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...

Hybriditeholähteessä takaisinkytkentäsilmukka on analoginen mutta digitaalisesti paranneltu. Näin hybridijärjestelmä yhdistää digitaalisen logiikan ja analogisten piirien edut samassa laitteessa. Hybridirakenteen ansiosta voidaan helposti ja nopeasti muuttaa ratkaisun topologiaa tai ohjausmuotoa ja näin virittää sovellus parhaaseen mahdolliseen suorituskykyyn.

Artikkelin kirjoittaja Arild Rodland toimii Microchipin MCU8-ryhmän tuotteiden markkinointipäällikkönä.

On helppo havaita, että yhä useammat elektroniset laitteet täyttävät ihmisten elämää. Laitteet, jotka aiemmin ovat olleet melko yksinkertaisia ja arkipäiväisiä, näyttävät kehittyvän yhä älykkäämmiksi ja tekniikaltaan monimutkaisemmiksi. Jopa yksinkertainen hammasharja on saanut elektronisen serkun, joka on moottoroitu ja varustettu paineentunnistuksella, ohjatulla harjausajalla ja nettiyhteydellä.

Jotkut laitteet käyttävät akkuja, kun taas toiset on kytketty suoraan sähköverkkoon, mutta kaikille on yhteistä, että ne tarvitsevat teholähteen. Jos tarkastellaan asiaa maailmanlaajuisesti, tehoa vaativien laitteiden lukumäärä nousee useisiin miljardeihin. On ilman muuta valtava etu, jos jokainen laite käyttää ja haaskaa tehoa mahdollisimman vähän.

Älykkäiden laitteiden teholähteisiin kohdistuva kysyntä on aiempaa voimakkaampaa, sillä monet nykyajan sovellukset siirtyvät valmiustilasta käynnistyessään milliwattien tehotasolta jopa satoihin watteihin toimintatilassa. Näin laajan toiminta-alueen tukemiseksi perinteiset hakkuriteholähteet eivät ole riittävän hyviä. Tarvitaan teholähde, joka voi vaihtaa toimintatilaansa ’lennossa’.

Alun perin teholähteet toteutettiin analogisina ratkaisuina joko käyttämällä erilliskomponentteja tai analogisia tehopiirejä oheiskomponenttien kera. Näin toteutettuna koko tehonhallintajärjestelmä toimii analogisena takaisinkytkentäsilmukkana. Etuna on ollut, että tällaiset järjestelmät ovat melko halpoja ja helppoja suunnitella. Käytössä on monenlaisia hakkuritekniikkaa hyödyntäviä ASIC-ratkaisuja, jotka on räätälöity yleisimpiin käyttökohteisiin, mutta monet niistä eivät kuitenkaan kykenisi sopeutumaan nykyaikaisten älylaitteiden muuttuviin tarpeisiin.

Toisaalta digitaaliset teholähteet ovat erittäin suorituskykyisiä. Täysin digitaalinen teholähde digitalisoi kaikki tulosignaalit, ja sen jälkeen kaikki signaalinkäsittely tapahtuu digitaalisella tasolla. Tämä vaatii massiivista laskentatehoa, joten ratkaisu on perinteisesti hoidettu erittäin suorituskykyisten DSP-piirien ja mikro-ohjainten avulla.

Digitaalisilla teholähteillä on lukuisia etuja analogisiin verrattuna. Ne mukautuvat helposti erilaisiin topologioihin, ja niitä on helppo säätää ja virittää maksimaalisen hyötysuhteen saavuttamiseksi. Täysin digitaalisen ratkaisun suurimpia heikkouksia ovat korkeat kustannukset ja kehitystyön monimutkaisuus.

Näin ollen toisella puolella on tarjolla analogisia teholähteitä, jotka ovat halpoja ja nopeita mutta eivät kovin joustavia. Ja toisella puolella ratkaisuksi on tarjolla digitaalinen teholähde, joka on erittäin joustava ja suorituskykyinen, mutta myös monimutkaisempi ja melko kallis.

Eikö olisi hienoa, jos tarjolla olisi kolmaskin vaihtoehto, joka yhdistäisi sekä analogisen että digitaalisen teholähderatkaisun parhaat puolet?

Kuva 1. Hybriditeholähde yhdistää analogisen ja digitaalisen ratkaisun parhaat puolet.

Tässä kohtaa teholähteen hybridiratkaisut tulevat mukaan kuvaan. Hybriditeholähteessä takaisinkytkentäsilmukka on analoginen, mutta digitaalisesti paranneltu. Näin hybridijärjestelmä yhdistää digitaalisen logiikan analogisiin piireihin kummankin maailman etujen hyödyntämiseksi samassa laitteessa. Digitaalisesti parannellun analogisen silmukan ansiosta voidaan helposti ja nopeasti muuttaa ratkaisun topologiaa tai ohjausmuotoa ja näin virittää sovellus parhaaseen mahdolliseen suorituskykyyn.

Seuraava pikainen esimerkki havainnollistaa hybridiratkaisulla saavutettavia etuja.

Akun lataamisessa on aina noudatettava kyseisen akkukennotyypin tiukkoja latausvaatimuksia. Jotkut kennot vaativat lataamista rajoitetulla vakiovirralla latauksen alkuvaiheessa, ja kun akku lähestyy täyttä varaustilaa, on siirryttävä virranhallinnasta jännitteen ohjaamiseen – ja siinä vaiheessa jännitettä alennetaan, jolloin virta pienenee.

Hybridipohjaiselle ratkaisulle tämä on hyvin yksinkertainen tehtävä. Aloitetaan vain virtamuotoisella ohjauksella, ja kun on oikea aika, siirrytään jännitteen säätämiseen. Laitteisto ja topologia säilyvät ennallaan, mutta virran ja jännitteen tunnistusta vaihdetaan.

Hybridiratkaisu perustuu siis digitaalisesti paranneltuun analogiseen silmukkajärjestelmään. Tämä koko hybriditehojärjestelmä on saatu aikaan hyödyntämällä mikro-ohjaimen ytimestä riippumattomia CIP-oheislohkoja (Core Independent Peripheral). Hybridisovellusta tukevilla ominaisuuksilla varustettu mikro-ohjain sisältää pitkälle kehitetyn itsenäisen PWM-ohjaimen (Pulse Width Modulation), joka voidaan konfiguroida tukemaan laajaa valikoimaa erilaisia topologioita ja ohjausmuotoja.

Kuva 2. Mikro-ohjaimen ytimestä riippumattomiin CIP-lohkoihin perustuvan hybriditeholähteen yksinkertaistettu rakenne.

Kuvassa 2 on esitetty yksinkertaistettu kaavio hybriditeholähteen CIP-ohjauksesta. Se koostuu yleiskäyttöisestä mikro-ohjaimesta ja PWM-ohjainlohkosta, joka pystyy toimimaan täysin riippumattomana mikro-ohjaimen muista osista.

Tämä PWM-ohjain on jaettu kolmeen päätoimintoon, kuten kuvasta 3 nähdään. Modulaattorilohko vastaa hakkurisignaalin tuottamisesta ulkoisille tehotransistoreille. Ohjausmuodosta riippuen se käyttää takaisinkytkentään joko virta- tai jännitesignaalia pulssisuhteen säätämiseksi. Se sisältää myös pulssien kaltevuuden kompensoinnin signaalin vakauttamiseksi. Vikalohko (Fault) puolestaan vastaa teholähteen sulkemisesta oikosulun tai ylivirran sattuessa.

Kuva 3. Hybriditeholähteen PWM-ohjain on jaettu kolmeen päätoimintoon.

Koko järjestelmän rakentaminen yhdeksi itsenäiseksi lohkoksi on systeemin kannalta suuri etu, koska teholähde voi näin toimia itsenäisesti ja mikro-ohjainta voidaan vapaasti käyttää korkeamman tason toimintoihin. Näitä ovat esimerkiksi kommunikointi pääohjaimen kanssa, piirikortin ohjaustoimintojen suorittaminen ja huippuluokan ohjauksen tarjoaminen PWM-ohjaimelle.

Ledivalaistuksen tapauksessa oikean värilämpötilan saavuttaminen vaatii erittäin tarkan virranhallinnan. Ympäristön lämpötila voi vaikuttaa tähän, mutta hybridiratkaisulla varustettu mikro-ohjain voi helposti valvoa ympäristön lämpötilaa ja kompensoida toimintaa sen mukaisesti.

Moni voi ajatella, että nelivärisen RGBW-ledinauhan ohjaaminen vaatii neljä täysin erillistä kanavaa. On kuitenkin hyvä tietää, että osa näistä CIP-hybridiohjaimista sisältää neljä täysin itsenäistä PWM-ohjainta, joita kaikkia voidaan ohjata erikseen. Niiden ei myöskään tarvitse tuottaa samaa lähtöjännitettä. Yhtä piiriä voidaan käyttää tuottamaan 1,8V, 3,3V ja 5V lähtöjännitteet kohdejärjestelmälle.

Suunnittelu yksinkertaista

Mikro-ohjaimet ohjelmoidaan yleensä käyttäen jotain C:n kaltaista korkean tason ohjelmointikieltä. Sen sijaan teholähteiden kehittäjät käyttävät yleensä analogisia simulointityökaluja suunnitteluun ja virheenkorjaukseen.

Perinteisesti MCU-ohjelmistojen kehittäjillä on vain vähän tai ei lainkaan kokemusta teholähteiden suunnittelusta. Samoin tehonsyöttöjärjestelmien suunnittelijoilla on yleensä vain vähän kokemusta koodin kirjoittamisesta mikro-ohjaimille. Tämä onkin haasteellista: miten kokenut teholähteiden suunnittelija pystyy ohjelmoimaan ja konfiguroimaan hybriditeholähteen ohjausosan?

Ratkaisuna on tarjota suunnittelijoille helppokäyttöiset graafiset kehitystyökalut, jotka yksinkertaistavat PWM-ohjaimen koko konfigurointityön vain muutamaan yksinkertaiseen vaiheeseen. Taustalla kehitysjärjestelmä generoi kaikki tarvittavat alustuskoodit, jotka vaaditaan PWM-ohjaimen pohjustamiseksi esimerkiksi synkroniseen buck-muuntimeen, johon kuuluu huippuvirtapohjainen ohjaus varustettuna asianmukaisella moduloinnilla, kompensoinnilla ja vianilmaisulla.

Microchip on julkistanut tähän tarkoitukseen mikro-ohjainsarjat PIC16F176x ja PIC16F177x, jotka tarjoavat jopa neljä itsenäistä PWM-ohjainta. Piirejä myös tuetaan täydellisesti koodien konfigurointiin tarkoitetussa graafisessa MPLAB X -työkaluympäristössä, joka nähdään kuvassa 4.

Kuva 4. Microchipin kehittämä koodien konfigurointiin tarkoitettu graafinen MPLAB X -kehitystyökalu.

Tämä kehitystyökalu on suunniteltu ajatellen analogisten teholähteiden suunnittelijoita ja sen käyttö noudattaa samanlaista tapaa, jolla kehittäjät yleensä suunnittelevat analogisia teholähteitä. C-koodin kirjoittamisen ja rekisterien konfiguroinnin sijasta valitaan vain teholähteen topologia ja ohjausmuoto sekä täydennetään halutut arvot kuten kytkentätaajuus ja suurin sallittu PWM-pulssisuhde. Sen jälkeen työkalu huolehtii kaikesta muusta ja luo alustuskoodin.

Tämän menettelyn vahvuus on siinä, että normaalin käytön aikana koodi ei ole toiminnassa. Koodi on tarkoitettu ainoastaan kaikkien sisäisten kytkentöjen luomiseen PWM-ohjaimessa. Käynnistyttyään PWM-ohjain kykenee toimimaan täysin itsenäisesti ilman mikro-ohjaimen apua.

 

Lisätietoja CIP-hybridiohjaimista on saatavissa Microchipin aihetta käsitteleviltä sivuilta.

MORE NEWS

Pieni siru jäähdyttää SSD-levyä yli 30 prosenttia

Piilaaksolainen xMEMS Labs esittelee maailman ensimmäisen SSD:n sisälle rakennetun aktiivisen jäähdytysjärjestelmän. Uusi µCooling-teknologia voi laskea levyjen lämpötilaa jopa 30 prosenttia ilman liikkuvia osia, mahdollistaen paremman suorituskyvyn datakeskuksissa ja ohuissa kannettavissa.

PC-myynti kasvaa, mutta on kaukana huippuvuoden lukemista

Globaali PC-myynti osoitti positiivista kehitystä vuoden 2025 alkupuoliskolla, yllättäen monet analyytikot ja markkinaseuraajat. IDC:n tuoreimman raportin mukaan perinteisten PC-tietokoneiden (pöytäkoneet, kannettavat ja työasemat) toimitusmäärät nousevat arviolta 274 miljoonaan yksikköön tänä vuonna, mikä tarkoittaa 4,1 % kasvua edellisvuoteen verrattuna.

Suomen lennot voidaan jo lähitulevaisuudessa lentää sähköllä

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen natrium-ilma-polttokennon, joka voi varastoida yli kolme kertaa enemmän energiaa painoyksikköä kohden kuin nykyiset litiumioniakut. Tämä läpimurto voi mahdollistaa sähkökäyttöiset lyhyen matkan lennot, ja lisäksi tarjota kevyen ja ympäristöystävällisen energiaratkaisun myös junille, laivoille ja raskaalle liikenteelle.

Merkittävä parannus litium-metalliakuissa

Litium-metalliakut ovat pitkään olleet yksi lupaavimmista teknologioista, jotka voisivat mullistaa energian varastoinnin niin sähköautoissa kuin uusiutuvan energian järjestelmissä. Nyt Korean yliopiston (Korea University, KU) ja Seoul National Universityn tutkijat ovat ottaneet merkittävän askeleen eteenpäin kehittämällä uuden elektrolyyttiadditiivin, joka parantaa huomattavasti litium-metalliakkujen tehokkuutta, käyttöikää ja turvallisuutta.

Tekoäly tuo valheellisen kontrollin teollisuusverkkoihin

Teollisen esineiden internetin (Industrial IoT, IIoT) nopeasti kehittyvässä maailmassa tekoälyyn perustuva päätöksenteko operatiivisissa teknologioissa (OT) on luonut tunteen paremmasta hallinnasta, nopeammasta reagoinnista ja ennakoivasta tehokkuudesta. Tämä tunne kontrollista voi kuitenkin olla vaarallinen harha, kirjoittaa Check Point Softwaren globaalien ratkaisujen arkkitehtuureista vastaava Antoinette Hodes.

Anthropicin uudet mallit tuovat tehokkaamman koodaamisen AWS:lle

Anthropic on julkaissut uudet Claude 4 -sukupolven mallit ja ne ovat nyt saatavilla Amazon Bedrockissa. Claude Opus 4 ja Claude Sonnet 4 -mallien painopiste on erityisesti ohjelmoinnissa, pitkäjänteisessä päättelyssä ja tekoälyagenttien tukemisessa – ja niiden suorituskyky koodauksen tehtävissä on tällä hetkellä markkinoiden kärkeä.

Samsungin Edge näyttää tietä tulevaan

Samsungin uusi Galaxy S25 Edge rikkoo muotoilun rajoja, mutta ohuus tuo mukanaan myös merkittäviä kompromisseja. S-sarjan ohuin laite on vain 5,8 mm paksu ja painaa vain 163 grammaa, kaikkea ei voi saada samaan pakettiin.

Tamperelainen VLSI Solution yhdisti Linuxin ja RISC-V:n audioprosessorissa

Tampereella toimiva VLSI Solution on julkistanut uuden piirisarjan, joka yhdistää Linux-käyttöjärjestelmän, avoimen RISC-V-suorittimen ja reaaliaikaisen DSP-prosessorin samaan siruun. Uusi VSRVES01-piiri on suunniteltu erityisesti verkkoäänisovelluksiin ja IoT-laitteisiin, joissa tarvitaan sekä tehokasta signaalinkäsittelyä että joustavaa ohjelmistoalustaa.

Nokia kiihdyttää kotien Wi-Fi-verkot 9,4 gigabittiin

Nokia tuo markkinoille kaksi uutta Wi-Fi 7 -reititintä, jotka lupaavat ennennäkemätöntä nopeutta ja kattavuutta kotiverkkoihin. Malliston lippulaiva, Beacon 9, yltää jopa 9,4 gigabitin sekuntinopeuksiin.

Infineon vie galliumnitridin avaruuteen

Infineon Technologies on julkaissut uuden sukupolven säteilyä kestävät GaN- eli galliumnitridi-transistorit, jotka on valmistettu yhtiön omalla tehtaalla CoolGan-teknologiaan pohjautuen. Uutuustuotteet on suunniteltu kestämään avaruuden vaativia olosuhteita, ja yksi niistä on ensimmäinen täysin sisäisesti valmistettu GaN-laite, joka on saavuttanut Yhdysvaltain puolustuslogistiikkaviraston (DLA) myöntämän JANS.

Modeemeissa on eroja

Apple on ottanut ison askeleen irtautuessaan Qualcommin modeemeista ja julkaissut ensimmäisen oman 5G-modeeminsa, C1:n, iPhone 16e -mallin yhteydessä. Vaikka siirtymä tuo Applen laite- ja ohjelmistosuunnittelun entistä tiiviimmin yhteen, tuoreiden testien valossa Qualcommin modeemit tarjoavat edelleen parempaa suorituskykyä erityisesti nopeuden osalta.

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.

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...

Tekoäly tuo valheellisen kontrollin teollisuusverkkoihin

Teollisen esineiden internetin (Industrial IoT, IIoT) nopeasti kehittyvässä maailmassa tekoälyyn perustuva päätöksenteko operatiivisissa teknologioissa (OT) on luonut tunteen paremmasta hallinnasta, nopeammasta reagoinnista ja ennakoivasta tehokkuudesta. Tämä tunne kontrollista voi kuitenkin olla vaarallinen harha, kirjoittaa Check Point Softwaren globaalien ratkaisujen arkkitehtuureista vastaava Antoinette Hodes.

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