TOPAS: Newsletter

LSI - Leitungstreiber für den Feldbus

Fri, 04 May 2012 11:39:00 +0200

Hi-Q-News - "Leitungstreiber für den Feldbus" von LSI | Zur Anbindung von Aktorik und Sensorik auf Feldbusebene kommen unvermindert klassische serielle Datenübertragungsverfahren zum Einsatz. Kein Wunder, sind sie doch praxiserprobt, robust und recht unproblematisch im Handling. Protokolle wie RS422 und RS485 sind dabei die Highrunner, denn dank differentieller Übertragung und Multi-Point-Fähigkeit können auch große Distanzen mit zahlreichen Teilnehmern sehr zuverlässig miteinander verknüpft werden. Auf der physikalischen Ebene sind daher die Leitungstreiber die kritischen Bauelemente, entscheiden sie doch über Störfestigkeit, Bitfehlerrate und Betriebssicherheit in "lauten" EMV-Umgebungen.

Der Halbleiterhersteller LSI/CSI hat nun für diese Anwendung auf Basis seiner HV-CMOS-Technologie differentielle Line-Driver entwickelt, die sich mit hohen Pegeln und kräftigen Treiberströmen als bessere Alternative zu den verfügbaren x7272'ern empfehlen. Mit differentiellen 30V weit über dem Rauschen

Die beiden kurzschlussfesten 4-fach Differential-Line-Driver LS7272 und LS7273 arbeiten über einen Spannungsbereich von 4.5 bis 30 Volt (36 V absolutes Maximum), und zwar sowohl für Ein- als auch Ausgangspegel sowie die Versorgungsspannung. Die Übertragungsbandbreite reicht bis zu 4 MHz und die Umgebungstemperatur darf in einem Bereich von -40 bis +120°C liegen, der Baustein kann daher auch unter extrem heißen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.

Der Unterschied zwischen den beiden Typen LS7272 und LS7273 liegt in der Ausgangskonfiguration. So lassen sich beim LS7272 die Ausgänge zwischen "Push-Pull" und "Open-Drain" über einem Konfigurationspin umschalten, während der LS7273 ausschließlich über "Open Drain"-Ausgänge verfügt.

Die beiden ICs verfügen über eine thermische Schutzbeschaltung für Überlast/Kurzschluß am Ausgang. Wenn nötig, lässt sich diese Funktion aber über einen Konfigurationspin deaktivieren. Weitere Merkmale der beiden Leitungstreiber:

Pinkompatibel zum OL7272 und funktionsäquivalent zum ET7273
Symmetrischer 120mA Treiberststrom für Sink & Source
Dynamischer Spitzenausgangsstrom von 1.5A
RS422A kompatibel
Enable-Eingang
CMOS/TTL-kompatible Eingänge mit Schalt-Hysterese

Verpackt sind die beiden Treiber wahlweise im 16-Pin DIP-, SOIC- oder TSSOP-Gehäuse. Ein Tipp aus der Praxis - CAT5 ideal für den Feldbus

Üblicherweise wird die Verkabelung von RS422/RS485-Komponenten mit geschirmten Rundkabel und DSUB-15 Steckverbindern realisiert, mehr aber aus historischen Gründen, denn der ANSI-Standard macht an dieser Stelle keine Vorgaben.

So können auch andere Verbindungselemente verwendet werden, hervorragend geeignet sind beispielsweise CAT5-Netzwerkkabel, besonders in der geschirmten STP-Ausführung (Shielded Twisted Pair). Diese Kabel sind heute in vielen Ausführungsformen und Längen fertig konfektioniert zu kleinem Preis erhältlich, zeichnen sich durch sehr gute Dämpfungswerte, hohes Schirmmaß und durch extrem niedriges Übersprechen aus.

Es ist natürlich darauf zu achten, Kabel/Stecker mit voller Belegung, (d.h. 4 Adernpaare) zu verwenden, um neben den Datenleitungen auch die Handshakesignale übertragen zu können.

mehr über LSI

Smart Modular - Ready for Take-Off

Wed, 08 Feb 2012 00:00:00 +0100

Hi-Q-News - "Ready for Take-Off" von SMART Modular | Leistungsfähige eingebettete Computersysteme werden heute nicht nur in allen Bereichen der Automatisierungs- und Fahrzeugtechnik eingesetzt, sondern bilden auch in der zivilen und militärischen Luftfahrt zentrale Architekturelemente.

Neue Anwendungen erhöhen dabei stetig den Bedarf an Speicherkapazität, beispielsweise bei der Aufzeichnung von Sensordaten, in Video- und Voice-Recordern, in Flugassistenzsystemen u.v.m. Während es recht einfach ist, diesen Speicherbedarf bei Industrieanwendungen über kostengünstige Hard-Disk-Drives (HDDs) zu decken, ist das unter den Rahmenbedingungen der Luftfahrt mit ihren hohen Anforderungen an Schock- und Vibrationsfestigkeit, Zuverlässigkeit und möglichst geringem Strombedarf mit den klassischen magnetischen Datenträgern nicht zu bewerkstelligen.

Solid State Disks hingegen, also Massenspeicher auf Basis von Halbleitern, können die hohen Anforderungen spielend erfüllen. Unser Partner Smart Modular Technologies hat für diesen Markt vor kurzem neue Produkte unter der Familienbezeichnung Xcel-100 bzw. Xcel-200 vorgestellt. Übersicht SSDs von SMART Modular Xcel-200 mit 6GBit/s SATA Interface

Die XCel-200 ist eine SSD mit 2.5" Formfaktor bei einer Bauhöhe von lediglich 9.5mm. Sie ist für Anwendungen in rauer Umgebung ausgelegt und leistet über ihre SATA 6GB Schnittstelle 60.000 IO/s Lese-/Schreiboperationen bei Random-Zugriff und 500 MByte/s bei kontinuierlichem Zugriff.

Mit einer Qualifizierung nach MIL-STD-810F ist die Xcel-200 für einen Betrieb unter Umgebungstemperaturen ausgelegt, die noch über den Bereich von -40°C bis +85°C hinausgehen und weist im Betrieb eine Schockfestigkeit von 50g sowie eine Vibrationsfestigkeit von 16.4g auf. Die SSD kann bis zu einer Höhe über NN von 80.000 Fuß (ca. 25.000 m) betrieben werden.

Die Xcel-200 bietet hohe Zuverlässigkeit und Datenintegrität dank ihrer extensiven Fehler-Erkennungs- und Korrektureigenschaften, einem mehrschichtigen Schutz des Datenpfades und des verwendeten Codes, ihrer Data-Fail Recovery und dem ständigen Monitoring der Datenintegrität. Die Platte unterstützt zudem das ATA-8 Security-Erase-Feature für Anwendungen, bei denen das sichere Löschen von Daten notwendig ist. Alle Daten werden grundsätzlich mit AES 256bit verschlüsselt und nur in dieser Form abgelegt. Angeboten wird die Disk mit Kapazitäten von 60, 120 und 240 GByte.

Produktbroschüre Xcel-200 SLC NAND-Flash für lange Lebensdauer

Für Solid-State-Disks im PC- und Serverbereich werden heute i.d.R. NAND-FLASH Speicher vom Typ MLC oder eMLC verwendet. MLC steht für Multi-Level-Cell und sagt aus, dass in jeder Speicherzelle (Floating Gate Transistor) 4 unterschiedliche Ladungszustände herrschen können, Charge Levels, mit denen sich 2 Bit an Daten kodieren lassen. Dies ist eine glatte Verdopplung gegenüber der Single-Level-Cell (SLC), die nur 2 Zustände kennt und damit nur 1 Bit darstellt.

Allerdings können SLC-FLASH-Speicher mit einer etwa 10-fach höheren Standzeit aufwarten, sie lassen sich über 100.000 mal sicher löschen und wiederbeschreiben, während MLC-Zellen nur eine Lebensdauer von etwa 10.000 P/E-Zyklen aufweisen. Gleichzeitig benötigen sie weniger Fehlererkennungs- und Korrekturmaßnahmen und sind schneller beim Schreiben und Lesen.

Diese Eigenschaften sind der Grund für die Verwendung von SLC-FLASH in den Hi-Rel Produkten von SMART Modular, gewährleisten sie doch die notwendige Betriebssicherheit und lange Lebensdauer des Speichers. Zudem sind alle verwendeten Komponenten für den industriellen Temperaturbereich qualifiziert (-40°C bis +85°C).

White Paper FLASH Management, "Why and How" Die Daten sind sicher

Für hoch zuverlässige SSDs im Bereich Enterprise oder Defense sind nach JEDEC JESD2181 Bitfehlerraten von weniger als 10-16 zulässig. Um diese recht ambitionierte Fehlerrate zu erreichen ist neben anderen Maßnahmen auch ein wirksamer Schutz der Daten sowie Mapping-Informationen bei Stromausfall zu gewährleisten.

Üblicherweise werden solche Mechanismen mit Hilfe von SuperCap-Kondensatoren implementiert, die ausreichend Ladung aufnehmen, um die Stromversorgung während des kontrollierten Abschaltens aufrecht zu erhalten.

Sorgfältige Analysen von SMART Modular haben jedoch ergeben, dass die SuperCaps nicht ausreichend zuverlässig sind, vor allem bei hohen Umgebungstemperaturen geht ihre Ausfallwahrscheinlichkeit schon nach wenigen Jahren auf 1, wie aus der nebenstehenden Grafik zu entnehmen ist. Für seine Hi-Rel-Produkte, also die XCel-200 als auch die XceedIOPS verwendet SMART Modular daher Kondensatoren mit Niobium Oxyd. Hierbei handelt es sich um eine erprobte Bauform ohne "nasses" Elektrolyt, qualifiziert für bis zu 85°C und daher wenig anfällig für steigende Leckströme.

Application Note Power Failure Protection
Unternehmensbroschüre SMART Modular

...mehr über Smart Modular

SMART Modular - Industrial Flash

Wed, 25 Jan 2012 00:00:00 +0100

Hi-Q-News - "Industrial Flash" von SMART Modular | Die Verwendung von PC-Technologien in industriellen Steuerungskomponenten hat zu einem erheblichen Schub an Leistungsfähigkeit, Flexibilität und Vernetzbarkeit geführt. Obgleich diese Migration erhebliche Anstrengungen forderte - angefangen von Temperaturqualifizierungen der Schlüssel-ICs bis zur Sicherstellung langfristiger Verfügbarkeit - hat sich der Aufwand gerechnet und so sind heute zu moderaten Kosten ausgefeilte und komplexe Steuerungen darstellbar.

Nicht alle Komponenten allerdings haben den Sprung in die Automation geschafft, so z.B. die Festplatte als Massenspeicher mit rotierender magnetisierbarer Scheibe. Ideal geeignet für Büroanwendungen dank hoher Speicherdichte und niedriger Kosten, reicht es in Sachen mechanischer Robustheit nicht für die Industrieautomatisierung.

Die Alternative sind Massenspeicher auf Halbleiterbasis, vor allem FLASH-Speicher. Sie bieten die Schock-, Temperatur- und Druckfestigkeit, die im industriellen Sektor obligatorisch sind. Zumeist werden sie als Solid State Disks mit Standard Formfaktor 1,8" oder 2,5" angeboten, es gibt aber vor allem für sehr dicht aufgebaute Systeme FLASH-Disks mit USB-, IDE- oder SATA-Schnittstellen und sehr kleinen Abmessungen. Übersicht Embedded-FLASH Speicherprodukte von SMART Modular FLASH-Stick am USB-Anschluss

Die einfachste Möglichkeit, einem Embedded-PC ein bootfähiges Laufwerk zu verpassen, besteht in einem FLASH-Stick am USB-Port mit aufgespieltem Betriebssystem.

Diese Lösung allerdings ist wenig industrie-tauglich, daher bieten Hersteller wie SMART Modular FLASH-Drives zum Aufstecken auf die Hauptplatine. Abgebildet ein FLASH-Drive mit 2,54'er Steckerleiste (Legacy), das sich dank standardisierter Steckerbelegung und einer Baugröße von etwa 36 x 28 mm auf nahezu allen IPC-Mainboards montieren lässt. Dieses eUSB FLASH-Drive wird derzeit bis 16 GByte Kapazität angeboten sowie für 3.3V und 5V Versorgungsspannung und mit unterschiedlichen Steckeroptionen, darunter auch solchen, die das Stapeln der Module erlauben. Das Laufwerk ist für industriellen Temperaturbereich qualifiziert (-40 .. 85°C) und unterstützt USB 2.0. eUSB Laufwerke von SMART SATA-Laufwerke für die Industrie - iSATA

Braucht man etwas mehr Performance oder sind USB-Schnittstellen rar, so bieten sich sog. iSATA-Drives an, also Laufwerke mit Serial-ATA-Schnittstelle. "XceedIOPS iSATA Slim" heißt die entsprechende Produktlinie von SMART mit Kapazitäten von derzeit 4 GByte bis 64 GByte und SATA-II Interface. Die Übertragungsleistung ist erheblich höher als bei eUSB, mit den iSATA-Laufwerken können in der Spitze bis zu 120 MByte/s gelesen und 115 MByte/s geschrieben werden, bei eUSB sind es lediglich 36/23 MByte/s.

Die Anschlussleiste entspricht elektrisch und mechanisch den Anschlussleisten handelsüblicher SATA-Harddisks, so dass die Slims wahlweise über Kabel oder, wenn auf dem Mainboard so vorgesehen, direkt aufgesteckt werden können.

Die iSATA Speicher verwenden robuste Single-Level-Cell (SLC) FLASH-Speicher und erreichen dadurch eine extrem hohe Lebensdauer von über 260 Jahren bei einem Schreibvolumen von 200 GByte/Tag sowie unlimitiertem Lesevolumen. Wie die eUSB-Drives sind sie mit kommerzieller oder industrieller Temperaturqualifizierung erhältlich. iSATA Drives von SMART Speicherkarten

Mitunter ist es notwendig, Datenträger nicht nur robust sondern auch mobil zu gestalten, dann eignen sich Formate wie PC-Card, CF- oder SD-Card. Diese Karten sind aus dem Bereich der Notebooks bzw. von elektronischen Kameras bekannt, doch entsprechen die bei den Resellern der Konsumerelektronik angebotenen Speicher keinen Industrienormen.

Verbaut sind dort i.d.R. Multi-Level-Cell FLASH-Speicher, recht preisgünstig, aber nach spätestens 10.000 Schreib-/Lesezyklen am Ende ihrer Lebensdauer.

SMART Modular bietet hier industrietaugliche und sehr robuste Alternativen in allen 3 Formfaktoren mit aktuellen Speicherdichten bis 32 GByte (16 GByte bei SD-Card), Qualifizierung für den erweiterten Temperaturbereich von -40 .. 85°C, niedriger Stromaufnahme und garantierter Lebensdauer von mehr als 2.000.000 Schreib-/Lesezyklen. AT-Speicherkarten von SMART
CF-Speicherkarten von SMART
SD-Speicherkarten von SMART Weitere Ausführungen

SMART Modular bietet für den festen Einbau noch weitere Varianten für eingebettete Systeme an, darunter SCDD-Module und µSATA-Laufwerke, ebenfalls ausgestattet mit robusten MLC-Speichern und geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungen.

...mehr über SMART Modular

GEO Semiconductor - Image Warping

Thu, 14 Jul 2011 10:48:00 +0200

Hi-Q-News "Image Warping" Die steigende Leistungsfähigkeit integrierter Bildverarbeitungs-DSPs zusammen mit optimierten Algorithmen ermöglicht die Kompensation von Bildverzerrungen oder Abbildungsfehlern in Echtzeit. Es eröffnen sich damit aber auch völlig neue Anwendungsperspektiven wie beispielsweise das elektronische Pan-Tilt-Zoom (ePTZ) oder die dynamische Korrektur der Verzeichnung von Zoomobjektiven abhängig von der jeweils eingestellten Brennweite. Die Technik dahinter nennt sich "Image Warping" und bezeichnet ganz allgemein die Verzerrung eines Bildes mit bestimmten Abbildungsmatrizen, deren Elemente sowohl konstant sein können, als auch eine Funktion des jeweiligen Ortes. Anders als die "klassischen" Bildmanipulationen zur Veränderung von Helligkeit, Kontrast, Farbbalance oder Gradation verändert das Warping die Lokationen einzelner oder aller Bildpunkte, wie etwa bei der Bildrotation oder Bildskalierung. Solche Algorithmen echtzeitfähig in kostengünstige Halbleiter zu implementieren ist das Ziel des jungen Unternehmens GEO Semiconductor, dessen neuester Chip im Folgenden vorgestellt wird. Fischaugen entzerren Interessanter als das Drehen oder Skalieren eines Bildes wird das Warping, wenn es um die Entzerrung von optischen Verzeichnungen realer Objektive geht. Zum einen ist es dann möglich, relativ preisgünstige Objektive zu verwenden und die damit in Kauf genommen Abbildungsfehler durch einen Chip zu kompensieren, zum anderen erschließt sich damit die Möglichkeit, überwachte Flächen mit wenigen, hoch auflösenden Kameras zu bestücken, die durch extreme Weitwinkel- (Fischaugen-) Objektive große Bereiche abdecken. Der Nachteil solcher Optiken ist ihre extreme Verzerrung vergleichbar dem Spiegelbild auf einer Kugeloberfläche und die damit verbunden Schwierigkeiten bei der Analyse von Aufzeichnungsmaterial. Mit Realtime-Warping ist es jedoch möglich, die Verzerrungen zu korrigieren und damit die Bilder nutzbar zu machen. GEO Semiconductors sxW2 Der sxW2 von GEO Semiconductor ist ein In-Stream Videoprozessor mit niedriger Latenz und leistungsstarken Fähigkeiten wie z.B. elektronischem Pan-Tilt-Zoom (ePTZ™) oder Bildverbesserungsalgorithmen zusammen mit den Möglichkeiten der geometrischen Entzerrung von Weitwinkeloptiken. Der sxW2 verfügt auch über einen qualitativ hochwertigen und leistungsstarken Skalierer, um damit Bilder in bester Qualität zu vergrößern. Zudem sind alle Voraussetzungen zum Image-Stitching eingebaut, also zum nahtlosen und unsichtbaren Zusammenfügen vielfacher Kamera-Panoramabilder.

Der sxW2 arbeitet als Co-Prozessor mit einer einfachen Kommando-Schnittstelle über einen standardisierten seriellen Bus und leistet eigenständig die oben beschriebenen Funktionen. Mit diesem IC können Entwickler optische Verzerrungen von Weitwinkel-Objektiven mit unterschiedlichen Sichtfeldern bis 360° kompensieren (De-Warp) und diese Entzerrung in Echtzeit für das gesamte Bild bei Bildwiederholraten bis zu 60 fps (frames per second) durchführen. Zusätzlich unterstützt der Baustein eine große Zahl von anwenderdefinierbaren Ausschnittsbildern, jedes davon mit unabhängigen Pan-Tilt-Zoom-Eigenschaften. Zudem kann der Chip ungleichmäßige Verteilungen von Helligkeit und Farbe auf Displays korrigieren und Verzerrungen sowie Abbildungsfehler von Optiken kompensieren, wie Kissen- und Tonnenverzeichnungen, aber auch chromatische Fehler und lateralen Farbversatz. Damit lässt sich beispielsweise bei den bildgebenden Diagnoseverfahren der Medizintechnik (Röntgenbilder) die Aussagesicherheit erhöhen.
Die einzigartigen Fähigkeiten ermöglichen auf der anderen Seite aber auch die Reduktion von Kosten und Gewicht eines Systems, weil weniger optische Elemente benötigt werden und diese aus kostengünstigeren Materialien hergestellt sein können. Am wichtigsten aber ist der Umstand, dass mit dem Einsatz dieses ICs Motoren für einen mechanischen Zoom obsolet werden. Mechanische Antriebe haben nur eine limitierte Lebensdauer im Vergleich zu elektronischen Systemen. Durch ihre Eliminierung steigt daher die Systemlebensdauer und die Zuverlässigkeit erhöht sich ganz wesentlich. Mit nur einem sxW2 können Systementwickler Auflösungen bis 1920x1200 bei 60fps anbieten. Dank der offenen, selbstkonfigurierenden Architektur des sxW2 lassen sich sehr einfach auch mehrere dieser Chips kaskadieren, um höhere Auflösungen zu unterstützen. Die Firma GEO Semiconductor ist industrieweit führend bei sehr leistungsfähigen Video- und Geometrie-2/3D-Pixelprozessor-IC-Lösungen für verschiedene Märkte. Präzises Sub-Pixel Video- und Geometrie-Processing bedeutet sowohl Kostenreduktion und optimierte Leistung bestehender Produkte als auch Chancen für neue Produkte wie z.B. digitale optische Korrektur, LCD-Display-Verbesserung durch die Kompensation von ungleichmäßiger Farb- und Lichtverteilung, ePTZ™ digitales Pan/Tilt/Zoom bei Videokonferenz- und Videoüberwachungssystemen sowie Pico-Projektoren.

...mehr über GEO Semiconductor

LSI - Pyroelektrischer Effekt

Thu, 24 Mar 2011 10:46:00 +0100

Hi-Q-News "Pyroelektrischer Effekt" Bewegungsmelder stellen heute eine erprobte und baumarktkompatible Technologie dar. Sie dienen nicht nur der Gebäudesicherung, sondern beispielsweise auch zur Senkung des Energieverbrauchs durch intelligente Lichtsteuerung im Sinne eines „Smart Homes“ und dürften sich daher auch in Zukunft großer Beliebtheit erfreuen. Wenn auch der technologische „Clou“ in der Herstellung der pyroelektrischen Sensorelemente liegt, so sind doch zur Implementierung in Anwendungen möglichst flexible Controller notwendig. LSI/CSI hat bereits seit Mitte der 90er Jahre kundenspezifische Bausteine für dieses PIR-Melder entwickelt und bietet inzwischen ausgereifte Standard-ICs an. PIR-Technologie Die Passive-Infrared- oder PIR-Technologie ermöglicht auf kostengünstige Weise die sichere Erkennung infraroter Strahlungsquellen wie z.B. von Menschen und Tieren und hat daher millionenfach Einzug in Bewegungs- und Präsenzmeldern gehalten. Sie basiert auf dem sog. pyroelektrischen Effekt oder pyroelektrischen Polarisation, eine Eigenschaft einiger piezoelektrischer Kristalle wie Turmalin, auf eine zeitliche Temperaturänderung mit Ladungstrennung zu reagieren. Sie detektieren also IR-Strahler nur dann, wenn sich diese bewegen und haben damit deutliche Vorteile gegenüber konkurrierenden Technologien wie Ultraschall oder Mikrowellen. Üblicherweise werden kommerzielle PIR-Sensoren als 2-fach oder sog. 4-fach-Elemente aufgebaut, um Fehlauslösungen durch Lichtänderungen auszuschließen. Durch Vorsetzen von Fresnel-Linsen im mechanischen Aufbau kann zudem der einfallende Strahlungspegel erhöht und das Nutzsignal damit gesteigert werden. PIR-Sensoren brauchen Controller Der Chip-Hersteller LSI Computer Systems (LSI/CSI) beschäftigt sich mit seiner Expertise für HV-CMOS-Prozesse schon seit mehr als einer Dekade mit Interface-Controllern für PIR-Sensoren. Nach anfänglichen kundenspezifischen ASIC-Implementierungen war der LS6511N ein erster Standard-Controller mit Ansteuerung eines Triacs zur Lichtsteuerung. Aktuell im Lieferprogramm ist der Controller LS6506R, der speziell zur Ansteuerung von Stromstoßrelais konzipiert wurde. Gegenüber Triacs können Relais natürlich auch andere als ohmsche Lasten schalten, vor allem Heizung und Klimatisierung seien hier genannt. Dank dem Einsatz von Stromstoß- bzw. bistabiler Relaistechnik ist dabei der Eigenverbrauch der Bewegungsmelder ebenso gering wie bei Triac-Lösungen. (Als LS6507R ist das IC auch für Triac-Ansteuerung erhältlich). Vorteil Relais Mit dem Schalten der Last über bistabile Relais gewinnt man erhebliche Flexibilität beim Einsatz des Melders. Nicht nur Klimaanlagen mit starken induktiven Komponenten lassen sich damit problemlos ein- und ausschalten, auch Neonröhren mit Kompensationsdrosseln oder Energiesparlampen reagieren mitunter empfindlich auf die zyklischen Unterbrechungen der Netzspannung bei Triac-Steuerung und brauchen daher eine zeitkontinuierliche Versorgung. Auf der anderen Seite muss nun allerdings eine separate Gleichspannung für den Baustein bereitgestellt werden, was i.d.R. über eine Graetzbrücke mit Spannungsteiler und Siebung erfolgt. Der Versorgungsstrom fließt dann über Schutzerde ab und darf 500uArms nicht übersteigen. Zudem bedarf es natürlich bistabiler Relais, um den Eigenstromverbrauch niedrig zu halten, und die sind gegenwärtig noch etwas teurer als klassische, monostabile Ausführungen. Die Firma LSI Computer Systems ist mit dem Gründungsjahr 1969 ein echter Veteran der Branche und war das erste "fabless" Halbleiterunternehmen, also ohne eigene Siliziumfertigung. LSI/CSI entwickelt sowohl kundenspezifische als auch standardisierte Bausteine mit ganz unterschiedlichen Halbleiterprozessen für die Luftfahrt- und Militärindustrie ebenso wie für Konsumeranwendungen. Die Produktreihe der Standard ICs beinhaltet Inkrementalzähler, digitale Teiler, programmierbare Delays, Ansteuerungen für bürstenlose Elektromotoren, PIR Motion Detektoren und Controller für Lichtdimmer.

...mehr über LSI

XMOS - Motoren effizient steuern

Thu, 24 Feb 2011 10:05:00 +0100

Hi-Q-News "Motoren effizient steuern" Bürstenlose Gleichstrommotoren sind durch die Entwicklung intelligenter Smart-Power-Devices rasch in neue Anwendungsgebiete vorgedrungen. Konstruktionsbedingt sind diese BLDCs äußerst wartungsarm, leistungsfähig und präzise zu steuern – es bedarf aber intelligenter und vor allem deterministischer Controller, um ihre besten Eigenschaften ans Tageslicht zu fördern. Die Echtzeit-Prozessoren der Firma XMOS sind dafür ideal geeignet und auch ein Referenzkit ist verfügbar. XMOS Motor-Control Plattform

XMOS bietet mit seinen ereignisgesteuerten Multi-Core-Prozessoren eine neue Realisierungsmöglichkeit, indem die besten Eigenschaften von 3 Architekturen in einem einzelnen IC vereinigt werden:

• Programmier-Hochsprache und die Signalverarbeitungsfähigkeiten eines DSPs
• Die flexible Konfigurierbarkeit von I/Os und Schnittstellen der FPGAs
• Die niedrigen Kosten und einfache Programmierbarkeit von Mikrocontrollern

Damit eignen sich die Prozessoren in idealer Weise für klassische Echtzeitaufgaben, wie etwa die Steuerung von bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDCs). Das von XMOS vorgestellte Referenzkit unterstützt 2 Motoren mit jeweils bis zu 7,7 Watt samt notwendiger Sensorik und umfangreichen Kommunikationsmöglichkeiten über CAN-Bus, Ethernet und LCD-Bedienerschnittstelle. BLDC Motorsteuerung

Die Steuerung eines BLDC-Motors verlangt im Wesentlichen die kontinuierliche Ermittlung der Rotorposition und die Bedienung der Leistungstransistoren durch Erzeugung einer variablen Frequenz sowie variablen Amplitude, um abhängig von Position, Geschwindigkeit und Drehmomentanforderung die optimalen Betriebsparameter vorzugeben.
Die Positionsbestimmung des Rotors stützt sich entweder auf Hall-Sensoren oder Dreh-Encoder auf der Motorwelle oder kann ohne Sensoren durch Messung der Gegen-EMK während der nicht angesteuerten Phase der Statorspulen erfolgen. Verfahren mit Sensoren sind einfach in der Implementierung und verlangen nur geringe Prozessorleistung, brauchen aber zusätzliche Hardware in Form der eigentlichen Sensoren, notwendiger Verbindungen und Messwertaufbereitung. Das sensorlose Verfahren auf der anderen Seite erhöht ganz erheblich die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems, braucht aber eine deutlich höhere Rechenleistung der Steuereinheit.
Ausgangsseitig ist ein wesentlicher Schlüsselfaktor die präzise Erzeugung der notwendigen PWM (= pulse width modulation) für die Leistungselektronik. Plattformen mit der Möglichkeit zur anwenderseitigen Parametrisierung der PWM, wie im XMOS Referenzsystem gegeben, eröffnen die Möglichkeit zur Optimierung der Effizienz des Motors und seiner Steuerung.

Echtzeitfähigkeit

Die Ansteuerung der Transistorbrücke zur Erzeugung des korrekten Stromflusses in den Statorwicklungen ist eine klassische Real-Time-Aufgabe. Wenn der Motor nicht zum genau richtigen Zeitpunkt angesteuert wird, entsteht ein Drehmoment-Ripple, der Motor produziert mehr hörbaren Lärm und sein Wirkungsgrad sinkt aufgrund der Tatsache, dass der magnetische Fluss nicht exakt senkrecht zum Magnetfeld des Rotors steht. Controller müssen also erhebliche Anstrengungen zur permanenten Validierung der Parameter leisten.

Diese Art von Anforderung auf traditionellen Prozessorarchitekturen zu erfüllen ist nicht trivial und häufig wird ein Echtzeit-Betriebssystem (RTOS) eingesetzt, um den komplexen DSP-Plattformen ein deterministisches Systemverhalten beizubringen.

XMOS Prozessoren sind zu 100% deterministisch und daher entfällt die Notwendigkeit für ein RTOS. Zudem können simultan und parallel mehrere Hardware-Threads laufen. Auf der Motor-Control-Plattform sind es z.B. 5 Threads eines Single-Core XS1-L1 für die gesamte Steuerung. Das Diagramm zeigt in der "Main Control Loop" die Zuordnungen.

Auf dem Referenzkit hat XMOS das Design in 2 große Blöcke zur Kommunikation und Steuerung getrennt und auf 2 Prozessoren aufgeteilt. Für die eigentliche Steuerung genügt ein Single-Core, für die umfangreiche Kommunikation mit Ethernet, CAN-Bus und Display kommt ein Dual-Core Baustein XS1-L2 zum Einsatz.

...mehr über XMOS

Invensense - 9-Achsen-Gyroskope-Lösung

Fri, 11 Feb 2011 00:00:00 +0100

Hi-Q-News "9-Achsen-Gyroskope" Die Integration von Gyroskopen und anderen Trägheitssensoren hat mittlerweile eine technologische Reife erlangt, durch die auf einfache und kostengünstige Weise die Erkennung und differenzierte Auswertung der Bewegungen des Endgerätes möglich wird.

Auf der Suche nach erfolgversprechenden Produktvorteilen implementieren Hersteller inzwischen solche Sensoren in Mobiltelefone, Securitykameras oder TV-Fernsteuerungen zur Gestik-Erkennung, Bildoptimierung oder zur bewegungsgeführten Menüsteuerung.

Schlüssel zum Erfolg in diesem Marktsegment ist aber das Know-How einer kostengünstigen Fertigung und möglichst umfangreiche Softwareunterstützung für Kundenanwendungen. InvenSense, dank seiner Nasiri-Plattform führender Hersteller von MEMS-Gyroskopen, hat kürzlich mit dem MPU-6000 einen neuen Meilenstein in Sachen Preis und Integration gesetzt. Sensorik und Metrologie auf einem Chip

Mit der Integration eines 3-Achsen Gyroskopes und eines 3-Achsen Accelerometers auf dem gleichen Silizium zusammen mit einem Digital Motion Processor™(DMP) der in der Lage ist, komplexe 9-Achsen Sensor-Fusion Berechnungen durchzuführen, stellt der MPU-6000 einen Durchbruch im Bereich der MEMS Bewegungssensortechnologie dar. Vor allem beseitigt der Baustein die Herausforderungen, die mit der Auswahl und Implementierung verschiedener Bewegungssensoren verbunden sind, wie etwa Signalkonditionierung, Sensor-Fusion und Kalibrierung in der Herstellung. Er verfügt über integrierte 9-Achsen Sensor-Fusion Algorithmen und verwendet einen externen Kompass-Sensor via I2C-Bus, um auch 9-Achsenanwendungen etwa zur Koppelnavigation zu unterstützen.

Die MPU-6000 ICs werden im gleichen 4x4x0.9 mm QFN-Gehäuse und gleichen Pinning angeboten wie die aktuellen Bausteine der MPU-3000 Familie (3-Achsen Gyroskope) und vereinfachen daher den Einsatz in bestehenden Boards. Durch den I2C bzw. SPI-Bus und der Standard Motion-Processing-Library™ (MPL) sowie -API vereinfacht sich Integration und Anbindung an unterschiedlichste Anwendungsprozessoren.

Weitere Eigenschaften Der MPU-6000 verfügt über programmierbare Meßbereiche von ±250dps, ±500dps, ±1000dps und maximal ±2.000dps (= degrees per second) für Drehratenmessung sowie ±2g, ±4g, ±8g und ±16g bei der linearen Beschleunigungsmessung.

Das ermöglicht den Einsatz einer einzigen Motion-Processing-Lösung für jede denkbare Bewegungsanwendung von der eher gemütlichen Menüauswahl mit Fernsteuerungen bis hin zur Erkennung von unerwünschten Kamerawackeln, alles digitalisiert mit 16-Bit Auflösung und einigen 100 Samples je Sekunde. Bezüglich der Rauscheigenschaften setzt der Baustein mit seinen 0.005 degrees/sec/vHz einen neuen Industriestandard und bietet damit höchste Qualität und Anwendungsfreundlichkeit bei der Bildstabilisierung oder bei Zeige- und Spielanwendungen. Eine genaue Kalibrierung im Werk mit ±1% Abweichung der initialen Empfindlichkeit reduziert die Notwendigkeit zur anwenderseitigen Nachjustierung.

Das Gyroskop arbeitet bei einer Resonanzfrequenz von über 27 kHz und ist daher weitgehend immun gegen Interferenzen mit hörbaren Schwingungen (20 .. 20.000Hz) wie etwa Musik oder Telefongeklingel, was für geräuschempfindliche Anwendungen wie beispielsweise Bildstabilisierung sehr wichtig ist.

Weitere, industrieweit führende Eigenschaften, sind ein 4x4x0.9mm 24-pin QFN Kunststoffgehäuse, integrierte 16-Bit A/D-Wandler, programmierbare digitale Filter, Präzisionstaktgeber mit 2% Abweichung im Bereich von -40°C bis 85°C, ein eingebetteter Temperatursensor, programmierbare Interrupts und ein Stromverbrauch von lediglich 5.5 mA. Die Bausteine sind verfügbar mit I2C und SPI-Schnittstelle, einem Betriebsspannungsbereich von 2.5 bis 3.6 V und einer VLOGIC-Schnittstellenspannung von 1.71 bis 3.6 V.

Ein entscheidender Vorteil einer integrierten 6-Achsen-Lösung auf einem Chip ist die perfekte Ausrichtung aller Achsen von Gyroskop und Beschleunigungssensor, was die kostenträchtigen Kalibrierungen erübrigt, wie sie mit diskreten Lösungen heute notwendig sind.

Und mit dem Master I2C-Bus zur Übernahme von 3-Achsen Kompasswerten aus einem externen Sensor lässt sich ein vollständiges 9-Achsen Sensor-Fusion System verwirklichen, das die InvenSense eigenen und zum Patent angemeldeten DMP- und MPL-Funktionen nutzt. Die MPL von InvenSense ist ein Software-Layer, der die Integration und Anbindung eines Anwendungsprozessors zu einer einfachen Aufgabe macht. Die Motion-Processing-Library

Mit der jüngsten Version V3.2 der Motion-Processing-Library Software unterstützt Invensense neben vielen anderen Betriebssystemen nun auch Android 2.3 "Gingerbread". Diese Software bietet zusammen mit den dazu gehörigen MotionProcessor Produktfamilien eine umfassende Lösung für die 9-Achsen Sensor-Fusion mit je 3-Achsen Drehrate (Gyroskop), Beschleunigung (Accelerometer) sowie Himmelsrichtung (Kompasssensor) für die Strukturen in der Android-Gingerbread Programmierschnittstelle (API).

Die neuen APIs (Quaternion, Rotationsmatrix, lineare Beschleunigung und Schwerkraft) erlauben es Anwendungsentwicklern, die Vorteile von Sensorkombinationen aus Gyroskop, Beschleunigungs- und Kompass-Sensor zu nutzen. Die MPL 3.2 Software beseitigt die Schwierigkeiten, die mit der Integration zahlreicher Sensoren in das Android Betriebssystem einhergehen, indem es sich direkt mit der Gingerbread Hardware-Abstraktionsebene (HAL) verbindet und 9-Achsen Sensor-Fusion-Daten an die neuen APIs liefert ohne die Notwendigkeit komplexer, prozessorintensiver Berechnung von Bewegungsalgorithmen auf dem Anwendungsprozessor. Dies wird erreicht durch Abstimmung der MPL mit einem Compagnion-MotionProcessor mit eingebettetem DMP und integrierter Bewegungs-Algorithmik, um den Anwendungsprozessor von den 9-Achsen Sensor-Fusions Berechnungen zu entlasten.

Die MPL-Software steuert kritische Bewegungsverarbeitungsaufgaben einschließlich des Managements der Sensorbausteine, Kalibrierung der Sensor-Bias-Werte, die Kombination der verschiedenen Sensoren sowie die Erkennung von Gesten auf Basis der Android Sensor HAL/APIs und eröffnet den Designern die Möglichkeit, sich ausschließlich auf die eigene Anwendungsentwicklung zu konzentrieren.

Lesen Sie dazu auch: MPL V3.2 Software von InvenSense

...mehr über Invensense

Jennic - Drahtlose Sensornetzwerke für die Logistik

Tue, 25 May 2010 13:41:00 +0200

Hi-Q-News "Drahtlose Sensornetzwerke für die Logistik" Drahtlose lokale Netze haben sich in den letzten Jahren technisch und ergonomisch rasant entwickelt und sind mittlerweile unverzichtbarer Bestandteil mobiler und ortsfester TCP/IP-Infrastrukturen geworden. Etwas weniger im öffentlichen Fokus stehen die Netzwerke der industriellen Automatisierungstechnik und des Asset-Managements, üblicherweise WSNs – Wireless Sensor Networks - genannt. Vor kurzem hat Jennic ein Referenzdesign auf Basis seines Wireless Microcontrollers JN5148 vorgestellt, das unter Nutzung der innovativen Chip-Eigenschaften eine ideale Plattform zur Ortung und Verfolgung von Gütern in der Transportlogistik bietet. Referenzdesign für Logistikanwendungen Das Logistik-Referenzdesign beruht auf Jennics patentierter Sleeping Beacon-Technologie für den Einsatz batteriebetriebener und zeitsynchronisierter drahtloser Sensornetzwerke in logistischen Anwendungen. Die Sensoren im Netzwerk, die als sog. "Tags" mit der Ware verbunden sind, übermitteln dabei in regelmäßigen Abständen neben einer einmaligen MAC-Adresse zur Identifizierung Umgebungsdaten, wie Temperatur oder Luftfeuchte, an einen zentralen Controller, der wiederum mit einem Back Office-System kommuniziert und die Daten zur Transportbewegung in Echtzeit an die Logistikdienstleiter weitergibt bzw. für die Auditierung zur Verfügung stellt. Das Referenzdesign besteht aus zwei Teilen, einem für die erste Evaluierung und einem weiteren für die Entwicklung und kundenspezifische Anpassung. Das Evaluierungspaket ist so konzipiert, dass die besonderen Eigenschaften der drahtlosen Konzepte mit ihrem extrem niedrigen Leistungsbedarf schnell umgesetzt werden können. Hierfür wird das Standard-Evaluierungskit von Jennic und ein PC für die Back Office-GUI benötigt. Die auf Windows basierende GUI stellt die vom Sensornetzwerk stammenden Daten einschließlich der Node-Temperatur, Batteriespannung und HF-Kanal in Echtzeit dar. Ebenso lässt sich die Frequenzagilität im Netzwerk über die Effekte der HF-Interferenz und des Kanal-Black-Listings auswerten. Das Entwicklungspaket wird zusammen mit Projektdaten und Quellcode als Drop-In-Applikation für das Jennic Software Development Kit geliefert. Mit Hilfe des Quellcodes kann der Entwickler direkt in die Anwendung eingreifen und sie kundenspezifisch anpassen - typischerweise durch Integration einer GPRS/GSM-Modemverbindung zum Back Office. Das Herz des Designs aber bilden die drahtlosen Microcontroller der 3. Generation von Jennic. Sie arbeiten im lizenzfreien 2,4-GHz-ISM-Band und sind, da sie dem IEEE802.15.4-Standard entsprechen, weltweit einsetzbar. Um die Produkteinführungszeit möglichst kurz zu halten und Zertifizierungskosten zu sparen, bietet Jennic eine Reihe bereits zertifizierter drahtloser Module an, die alle bestehenden HF-Richtlinien erfüllen. Das Prinzip der schlafenden Bake Jennics Monitoring- und Tracking-Plattform für die Logistikindustrie nutzt die sog. "Sleeping Beacon"-Technologie, um sowohl für die Tags als auch die Koordinatoren eine robuste Lösung mit maximaler Batteriestandzeit zu realisieren. Das Prinzip der "schlafenden Bake" ist eine Erweiterung der Standard IEEE802.15.4-Baken mit verbesserter Batteriestandzeit und Steuerung des Netzwerkverkehrs. Der Begriff Bake stammt aus der Funknavigation und bezeichnet ein regelmäßig wiederkehrendes Funksignal. Die End-Devices (Tags) empfangen eine Bake, senden Ihre eigenen Daten und gehen danach in einen Low-Power-Mode. Durch einen Sleep-Timer "erwachen" sie rechtzeitig vor der nächsten Bake und können dann wiederum ihre aktuellen Daten senden. Da die Periodizität einige Sekunden betragen kann und End-Devices regelmäßig Baken ignorieren dürfen (z.B. nur bei jeder 10ten Bake senden), ist der mittlere Stromverbrauch äußerst niedrig und somit die Lebensdauer der speisenden Batterie hoch. Wireless Microcontroller JN5148 Der JN5148 ist das zentrale Schlüsselelement des Referenzdesigns und überzeugt mit niedrigstem Stromverbrauch und höchster Speicherdichte aller Wireless Single-Chip Microcontroller am Markt. Der mit einer innovativen „time-of-flight“ Reichweiten-Engine versehene JN5148 ermöglicht die Entwicklung drahtloser Mesh-Netzwerkkomponenten für batteriebetriebene Anwendungen mit hohen Datenaufkommen. So verbraucht der Chip im „Deep-Sleep“-Modus nur 0.1 µA, 1.1 µA sind es im normalen Sleep-Modus mit aktiviertem Wake-On-Timer oder Wake-On-IO und 2.5 µA für Wake-On-X mit gleichzeitiger Sicherung des RAM-Inhaltes. Der Chip arbeitet bis zu einer minimalen Versorgungsspannung von 2 Volt (max. 3.6 V), lässt sich perfekt mit einer Knopfzelle betreiben und kann diese auch noch weitestgehend vollständig ausnutzen. Im Betrieb erreicht der JN5148 eine Stromaufnahme von 18 mA beim Empfangen und 15 mA beim Senden von Daten mit +2.5dBm Leistungspegel. Das ist typischerweise 35% weniger als der Verbrauch herkömmlicher Lösungen. Mit 128 KByte ROM, 128 KByte RAM und verbesserter Code-Effizienz verfügt der JN5148 über ausreichend Speicher, damit Entwickler ihre eingebetteten Anwendungen zusammen mit dem Protokollstack in einen Chip integrieren können. Neben ZigBee PRO unterstützt das SoC weitere Protokolle. Grundsätzlich natürlich das Basisprotokoll 802.15.4, des weiteren 6LoWPAN und schließlich das Jennic-Protokoll JenNet. Obwohl WPAN, also 802.15.4, nur eine Übertragungsrate von 250 kBit/s spezifiziert, ist der JN5148 hier leistungsfähiger und durch Aktivierung sog. „Enhanced Data Rate Modes“ (z.B. für Audioanwendungen) können Übertragungsgeschwindigkeiten von 500 und 667 kBit/s erzielt werden. Mit einer programmierbaren CPU-Taktgeschwindigkeit von 4 MHz .. 32 MHz und dem Einsatz von 5 voneinander getrennten Versorgungsdomänen lässt sich der JN5148 flexibel an eine Vielzahl von Applikationen anpassen, angefangen von batteriebetriebenen Low-Power-Anwendungen bis hin zu Netzwerken mit einer hohen Anzahl an Teilnehmern. Die neue, patentierte „Time-of-Flight“ Reichweiten-Engine, mit nur geringen Zusatzkosten in den SoC integriert, revolutioniert Netzwerk-Lokalisierungs-Dienste, indem sie deutlich bessere Genauigkeit gegenüber reinen Feldstärke basierten Implementierungen liefert.

... mehr über Jennic

Cavium - SSL-Beschleuniger

Tue, 11 May 2010 10:14:00 +0200

Hi-Q-News "SSL-Beschleuniger" Abgesicherte Datenübertragung bei Web- oder Mail-Services wird heute überwiegend mittels Secure-Socket-Layer-Protokoll (SSL) bzw. dessen Nachfolger, Transport-Layer-Security- Protokoll (TLS) ausgeführt. Erkennbar ist diese Verbindung z.B. am "https://..." in der Adressleiste des Web-Browsers.

SSL gilt als extrem sicher, bedeutet aber erhebliche Zusatzlast für die CPUs der verwendeten Server, so dass mitunter ein weiterer Server nur für die Sicherung eingesetzt werden muss. Eine preisgünstige und leistungsfähige Alternative bieten die Nitrox-SSL-Beschleunigerboards von Cavium Networks, die den heiß laufenden CPUs die Last der Verschlüsselung abnehmen. SSL-Beschleuniger Die Adapterkarten mit den Bezeichnungen CN1010-NHB-E, CN1120-NHB-E und CN1230-NHB-E erhöhen die Verarbeitungs-geschwindigkeit typisch konfigurierter Webserver ohne Crypto-Beschleuniger um das 10-bis-15-fache und erlauben den Servern damit eine höhere Anzahl unterstützter Clients bei gleichzeitig sinkenden Infrastrukturkosten für die Datensicherheit. Zielanwendungen sind Secure-Web-Server und Secure-Exchange- Server auf Windows 2003 sowie Red Hat Enterprise Linux. Gut für Spitzenlast Die Accelerator-Boards und die mitgelieferte Software ermöglichen es Integratoren und Endanwendern ihre betreuten Netzwerkstrukturen auf eine sehr kosteneffiziente Weise abzusichern. Mit den Nitrox-Karten lassen sich vor allem Traffic-Bursts (=Spitzenlast) wesentlich besser abfangen, d.h. Zugriffe der Clients können wesentlich zügiger bearbeitet werden. Die Boards sind sehr einfach zu installieren, indem sie in freie PCI/PCI-X Slots des Servers montiert werden. Softwareseitig stehen Einbindungen für Windows 2003 Server und Red Hat Enterprise Linux zur Verfügung.

Software Nitrox Applikationsdiagramm Windows 2003 Server Familie (mit IIS):
Hardware Beschleunigung für CryptoAPI (CAPI) via ModExp Offload-Funktion.

Red Hat Enterprise Linux v3 und v4: Vollständige OpenSSL Engine Offload Unterstützung für Apache-basierende Webserver. Spezifikationen

Industrie-Standard PCI-Interface
3.3V PCI v2.2 compliant, 64 bit/32 bit 66/33 MHz
PCI-X 64 Bit/133 MHz
Standard Half-Height PCI: CN1010-NHB-E, CN1120-NHB-E
Standard Full-Height PCI: CN1230-NPB-E
Crypto-Performance
- CN1230-NPB-E, bis zu 11,000 TPS (1024 Bit RSA Decryptions)
- CN1120-NHB-E, bis zu 6,000 TPS (1024 Bit RSA Decryptions)
- CN1010-NHB-E, bis zu 4,000 TPS (1024 Bit RSA Decryptions)
Anzahl Nutzer
- CN1010-NPB-E - 1000
- CN1120-NPB-E - 2000
- CN1230-NPB-E - 4000
Leistungsaufnahme
- CN1010-NHB-E < 2W
- CN1120-NHB-E < 4W
- CN1230-NPB-E < 15W
Zertifizierungen: FCC Class A, CE

...mehr über Cavium

IC Plus & Halo - Ethernet Design Techniken

Mon, 26 Apr 2010 08:55:00 +0200

CfS IC Plus & Halo "Ethernet Design Techniken" Vor Jahren gab es das Siemens S10, ein echter „Knochen“ – groß und ziemlich schwer. Man konnte nicht viel mehr damit machen als telefonieren. Inzwischen erfreuen wir uns an kleinen, dünnen, leichten, sprich „smarten“ Handys. Mit denen kann man natürlich telefonieren, bekommt aber eine Vielzahl an weiterer Funktionalität, wie z.B. MP3-Player, Radio, Bluetooth oder Kamera geboten. Der Funktionsumfang dieser und anderer Applikationen steigt ständig, dank immer höher integrierter Komponenten. So wie bei IC Plus, unserem Partner für Ethernet-Lösungen.
IC Plus bietet mittlerweile ein breites Spektrum an Ethernet Bausteinen mit einem beachtlichen Preis-/Leistungsverhältnis. Das Produktspektrum wird ständig erweitert. So bilden z.B. der IP1717 + IP108A einen guten 16 Port Dumb- oder auch Smart-Switch. Das Chipset gibt es bereits für 3€. Was zu beachten ist, um den richtigen Kompromiss in Multiport Highspeed Designs zu finden, verraten wir Ihnen im folgenden Artikel. Bei hoher Geschwindigkeit auf der Spur bleiben

In einer IP1717 und IP108A Switch Anwendung kommen serielle High-Speed-Schnittstellen zur Kopplung der Schaltkreise zum Einsatz. SS-SMII Schnittstellen reduzieren die Anzahl der benötigten Pins und sorgen dafür, dass mit kleineren Gehäusen gearbeitet werden kann. Allerdings sind die SS-SMII Signale sehr schnell und damit die Systemleistung nicht leidet, müssen zur Leistungssteigerung ein paar Layout-Richtlinien beachtet werden.

In elektronischen High-Speed-Schaltungen ist die Qualität der Spannungsversorgung ein wichtiger Punkt, da analoge Schaltkreise sehr empfindlich auf Rauschen in der Versorgung reagieren. Ripple auf der Versorgungsspannung und Störungen durch "Digital Switching" kann durch Folgendes hervorgerufen werden: Schlecht geregelte oder überlastete Netzteile, mit hohen Taktraten betriebene Datenbusse, DC/DC Konverter. Rauschen, welches durch diese Quellen erzeugt wird, kann in den Transmitter und Receiver gekoppelt werden und ins Netzwerk gelangen. Eine Kopplung kann auch über die analogen Power- und Ground Pins des Transceivers oder andere Terminierungsschaltkreise, wie z.B. die Mittelanzapfung des Übertragers erfolgen. Diese Rauschbedingungen wirken sich auf EMI und Datenverfälschung aus. Ferritperlen und Koppelkondensatoren werden hier häufig verwendet. Die Ferritperlen hindern die hohen Frequenzen daran, von der Versorgung zum kritischen Schaltkreis zu gelangen und die Koppelkondensatoren entkoppeln die Störsignale vom System. Diese Vorgehensweise schützt die Bausteine und erhöht die Leistung im System.

Möchte man elektromagnetischen Interferenzen (EMI) und elektrischen Entladungen (ESD) entgegentreten und dabei auch noch gute Leistungsergebnisse erzielen, ist es angebracht, das Design darauf auszurichten. Werden angemessene Designpraktiken angewendet, können Störungen durch digitale Schaltvorgänge bei hohen Frequenzen und Gleichtaktstörungen minimiert werden. Weiterhin wird eine hinreichende Abschirmung der Schaltung zur äußeren Umgebung erzielt. Sorgfalt beim Layout ist wichtig und notwendig. Die folgenden Empfehlungen helfen bei der Umsetzung. Allgemeine Layout-Richtlinien

Die verwendeten Komponenten sollten den Anforderungen der Anwendung entsprechen. Die von den Herstellern angegebenen Komponenten dienen immer nur als Referenz und sollten an das eigene Design angepasst werden.

Hochfrequente Signalleitungen sollten in einem 45° Winkel verlaufen. Ausreichender Einsatz von Entkopplungskondensatoren, Reduzierung von hoch-frequentem Rauschen auf den Power- und Ground-Planes. Die Koppelkondensatoren müssen so dicht wie möglich an den IP1717 und IP108A gesetzt werden.
Vermeiden Sie es, Signalleitungen parallel zu Taktleitungen zu verlegen, da Taktleitungen Störungen auf den parallel laufenden Signalleitungen hervorrufen können und damit die Signalqualität von z.B. MDC, RXCLK und TXCLK Signalen beeinflussen.
Die Massefläche sollte ein möglichst durchgängiger Bereich sein. Unterbrechungen in den Masseflächen möglichst vermeiden, speziell in Bereichen wo hochfrequente Signale abgeschirmt werden sollen (Antenneneffekt vermeiden). Wenn möglich, ungenutzte Bereiche der Signalflächen mit Kupfer ausfüllen und über Durchkontaktierungen mit einer VCC oder Masse verbinden, die nicht direkt am Signal Layer liegt. Diese Technik, die sich "Signal Layer Filling" nennt, kann die kapazitive Kopplung der Power Planes verbessern.
Leiterbahnführungen der Spannungsversorgung so breit wie möglich ausführen (min. 100mil – 2,54mm), um einen Spannungsabfall bei großen Strömen zu vermeiden.
Die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Übertragers sollte auf die analoge Spannungsversorgung geführt werden.

Empfehlung für die Differentialleitungen

Beim Routing der Leiterbahnen der Differentialpaare vom IP108A zum Übertrager sollten die Traces so kurz wie möglich geführt werden. Die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Übertragers sollte auf die analoge 1,9V Spannungsversorgung geführt werden.
Es wird empfohlen, dass jedes Differentialpaar den doppelten Abstand gegenüber den einzelnen positiven und negativen Signalleitungen (die einen Abstand von 6mil aufweisen) haben sollte (siehe Bild2), um Interferenzen zu reduzieren. Zwischen Übertrager und Stecker (RJ-45) wird eine Chassis Ground Fläche empfohlen, damit die analogen Signale gut vor externen Rauschquellen geschützt werden und um den Störstrahlungseffekt zu minimieren. Bei den Differentialleitungen werden, wenn irgendwie möglich, keine Durchkontaktierungen verwendet, damit keine unterschiedlichen Impedanzen bei vorgegebener Leiterbahnlänge auftreten. Empfehlungen für die SS-SMII Terminierung Bei den SS-SMII Leiterbahnen muss ebenfalls auf ein paar High-Speed-Design-Regeln geachtet werden, da hier Takt und Datenrate ebenfalls recht hoch sind und lange Leiterbahnen leicht in eine größere abgegebene Strahlung resultieren können.
In einem 16-Port-Switch sollte die SS-SMII Leitungslänge 4 Inches (10cm) nicht überschreiten. Die Leiterbahnbreite sollte 6mil (0,15mm) betragen und es wird ein Abstand der SS_SMII Signale von 12mil (0,3mm) voneinander empfohlen. IP1717 und IP108A Komponenten-Anordnung

Für ein optimales Layout werden IP1717+IP108A wie in Bild 4 angeordnet.

PHY-to-PHY Kopplung effektiv und einfach

Häufig werden IC Plus Switches auch in Backplane-Anwendungen eingesetzt. Schnell kommt die Frage auf, wie sich das Design vereinfachen und preiswerter gestalten lässt, da keine RJ-45 Buchsen oder Verbindungskabel verwendet werden. Der erste Ansatz ist oftmals, es mit einer kapazitiven Kopplung zu versuchen. Sie ist klein und preiswert. Obwohl prinzipiell möglich, ist es meist etwas komplizierter, kapazitiv zu koppeln. Oft gibt es dabei technische Einschränkungen oder es führt zu Problemen bei der Signal Integrität.
Eine sehr gute und effektive, sowie preisgünstige Alternative ist, einen einfachen 1:1 Übertrager dazwischen zu schalten und absolut herkömmlich so zu terminieren, wie es der jeweilige Phy verlangt (meist 100 Ohm).

Man nehme einfach einen Single Transformer ( z.B. HALO TG110-5006N1RL) und verbinde TX mit RX und RX mit TX. Dann noch darauf achten, dass die Polarität korrekt ist....RP-TP, RN-TN...fertig! Das ist einfacher und funktioniert besser.

...mehr über IC Plus

...mehr über Halo