logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

Mikro-ohjaimeen perustuvan himmentimen avulla voi rakentaa energiatehokkaan hakkurimuotoisen LED-ajurin. Hyvällä hyötysuhteella toimiva ajuri kykenee ohjaamaan useita lediketjuja samanaikaisesti. Näin voidaan parantaa valaistusjärjestelmän suorituskykyä, pidentää ledivalojen elinikää ja lisätä järjestelmän älykkyyttä.

Artikkelin kirjoittaja Mark Pallones toimii Microchip Technologyn johtavana sovellusinsinöörinä.

Hakkurimuotoiset himmennettävät LED-ajurit tunnetaan korkeasta hyötysuhteesta ja ledivirran tarkasta ohjauksesta. Ne myös tarjoavat himmennykseen toimintamuotoja, jotka antavat loppukäyttäjälle mahdollisuuden luoda upeita valaistusefektejä ja samanaikaisesti kutistaa valaistuksen tehonkulutusta.

Kahdeksanbittinen mikro-ohjain (MCU) tarjoaa tähän kaikki tarvittavat rakennuspalikat. Sen avulla voidaan muodostaa valaistusratkaisuja, jotka mahdollistavat tiedonsiirron, asiakaskohtaisen räätälöinnin ja älykkään ohjauksen. Lisäksi ytimestä riippumaton lisäosien integrointi tarjoaa merkittävää joustavuutta verrattuna puhtaan analogisen tai sovelluskohtaisen ASIC-ratkaisun toimintaan.

MCU-pohjainen ratkaisu tukee innovaatioita, jotka laajentavat valaistustuotteiden ominaisuuksia ja lisäävät mahdollisuuksia erilaistumiseen. Ennakoiva viankorjaus ja huolto, energiatehokkuuden valvonta, värin ja lämpötilan hallinta sekä etäohjaus ja tiedonsiirto ovat esimerkkejä edistyneistä ominaisuuksista, jotka tekevät älykkäistä valaistusjärjestelmistä entistäkin houkuttelevampia.

Vaikka ledivalojen ohjaimet tarjoavat monia etuja verrattuna aiempiin valaistusratkaisuihin, niiden toteutus tuo myös haasteita. Mutta ei hätää, tämä artikkeli opastaa keventämään suunnitteluhaasteita mikro-ohjaimen avulla ja luomaan erittäin suorituskykyisiä hakkurimuotoisia ajuriratkaisuja, jotka ominaisuuksillaan päihittävät perinteiset ratkaisumallit.

Kahdeksanbittistä mikro-ohjainta voidaan käyttää itsenäisesti jopa neljän ledikanavan ohjaamiseen, mitä suurin osa hyllytavarana saatavista ledivalojen ohjaimista ei pysty tarjoamaan. Kuva 1 esittää, kuinka ledivalojen himmentimet voidaan muodostaa mikro-ohjaimen oheislohkoista.

Kullakin himmenninlohkolla on oma riippumaton kanavansa, joka kykenee ohjaamaan hakkurimuotoista tehonmuunninta ilman tai lähes ilman keskusyksikön (CPU) puuttumista toimintaan. Tämä antaa keskusyksikölle mahdollisuuden suorittaa vapaasti muita tärkeitä tehtäviä kuten valvontatoimia, datansiirtoa ja järjestelmän älykkäitä lisätoimia.

 

Kuva 1. Nelikanavaisen LED-himmentimen piirikaavio. Himmenninlohkot ajavat itsenäisesti neljää lediketjua Microchipin 8-bittisen PIC16F1779-mikro-ohjainpiirin ohjaamina.

Himmennin CIP-lohkoista

Kuvan 2 LED-himmennin ohjaa virtamuotoiseen boost-muuntimeen perustuvaa lediajuria. Himmennin koostuu pääasiassa ytimestä riippumattomista CIP-oheislohkoista (Core Independent Peripheral), joita ovat esimerkiksi COG-generaattori (Compelmentary Output Generator), DSM-modulaattori (Digital Signal Modulator), ohjelmoitava saha-aaltogeneraattori PRG, komparaattori C, operaatiovahvistin OPA sekä pulssinleveysmodulaattori PWM3. Yhdistämällä näitä CIP-lohkoja muihin oheislohkoihin, kuten kiinteän jännitteen regulaattoreihin (FVR), digitaali-analogiamuuntimiin (DAC) ja sieppaus-vertaus-PWM-lohkoihin (CCP), saadaan koko himmenninyksikkö muodostetuksi.

Kun COG-lohko syöttää suurtaajuisia kytkentäpulsseja mosfetille Q1, energia alkaa siirtyä, ja virtaa syötetään lediketjuun. COG-lohkon lähdön kytkentäajan määräävät CCP-lohko sekä pulssisuhde, joka säilyttää ledivirran vakiona komparaattorin lähdön mukaisesti. Komparaattori tuottaa lähtöpulssin aina, kun RSENSE1-vastuksen yli vaikuttava jännite ylittää PRG-lohkon lähtöjännitteen tason. PRG-lohko, jonka tulosignaali tuodaan takaisinkytkentäsilmukkaan sijoitetun operaatiovahvistimen lähdöstä, on asetettu kompensoimaan pulssien nousuaikoja, jotta luontaiset aliharmoniset värähtelyt saadaan eliminoitua, kun pulssisuhde ylittää 50 prosenttia.

OPA-lohko on toteutettu virhevahvistimena (EA) tyypin II kompensaattorikokoonpanolla. FVR-lohkoa käytetään DAC-lohkon tulona antamaan jännitereferenssi operaatiovahvistimen ei-kääntävään tuloon ledin vakiovirtamääritykseen perustuen.

Himmennyksen saavuttamiseksi PWM3-lohkoa käytetään CCP-lohkon modulaattorina, kun mosfetiä Q2 ohjataan nopeaan tahtiin kytkemään lediketju päälle ja pois. Modulointi on mahdollista DSM-moduulin kautta, ja moduloitu lähtösignaali syötetään COG-lohkolle. PWM3-lohko syöttää pulssisuhteeltaan vaihtelevia pulsseja, jotka määräävät ohjaimen keskimääräisen virran ja siten käytännössä myös ledivalon kirkkauden.

LED-himmennin ei ainoastaan yllä samaan kuin tavanomainen ledinohjain, vaan lisäksi sillä on ominaisuuksia, jotka ratkaisevat lediajurien tyypillisiä ongelmia. Seuraavassa käydään läpi näitä ongelmia ja miten himmenninratkaisua voidaan käyttää niiden välttämiseen.

Kuva 2. LED-himmentimen rakenne.

Välkkyminen kuriin

Välkkyminen on yksi ongelmista, joita tavanomaisissa himmennettävissä lediajureissa voi esiintyä. Välkkyminen voi olla hauska efekti silloin, kun se on tarkoituksellista, mutta omin päin välkkyvät ledit voivat pilata käyttäjän haluaman valaistuksen kokonaan.

Jotta välkynnältä vältyttäisiin ja saataisiin tasainen himmennystoiminta, ohjaimen tulee suorittaa himmennysoperaatio täydestä valotehosta aina himmeimmälle tasolle asti tasaisen juohevasti. Koska ledi reagoi välittömästi virranmuutoksiin eikä sillä ole luontaisesti hiipuvaa jälkihehkua, ohjaimella täytyy olla riittävän suuri määrä himmennysportaita, jotta silmä ei erota valon äkkinäisiä muutoksia.

Tämän vaatimuksen täyttämiseksi himmennin käyttää PWM3-lohkoa ohjaamaan lediketjun himmennystä. Lohko koostuu resoluutioltaan 16-bittisestä PWM-modulaattorista, joten 100% ja 0% pulssisuhteen väliin mahtuu 55536 porrasta, mikä takaa valaistukselle pehmeän sulavasti sujuvan himmennyksen.

Värilämpötila vakaaksi

Ohjausyksikkö saattaa myös muuttaa ledivalon värilämpötilaa. Tällainen värimuutos voi näkyä käyttäjälle ja heikentää käsitystä ledivalaistuksen korkeasta laadusta. Kuvassa 3 on esitetty tyypillisen PWM-himmentimen aaltomuodot. Kun ledi ei pala, sen läpi kulkeva virta pienenee vähitellen lähtökondensaattorin varauksen hitaan purkautumisen vuoksi. Tämä saattaa johtaa siirtymään ledin värilämpötilassa ja myös suurempaan tehohäviöön.

Kuva 3. Ledivalon himmennyksen aaltomuodot.

Lähtökondensaattorin hidas purkautuminen voidaan estää käyttämällä kuormana kytkintä. Kuvassa 2 esimerkiksi käytetään fettiä Q2 kuormakytkimenä. LED-himmennin katkaisee synkronisesti COG- ja PWM-lähdöt sekä Q2-kytkimen, jolloin virtapolku katkeaa ja ledi sammuu nopeasti.

Virtapiikit pois

Kun ledin ohjaamiseen käytetään hakkurimuotoista muunninta, takaisinkytkentäpiiriä käytetään säätämään ledin virtaa. Himmennyksen aikana takaisinkytkentäpiiri voi kuitenkin synnyttää virtapiikkejä (kuva 3) ellei toimintaa hallita oikealla tavalla.

Kuvan 2 ledin ollessa päällä siihen syötetään virtaa, ja vastuksen RSENSE2 yli vaikuttava jännite syötetään virhevahvistimelle (EA). Kun ledi sammuu, sen läpi ei kulje virtaa ja jännitehäviö vastuksen RSENSE2 yli on nolla. Tämän himmennysjakson aikana EA-lähtö kasvaa maksimiarvoonsa ja ylivaraa kompensointipiirin. Kun moduloitu PWM kytkeytyy jälleen, palautumiseen tarvitaan useita signaalijaksoja korkean virtapiikin siirtyessä lediin. Tämä virtapiikki-ilmiö lyhentää ledin elinikää.

Ongelman välttämiseksi himmennin käyttää PWM3-lohkoa operaatiovahvistimen ohituslähteenä. Kun PWM3 on alhaalla, virhevahvistimen lähtö on korkeaimpedanssisessa tilassa (tristate). Tämä katkaisee täydellisesti kompensointipiirin takaisinkytkentäsilmukasta ja säilyttää viimeisimmän stabiilin takaisinkytkentäpisteen kompensointikondensaattoriin tallennettuna varauksena.

Kun PWM3 nousee ylös ja ledi syttyy jälleen, kompensointipiiri kytkeytyy uudelleen. Sen seurauksena virhevahvistimen lähtöjännite hyppää välittömästi aiempaan stabiiliin tilaansa (ennen PWM3:n alasajoa) ja palauttaa ledivirran asetusarvon lähes välittömästi.

Täydellinen ratkaisu

Kuten aiemmin mainittiin, LED-himmennin voi toimia ilman tai lähes ilman CPU:n väliintuloa. Tästä syystä keskusyksikölle jää huomattavan suuri kaistanleveys muiden tärkeiden tehtävien suorittamiseksi samalla, kun se luovuttaa CIP-lohkoille kaiken lediketjun ohjaamiseen tarvittavan työn.

Suojausominaisuudet kuten alijännitesuojaus (UVLO), ylijännitesuojaus (OVLO) ja lähdön ylijännitesuojaus (OOVP) voidaan suorittaa prosessoimalla piiristä mitattuja tulo- ja lähtöjännitteitä. Näin varmistetaan, että lediajuri toimii halutulla tavalla ja lediketju on suojattu tulo- ja lähtöpiirien poikkeavilta tilanteilta. CPU voi prosessoida myös lämpöanturin tuottamaa dataa lediketjun lämmönhallinnan toteuttamiseksi.

Lisäksi säädettäessä lediajurin himmennystasoa keskusyksikkö voi käsitellä liipaisutietoja yksinkertaisen ulkopuolisen kytkimen tai sarjamuotoisen tiedonsiirron antamien komentojen ohjaamana. Myös lediajurin parametreja voidaan lähettää sarjamuotoisena siirtona valvontaa tai testausta varten.

Edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi suunnittelijalla on upea mahdollisuus lisätä omaan ledisovellukseensa älykkyyttä kuten DALI- ja DMX-protokollien mukaisia toimintoja sekä asiakaskohtaisesti räätälöityjä ohjaustoimintoja. Kuvassa 4 on esimerkki täydellisestä hakkurimuodossa toimivasta LED-himmennysajurista, joka perustuu Microchipin mikro-ohjainpiiriin.

Kuva 4. Hakkurimuotoinen himmennettävä lediajuri täydellisenä.

MORE NEWS

Yokogawa istutti datankeruunsa PC:n kylkeen

Mittaus- ja testausyritys Yokogawa Test & Measurement on julkaissut uuden SL2000 High-Speed Data Acquisition Unit -laitteen, joka tuo perinteisen ScopeCorderin tehon suoraan PC:n ohjaukseen. Käytännössä kyse on siitä, että aiemman DL950:n ydin on siirretty PC-pohjaiseen järjestelmään, ilman omaa näyttöä, mutta varustettuna tehokkaalla datansiirrolla ja kehittyneillä ohjelmistoilla.

Oikein tehtynä jokainen NFC-liitos on erittäin turvallinen

NFC-teknologia (Near Field Communication) on jo pitkään mahdollistanut langattoman, nopean ja helppokäyttöisen yhteyden esimerkiksi maksutilanteissa, älylaitteiden yhdistämisessä ja tuotteiden tunnistamisessa. Viime vuosina turvallisuusnäkökulma on noussut keskiöön, ja oikein toteutettuna NFC-yhteydestä voi tulla paitsi vaivaton myös erittäin turvallinen.

Läpimurto akkuteknologiassa – litiumionien liike paranee 30 prosenttia

Tutkijat Münchenin teknillisestä yliopistosta (TUM) ovat kehittäneet uuden materiaalin, joka mahdollistaa litiumionien liikkeen yli 30 prosenttia aiempaa nopeammin. Kyseessä on maailmanennätys ionien johtavuudessa ja samalla merkittävä askel kohti tehokkaampia ja turvallisempia kiinteäakkuja.

OnePlus ottaa tietoisen riskin: tilakytkin vaihtuu monitoiminappiin

OnePlus on päättänyt luopua yhdestä tunnistettavimmista ominaisuuksistaan eli fyysisestä Alert Slider -tilakytkimestä ja korvata sen uudella ohjelmoitavalla Plus Key -painikkeella. Muutos on osa yhtiön uutta tekoälystrategiaa, jonka keskiössä on ”käyttäjäkohtaisesti mukautuva älykkyys”.

Nokia tappaa kuparin kuluttajien yhteyksistä

Nokian eilen julkistaman uuden 25G PON -linjakortin voi sanoa merkitsevän kuparikaapelointiin perustuvien kuluttajalaajakaistojen lopun alkua. Yhtiön mukaan uutuus tuo todelliset 10 gigabitin yhteydet koteihin kustannustehokkaasti. Tämä tekee kupariyhteyksistä teknisesti ja taloudellisesti vanhentuneita.

Xiphera palkittiin laitepohjaisesta salauksestaan

Suomalainen Xiphera on voittanut arvostetun ECSO STARtup Award 2025 -palkinnon Euroopan kyberturvallisuusjärjestön järjestämässä kilpailussa Haagissa. Palkinto myönnettiin yrityksen huippuluokan laitteistopohjaisista kryptografiaratkaisuista, jotka tarjoavat korkean turvallisuustason kriittisille toimialoille, kuten energia-, puolustus- ja tietoliikennesektorille.

Jokainen pörssiasiakas on 65,1 metrin kuituyhteyden päässä

Pörssikauppa Pohjoismaissa toimii yhä tarkasti säädellyissä olosuhteissa, vaikka teknologia loikkaa pilveen. Nasdaqin ja AWS:n huhtikuussa julkistama yhteistyö vie markkinainfrastruktuurin uudelle aikakaudelle, mutta yksi asia pysyy: jokaisella kaupankäyntiosapuolella on edelleen yhtä pitkä matka pörssijärjestelmään – kirjaimellisesti.

Siirtyminen 22 nanometriin on Silicon Labsille iso askel

Silicon Labs on julkistanut uuden sukupolven järjestelmäpiirit (SoC), jotka merkitsevät merkittävää teknologista harppausta yhtiön historiassa. Uudet Series 3 -piirit, SiXG301 ja SiXG302, valmistetaan edistyksellisellä 22 nanometrin valmistustekniikalla, mikä parantaa huomattavasti suorituskykyä, energiatehokkuutta ja integroitavuutta aiempiin sukupolviin verrattuna.

Arm-pohjainen prosessori pidentää selvästi läppärin käyttöikää

Uuden sukupolven kannettavat tietokoneet hyötyvät nyt merkittävästi Arm-pohjaisten prosessoreiden energiatehokkuudesta. HP:n uusimmat OmniBook 5 -sarjan mallit osoittavat, että kannettavan akunkesto voi yltää jopa 34 tuntiin. Tämä tarkoittaa useita päiviä tavallisessa käytössä ilman lataustarvetta.

Tekoäly tekee kyberhyökkäyksistä automatisoituja

Kyberhyökkäysten tahti kiihtyy globaalisti tekoälyn ja automaation myötä. Fortinetin kyberturvatutkimusyksikkö FortiGuard Labsin tuoreen Global Threat Landscape 2025 -raportin mukaan rikolliset hyödyntävät yhä enemmän automatisoituja työkaluja haavoittuvuuksien etsimiseen ja hyödyntämiseen, mikä lyhentää merkittävästi aikaa ensimmäisestä skannauksesta varsinaiseen hyökkäykseen.

Rustin rooli Linuxissa kasvaa

Uusimman Linux-ytimen version 6.15 myötä Rust-ohjelmointikielen tuki ottaa seuraavan askeleen ytimeen integroinnissa. Vaikka Rustin osuus on edelleen pieni, sen laajentaminen esimerkiksi ajastinjärjestelmään (hrtimer) ja ARMv7-arkkitehtuurin tuonti mukaan kertoo, että Rustille on löytymässä todellista käyttöä maailman tärkeimmässä avoimen lähdekoodin ohjelmistoprojektissa.

Mobiilinetti on kaupungeissa selvästi parempi

Liikenne- ja viestintävirasto Traficomin mukaan mobiiliverkon laatu vaihtelee Suomessa huomattavasti alueittain. Bittimittari.fi-palvelun mittausten perusteella suurimmat erot näkyvät yhteysnopeuksissa kaupunkien ja maaseudun välillä.

Telian datakeskus lämmittää 14 000 kerrostalokaksiota

Telian Helsinki Data Center pystyy nyt lämmittämään jopa 14 000 kerrostalokaksiota. Tämä on mahdollista, kun datakeskuksen hukkalämmön talteenoton kapasiteetti nostettiin keväällä 2025 peräti 90 prosenttiin aiemmasta 60 prosentista.

Tekoäly pysäyttää junan vaaratilanteissa

VTT ja teknologiayhtiö ToolTech ovat kehittäneet tekoälypohjaisen sensorijärjestelmän, joka parantaa turvallisuutta ja tuottavuutta haastavissa ympäristöissä – aina sumuisista rautateistä pölyisiin kaivoksiin. Uusi järjestelmä kykenee havaitsemaan esteet, kuten ihmiset ja eläimet, jopa 200 metrin etäisyydeltä ja ilmoittamaan niistä ajoneuvon kuljettajalle reaaliajassa.

Siemens tuo tekoälypohjaisen piirikorttisuunnittelun myös pienemmille yrityksille

Siemens on julkaissut uudet PADS Pro Essentials ja Xpedition Standard -ohjelmistot, jotka tuovat tekoälyavusteisen piirikorttisuunnittelun (PCB) myös pienempien yritysten ja suunnittelutiimien ulottuville. Työkalut ovat tuttuja Mentorilta, jonka Siemens osti jo vuosia sitten.

Uusi akku jopa kolminkertaistaa sähköauton kantaman

Sähköautojen toimintamatka voi tulevaisuudessa nousta täysin uudelle tasolle, kiitos uuden kiinteäelektrolyyttisen akun, jonka energiatiheys on huikeat 525 Wh/kg. Akun kehittäjä on kiinalainen Gotion, joka on osittain Volkswagenin omistama.

Kiinalaistutkijat kehittivät piilolinssin, jolla näkee pimeässä

Kiinalaiset tutkijat ovat onnistuneet kehittämään maailman ensimmäisen piilolinssin, jonka avulla ihminen voi nähdä pimeässä – ainakin tietyissä olosuhteissa. Innovaatio perustuu infrapunavaloon ja sen muuntamiseen näkyväksi valoksi silmälle.

ST:ltä kova saavutus: kaksi kiihtyvyysanturia samaan koteloon

STMicroelectronics on tehnyt merkittävän teknologisen läpimurron julkaisemalla uuden sukupolven älyanturin, joka yhdistää kaksi erillistä kiihtyvyysanturia samaan poikkeuksellisen pieneen (3 x 2,5 mm) koteloon. Tämä on ensimmäinen kerta, kun samassa moduulissa yhdistyy laajalle G-voima-alueelle skaalautuva mittauskyky, sulautettu tekoäly ja erittäin tarkka liikkeentunnistus.

Näin QR-huijaus toimii

QR-koodit ovat tulleet osaksi arkea: niitä käytetään ravintolamenuihin tutustumiseen, maksamiseen ja nopeaan kirjautumiseen eri palveluihin. Mutta juuri tämä tuttuus tekee niistä vaarallisia. Rikolliset ovat alkaneet hyödyntää QR-koodeja huijauksiin, joissa ihmiset johdatellaan huomaamatta väärennetyille sivustoille. Näillä sivuilla uhrilta kalastellaan henkilökohtaisia tietoja – kuten pankkitunnuksia – tai pyritään asentamaan haittaohjelmia hänen laitteelleen.

Halvoissa Android-televisiobokseissa vakavia tietoturvariskejä

Liikenne- ja viestintävirasto Traficom kehottaa kuluttajia olemaan tarkkana Android TV -medialaitteiden hankinnassa. Markkinoilla liikkuu erityisesti tuntemattomien valmistajien edullisia laitteita, joissa on havaittu vakavia tietoturvaongelmia – osa laitteista on jopa sisältänyt haittaohjelmia suoraan pakkauksesta.

3D-tulostus on tie kestävään elektroniikkavalmistukseen

ETN - Technical articlePerinteinen elektroniikan valmistus perustuu prosesseihin, jotka johtavat usein materiaalihävikkiin, korkeisiin työkalukustannuksiin ja merkittäviin varastointikuluihin. Viime vuosina lisäävä valmistus (additive), erityisesti 3D-tulostus, on kuitenkin alkanut nousta varteenotettavaksi vaihtoehdoksi elektroniikan valmistuksessa, sillä se tarjoaa lisää suunnittelun joustavuutta sekä mahdollisia ympäristö- ja taloudellisia etuja.

Lue lisää...

Näin otat tekoälyn käyttöön teollisuudessa

Vaikka monet organisaatiot ovat jo ottaneet käyttöön perinteisiä tekoälyagentteja, tie täysin autonomisiin tekoälyagentteihin voi sisältää haasteita. Tekemällä strategisia investointeja ja omaksumalla metodisen lähestymistavan agenttien skaalaamiseen, sekä niiden erityisten roolien määrittelyyn, teollisuusyritykset voivat päästä loputtomalta tuntuvien kokeilujen yli ja alkaa nauttia tekoälyagenttien hyödyistä todellisessa elämässä, kirjoittaa teollisuuden ohjelmistoja kehittävän IFS:n tekoälyjohtaja Bob De Cuax.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article