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...

Kannettavan laitteen akusta saa eniten irti, kun tuntee akkutekniikat, digitaalisen tehonhallinnan periaatteet sekä matalan tehonkulutuksen mahdollistavat analogiatekniikat.

Artikkelin kirjoittaja Kevin Tretter vastaa Mircochip Technologyllä tuotteiden markkinoinnista. Hän on tehnyt koko vuonna 2004 alkaneen uransa Microchipin palveluksessa. Kevinillä on elektroniikkasuunnittelijan tutkinto Rose-Hulman Institute of Technologystä sekä liiketalouden ja markkinoinnin tutkinto St. Edward´s Universitystä.

Maksimikäyttöiän saaminen akusta edellyttää kolmen avaintekijän ymmärtämistä: akkuteknologiat, digitaalinen tehonhallinta selä matalan tehonkulutuksen analogiatekniikat. Useat suunnittelijat tuntevat erilaisten akkujen kemioiden vahvuudet ja heikkoudet sekä digitaalisen tehonhallinnan perusteet, he eivät ehkä niin hyvin tunne pienitehoisen analogiatekniikan roolia akun käyttöiän pidentämisessä.

Kannettavien laitteisen suunnittelijoiden yksi avainpäätöksiä on akkutekniikan valinta. Neljä yleisintä tekniikka ovat alkali-, nikkelikadmiun- (niCd), nikkelimetallihydridi- (NiMH) ja litiumionialut (Li-Ion). Niillä kaikilla on etunsa ja puutteensa.

Tyypillisesti täyteen ladattu alkaliparisto tuottaa noin 1,5 voltin jännitteen. Tämä jännite pienenee kun aun energiaa käytetään niin, että noin 90 prosentin käytön jälkeen jännite on pudonnut noin 0,9 volttiin. Suhteellisen suuren kapasiteetin ja korkean sisäisen resistanssin takia alkaliparistot ovat varsin tehottomia paljon virtaa syöville sovelluksille, kuten kauko-ohjattaville autoille, kameran salamalle ja sähkötyökaluille.

Näihin sovelluksiin NiCd-akut ovat kestävä ja edullinen vaihtoehto. Niiden 1,2 voltin nimellisjännite putoaa noin 0,9 volttiin akun käyttöiän lähestyessä loppuaan. NiCd-akkujen puutteena on suhteellisen alhainen energiatiheys ja se, että ne sisältävät myrkyllisiä metalleja. Lisäksi niissä tarvitaan säännöllistä varauksen täydellistä purkua, jotta kennon pintoihin ei muodostu suuria kiteitä, jotka vaikuttavan sekä akun elinikään että sen suorituskykyyn.

Sen sijaan NiMH-alut ovat ympäristöystävällisiä ja niiden energiatiheys on noin 40 prosenttia NiCd-akkuja suurempi. Nimellisjännite on noin 1,25 volttia ja se putoaa alle yhteen volttiin akun eliniän lähestyessä loppuaan. NiMH-akkujen huonona puolena on itsepurkautumisen suuri aste ja NiCd-akkuihin verrattuna heikko kestävyys raskaiden kuormien ja äärimmäisten lämpötilojen puristuksessa.

Isolle osalle kulutuselektroniikkaa litiumioniakut ovat hallitseva ratkaisu. Täysin ladatun litiumionikennon jännite on noin 3,6 volttia ja se pienenee noin 2,7 volttiin varauksen loputtua kokonaan. Li-Ion-akkujen etuja ovat keveys, korkeammat kennojännitteet ja - polymeeriversiona - kyky muotoilla akkua. Muihin etuihin kuuluu energiatiheyden jatkuva kasvu - tällä hetkellä noin kaksinkertainen standardiin nikkelikadmumakkuun verrattuna - ja kustannusten aleneminen. Suurin haitta on räjähdysriski ylilatautumisen yhteydessä. Tämä tarkoittaa, että jotkut valmistajat päätyvät nikkelimetallihydridiakkuihin erityisesti sovelluksissa, joissa koko ja paino eivät ole niin keskeisiä ominaisuuksia.

DC/DC-muuntimet

DC/DC-muuntimien arkkitehtuurien ymmärtäminen on keskeistä, kun halutaan optimoida suunnittelun suorituskyky. Tyypillisesti valinta tehdä lineaariregulaattorien, hakkuriregulaattorien ja varauspumppujen välillä.

Vaikka lineaariregulaattoreita on useanlaisia, yleisin akkukäyttöisissä laitteissa käytetty on LDO-regulaattori (low dropout regulator). Näissä käytetään PNP-transistoria halutun lähtöjännitteen säätämiseen.

Sen sijaan hakkuriregulaattori käyttää diodia, induktoria ja kytkintä siirtämään energiaa tulosta ja tuottamaan halutun lähdön, joka on konfiguroitu joko buck-, boost- tai buck/boost-topologiana. Buck-regulaattori tuottaa reguloidun lähtöjännitteen, joka on alhaisempi kyuin tulojännite. Periaate vastaa LDO-regulaattori. Boost-kytkentäregulaattori tuottaa tuloa korkeamman lähtöjännitteen, kun taas buck/boost-regulaattori tuottaa reguloidun lähdön eri tulojännitteillä, jotka ovat korkeampia tai matalampia kuin lähtöjännite.

Kolmas regulaattorityyppi eli varauspumppu (charge pump) hyödyntää kondensaattoria energian tallennukseen. Kondensaattori liitetään tulojännitteeseen kytkimillä. Piiritopologiasta riippuu, voiko varauspumppu kaksinkertaistaa, kompinkertaistaa, kääntää ja jopa luoda sattumanvaraisesti lähtöjännitteen. Lataus- ja purkukondensaattorien käyttö energiansiirtoon tarkoittaa, että varauspumppu tuottaa suhteellisen alhaisia lähtövirtoja, yleensä muutaman sadan milliampeerin tasoisia.

Taulukko 1 kuvaa eri DC/DC-muunnintopologioiden etuja ja haittoja. Parhaan tekniikan valinta riippuu jokaisen sovelluksen parametreistä. Sovelluksissa joissa pitkä akkukesto on ensisijainen vaatinus, tehokas hakkuritehonlähde voi olla paras valinta. Jos sovelluksessa on paljon sähköistä kohinaa, paras ratkaisu olisi tyypillisesti lineaariregulaattori. Jokaisessa sovelluksessa täytyy kuitenkin keskittyä tehonhallinnan piiristöön, jotta järjestelmän suorituskykytavoitteet saavutetaan.

Taulukko 1. DC/DC-topologian valinnan vaihtoehdot.

DC-DC-muunnos tarjoaa joukon tekniikoita, joilla akun toiminta-aikaa voidaan pidentää. Allaolevassa kuvassa näkyy esimerkiksi input- ja output-kondensaattorin sijoittelu suhteessa DC/DC-muuntimeen. Tässä konfiguraatiossa kytkinregulaattori, jota käytetään tulokytkimen avaamiseen ja sulkemiseen voi johtaa virtapiikkiin input-liitännässä, joka voidaan minimoida käyttämällä suurta input-kondensaattoria varauspuskurina. Tämä voi vaikuttaa akun toiminta-aikaan, koska akun kemiasta riippuen sisäinen resistanssi voi kasvaa, mikä voi aiheuttaa tuntuvan jännitepudotuksen koko kennostossa. Akun ja kytkimen väliin sijoitettu suurempi kondensaattori pienentää virtoja ja niistä seuraavaa jännitepudotusta koko akussa. Minimoimalla nämä jännitteenlaskut voidaan akun toiminta-aikaa pidentää ennen kuin kennon jännite tippuu minimiin.

Kuva 2: Input- ja output-kondensaattorien sijoittelu kytkinregulaattorissa.

Pienitehoisissa sovelluksissa, joissa laite on pitkiä aikoja valmius- tai sleep-tilassa, ei ehkä ole tarpeen pitää regulaattoria päällä koko aikaa. Tällöin voi olla paljon energiatehokkaampaa käyttää suurta output-kondensaattoria syöttämään kuorman vaatimaa alhaista virtaa. Regulaattorin kytkeminen päälle ja pois vahvistaa kondensaattorin varausta, kun sitä tarvitaan.

Digitaalinen tehonhallinta

Dynaaminen jännitteensäätö tai -skaalaaminen on sekin yleinen akun toiminta-aikaa maksimoiva tekniikka. Kun operoidaan alhaisella jännitteellä digitaalinen kuorma, kuten esimerkiksi mikro-ohjain, vaatii pienemmän virran ja kuluttaa siksi vähemmän tehoa. Haittapuolena on kuitenkin se, että mikro-ohjaimen ajaminen alhaisella jännitteellä voi rajoittaa sen toimintanopeutta ja suorituskykyä. Dynaamisen jännitteensäädön avulla mikro-ohjain voi yhdistää alhaisen jännitteen ja tehonkulutuken valmius- tai sleep-tilassa, ja kiihdyttää korkeampaan jännitteeseen prosessoidessaan ja siirtäessään informaatiota. Tätä tekniikkaa käytetään tietojenkäsitelyssä laajalti ja monissa muissakin akkukäyttöisissä laitteissa, joissa mikro-ohjain toimii erilaisissa moodeissa.

Toiminta-ajan ja valmius- tai sleep-tilan suhde eri sovelluksissa vaikuttaa tietysti myös akun toiminta-aikaan. Jotkut sovellukset, kuten vaikkapa hiilidioksiditunnistimet, joutuvat toimimaan kaiken aikaa, toiset voivat pysytellä valmius- tai sleep-tilassa pitkään ennen kuin niitä tarvitaan. Esimerkkejä ajoittain toimivista sovelluksista ovat älykkäät vesimittarit, kauksäätimet ja savuvaroittimet.

Analoginen tehonhallinta

Verkossa on valtavat määrät tietoa siitä, miten suunnittelijat voivat ymmärtää ja hallita digitaalista tehoa käyttämällä mikro-ohjainten tarjoamia erilaisia toimintamoodeja ja myös kytkemällä eri oheislaitteita päälle ja pois tarpeen mukaan. Mikro-ohjaimen ajaminen jatkuvasti aktiivitilassa tai sen nukuttaminen ja taas herättäminen toimintaan, on myös hyvin dokumentoitu tekniikka.

Kun halutaan hallita analogiakomponentein tehobudjettia, vaihtoehdot eivät ehkä ole yhtä selvät.

Vaikka on edelleen tärkeää käyttää analogiakomponentteja alhaisimmalla aktiivivirralla järjestelmissä jotka ovat päällä kaiken aikaa, muissa sovelluksissa pitää harkita myös asettumisaikaa suhteessa virrankulutukseen. Voi olla, että suurempivirtainen, nopeampi laite tuottaa paremman energiatehokkuuden pitkällä aikavälillä kuin alhaisemman virran vaihtoehti, jossa vasteaika on hitaampi.

Oikea akkutekniikan valitseminen ja digitaaliset tehonhallinnan tekniikat ovat tuttuja akun toiminta-ajan pidennystä hakeville suunnittelijoille. Matalatehoisten analogiatekniikoiden toteutus ei ole yhtä tuttua, mutta sen rooli voi olla merkittävä akun toiminta-ajan pidentämisessä ja järjestelmän optimaalisen suorituskyvyn varmistamisessa.

MORE NEWS

Jättirahoitus GenAI-softakehitykseen

Business Finland on myöntänyt Jyväskylän yliopistolle merkittävän, 840 000 euron rahoituksen tutkimushankkeelle, jonka tavoitteena on tutkia generatiivisen tekoälyn (GenAI) hyödyntämistä ohjelmistokehityksen eri vaiheissa. Hanke kantaa nimeä Generative AI for the Software Development Life Cycle, ja sen kokonaisbudjetti Jyväskylän yliopiston osalta on 1,2 miljoonaa euroa, josta 30 prosenttia katetaan yliopiston omarahoituksella.

Raidejokerin lähestymisestä varoitetaan sanallisesti

Helsingin kaupungin innovaatioyhtiö Forum Virium Helsinki on käynnistänyt vuoden mittaisen pilottikokeilun, jossa testataan uudenlaista varoitusjärjestelmää Viikin pikaraitiotien ylityspaikalla. Järjestelmä varoittaa jalankulkijoita ja pyöräilijöitä sekä äänimerkein että sanallisesti lähestyvästä raidejokerin junasta.

Ensimmäistä kertaa grafiikka- ja AI-laskenta samalla RISC-V-prosessorilla

Imagination Technologies on esitellyt uuden E-Series-arkkitehtuurin, joka yhdistää grafiikka- ja tekoälylaskennan ensimmäistä kertaa samaan RISC-V-prosessoriin pohjautuvaan IP-lohkoon. Uutuus avaa tietä tehokkaammille, joustavammille ja energiaa säästäville reunalaitteille – älypuhelimista robottiautoihin.

Aurinkokennokalvo voi tehdä rakennuksista sähköntuottajia

Rakennusten ikkunat ja julkisivut voivat tulevaisuudessa toimia sähköntuottajina, kiitos Luulajan teknillisen yliopiston tutkimukselle. Uudenlainen ohut aurinkokennokalvo yhdistää sähköntuotannon, ympäristöystävällisyyden ja läpinäkyvyyden – ilman kompromisseja rakennusten estetiikassa tai luonnonvalon hyödyntämisessä.

Kenelle Samsungin veitsenterävä uutuus on tarkoitettu?

Samsungin odotettu Galaxy S25 Edge on virallisesti julkaistu, ja 5,8 millimetrin paksuisena se ottaa haltuunsa tittelin "maailman ohuimpana täysiverisenä älypuhelimena". Kyse on hienosta insinööritaidon näytöstä: titaanirunko, keraaminen lasi ja huipputason kamera- sekä tekoälyominaisuudet on mahdutettu hämmästyttävän solakkaan koteloon.

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

FakeUpdates vaikutti 6 prosentissa organisaatioita

Tietoturvayritys Check Point Software Technologies on julkaissut huhtikuun 2025 haittaohjelmakatsauksensa. Raportin mukaan FakeUpdates jatkoi maailman yleisimpänä haittaohjelmana, vaikuttaen 6 prosenttiin organisaatioista maailmanlaajuisesti. Suomessa sen esiintyvyys oli 4,02 prosenttia.

Yksi ainoa molekyyli parantaa kennon suorituskykyä 0,6 prosenttia – ja sillä on merkitystä

Uusi kansainvälinen tutkimus osoittaa, että synteettinen molekyyli nimeltä CPMAC voi merkittävästi parantaa perovskiittipohjaisten aurinkokennojen tehokkuutta ja käyttöikää. Vaikka hyötysuhde parani vain 0,6 prosenttia, sillä on todellista merkitystä: suuressa mittakaavassa, kuten yhden gigawatin aurinkovoimalassa, se voi tuottaa tarpeeksi lisäenergiaa jopa 5000 kotitaloudelle.

Intel katkaisee linkin grafiikan ja CPU:n väliltä

Intel on virallisesti lopettanut Deep Link -teknologiansa kehityksen ja tuen, lopettaen näin kunnianhimoisen yrityksen yhdistää prosessorin ja näytönohjaimen voimat tiiviimmäksi kokonaisuudeksi.

Autojen tutkapiiri kutistui, teho kasvoi kaksinkertaiseksi

NXP Semiconductors on julkaissut uuden sukupolven tutkapiirin, joka mullistaa autonomisten ajoneuvojen tutkajärjestelmät. Uusi S32R47-imaging-tutkaprosessori tarjoaa jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn edeltäjäänsä verrattuna ja mahtuu silti 38 prosenttia pienempään fyysiseen tilaan.

Vuoden lopulla jo 240 watin USB-lataus suoraan pistokkeesta

Pistorasiaan integroitava USB-lataus on siirtymässä täysin uudelle aikakaudelle. Brittiläinen tehoelektroniikkayritys Pulsiv on kehittänyt ensimmäisen valmiin ratkaisun, joka mahdollistaa jopa 240 watin USB-C-latauksen suoraan tavallisesta seinäpistokkeesta. Kyseessä on merkittävä tekninen läpimurto, joka voi muuttaa tapaa, jolla kannettavat tietokoneet, älypuhelimet ja jopa pienet kodinkoneet tai sähkötyökalut ladataan kotona ja työpaikoilla.

Omdia: Puolijohteet uuteen ennätykseen

Vuosi 2024 oli puolijohdeteollisuudelle historiallinen, sillä alan liikevaihto nousi Omdian mukaan 25 prosenttia edellisvuodesta ja ylsi ennätykselliseen 683 miljardiin dollariin. Kasvun moottorina toimi erityisesti tekoälyyn liittyvä kysyntä, joka nosti muistipiirien myynnin huikeaan 74 prosentin kasvuun.

Uusi standardi parantaa Bluetoothin tietoturvaa

Bluetooth-teknologia on saanut merkittävän päivityksen, joka parantaa käyttäjien yksityisyyttä ja laitteiden virrankulutusta. Bluetooth Special Interest Group (SIG) on julkaissut uuden Bluetooth Core Specification 6.1 -version, jossa keskeisenä uutuutena on satunnaistettu laiteosoitteiden päivitys – askel kohti vaikeammin jäljitettävää langatonta viestintää.

Tesla kiertää työsaartoa Ruotsissa suomalaisyrityksen kautta

Tesla on ajautunut erikoiseen selkkaukseen Ruotsin ay-liikkeen kanssa, ja yhtiö on nyt ryhtynyt kiertämään työtaistelutoimia suomalaislähtöisen yrityksen avulla. Kyseessä on ahvenanmaalainen ACS-konserni (Automation & Charger Solar), joka on aloittanut Teslan superlatureiden asennukset Ruotsissa kesken laajaa ay-liikkeen tukemaa saartoa.

Tehoelektroniikan PCIM oli suurempi kuin koskaan aikaisemmin

Nürnbergissä tällä viikolla järjestetty PCIM Expo & Conference 2025 ylitti odotukset niin laajuudeltaan kuin sisällöltään. Tapahtuma kasvoi tänä vuonna kuuteen näyttelyhalliin ja kattoi yhteensä 41 500 neliömetriä – enemmän kuin koskaan aiemmin. Näyttely houkutteli paikalle 685 näytteilleasettajaa ja noin 16 500 kävijää eri puolilta maailmaa.

Tuki uudelle USB4:lle laajenee

Testaus- ja simulaatiojärjestelmistään tunnettu Keysight Technologies on julkaissut päivitetyn version System Designer for USB -työkalustaan. Uusin versio tukee nyt USB4 v2-standardia, mikä mahdollistaa uusimpien USB-teknologioiden hyödyntämisen jo suunnitteluvaiheessa.

Python jyrää: Suosio ennätyslukemissa

Python ei ole vain suosituin ohjelmointikieli maailmassa – se on nyt suositumpi kuin yksikään kieli yli 20 vuoteen. Samalla kieli kehittyy entisestään, sillä toukokuussa julkaistu Python 3.14 -beta tuo mukanaan nipun merkittäviä uudistuksia, jotka tekevät kielen käytöstä entistäkin miellyttävämpää ja tehokkaampaa.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Infineon sai vihreää valoa Dresdenin uudelle tehtaalle

Infineon Technologies on saanut Saksan liittovaltion talousministeriöltä lopullisen rahoituspäätöksen uuden, huipputeknologiaan keskittyvän puolijohdetehtaan rakentamiseksi Dresdeniin. Yritys investoi Smart Power Fab -nimiseen tuotantolaitokseen yli viisi miljardia euroa omia varojaan. Hanke tuo arviolta 1000 uutta työpaikkaa alueelle.

Nokian uusi kuituratkaisu korvaa kuparikaapelit

Nokia on julkistanut uuden Aurelis Optical LAN -ratkaisunsa, joka tarjoaa yrityksille kehittyneen ja pitkäikäisen vaihtoehdon perinteisille kuparipohjaisille lähiverkoille. Uusi kuitutekniikka vähentää merkittävästi kaapelointia ja energiankulutusta, tarjoten samalla huippunopeaa ja luotettavaa verkkoyhteyttä tulevaisuuden tarpeisiin.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Lue lisää...

Selain on yritysten tietoturvan sokea piste

Yritykset nojaavat yhä enemmän verkkoselaimiin päivittäisessä työssään, mutta samalla altistuvat vakaville tietoturvauhille. NordLayerin kyberturva-asiantuntijan mukaan perinteiset selaimet muodostavat tietoturvan sokean pisteen, jota on vaikea valvoa ja suojata – erityisesti pienemmissä organisaatioissa, sanoo NordLayerin asiantuntija Edvinas Buinovskis.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
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