ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner
2026  # megabox

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

Sep # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

Pienikin ohjainpiiri voi riittää

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 12.11.2021
  • Devices
  • Embedded

Jos mikro-ohjain on varustetuttu edistyneillä analogiatoiminnoilla, voidaan säästää sekä korttialaa että järjestelmäkustannuksia paristokäyttöisissä sovelluksissa. Esimerkiksi sopii infrapunasäteilyä aistiva liikeilmaisin.

Turvallisuusjärjestelmien ja langattomien lääketieteen valvontalaitteiden kaltaisten sovellusten kehitystyössä on otettava huomioon monia tekijöitä suunnittelun onnistumisen varmistamiseksi. Näistä tekijöistä etenkin suunnittelun kompleksisuus ja tehonhallinta ovat tärkeässä asemassa akku- käyttöisten ja verkkoon liitettävien sovellusten suunnittelun yhteydessä. Mitä pidempää akun käyttöikää lopullinen sovellus vaatii, sitä pienempää täytyy sen tehontarpeen olla.

Tällaisten sovellusten tehovaatimusten täyttäminen luotettavissa ja pitkäikäisissä suunnitteluissa edellyttää, että suunnittelijat käyttävät pienikokoisia ja tehokkaita mikro-ohjaimia, jotka on varustettu älykkäillä ja kehittyneillä sisäänrakennetuilla ominaisuuksilla ja toiminnoilla. Tällaiset mikro-ohjainyksiköt pystyvät suorittamaan suurimman osan sovellukselle asetetuista tehtävistä, jolloin ulkoisten passiivikomponenttien tarve vähenee anturisolmujen suunnitteluissa ja joustavuutta ja helppokäyttöisyyttä saadaan lisättyä pienen tehonkulutuksen ja sisäänrakennettujen ominaisuuksien ansiosta.

Esimerkiksi suunniteltaessa paristokäyttöisiä anturisolmuja kodin turvajärjestelmien tapaisiin sovelluksiin, passiivinen infrapunaan (PIR) perustuva liikeilmaisin asennetaan usein kiinteistön sisä- ja ulkopuolelle. PIR-anturi havaitsee anturielementtien ”näkemät” muutokset infrapunasäteilyn määrissä, jotka vaihtelevat anturin edessä olevan kohteen lämpötilasta ja pintaominaisuuksista riippuen.

Kun ihminen kulkee anturin ja taustan välistä, anturi havaitsee ympäristön lämpötilan ja ihmiskehon lämpötilan välillä tapahtuvan muutoksen ihmisen etenemisen aikana. Se muuttaa tuloksena saatavan tulevan infrapunasäteilyn muutostiedon lähtöjännitteen (VPIR(t)) muutokseksi. Muut kohteet, joiden lämpötila on sama kuin taustalla, mutta jotka poikkeavat pinnan ominaisuuksiltaan taustasta, aikaansaavat sen, että anturi ilmaisee erilaisen säteilykuvion.

PIR-anturin lähtösignaalin tasot ovat tyypillisesti matalia ja alle 1 mV:n luokkaa. Liikkeen havaitseminen ja virheilmaisun välttäminen edellyttää analogiasignaalin vahvistamista ennen kuin AD-muunnin ottaa siitä näytteen. Tyypillisissä PIR- ratkaisuissa tämä saavutetaan käyttämällä useita suuren vahvistuksen omaavia operaatiovahvistinasteita, mikä puolestaan lisää suunnittelun kompleksisuutta, komponenttimäärää, tehon tarvetta, hintaa jne. Seuraavaksi tässä artikkelissa käydään läpi, miten pieniä ja tehokkaita mikro-ohjainyksiköitä käyttämällä edellä mainittuja ominaisuuksia saadaan suitsittua.

SUUNNITTELUN KOMPLEKSISUUS

Kun PIR-anturisolmujen suunnittelun perustana käytetään pienikokoisia mikro-ohjainyksiköitä, jotka on varustettu tarvittavilla ominaisuuksilla kuten ohjelmoitavalla vahvistinyksiköllä (PGA) varustetulla 12-bittisellä differentiaalisella AD-muuntimella, tarvitaan vähemmän ulkoisia komponentteja ja tilaa piirikortilla sekä säästetään materiaalikustannuksia. Ajatellaan esimerkiksi MickroE:n PIR Click -anturia.

Siinä on piirikortilla kaikki toimivan PIR-anturisolmun passiivikomponentit. Kortti perustuu operaatiovahvistinratkaisuun, joka sisältää AD-muuntimet, vastukset ja kondensaattorit, ja joka on helppokäyttöinen, heti toimiva ratkaisu prototyyppi- ja evaluointisovelluksiin.

Tyypillinen kokoonpano prototyypin tekoa varten saadaan, kun käytetään PIR Click -korttia yhdessä Microchipin Curiosity Nano Base for Click Boards- ja Curiosity Nano Evalution Kit - tuotteiden kanssa. PIR-anturisolmuratkaisussa voidaan hyödyntää Microchipin 12-bittisellä differentiaalisella AD-muuntimella ja PGA-vahvistimella varustettua ATtiny1627-mikro-ohjainta.

Ulkoisten komponenttien määrää voidaan merkittävästi vähentää, kun ei tarvita ulkoista operaatiovahvistinta signaalin vahvistamiseen. Sen lisäksi ulkoisen AD- muuntimen käyttäminen mahdollistaa useiden muiden passiivisten komponenttien kuten vastusten ja kondensaattorien pois jättämisen.

Käyttämällä edellä mainitun kaltaista mikro-ohjainyksikköä PIR Click -kortin pinta-alaa saadaan pienennettyä merkittävästi. Huomautettakoon, että tässä esimerkissä modifikaatioiden perustana on käytetty PIR Click - korttia, koska se on ollut käytännöllisempää kuin uuden piirikortin suunnittelu tarvittavine komponentteineen. Tämä modifioitu ratkaisu ei kuitenkaan kilpaile Click-korttien käyttö- tarkoituksen kanssa.

Yllä mainituilla modifikaatioilla sisäänrakennettua 12-bittistä differentiaalista AD-muunninta ja PGA-vahvistinta hyödyntämällä laitteisto- ja piirikorttisuunnittelu saadaan selkeäksi ja kompaktiksi, koska laitteiston suunnittelussa ei tarvitse ottaa huomioon ulkoisten komponenttien sijoittelun tuomia haasteita. Lisäksi ohjelmistot ja laiteohjelmistot saadaan kompakteiksi ja tehokkaiksi, kun suuri osa tehtävistä hoituu mikro-ohjaimessa. Ajastus ja synkronointi ovat myös helpompia hallita.

Kun anturisolmun suunnittelussa suuri osa laitteiston kompleksisuudesta siirretään mikro-ohjain- yksikköön ja keskusyksikköön laiteohjelmistolla ohjattavaksi, muutosten tekeminen ja toimintojen lisääminen kehitystyön aikana muodostuu hyvin joustavaksi, eikä aikaa tarvitse kuluttaa piirikortin sijoittelun (layout) uudelleen suunnitteluun, jolloin säästetään sekä suunnitteluun kuluvassa ajassa että kustannuksissa.

Samalla saadaan myös lisää joustavuutta muiden tekijöiden kuten tehonhallinnan koodaamiseen. Helposti parametriasetuksia muuttamalla voidaan suunnitteluvaiheessa sovelluskoodia muuttamalla joko lisätä toimintoja tai optimoida koodia tehonkulutuksen vähentämiseksi. Koodia voidaan myös optimoida ympäristöolosuhteiden vaikutuksen eliminoimiseksi esimerkiksi tilanteissa, jossa ympäristön lämpötilan yli 30 asteeseen anturit tulkitsevat muutoksen ihmisen läsnäoloksi. Toisena esimerkkinä toiminnallisuuden lisäämisestä voisi olla koneoppimisen lisääminen liikekuvioiden tunnistamista varten ja järjestelmän opettamiseksi erottamaan, mikä on pelkkää kohinaa tai esimerkiksi erottamaan ihmisen liikkumisen eläimen liikkumisesta.

Liikkeen ilmaisun sovelluksissa, joissa käytetään PIR-antureita ja mikro-ohjainyksikköjä kuten ATtiny1627-piiriä, suunnittelutyö painottuu laitteiston suunnittelun sijaan laitteiston ja ohjelmistoon koodaamiseen, koska suuri osa tarvittavasta toiminnallisuudesta on sisäänrakennettuna mikro-ohjaimeen. Näin suunnittelutyön määrä vähenee ja joustavuus lisääntyy.

TEHON HALLINTA

Langattomissa anturisolmuissa tehonkulutus on avainasemassa. Mitä pitempi on akun kesto, sitä pitempi on anturisolmun käyttö- ikä ja näin ollen myös koko anturiverkon muodostaman järjestelmän käyttöikä. Tämä pätee kaikkiin langattomiin anturijärjestelmiin. Kun kymmeniä, satoja tai tuhansia antureita on asennettu erilaisiin valvontatehtäviin, solmun katsotaan olevan toimintakelvoton tai toimivan virheellisesti, jos se kytkeytyy pois päältä.

Laajoissa anturijärjestelmissä pariston tai itse anturin vaihtaminen lisää ylimääräisiä kustannuksia loppukäyttäjälle ja samoin tapahtuu myös, jos järjestelmä on poissa käytöstä tai toimii puutteellisesti solmun ollessa kytkeytyneenä pois päältä. Tällöin epätoivottuja tapahtumia voi tapahtua ilman ilmoituksia. Mitä kauemmin paristo kestää, sitä parempi siis.

Mikro-ohjaimen lepotilojen ja nopean käynnistymisen ansiosta kukin anturisolmu voi kuluttaa niin vähän tehoa kuin mahdollista. Solmu voi olla lepotilassa ja käynnistyä nopeasti, kun liikettä havaitaan anturin ympäristössä tapahtuvien lämpötilan muutosten vuoksi, jonka jälkeen signaali prosessoidaan ja sen jälkeen solmu palautuu lepotilaan, jolloin paristokäyttöisen solun käyttöikää voidaan lisätä tarvitsematta vaihtaa paristoa.

Tehonkulutus riippuu sovelluksesta ja vaihtelee PIR-anturien kokoonpanosta, näytteenottonopeudesta ja suodatusparametreista riippuen, mitkä seikat vaikuttavat myös ilmaisuetäisyyteen ja -herkkyyteen.

Asettamalla nämä parametrit huolellisesti saadaan tehonkulutusta edelleen pienenemään niinä aikoina, jolloin sovelluksen kuormitus on vähäisintä. Älykkäillä ja edistyneillä sisäänrakennetuilla virran kulutusta ja tehonhallintaa parantavilla ominaisuuksilla ja toiminnoilla varustettuja pienikokoisia ja tehokkaita mikro-ohjaimia kuten ATtiny1627:ää käyttämällä saadaan lisättyä paristokäyttöisten verkkoon kytkettävien sovellusten käyttöikää samalla, kun suunnittelun kompleksisuus ja järjestelmän kokonaiskustannukset vähenevät ja sitä kautta tuotteen markkinoille pääsy nopeutuu.

Artikkeli on luettavissa uudesta ETNdigi-lehdestä täällä.

https://issuu.com/etndigi/docs/etndigi2_2021?fr=sNWU4MzE0NTQ5NDc

MORE NEWS

Puolijohteiden valmistuslaitteiden myynti kiihtyy Euroopassa

Puolijohteiden valmistuslaitteiden markkinat kasvavat nyt nopeasti, ja Euroopassa vauhti on selvästi maailman keskiarvoa kovempaa. SEMI:n mukaan laitemyynti kasvoi Euroopassa toisella neljänneksellä peräti 70 prosenttia vuodentakaisesta.

16 gigabitin avoin linkki vie grafiikan auton näytölle

Marelli ja Microchip ovat toteuttaneet auton keskuslaskennan ja näyttöjen välisen videoyhteyden avoimella ASA Motion Link -standardilla. Ratkaisu siirtää grafiikkaa ja videota jopa 16 gigabitin sekuntinopeudella.

EU:n uusi kybervelvoite iskee siruvalmistajiin viikon päästä

EU:n kyberkestävyyssäädöksen eli CRA:n (Cyber Resilience Act) ensimmäiset käytännön velvoitteet tulevat voimaan 11. syyskuuta. Viikon päästä valmistajien on alettava raportoida aktiivisesti hyväksikäytetyistä haavoittuvuuksista ja vakavista tietoturvapoikkeamista. Velvoite koskee myös EU:n ulkopuolisia puolijohdeyrityksiä, jos niiden tuotteita myydään unionin markkinoilla.

Uusi SiC-transistori avaa tien 600 asteen elektroniikkaan

Kioton yliopiston tutkijat ovat kehittäneet piikarbidista transistorin, joka toimii jopa 600 celsiusasteen lämpötilassa. Uusi SiC-rakenne voisi mahdollistaa integroidut piirit ympäristöihin, joissa tavallinen piielektroniikka ei enää selviä.

Suprajohtava transistori vie kvanttikoneet seuraavaan kokoluokkaan

VTT:ltä ponnistanut suomalainen startup S-Transistors kehittää suprajohtavaa transistoria, jonka avulla kvanttitietokoneiden ohjauselektroniikkaa voidaan siirtää lähemmäs itse kvanttiprosessoria. Yhtiö keräsi teknologian kehittämiseen 2,6 miljoonan euron siemenrahoituksen.

Uusi vahvistin testaa 200 gigabitin optisia kaistoja

Japanilainen Anritsu on tuonut markkinoille 140 gigabaudin lineaarisen vahvistimen, joka on tarkoitettu uuden sukupolven 200 gigabitin optisten siirtokaistojen komponenttien testaukseen. AH15203A/B:n kaistanleveys yltää 125 gigahertsiin.

AI-agentti murtautuu yritykseen neljällä dollarilla

Tekoälyagentit ovat muuttamassa myös kyberrikollisuutta. Cybernewsin tutkijat löysivät palvelimen, jolla AI-agentti automatisoi lähes koko kiristyshyökkäyksen kohteen tiedustelusta datan varastamiseen ja lunnaiden määrittämiseen. Tekoälyn käyttökustannukset jäivät halvimmillaan 40 senttiin yritystä kohti.

USB4 tuplaa kannettavan SSD:n nopeuden

Samsung tuo kannettaviin SSD-asemiin USB4-liitännän. Uusi P9 yltää parhaimmillaan 4 000 megatavun sekuntinopeuteen, eli noin kaksinkertaiseen suorituskykyyn yhtiön aiempaan USB 3.2 Gen 2x2 -asemaan verrattuna.

Tutkijoiden kehittämä GaN-transistori kestää 3,5 kilovolttia

Sveitsiläisen EPFL:n tutkijat ovat kehittäneet uuden galliumnitriditransistorin, joka kestää jopa 3,5 kilovoltin jännitteen. Uusi rakenne vie GaN-tehoelektroniikkaa selvästi nykyisten kaupallisten 600–650 voltin komponenttien yläpuolelle.

VTT mittasi Donut Labin kennon tiheyden: 409,3 Wh/kg

Donut Labin akkukenno ylitti VTT:n mittauksissa 400 wattitunnin energiatiheyden kilogrammaa kohti. Tulos on kiinnostava, sillä testattu V1.5-kenno perustuu yhtiön ensimmäisen sukupolven akkukemiaan. Donut Labin kehitys on nyt siirtymässä toisen sukupolven kennoihin, yhtiön toimitusjohtaja Marko Lehtimäki kertoi uusimmalla I Do Not Believe -videolla.

5G:n uusi virransäästötoiminto etenee kohti puhelimia

5G-puhelimien virrankulutusta pienentävä uusi toiminto on ottanut askeleen kohti käytännön laitteita. Rohde & Schwarz ja Qualcomm ovat ensimmäisinä verifioineet 3GPP:n Release 17 -standardiin kuuluvan SSSG-virransäästötoiminnon konformanssitestin.

40 prosenttia pienempi SMARC mahtuu ahtaisiin laitteisiin

Sulautettujen järjestelmien tietokonemoduuleja valmistava espanjalainen Somdevices tuo pienikokoiset μSMARC-moduulinsa osaksi Celusin elektroniikan suunnittelualustaa. Moduulien pinta-ala on 40 prosenttia tavallista SMARC-moduulia pienempi.

Mikroprojektoriin pohjaavat AR-lasit vihdoin markkinoille

AR-laseihin kehitetty erittäin pieni laserprojektori on ottamassa ratkaisevan askeleen prototyypeistä massatuotantoon. Itävaltalainen Trilite on solminut AAC Technologiesin kanssa pitkäaikaisen sopimuksen, jonka tavoitteena on saada yhtiön LBS-näyttötekniikka suuren volyymin kuluttajatuotteisiin.

Linux-ydin paisuu yli 41 miljoonaan riviin

Linux-ytimen lähdekoodin koko lähestyy 41 miljoonan rivin rajaa. Linux 7.3-rc1 yltää jo 40,98 miljoonaan riviin, ja kasvusta huomattava osa tulee AMD grafiikkatuesta.

Qt tuo IAR:n sulautetun kehityksen Linuxiin

Qt Groupin viime syksynä ostama IAR laajentaa sulautettujen järjestelmien kehitysympäristönsä natiivisti Linuxiin. Muutos tuo saman sertifioidun työkaluketjun kehittäjien Linux-työasemille ja Linuxissa pyöriviin CI-järjestelmiin.

Tekoäly lämmittää pian 70 000 helsinkiläiskotia

Helsinkiin suunnitellun suuren tekoälylaskentakeskuksen tuottama lämpö aiotaan syöttää Helenin kaukolämpöverkkoon. Onzeron mukaan laskennassa syntyvästä lämmöstä voidaan ottaa talteen jopa 99 prosenttia.

Rutronik tuo kiinalaiset Arm- ja RISC-V-ohjaimet laajasti Eurooppaan

Saksalainen komponenttijakelija Rutronik ottaa valikoimiinsa kiinalaisen Gigadevicen mikro-ohjaimet. Uusi jakelusopimus kattaa koko EMEA-alueen sekä Kaakkois-Aasian ja tuo samalla eurooppalaisille laitevalmistajille uuden laajan vaihtoehdon mikro-ohjainten hankintaan.

WithSecure irrottaa Salesforce-tietoturvan omaksi yhtiökseen

Neljä vuotta sitten F-Securesta irrotettu yritysten tietoturvaan keskittyvä WithSecure siirtää Salesforce-ympäristöjen suojaamiseen keskittyvän Cloud Protection -liiketoimintansa omaksi yhtiökseen. Uusi Cloud Protection by WithSecure keskittyy yksinomaan Salesforcen pilvipalvelujen ja niissä käsiteltävän datan suojaamiseen.

Norjalainen MEMS-mikrofoni kuulee lähes kaiken

Norjalainen Sensibel on esitellyt optiseen MEMS-tekniikkaan perustuvan SBM140B-mikrofonin, jonka dynamiikka yltää 136 desibeliin. Valmistajan mukaan vastaavaan suorituskykyyn ei päästä perinteisillä kapasitiivisilla MEMS-mikrofoneilla.

LUMI-AI tuo tekoälyagentit superkoneen käyttöliittymään

Kajaaniin rakennettavaa LUMI-AI-supertietokonetta ei ole tarkoitus käyttää vain perinteisten komentorivien ja graafisten käyttöliittymien kautta. CSC:n Pekka Mannisen mukaan tekoälyagentit voivat muuttaa perusteellisesti tapaa, jolla tutkijat käyttävät supertietokoneita.

Sep # puffbox mobox till tme native
2026  # mobox för megabox
Sep  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Suojattu flash suojaa kaikki nettiin liitetyt laitteet

ETN - Technical articleSuojattu flash-muisti tarjoaa verkkoon liitetyille laitteille ja järjestelmille laitteistopohjaisen suojauskerroksen ja täyttää NIST SP800-193 -ohjeistuksen mukaiset häiriönsietovaatimukset. Muistipiireihin erikoistuneen Winbondin kehittämä suojattu flash-piiri on myös suoraan korvaava ja täysin yhteensopiva tavanomaisten NOR-flash-piirien kanssa.

Lue lisää...

OPINION

CRA voi tehdä tuotteesta yhdessä yössä vanhentuneen

EU:n kyberkestävyyssäädös CRA tuo yrityksille lisää työtä, mutta muuttaa samalla perusteellisesti sitä, miten digitaalisten tuotteiden elinkaarta pitää ajatella, kirjoittaa Schneider Electricin asiantuntija Marko Latvasalo.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Puolijohteiden valmistuslaitteiden myynti kiihtyy Euroopassa
  • 16 gigabitin avoin linkki vie grafiikan auton näytölle
  • EU:n uusi kybervelvoite iskee siruvalmistajiin viikon päästä
  • Uusi SiC-transistori avaa tien 600 asteen elektroniikkaan
  • Suprajohtava transistori vie kvanttikoneet seuraavaan kokoluokkaan

NEW PRODUCTS

  • Mediatekin uusin tuo kielimallit kodinkoneisiin
  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
 
 

Section Tapet