 Germany

by Dr. Marko Mailand

Aktive Bauelemente ASIC

Unter der Haut

Aktive Bauelemente ASIC

NFC- und Sensor-Komponenten auf einem Chip zur In-Vivo-Blutanalyse

M

it mehreren Millionen registrierten Erkrankungen ist Diabetes heute eine Volkskrankheit und eine der wesentlichen Ursachen für zahlreiche Kreislauferkrankungen. Medizinisch unterscheidet man zwischen Patienten, bei denen die Bauspeicheldrüse kein Insulin produziert (Diabetes Typ-1) und Betroffenen, bei denen der Körper eine Resistenz gegen Insulin zeigt (Diabetes Typ-2). Insbesondere die Typ1-Diabetes erfordert eine möglichst kontinuierliche Überwachung des Blutzuckerspiegels.

Funktionsweise des In-Vivo-Glukose-Biosensors zeigt, dass der

per NFChat mitdas Mobilgeräten Zur Lösung diesesSensor Problems Unternehmen Senseonics einen Fluoreszenz-Sensor entwickelt,kommuniziert. der die Basis für ein implantierbares, kontinuierliches Glukosemesssystem bildet. Das neuartige Sensor-Systemkonzept ist neben der kontinuierlichen Glukosemessung auch auf eine ganze Reihe weiterer Anwendungen adaptierbar. Die Elektronik des ambulant implantierbaren (in-vivo) Sensor-Moduls (Bild 1) ist in einem speziell für Senseonics entwickelten ASIC von ZMDI integriert. Das elektronische Systemkonzept basiert auf der Nutzung ISO-kompatibler Nahfeld-KommuniBild 3: Sensor-System-Topologie: Der aktive Reader (links, NFCMaster) versorgt und kontrolliert den passiven NFC-Sensor-Transponder.

Aktive Bauelemente ASIC

Tabelle: Optionen und Eigenschaften des Multi-Sensor-Front-Ends

Bilder: ZMDI

Spezifische Kommunikations- und Sensortechnologien mit modernsten biochemischen Lösungen kombiniert: Mit diesem Halbleiter adressiert ZMDI die kontinuierliche telemedizinische Überwachung von Blutparametern. So sollen zum Beispiel Diabetes-Patienten mehr über ihren Blutzuckerspiegel erfahren, ohne sich Blut zu entnehmen.

Dr. der Marko Mailand Bild 2: DasAutor: Prinzipbild

Mess-/Sensor-Typ

Messbereich

Fotodioden-Strom

1,16 µA

Maximale Empfindlichkeit

Temperatur

+15 … +50 °C

18 mK/count

Externe Spannung

-1,5 … +1,5 V

1,2 mV/count

Feldstärke (Iclamp)

140 mW

10 µW/count

Spannung: LED-Treiber

1,6 V

1 mV/count

Diagnose – Optik

1,16 µA

4,5 pA/count

Diagnose – Temperatur

+15 … +50 °C

18 mK/count

4,5 pA/count

Im ASIC ermitteln eine ganze Reihe an Sensoren wichtige Daten über den Patienten. Quelle: ZMDI.

kation (NFC) und -Energieversorgung (ISO15693, zukünftig auch ISO14443-3) mittels loser, induktiver Kopplung. Befehle (zum Beispiel Messen, Daten speichern, Daten lesen, Diagnose), Daten und Energie werden dabei drahtlos vom NFC-Master zum implantierten Sensor-Modul, dem NFC-Sensor-Transponder, übertragen (Bild 2). Letzterer steuert den Ablauf, führt die jeweiligen Messaufgaben durch und sendet die Daten zurück an den NFC-Master, welcher die einzelnen Messwerte zum Beispiel in einen Glukosewert umrechnet. Der NFC-Master kann beispielsweise als ein spezifisches Armbandgerät ausgeführt oder auch direkt in einem Smartphone integriert sein.

Durch die Kombination von Wireless-NFC-Technologie mit einem optischen Signalübertragungsweg für die Bestimmung der Blutparameter – speziell der Glukosekonzentration – wird aufbautechnisch eine komplette Verkapselung des implantierbaren NFCSensor-Transponders möglich. Da nun aber auch die Energieversorgung drahtlos geschieht und das Sensor-Modul folglich batterielos agiert, ist die Lebensdauer nur noch durch inhärente Sensoreigenschaften begrenzt – das ist im Wesentlichen das Nachlassen der Fluoreszenzintensität des biochemischen Indikators, der sich auf der Außenseite des Sensors befindet.

Bild 1: Der Fluoreszenz-Sensor von

Bild: fotolia: Kurhan

NFC/RFID-Kompatibilität Senseonics misst nur 15 mm x 3 mm;

28

elektronikJOURNAL 05/2013

Wesentliche Anwendungsvorteile füreindie Patienten resultieren aus er dient als Basis für implantierbader Integration von Kommunikationsres ISO-standardkompatiblen Glukosemesssystem. und Power-Management-Komponenten. Die aktuelle ASIC-Version implementiert ein ISO15693-Transponderinterface. Das analowww.elektronikjournal.com ge ISO-Frontend nutzt einfache Amplitudendetektion zur Demodulation und ein steuerbares Lastverhalten mittels einer ClampSchaltung zur passiven Rückmodulation. Bei Letzterem wird das Magnetfeld mit der Modulationsfrequenz von ungefähr 423,75 kHz entsprechend gedämpft; diese Dämpfung detektiert dann der www.elektronikjournal.com

Bild 4: Die Systemsteuerung und der Messablauf ermöglichen bis zu acht Messungen pro Zyklus.

sind im ASIC speziell geformte, stetige Ein/Ausschalt-Rampen in der Power-Management-Einheit integriert. Dadurch werden die Spektralanteile, verursacht durch das Schalten, in einen Bereich um die 400 kHz verschoben – das relevante Passband liegt aber bei Reader oder NFC-Master. Der Anwendungsvorteil der ASIC-Rea13,56 MHz ±1 MHz. Das Datensignal wird somit nicht gestört. lisierung als passiver Transponder liegt auf der Hand: im SensorModul wird keine Batterie benötigt, und es besteht damit keine On-Chip-Sensorik Einschränkung der Lebenszeit und In-Vivo-Verbleibedauer aufDas Hauptmessprinzip zur Ermittlung der Glukosekonzentration grund von Energieversorgungseigenschaften. nutzt zwei optische Kanäle. Eine vom ASIC gespeiste UV-LED emittiert Licht, welches von der Kapseloberfläche zurückgeworfen Störungen vermeiden wird. Ein Spektralanteil besteht dabei genau aus dem emittieren Die besondere Herausforderung besteht nun darin, zu verhindern, UV-Licht und beinhaltet keinerlei Nutzinformation. dass der Reader jedes Last-Schaltverhalten der digitalen und anaDer Hauptspektralanteil jedoch, resultiert aus der Fluoreszenz logen Baugruppen, insbesondere des Sensor-Teils, als Rückmoduder Indikatorchemikalie an der Außenseite des Sensormoduls. lation fehlinterpretiert (Bild 3). Zusätzlich muss gewährleistet sein, Hierbei werden genau nur jene Indikatoren zur Fluoreszenz angedass für eine Sensor-Messung oder einen Messzyklus ausreichend regt, an welche sich Glukosemolekühle gekoppelt haben (Bild 2).

Energie zur Verfügung steht.

Dabei gilt, dass die Intensität der Fluoreszenz direkt von der KonDie größten Stromverbraucher des ASICs sind der Analog-Digizentration der Glukose abhängt. Beide Spektralanteile (UV-Reflektal-Wandler sowie der LED-Treiber beziehungsweise die LED an tion und Signal-Fluoreszenz) werden von spektral selektiven Onsich. Diese brauchen etwa 0,35 mA bei einer intern geregelten Chip-Fotodioden detektiert und im ASIC analog aufbereitet und Spannung von 2,8 V (ADC) oder bis zu 2 mA bei der ungeregelten digitalisiert.

Betriebsspannung Vsup ~ 4 V (LED) entsprechend der Topologie in Alle biochemischen Prozesse sind temperaturabhängig. Zur Bild 3. Um trotz dieser notwendigen Lastunterschiede keine unerKompensation dieses Einflusses ist im ASIC ein hochgenauer Temwünschten Frequenzanteile in der Luftschnittstelle zu generieren peratursensor integriert. Über diesen kann auf weniger als 0,2 K genau die tatsächliche Temperatur des Sensor-Moduls und des umgebenden Gewebes bestimmt werden.

Auf einen Blick Alles drin Selbstdiagnose

Darüber hinaus sind im ASIC mehrere Eigendiagnostik- und ApEin besonderer ASIC von ZMDI nutzt NFC zur Kommunikation und plikations-Status-Sensoren integriert.

Beiundder Eigendiagnostik Energieversorgung, kombiniert mit dem Treiber für eine UV-LED werden dem Temperaturmesspfad oder dem optischen Messpfad den entsprechenden Photo-Sensoren sowie der Signalaufbereitung (über die Fotodioden) vordefinierte hinzugefügt, und -Verarbeitung.

Mit diesem Chip hat Senseonics eine Schaltungsoffsets implantierzu einer bekannten, erwarteten bare Lösung zumdie Messen von Blutparametern entwickelt.Änderung des Analog/DigitalWandler-Ergebnisses im Verhältnis zur entsprechenden Nicht-DiinfoDIREKT agnostik-Messung www.all-electronics.deführen müssen. Dadurch 505ejl0513 lassen sich eventuelle ASIC-interne Alterungs- oder Drift-Effekte auch im implantierten Zustand des Sensors erkennen. elektronikJOURNAL 05/2013 29 Der On-Chip-Statussensor zur Messung der aktuell verfügbaren Feldstärke ermöglicht es, dem Patienten mitzuteilen, ob die Kopplung, sprich die Lage des NFC-Masters relativ zum Sensor-Modul, ausreicht oder verbessert werden muss, um genügend Energie für den Betrieb zu übertragen. Auf diesem Weg kann der Sonsor den NFC-Master auch informieren, wenn die Übertragungs- oder Sendeenergie sinken darf – falls die induktive Kopplung gerade mehr 30

elektronikJOURNAL 05/2013

als ausreichend ist. Das ermöglicht eine Situations-optimale, energieeffiziente Systemauslegung der gesamten Applikation (NFC/ Sensor-Transponder in Zusammenspiel mit NFC-Master). Die Tabelle zeigt die entsprechenden Dynamikbereiche und Empfindlichkeiten der integrierten Sensoren.

Adaptierbarkeit durch digitale Steuerung Die digitale Steuerung der einzelnen Sensorkanäle erlaubt bis zu acht unterschiedliche Messungen pro Messzyklus. Ein Messzyklus ist dabei die tatsächliche Reaktion des NFC/Sensor-Transponders auf einen einzelnen Messbefehl des NFC-Masters. Je nach den gewünschten Informationen sowie der dafür notwendigen Messabfolge werden in einem Zyklus Messungen mit und ohne emittierender LED durchgeführt (Bild 4), die Einzelwerte in On-ChipRegistern zwischengespeichert und nach Beendigung aller Messungen die gesammelten Ergebnisse über die NFC-Schnittstelle übermittelt. Die einzige Begrenzung liegt dabei darin, dass der NFC-Master entsprechend der ISO-Standards eine Antwortzeit von maximal 20 ms zulässt. Ein Messzyklus inklusive Setup und Antwort muss somit innerhalb dieser Zeit geschehen, um kein NoResponse-Timeout-Ereignis auszulösen.

Die Auswertung und Interpretation der einzelnen Sensor-Messwerte geschieht dann softwarebasiert auf der NFC-Master-Seite.

Die freie Konfigurierbarkeit des Messzyklus’ ermöglicht die Anwendung des ASICs und seiner Einzelsensoren in verschiedenen Applikationen. So sind neben der Glukosemessung beispielsweise auch Messungen für Blutsauerstoff, Blutalkohol und vieles mehr denkbar. Hierfür kann das elektronische Sensor-System einfach angepasst werden – es bedarf dafür aber anderer biochemischer Indikatoren.

Im Test Derzeit befindet sich das erste Gesamtsystem von Senseonics zur Glukosemessung in der klinischen Erprobung in den USA, Kanada, Großbritannien, Deutschland und Indien. Die Entwicklung dieses Systems und des zugrunde liegenden NFC/Sensor-Transponder-ASICs von ZMDI ist dabei ein erster Schritt auf dem Weg zu vollständig autonomen, robusten telemedizinischen und klinischen Anwendungen, die sich vollständig in den normalen Alltag integrieren lassen. (lei) n Der Autor: Dr. Marko Mailand ist Projekt Manager für MixedSignal-IC-Entwicklung im Bereich Medical, Consumer und Industrial bei ZMDI in Dresden. www.elektronikjournal.com

November 2013 March Medical Design Briefs November 2013 U.S.

by Uwe G端nther and Andrew DeHennis

February 2014 March 21ic. eBooks (online publication) for 2014 Asia

by Torsten Herz

传感器模块设计促进汽车电子的集成 作者：ZMDI 公司，Torsten Herz 得益于最新的基础传感器的控制系统所提供的精确、实时的监测，新汽车引擎的工作效率更高，对环境的影响更小。 这种性能改善的一项结果是，车辆中传感器应用的数量在过去几年中突破了两位数的增长。另一项结果是，在车辆中增加 更多的传感器模块成为一项趋势。这些模块必须可靠、强韧，必须能够在恶劣的物理、化学和电气压力条件下长期稳定工 作，并具有高精度。

此外，汽车传感器模块还需要一系列内置的诊断功能，以支持汽车 OEM 厂商“按需维护”的政策，以及安全攸关的 Sensor Module 传感器模块 传感器应用（比如刹车压力传感）所需的特殊故障模式操作。 100nF 100nF VDDA VDDA 对于传感器模块而言，耐化学性（即对介质、湿气和腐蚀的免疫性）和物理强韧性（例如耐冲击和振动）主要取决于 VSSA VSSA 所采用的材料以及组装和连接技术。电气强韧性，即电磁兼容性（EMC），取决于应用电路、电子元器件（集成电路，分 VBR_B VBR_B 立器件）以及应用电路中的电气连接的布局走线。 5VDC VBP VBP 直流 5V VBN Standardized Artificial Network(AN)VBN 标准化人工网络（AN） 本文将描述汽车传感器模块于电气强韧性方面的设计与应用。采用 VBR_T VBR_T集成电路）能 1μFZSC31150 传感器信号调理器（SSC 1μF 够设计出高精确度的传感器模块，其不仅能够在-40 至+150°C 的温度条件下工作，而且能够提供更好的 EMC 性能以及一系 VDDE VDDE 1μh 1μh 列保护和诊断功能，以用于处理 SIL2/ASIL-B EMC AOUT 等级的关乎安全的应用。采用传感器模块的智能化电气设计，将所有 AOUT 100nF 100nF VSSE 相关参数考虑在内（即，寄生电容和电感），可以在最优的模块成本下实现高度的电气强韧性和内置的诊断功能，以及对 Application-Specific Test Network VSSE 随着 IRF_sink 的增加，其对被测器件的影响也变得更强。最坏的情况（即最大的射频敏感性）是配置 专用测试网络 10，因为 ZC_GND VDD VDD 被测信号的极高精度测量。 VDD VDD = 0 欧姆（外壳和车辆底盘间的电流接触）且 ZPSA_C=0 欧姆（PSA 和外壳间的电流接触）。在这种情况下，IRF_sink 只受限 图 1：汽车压力传感器模块的典型构造 OUT OUT VOUT VOUT 于被测器件的信号路径 VDD、VOUT 和 VSS 相对于外壳的寄生电容（C ，C ，和 C ），以及相对于 PSA 的传 V+_C VOUT_C V-_C GND 地 VSS VSS 因为传感器系统和处理单元之间的机械设计和互连对其电磁行为有着重要的影响，所以针对嵌入式传感功能（ESF） 感器桥的寄生电容（CS_PSA）。不过，还有一些其他寄生电容（即相对于外壳的内部信号路径）也可能会降低被测器件的 ECU ECU DC 直流 和独立传感器模块（SASEM）使用不同的方法是至关重要的。 射频敏感性。 V+ BCI AntennaV+ at Varying Positions 基本上，像 SASEM 这类系统的电磁特性分为两部分——电磁发射（传导或辐射）和电磁抗扰性（传导或辐射）。对 各种位置处的 BCI 天线 OUT OUT 电磁发射的限制确保了其他电气系统不会因 SASEM 的工作而受到干扰。SASEM 内部的有源电子线路决定了其发射性能。 Harness(1=1.7m) 线束（I=1.7 米） 就 ESF 而言，传感器电子的位置靠近处理单元——在汽车应用中就是电子控制单元（ECU）。ESF 和 ECU 示例之间的连 VV通过使用合适的集成电路设计并工作在<5MHz 的数字片上时钟频率下，就可以满足常见的 ISO 和 OEM 电磁发射标准（例 Case of the Module 模块外壳 接通常非常短（<<30cm），一般以印制电路板（PCB）上的走线来实现。现代 ESF 都提供了数字接口，例如串行外设接口 Harness(1=1.7m) 线束（I=1.7 米） 如，ZSC31150 的片上 DSP 通常工作在 3MHz）。 RF PCB 上且距离较近，因此有几种选择可供满足汽车 射频 （SPITM，微芯科技的商标），其连接到 ECU 的微控制器。因为在同一 Plug for Electrical Connection 电气连接插头 • DUT=±40mV（标称值）的模拟输出电压所允许的容差 GND=chassis 地=机壳 中严格的 EMC 要求（即，屏蔽或使用外部保护器件）。ESF 的一个例子就是气压传感。 Case of the Module 应用要求规定了为满足GMW3097 规范需要哪些I/O线路。在下面的示例中，由等式 2 确定，我们选择了在图 5 的测 模块外壳 • 输入信号的有效增益“G”（在 SSC 集成电路的模拟前端进行调节）：G=400V/V IRF_sink IRF_sink 就针对连续或瞬态 RF 能量的电磁抗扰性而言，有几种标准化的测试方法能够测量出传输到 SASEM 的传导及辐射模式 线路中所示的电路元件值，以便在供电线路（VCC）上满足 85V规范。要在ZSC31150设计中满足这项要求，需要如下的 Electronic Parts 电子器件 • 直流桥电阻=4kΩ；在其差分端产生的 AC 桥阻抗=2kΩ IRF_source IRF_source 的 RF 能量。因为 SASEM 自身体积较小，且内部有传导器件，所以它没有有效的 RF 天线来接收高达 1GHz 的辐射 RF 能 对 SASEM 而言，配置是完全不同的。它们往往通过最长可达 2.5 米的无屏蔽线束连接到 ECU（参见图 1 中的示 器件，因为它的供电引脚VDDE和VSSE以及模拟输出引脚OUT都指定了最大±33VDC的直流过压： PCB 印制电路板（PCB） ZC_GNDλ/4 偶极子的长度 ZC_GND 量——所有的尺寸都要小于等效的 la。平均而言，使用等式（1）可计算出在 1GHz 频率下这个长度大约 例）。模块外壳（金属或塑料材质）内部可用的电路板空间是非常有限的，并趋于进一步的微型化，因为更少的材料耗费 Plug for Pneumatic or Hydraulic Connection 气动或液压连接插头 PCB PCB 在本示例中，由射频能量所引起的差分桥电压的变化极值是（±40mV/G）=±0.1mV，而所产生的桥分流电流之间差值 为 50mm，其中 c 是光速常量。 等同于更轻的重量，进而等同于更低的成本。取决于不同的供电方式（电池供电或 ECU 供电），有各种兼容的输出接口： C1 = 220 nF Pressure Supply Adaptor(“PSA“) with Sensor 带传感器的压力适配器（PSA） CS_PSA CS_PSA 的极值是±0.1mV/2kΩ = ± 50nA! SSC-IC+ext.caps System to be Monitored SSC 集成电路+外部电容 待监测系统 电池供电的 SASEM PSA PSA (1) C2 = 47 nF（推荐值；参考 ZSC31150 的数据手册） 这个非常简单的示例说明了机械结构和所选材料对传感器模块的 EMC 性能的影响。在汽车大批量生产的条件下，考 CV+_C CV+_C 对客车而言，使用 ECU 供电的 SASEM 来提供比值测量模拟电压输出这种方式仍然很常见。常见的供电电压大约是直 虑到系统的成本，定义寄生参数要更为困难。 C C VOUT_C VOUT_C • 脉宽调制（PWM）输出（高边负载） C3 = 100 nF（推荐值；参考 ZSC31150 的数据手册） 流 5V±10%，而单个 SASEM 总的电流消耗应当≤10mA。如前所述，外壳的工作条件相当恶劣，这就导致了一些有效的无 CV-_C CV-_C • PWM 输出（低边负载） 源 EMC 保护器件无法使用，比如铁氧体磁珠，它只能工作在最高+125°C 的温度下。 在高达 1GHz 的频率下，RF 能量的主要有效天线是 SASEM 的线束。不过，目前的趋势是将 一种有效的设计理念是基于选择不导电材料作为示例压力传感器模块的外壳和压力适配器（PSA）（参考表 1 中的配 ZPSA_C ZPSA_C EMC 测试过程的频率范 • 控制器区域网络（CAN 总线）接口 围扩展到 3GHz（或更高）。在这种情况下，按照等式（1）来计算，等效 λ/4 偶极子的有效长度 la 会降低到大约 20mm， C 4 = 100 nF 置 1）。这种不导电材料确保了 ZPSA_C 和 ZC_GND 取得最大值。但是，为了消除 PCB 的导电结构相对于地的其他寄生电容 600V/m 的电场强度下的敏感 • 本地互联网络（LIN 总线）接口 SASEM 的 EMC 要求这时模块的 PCB 上>15mm 的导电结构就可能成为辐射 RF 能量的有效天线。为了防止高达 图 4：基于配置 10 经过优化的传感器模块的 CBCI 测试电路和 EMC 电路 的影响，设计必须将模块在车内的装配情况考虑在内。如果被监测系统与其外壳之间的连接也是由不导电材料组成的，那 重要注解：强烈推荐在设计模块之前为每种 EMC 测试定制该电路，因为不同的 EMC 测试电路可能会要求不同的模块 性，可能需要对敏感信号路径进行屏蔽。 (2) • 纯粹的模拟电压输出 么寄生阻抗就是最大值。 设计。“通用的”解决方案往往过于昂贵。 取决于模块的不同设计（例如，模块外壳的材料），ZSC31150 的差分输入端 VBP 和 VBN 到 VSSA 之间可能额外需要 5VDC 直流 5V 模块的敏感性是通过 EMC 测试过程测量得到的。辐射和传导抗扰性具有不同的测试配置（例如，带状线、消音室、 两个 10nF（最大）电容（如图 2 绿色部分所示），以满足 SASEM 的 EMC 规范——这就需要我们对有关典型的汽车 EMC ECU 供电的 SASEM Standardized Artificial Network(AN) 在 PCB 布局走线时，比较容易确保相对于地的寄生电容 CV+_C ，CVOUT_C 和 CV-_C 近乎相等，以使得进入的射频能量 标准化人工网络（AN） 为了满足苛刻的汽车 EMC 要求，必须考虑所有的相关电气寄生参数，特别是电气传感器电路和 SASEM 的其他传导器 大电流注入等等）。针对连续作用在常见汽车 SASEM 上的 RF 就像是 能量的一种最严格的抗扰性测试是大电流注入（BCI）测 要求加以讨论。 1μF SASEM 的共模信号。换句话说，在 SASEM 处，没有合适的射频地可用，这使得在被测的宽谱频率范围内阻拦该 件之间的寄生电容，如图 3 所示。模块的结构可能有许多不同的配置，其在汽车内部的组装如表 1 所示。外壳和压力适配 1μF 试，它隶属于辐射抗扰性 EMC 测试组。通常，测试频率范围是 1射频能量（例如，通过电容）变得几乎不可能。此外，电容不是“理想”元件——它们内部也有寄生参数——特别是其串 到 400MHz。针对用于连接汽车内组装的不同电气子系统 1μh 1μh • 比值测量模拟电压输出 器（PSA）都可以是塑料或金属的，并且二者都可以与底盘有电流接触或没有接触。 中电线的线束，这项测试模拟的是线束中 RF 交叉耦合的最坏情况。有两种类型的 BCI 测试设置——面向 ECU 供电 100Nf(typ.)

100Nf(典型值) 联电感（ESL），它决定了电容开始像电感那样起作用的频率极限。典型的 0805 封装 MLCC-X8R 电容的 ESL 是 • SAE J2716 单边半字节传输（SENT）接口（快速、单向的点到点数字数据传输） SASEM 的共模 BCI（CBCI）测试，以及面向电池供电 SASEM 的差模 BCI（DBCI）测试。下面的图 3 显示了用于 供 （2） Application-Specific TestECU Network 专用测试网络 1~1.5nH。只有通过高的共模抑制比（CMRR），才能实现对所加射频能量的高抗扰性。ZSC31150 可以通过配置保证这一 • 外设传感器（PSI5）接口（两线电流编码的数字数据传输） 模块构造RF_source（发射线束或电线）和 汽车装配RF_sink（传感器模块的线束）之间距离短，感应能 配置 电 SASEM 的 CBCI 测试设置。因为 VDD VDD 点。 1 塑料外壳和塑料 PSA 与汽车底盘没有电流接触 量可能非常高，在 CBCI 测试中以 mA 或 dBuA 来测量。为了确保在测试中感应能量只影响传感器模块，ECU 由 VOUT 处标 VOUT VOUT 其中，在尖峰产生过程中 V1 = 85V， 2 塑料外壳和金属 PSA PSA 与汽车底盘之间没有电流接触 准化的人工网络和典型电路来代替，它代表了图 3 所示的在车内使用的原始 ECU 的输入阻抗。 VSS VSS 如果 SASEM 外壳和 PSA 需要用导电材料，所产生的寄生阻抗会更小，而感应射频电流会更大。因为 SASEM 中不同 3 为了遵从汽车 PSA 与汽车底盘之间有电流接触 DC 直流 OEM 厂商“按需维修”的政策，需要 SASEM 提供一系列内置诊断功能，以 元器件（即本示例中的外壳、PCB 和 PSA）间存在机械容差，所以在大批量汽车生产的制造条件下，很难确定这些寄生参 4 的连接以及内部电子线路的正常工作（特别是 SSC 集成电路）。除了 SSC 集成电路中由其架构 金属外壳和塑料 PSA 外壳与汽车底盘之间没有电流接触 BCI Antenna at Varying Positions 位置变化的 BCI 天线 (3) 数。 在尖峰产生过程中 “按需维修”还需要一些常见的诊断功能。 5 外壳与汽车底盘之间有电流接触 Harness(1=1.7m) 线束（I=1.7 米） 金属外壳和金属 PSA 外壳与汽车底盘或 PSA 之间没有电流接触，PSA Case of the Module 与汽车底盘间没有电 6 模块外壳 流接触这个问题的一种解决方案是，为感应射频电流设计一条从线束到地的通道，它需要靠近传感器系统的信号路径并具有 以下诊断功能与传感器元件有关： RF 射频 极低的阻抗。模块的导电外壳可以提供这种通道，并为模块的 PCB 提供针对 GHz 范围内辐射射频信号的屏蔽。采用这种 7 外壳与汽车底盘或 PSA 之间没有电流接触，PSA 与汽车底盘间有电流 GND=chassis 地=底盘 结构理念的另一优势在于，SASEM 在车内装配的条件无法降低其电磁抗扰性，因为采用这种设计考虑了最坏的情况（参见 接触 IRF_sink IRF_sink • 传感器连接检查（考虑走线的短路和断路） 表 1 中的配置 10）。 外壳与汽车底盘间没有电流接触，但与 PSA 之间有电流接触，PSA 与 8 PCB PCB • 传感器老化检测 汽车底盘间没有电流接触 CS_PSA CS_PSA SASEM 的负电源电压与底盘之间不允许有电流接触。在外壳与地之间增加一个具有足够高的额定工作直流电压和承受 ZSC31150+ext.caps 9 ZSC31150+外部电容 外壳与汽车底盘间没有电流接触，与 PSA 之间没有电流接触，而 PSA 对于 SASEM 和 ECU 之间断掉的线束电线的检测，有两种重要的情况： 高瞬态电压的电容即可以为射频电流提供这样的一条路径。这一解决方案的巨大缺点是必须使用到金属外壳（例如，铝质 PSA PSA 与汽车底盘间没有电流接触 外壳）的强韧性以提供长期稳定的电气连接，从而增加了成本。此外，外壳与地之间的电容必须指定相对较高的电压（例 CV+_C CV+_C 10 金属外壳和金属 PSA 外壳与汽车底盘及 PSA 之间有电流接触 如 500 或 1000V），从而导致更大的封装和更高的成本。 • 电源缺失；即 VCC 线存在断路 CVOUT_C CVOUT_C 图 2：ZSC31150 汽车应用电路 CV-_C CV-_C • 地缺失；即地线存在断路 表 1. 模块构造和汽车装配可能的配置 上面讨论的隔直电容（连接在 VDD-VSS 和 VOUT-VSS 之间）的 ESL 以及所导致的对有效频率范围的限制也需要加以 考虑。同样，备选方案是创建一种 PCB4布局走线，针对到 SSC 集成电路的敏感的传感器信号线进行优化，以便通过浮动 通过图 中 PCB 上所示的 3~5 个外部电容，可以用配置 10 来实现合适的 EMC 性能。在“最佳情况”条件 1 中，只需 对于这两种情况，必须要确保 ECU 可以检测到输出信号线的这些故障状况。根据 ECU 设置 在表 1 中，就 BCI 测试的等效 RF 电路而言，配置 1 和 10 代表了两个极限。在配置 1 中，所有的寄生阻抗都是最大 C1、C2 和 C5 即可满足 EMC 要求。这些电容也能够显著降低模块引脚处的 ESD 峰值电压，因此通过>4kV（例如 8kV 的金属外壳为感应射频能量提供高的射频对称性和完全相同的阻抗。这会使得进入的射频能量就像是 的共模信号 信号通过连接到信号线的SASEM ECU 负载电阻驱动到诊断故障带（DFB）。为启用此设置，在这两种 值；而在配置 10 中，它们都是最小值或已经短路。 一样。针对于金属外壳直接放电的 ESD 所需的强韧性（典型要求：自 SASEM号输出必须被驱动到高阻态/低漏电流态。例如，当出现电源/地缺失时，规定 的地算起±15kV）可以通过将应用电路绘制 ESD）电压的 ESD 测试成为可能。在“最坏情况”配置 10 中，除了 C1、C2、C3、C4 和 C5 之外，可能还需要进行合理的 ZSC31150 的输出其 PCB 布局走线并采用与金属外壳间的合适隔离。 ±25µA（在+125°C 下≤ ±12.5µA）。 在 PCB 上以及与金属外壳间的其他适当的隔离来实现。 图 影响 3：SASEM CBCI 测试电路及等效的 RF 电路（包括寄生参数） SASEM的EMC 的模块特性

PCB 布局走线对于降低传感器模块的电磁敏感性是非常重要的。电容 C1 和 C2 必须尽可能地靠近线束的末端，而到 通过最坏情况下大电流注入测试的模块设计 最佳的独立传感器模块设计 第一项考虑因素是 CBCI 天线和线束之间的电磁耦合。如果 电流 IRF 的频率在 RF 发射 CBCI 天线和被测器件 SSCRF 集成电路引脚的走线应该具有几乎完全相等的尺寸。强烈推荐所有连接传感器元件和 SSC 集成电路输入的 PCB 走线 （DUT）之间的线束段的初始谐振频率的范围内，那么感应电流 I RF_sink （见图 3）就是最大的。感应电流值取决于寄生阻 都应当越短越好，越相近越好。电容 C3 和 C4）必须放置得尽可能地靠近 SSC 集成电路引脚。所有 GMW3097 EMC对于 测试设置 图 5：示例C5（如果需要，还有 图 4 演示了基于表 1 中的配置 10，在不使用外壳到地电容的情况下，所生成的面向共模大电流注入（CBCI）的电路。 ECU 供电的独立传感器模块，如果其接口采用电阻性的传感器元件并提供比值测量 抗，特别是 ZC_GND。 这些建议都能够帮助优化 PCB 布局走线的射频共模特性，以实现射频拒绝（RF rejection）。 OEM 应用的所有技术和商业要求都可以通过深思熟虑的模块设计（特别是 PCB 布局走线）来得 Sensor Module 源元器件的真实特性以及所有相关的寄生参数，并利用高性能的 SSC 集成电路（例如 ZSC31150 传感器模块 符合 GMW3097 汽车标准的模块设计 VDDA VDDA VDDE VDDE Torsten Herz 是 ZMDI 公司全球现场应用工程组经理

April 2014 March Deutsche Bank_results march 2014 Germany Article and interview with Steffen Wollek (print and digital)

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Mehr Power für Pioniere!

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„Das unbesicherte KfW-Darlehen ist Eigenkapital auf Zeit“

rfolg ist für den Dresdner Halbleiterhersteller ZMDI auch eine Frage der Geschwindigkeit. Im Wettbewerb mit den globalen Chip-Giganten sucht das Management des Mittelständlers unentwegt nach aussichtsreichen speziellen, innovativen Marktsegmenten. „Dort wollen wir schneller sein als die Großen und diesen Vorsprung gewinnbringend nutzen“, sagt Finanzvorstand Steffen Wollek. Wichtigstes Produkt von ZMDI sind energieeffiziente und stromsparende Chips für Sensoren in der Fahrzeugindustrie, der Medizintechnik sowie im Industrie- und Consumerbereich. Zu den Abnehmern zählen führende Unternehmen wie ZF, Continental, Braun, Festo und Casio.

Mit hohem Einsatz arbeitet das Unternehmen daran, seinen Vorsprung zu verteidigen. 30 Prozent des Umsatzes von zuletzt rund 60 Millionen Euro fließen in die Entwicklung – deutlich mehr als bei

Thesen Der Staat fördert: Bei der F&E-Finanzierung Deutsche Bank_r e s u l t s stoßen kleinere Unternehmen schnell an Grenzen. Deshalb bieten EU, Bund und Länder eine Fülle von Förderprogrammen.

Die Bank hilft: Viele Unternehmen schöpfen diese Möglichkeiten nicht aus. Dabei kann gerade die Bank ihnen helfen, ohne großen Aufwand an Förderung zu kommen.

der Konkurrenz, die laut Wollek im Schnitt 18 bis 20 Prozent investiert. Dabei ist Geduld gefragt. „Die meisten Projekte sind langfristig“, sagt Wollek. „Vom Beginn der Entwicklung bis zur Erzielung der ersten Umsätze dauert es mindestens zwei Jahre, und die Innovationszyklen werden immer kürzer.“ Für einen langen Atem sorgen nun unter anderem staatliche Fördermittel.

Ob Bund, Land oder EU – Unterstützung durch die öffentliche Hand trägt entscheidend dazu bei, dass der Mittelstand seine Innovationskraft voll entfalten kann. „Bei der Finanzierung von Forschung und Entwicklung mit Eigenmitteln stoßen vor allem kleine Unternehmen an Grenzen“ – so lautet das Fazit einer Studie des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW). Allein über Kredite lassen sich die F&E-Kosten aber häufig nicht finanzieren, da deren Erfolg schwer prognostizierbar ist. Die Lücke schließen dann die öffentlichen Programme als „wichtige zusätzliche Finanzierungsquelle“.

Die Praxis zeigt jedoch, dass gerade mittelständische Firmen die Möglichkeiten oft nicht nutzen – weil sie diese entweder nicht kennen Finanzierung_Innovationen 21 oder bürokratische Hindernisse fürchten. „Dabei bietet Innovationsförderung die Chance, die F&E finanziell zu beschleunigen und bei Erfolg die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens entscheidend zu stärken“, sagt Sabine Tieves, Leiterin für 22 Finanzierung_Innovationen Öffentliche Fördermittel bei der Deutschen Bank.

ZMDI: Europa hilft forschen Für den Sensorspezialisten ZMDI sind Fördermittel ein wichtiger Baustein der Innovationsstrategie. 30 Prozent des Umsatzes investieren die Dresdner in F&E. Auch die Programme der staatlichen Förderbank KfW hat Finanzvorstand Steffen Wollek (Foto) im Blick.

Aktuell setzt ZMDI auf Mittel der Europäischen Investitionsbank sowie des Europäischen Investitionsfonds, der innovative Mittelständler mit bis zu 500 Mitarbeitern mit Garantien unterstützt. „Vor allem die langfristige Ausrichtung hat uns überzeugt“, sagt Wollek.

Deutsche Bank_r e s u l t s

Niedrige Zinsen dank Friedola Tech: Recycling macht stark EU-Garantie „Förderung ist wichtig, weil wir die Arbeit

Friedola Tech. „Dem nötig gegenüber steht ein Keine investiert Einzelnachweise mehr Produktionswert von rund 25 Millionen Euro pro Bei der Suche nach passenden Fördertöpfen kann Die Bürokratie schrumpft: Ein neues Jahr“, sagt Eisenhardt. Wichtigster Abnehmer ist die Hausbank die Rolle des Wegweisers überProgramm des Europäischen Investitionsdie Logistikbranche – Friedola Tech produziert für nehmen. So war es im Fall von ZMDI. Seit dem fonds, das die Deutsche Bank als Erste sie Transportbehälter für Schüttgüter, etwa Gravergangenen Jahr setzt das Unternehmen Mitseit Anfang vorigen Jahres vermittelt, kommt nulate. Gefördert wird das Projekt wie bei ZMDI tel der Europäischen Investitionsbank (EIB) ein, gezielt Unternehmen mit weniger als über EIB und EIF – auch Friedola Tech mit seinen und zusätzlich unterstützt der Europäische 500 Beschäftigten zugute. rund 400 Mitarbeitern erhält so einen günstigen Zinssatz. „Wir haben mit der Bank eine umfangEnge Kooperation mit den Kunden schon im Entreiche Marktstrategie ausgetauscht und verschiewicklungsprozess – nach diesem Prinzip arbeitet dene Anwendungsfelder für unsere Innovationen der thüringische Kunststoffspezialist Friedola aufgeführt“, erläutert Eisenhardt. „Wir sind jetzt Tech. „Wir verstehen uns als Innovationstreiber für insgesamt als innovatives Unternehmen eingedie Logistik und die Fahrzeugindustrie“, sagt der stuft. Spezielle Projekte zu zeigen, war deshalb 018_results_01-2014 18 kaufmännische Leiter Werner Eisenhardt. Leichtnicht nötig.“ bau und Wiederverwendungsfähigkeit nennt er als Parallel zur EU bieten auch Bund und Länder zentrale Kriterien der Entwicklungsarbeit seines Unterstützung für forschungsstarke MittelständUnternehmens. ler. Auf dem Weg zu internationalen Märkten nutzt „CON-Pearl“ heißt ein Kunststoffmaterial von die Montanhydraulik AG in Holzwickede günstige Friedola Tech – Hohlkammern machen es besonDarlehen der NRW.BANK. Fünf Jahre Laufzeit, ein ders leicht, eine Glasfaserverstärkung sorgt für Zins von gerade einmal 1,45 Prozent – „das ist für hohe Stabilität. CON-Pearl ist die Basis für zahlreiuns äußerst vorteilhaft“, sagt der kaufmännische che Produkte des Unternehmens. Ein Beispiel: KofGeschäftsführer Josef Mertens. Das Geld trägt ferraumböden für einen deutschen Autohersteller. dazu bei, eine neue Drehmaschine zu finanzieren, „Wir haben 2012 das gemeinsame Entwicklungsmit der Montanhydraulik weltweit neue Kunden projekt vorgeschlagen“, sagt Eisenhardt. In diesem erschließen will. Kostenpunkt: 1,5 Millionen Euro.

Fall kamen die Partner auch ohne InnovationsStaat beteiligt sich an Risiken förderung ans Ziel – heute liefert Friedola Tech die Das seit 60 Jahren familiengeführte Unternehmen gesamte Kofferraumauskleidung. Öffentliche Mittel setzt das Unternehmen arbeitet in großen Dimensionen: In Staudämmen und Schleusen oder mobilen Kränen kommen Hydagegen ein, um sein Grundprodukt zu verbessern – eine neue Laminieranlage soll die Produkdraulikzylinder der Westfalen zum Einsatz – zuletzt tionskapazität verdoppeln. „Wir arbeiten in diesem erwirtschaftete Montanhydraulik mit weltweit Zuge auch an neuen Eigenschaften des Materials“, 1100 Mitarbeitern etwa 225 Millionen Euro Umsagt Eisenhardt – feuerhemmend und leitfähig soll satz. Dank der neuen Produktionsanlage sind noch

Deutsche Bank stellt bis zu 120 Mio. Euro zusätzlich bereit

Beim Kunststoffhersteller Friedola Tech wird schon in der Entwicklung dafür gesorgt, dass auch das Recycling optimal funktioniert. „Wir verstehen uns als Greentech-Unternehmen“, Deutsche Bank_rEisenhardt e s u l t s (Foto). Logistiker und Autohersteller sagt der kaufmännische Leiter Werner

nicht sofort in Umsatz ummünzen können“ Mit einem Garantiepro-

sind wichtige Kunden der Thüringer – sie legen viel Wert auf Leichtbau, um die CO2-Bilanz zu senken. Auch darauf muss Friedola Tech bei Innovationen achten. Unterstützt von der Europäischen Investitionsbank entstand eine neue, leistungsfähige Laminieranlage.

Investitionsfonds (EIF) die Finanzierung mit einer 50-Prozent-Garantie. „Die Deutsche Bank hat uns das Programm vorgeschlagen, das wir dann aus einer Reihe von Instrumenten ausgewählt haben“, sagt Steffen Wollek. ZMDI profitiere nun von günstigen Zinsen und mehr Finanzierungsspielraum. „Vor allem aber hat uns die langfristige Ausrichtung überzeugt.“ Über fünf Jahre läuft die Förderung – die ersten zwei Jahre sind tilgungsfrei. „Das ist angesichts der herrschenden Innovationszyklen für uns wichtig“, sagt Wollek. „Es geht darum, nachhaltiges Wachstum abzusichern und nicht nur eine kurzfristige Unterstützung des operativen Geschäfts.“ Denn das Ziel von ZMDI lautet: „Wir wollen weiter wachsen.“ In den USA und Asien hat das Unternehmen schon Standorte aufgebaut.

Entwicklung mit Staatshilfe

FOTOS: FRIEDOLA TECH (2)

FOTOS: CORBIS, FOTOLIA

E

FOTOS: ZMDI (2)

Öffentliche Fördermittel erleichtern Mittelständlern die Produktentwicklung.

Die Hausbank sorgt dafür, dass alles klappt. Angst vor Bürokratie ist dabei unbegründet

Der Zugang zu den Garantien des Europäischen Investitionsfonds wird für Unternehmen wie ZMDI einfacher, da die EIB-Tochter nicht nur einzelne Projekte unterstützt. Firmen mit bis zu 500 Beschäftigten weisen nun anhand von einfachen Kriterien nach, dass sie innovativ sind, um die Garantie zu erhalten. Die Deutsche Bank ist hierzulande das erste Institut, das dabei mit dem EIF kooperiert.

Unterstützt dieser ein Unternehmen, senkt das die Risiken – Kredite können so zu günstigeren Konditionen vermittelt werden.

Ergänzend wirkt das ERP-Innovationsprogramm der staatlichen Förderbank KfW – es begünstigt Mittelständler bei Investitionen in Neu- und Weiterentwicklungen. „Hier wird nicht das Unternehmen als solches gefördert, sondern ein spezielles förderfähiges Projekt. Dabei ist eine umfassendere Dokumentation erforderlich“, sagt Sabine Tieves.

Der Einsatz kann sich freilich lohnen. „In Bezug auf die Zinsen ist es eines der günstigsten Angebote.

Zudem kann ein unbesichertes NachrangdarleFinanzierung_Innovationen hen gewährt werden, es ist Eigenkapital auf Zeit.“ Für results haben die Fördermittel-Experten der Deutschen Bank die wichtigsten Förderinstrumente für Mittelständler analysiert (Tabelle Seite 22).

gramm unterstützt der Europäische Investitions-

fonds (EIF) Firmen, die weniger als 500 Beschäftigte haben.10.03.14 „Risk Sharing 10:11 eine höhere Effizienz unterstützt. Lange telfristig zehn bis 15 Prozent zum Gesamtumsatz Instrument“ heißt die neue Form habe das Unternehmen ganz ohne öffentliche Undes Unternehmens beisteuern können. „Auch in der Risikobeteiligung. Binnen zwei 020_results_01-2014 20 „Wir reinvestieren immer 10.03.14 10:11 terstützung gearbeitet.

Südamerika gibt es großes Potenzial für uns“, sagt Jahren kann die Deutsche Bank als einen Großteil der Gewinne in die Firma“, erläuMertens. „Allerdings sind große Investitionen nöerster Partner des EIF in Deutschland tert Geschäftsführer Mertens. Die internationale tig, um dort Fuß zu fassen. Es funktioniert nur mit innovativen Unternehmen dank einer Expansion aber habe Mittel erfordert, die allein mit einem Partner vor Ort.“ 50-Prozent-Garantie bis zu 120 MilBordmitteln nicht zu stemmen waren.

Innovation und Internationalisierung – auch lionen Euro an zusätzlichen Mitteln zu „Die Bank hat die Rolle des Initiators übernombei pfm medical ist beides eng verwoben. Stetig günstigen Konditionen bereitstellen.

Arbeit nicht so schnell in Umsatz ummünzen könmen, den gesamten Prozess begleitet und auch hat der Kölner Medizintechnikhersteller den AusDer EIF deckt bei Zahlungsverzug oder nen.“ Der Staat trägt so einen Teil der Risiken, die die bürokratischen Formalitäten übernommen“, landsanteil am Umsatz gesteigert, zuletzt lag er bei -ausfall 50 Prozent des ausstehenden das Unternehmen nicht allein eingehen könnte. sagt Mertens. Er ist überzeugt, dass sich der Eingut 40 Prozent. Tendenz: weiter steigend. Die ProKreditbetrags. „Damit ändert sich die Zehn bis 15 Prozent der Produkte seien jünger als satz für sein Unternehmen und den Standort duktpalette ist breit: Skalpelle, Beatmungsmasken, Risikobetrachtung fundamental“, sagt fünf Jahre. Rund 85 Millionen Euro Umsatz erzielte chirurgische Implantate sowie Produkte für das gleichermaßen auszahlen wird. „Bislang gab es Johannes Winkler, Experte für öffentlidas Unternehmen 2012.

Es zählt jeder Meter: Ein norwegischer Kunde fragte an, ob Montanhydraulik fü

Montanhydraulik: Neue Maschi

weltweit nur wenige Unternehmen, die solche

Therapiemanagement zählen dazu. Für Wachstum

den Wettbewerb einsteigen.“ In Indien beispiels-

dukte – neben den Implantaten sind das Produkte,

che Förderung bei der Deutschen Bank.

Die zunehmende Bedeutung von Forschung Gasplattformen auch 28 Meter lange Hydraulikzylinder herstellen könne. Eine Zylinder herstellen konnten. Nun können wir in sorgen vor allem die entwicklungsintensiven ProMit dem Programm verbunden ist ein und Entwicklung spiegelt einen Strategiewechsel. neue Maschine musste her, um den Wunsch erfüllen zu können. Die nötige Inv

Umsteuern der EU bei der Förderung.

Von einem Handelsunternehmen für Medizinprodas westfälische Unternehmen mit Unterstützung der NRW.BANK gestemmt. „D weise will Montanhydraulik das Geschäft ausdie bei Herzoperationen zum Einsatz kommen. Um Unternehmen müssen nicht mehr eindukte wandelt sich pfm medical zunehmend zum uns bei der internationalen Expansion voran“, erläutert der kaufmännische Ge bauen. „Dort wird stark auf Stromerzeugung aus 13,6 Prozent stockte pfm medical 2012 seine F&Ezelne Projekte dokumentieren, sondern Produzenten. „Wir wollen unabhängiger sein“, Josef Mertens (Foto).

Wasserkraft gesetzt“, sagt Mertens. „Für die BetäAusgaben auf. „Das ist bei uns sehr langfristig ausnur eines von mehreren Kriterien ersagt Blunck. Eigene Patente sind hier die Basis tigung der Schleusentore sind Großzylinder nötig.“ gerichtet“, sagt Finanzvorstand Reinhard Blunck. füllen, um als innovativ kategorisiert zu für den künftigen Markterfolg.

Er erwartet, dass die neuen Hydraulikzylinder mit„Da ist Förderung besonders wichtig, weil wir die werden und so Zugang zu den Mitteln

March

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